摘要：為降低鎘（Cd）在水稻中的累積，本研究利用水培實(shí)驗(yàn)探討了葉面噴施蔗糖調(diào)控水稻幼苗Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的潛在機(jī)制。結(jié)果表明：連續(xù)噴施3次濃度為1.0 g·L-1蔗糖后幼苗地上部和根部Cd含量分別顯著降低26.7%和22.0%，丙酮酸含量分別顯著增加11.8%、23.6%，α-酮戊二酸含量分別顯著增加27.5%和35.3%，谷氨酸含量分別顯著增加165 .3%和40.3%，難溶態(tài)Cd分別顯著增加63.7%和33.0%。幼苗根部與Cd吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因OsNRAMP1、O5NRAMP5、OsHMA2分別顯著下調(diào)19.0%、78.8%、16.3%。此外，噴施蔗糖后水稻幼苗地上部SOD、CAT、POD活性分別顯著提高66.9%、21.4%和23.6%。研究表明，噴施蔗糖促進(jìn)了幼苗地上部和根部丙酮酸和α-酮戊二酸的生物合成，增加了谷氨酸生物含量。谷氨酸與根部和莖葉中Cd螯合增加了幼苗中難溶態(tài)Cd含量，減少了Cd從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，緩解了Cd脅迫。

關(guān)鍵詞：水稻；鎘（Cd）；蔗糖；基因表達(dá)；氨基酸

中圖分類號(hào)：X173；S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）09-1951-09 doi：10.11654/jaes.2023 -1108

在過去的幾十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)集約化實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，但同時(shí)由于人類活動(dòng)的加劇，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與土壤污染問題也日漸凸顯。2014年全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，我國(guó)耕地點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中土壤Cd超標(biāo)率為7.0%。土壤Cd污染以及由其導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品Cd污染問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。Cd不僅具有較高的生物毒性，而且在土壤中具有較強(qiáng)的遷移能力，易被農(nóng)作物尤其是水稻富集而導(dǎo)致稻米Cd含量超標(biāo)。大量研究表明，Cd通過食物鏈進(jìn)入人體后可以在肝、腎等器官中不斷蓄積，給人體健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。稻米是全球50%以上人口的食物來源。在我國(guó)，有近六成的人口以稻米為主糧。有研究表明，在我國(guó)通過食用稻米攝入的Cd占人群Cd攝入總量的56%。因此，探討如何降低水稻Cd的積累對(duì)保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要意義。

Cd在水稻體內(nèi)的遷移要經(jīng)歷根部吸收、木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn)以及最終向營(yíng)養(yǎng)器官、生殖器官分配等多個(gè)過程。重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。已有報(bào)道表明O5NRAMP1和O3NRAMP5轉(zhuǎn)運(yùn)子與水稻Cd吸收密切相關(guān)，敲除這兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)子編碼基因后水稻Cd含量顯著降低。除上述兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)子外，還有報(bào)道表明與鐵吸收有關(guān)的OsIRT1和OsIRT2轉(zhuǎn)運(yùn)子也參與水稻根系對(duì)Cd的吸收。進(jìn)入根細(xì)胞的Cd一部分被位于液泡膜的OsH-MA3轉(zhuǎn)運(yùn)子區(qū)隔進(jìn)入液泡中，該過程是植物體自身的一種重要解毒機(jī)制，同時(shí)也具有降低Cd向地上部遷移的作用。Cd從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)主要依賴OsH-MA2轉(zhuǎn)運(yùn)子，它負(fù)責(zé)將Cd向水稻根部木質(zhì)部裝載，在蒸騰拉力作用下Cd從根部被轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部，Cd在水稻體內(nèi)大量累積表觀上會(huì)導(dǎo)致植株生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、葉片失綠、植物光合作用降低等現(xiàn)象，從細(xì)胞層面會(huì)導(dǎo)致膜脂過氧化并產(chǎn)生大量活性氧自由基（ROS）。為應(yīng)對(duì)Cd的植物毒性，水稻會(huì)啟動(dòng)抗氧化酶系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)氧化損傷，這些抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD），它們是最常見的植物抗氧化損傷酶系。

氨基酸的生物合成及代謝與植物的非生物脅迫密切相關(guān)。谷氨酸（Glu）在植物氮代謝中扮演著重要角色，以Glu為合成前體的精氨酸（Arg）和脯氨酸（Pro）在植物遭受逆境脅迫時(shí)會(huì)大量積累，其已成為植物處于脅迫狀態(tài)的重要指示劑。直到20世紀(jì)80年代，人們才開始普遍認(rèn)可Glu在哺乳動(dòng)物體內(nèi)充當(dāng)信號(hào)分子，通過激活谷氨酸受體（GIR）通道實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息交換。已有研究發(fā)現(xiàn)植物中也存在GLR同源物，表明Glu在植物中可能也具有信號(hào)分子功能。Walch-Liu等的報(bào)道顯示外源施用Glu引起根系結(jié)構(gòu)的特定變化，而且這些變化具有信號(hào)效應(yīng)特征。Toyota等的研究表明Glu是植物傷口信號(hào)，GLR樣家族離子通道充當(dāng)傳感器誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)。Caspi等認(rèn)為Glu、γ-氨基丁酸（GABA）和褪黑素分子均可在特定外界環(huán)境或生理?xiàng)l件下產(chǎn)生并且存在受體，滿足植物信號(hào)分子的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)歸類為植物信號(hào)分子。越來越多的研究表明，Glu對(duì)維持穩(wěn)定的植物生長(zhǎng)發(fā)育以及調(diào)控生物及非生物脅迫都具有重要作用。Yuan等報(bào)道，水稻在應(yīng)對(duì)Cd脅迫時(shí)可以通過消耗Glu來緩解Cd毒性。此外，Jiang等的報(bào)道顯示，外源添加Glu減少了水稻幼苗對(duì)Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，降低了Cd在水稻幼苗根部和地上部的累積，同時(shí)緩解了水稻幼苗的Cd脅迫。Xue等利用生物配體模型模擬計(jì)算了Glu對(duì)Cd的螯合能力，表明Glu能夠改變Cd在水稻體內(nèi)的賦存形態(tài)，降低Cd在水稻體內(nèi)的遷移能力。Asgher等的研究進(jìn)一步表明外源添加Glu還可以緩解水稻As脅迫并降低水稻As含量。上述研究表明，Glu對(duì)重金屬在水稻體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要影響。

Glu在植物體內(nèi)的生物合成與糖代謝、三羧酸循環(huán)（TAC）過程密切相關(guān)。糖酵解過程的最終產(chǎn)物丙酮酸以乙酰輔酶A（乙酰CoA）的形態(tài)進(jìn)入TAC過程，進(jìn)一步在多種酶催化作用下生成α-酮戊二酸即Glu的生物合成前體，它在谷氨酸合成酶的催化下近一步生成Glu。通過調(diào)控植物內(nèi)源谷氨酸生物合成能否影響水稻對(duì)Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及Cd在水稻體內(nèi)的賦存形態(tài)仍然未見相關(guān)報(bào)道，因此本文采用水培實(shí)驗(yàn)探討通過葉面噴施蔗糖（SUC）調(diào)控Glu生物合成對(duì)水稻幼苗Cd吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及其賦存形態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 水稻培養(yǎng)

供試水稻種子為我國(guó)南方主栽水稻品種之一的“中早35”（Oryza sativa L．）。實(shí)驗(yàn)時(shí)人工篩除干癟、霉壞的種子，挑選飽滿且無病斑、無破損的種子在20%H2O2水溶液中浸泡消毒30 min，用去離子水反復(fù)沖洗多次后，均勻平鋪在育苗盤上，移入恒溫培養(yǎng)箱28℃黑暗條件下發(fā)芽3d。種子生根后轉(zhuǎn)移至人工氣候室內(nèi)，待種子幼芽生長(zhǎng)展開時(shí)加入1／10 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液直至水稻幼苗長(zhǎng)至兩葉一心，此時(shí)挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移入8L水培箱中，直至水稻幼苗長(zhǎng)至三葉一心期待噴藥處理，期間留心觀察，隨時(shí)補(bǔ)充水分及適量營(yíng)養(yǎng)液。水培實(shí)驗(yàn)過程在人工氣候室內(nèi)完成。人工氣候室條件參數(shù)為晝夜時(shí)間16 h/8 h，晝夜溫度為28℃/20℃，相對(duì)濕度60%。

1.2 實(shí)驗(yàn)處理及樣品采集

將長(zhǎng)至三葉一心期的水稻幼苗轉(zhuǎn)入含有2.7μmol·L-1 CdCl2的1/10 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)3d后進(jìn)行噴施處理。實(shí)驗(yàn)處理分為5組，即：①無Cd脅迫及噴施SUC的正常生長(zhǎng)的處理（CKO）；②Cd+噴施50 mL蒸餾水的對(duì)照組（cK）；③Cd+噴施50 mL 0.2 g·L-1 SUC溶液；④Cd+噴施50 mL 0.6 g·L-1 SUC溶液；⑤Cd+噴施50 mL 1.0 g·L-1 SUC溶液。共計(jì)噴施3次，每次噴施間隔3d。第3次噴施3d后采集樣品，將采集的幼苗分為根部與莖葉兩個(gè)部分，分別裝于信封中，于110℃烘箱中殺青15 min后，70℃烘干至恒質(zhì)量，備用。

實(shí)驗(yàn)所用CdCl2和SUC均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)。準(zhǔn)確稱取0.183 g CdCl2，用蒸餾水定容至1 000mL容量瓶，制備成1 000 μmol·L-1儲(chǔ)備液，備用。稱取1 g SUC溶于蒸餾水并定容至1000 mL，配制成1.0g·L-1 SUC溶液，備用。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 Cd及相關(guān)礦質(zhì)元素測(cè)定

參照王曉麗等的方法，測(cè)定幼苗根部及莖葉中的Cd含量。取烘干粉碎后的樣品（莖葉0.25 g，根部0.1 g）于消煮管中，加入7 mL HN03（MOS級(jí)）浸泡隔夜。在電熱消解儀（Digi Block ED54）上，將樣品在110℃下加熱消解2.5 h，停止加熱后冷卻至室溫，并加入1.0 mL的H202混勻消解1.5 h。隨后升溫至170℃趕酸，直至管內(nèi)剩余液體體積小于0.5 mL停止加熱。最后，用去離子水轉(zhuǎn)移并定容至25.0 mL。使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent 7500a，美國(guó)）測(cè)定樣品中Cd、Mg、K、Ca、Fe、Mn和Zn的含量。

1.3.2 Cd化學(xué)形態(tài)分析

參照Fu等的方法并作簡(jiǎn)化。依次按照以下順序通過指定溶液進(jìn)行分步提取，這些溶液分別為乙醇（FE，80%）、去離子水（Fw）、氯化鈉（FNaCl，1.0 mol·L-1）、醋酸（FHAC，2．0%）、鹽酸（FHCl，0.6 mol·L-1）。取0.5 g新鮮幼苗樣品，用研缽冷凍勻漿后加入25 mL提取液，在22℃下振蕩22 h。隨后，以5 000 g離心10 min，收集上清液，沉淀加入10 mL相同提取液，在22℃下振蕩2h，以5 000g離心10 min，重復(fù)兩次，收集上清液，合并3次上清液。重復(fù)上述操作，分別得到5種提取液的上清液FE、Fw、FNaCl、FHAC和FHCl，其中合并FE與FW作為可溶性組分，其余則為難溶性組分。將上清液倒入消煮管中，在100℃下烘干，經(jīng)HNO3-H2O2消解后用原子吸收光譜儀測(cè)定樣品中Cd含量。

1.3.3 游離氨基酸的測(cè)定

參照Zhao等的方法進(jìn)行游離氨基酸的測(cè)定。稱取0.2 g經(jīng)烘干并過100目篩的幼苗樣品，加入4 mL去離子水，水浴超聲30 min，然后在4℃下以12 000 g離心10 min，收集上清液待測(cè)。上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后，使用高效液相色譜儀（Agilent1200，美國(guó)）測(cè)定樣品中游離氨基酸的含量。

1.3.4 RNA提取和基因表達(dá)分析

采用試劑盒法提取水稻RNA并完成反轉(zhuǎn)錄獲得cDNA，上述過程按照試劑盒提供的操作步驟完成。首先將新鮮幼苗樣品用液氮研磨，使用OMEGA植物總RNA試劑盒提取樣品中的RNA。進(jìn)一步采用HiScript@ⅡQ RT SuperMix for qPCR（+gDNA wiper）R223試劑盒對(duì)提取的RNA進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的樣品在PTC-100儀上進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄制備cDNA。獲得的cDNA樣品在BIO-RAD CFX96（BioRad，美國(guó)）儀上利用ChamQTM Universal SUBR@qPCR Master Mix Q711試劑盒進(jìn)行實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。使用Actin作為內(nèi)參基因，并按照2-ΔΔCt法進(jìn)行相對(duì)表達(dá)量計(jì)算。相關(guān)引物設(shè)計(jì)與制定由中科合成（天津）生物科技有限公司設(shè)計(jì)合成，詳見表1。

1.3.5 丙酮酸、α-酮戊二酸含量和抗氧化酶活性測(cè)定

丙酮酸、α-酮戊二酸含量（α-KG）、SOD、CAT、POD活性和丙二醛（MDA）含量均使用相應(yīng)的試劑盒測(cè)定，試劑盒購(gòu)自索萊寶（北京）公司。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，Origin2018繪制柱狀圖，采用SPSS 26統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）、Duncan多重比較及差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗Cd含量的影響

試驗(yàn)過程中測(cè)定了不同處理下水稻幼苗地上部和根部的Cd含量，結(jié)果如圖1所示。由圖1分析可見，在選定的Cd脅迫量下CK組水稻幼苗地上部Cd含量最高，可達(dá)到19.2 mg·kg-1，根部Cd含量遠(yuǎn)高于地上部，可達(dá)到1 313.4 mg·kg-1。噴施SUC顯著降低了幼苗地上部和根部Cd含量，且隨著噴施SUC濃度的增加幼苗Cd含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。當(dāng)SUC噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，地上部和根部Cd含量降幅最大。與CK處理組相比，地上部Cd含量降低了26.7%，根部Cd含量降低了22.0%。

礦質(zhì)元素K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，測(cè)定結(jié)果如表2所示。由表2分析可見，同一元素在幼苗不同部位含量差異明顯。K、Ca、Mg和Mn的地上部含量高于根部，而Fe和Zn的根部含量高于地上部。噴施SUC對(duì)水稻根部的Mn和Zn含量產(chǎn)生影響，根部Mn含量略有降低但未達(dá)到顯著水平，Zn含量則出現(xiàn)顯著降低。SUC處理對(duì)水稻其他礦質(zhì)元素?zé)o顯著性影響。

2.2 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗Cd化學(xué)形態(tài)的影響

不同處理對(duì)水稻幼苗Cd化學(xué)形態(tài)的影響如圖2所示。分析可知，噴施SUC后，水稻幼苗地上部和根部的可溶態(tài)Cd含量隨著SUC噴施濃度的增加出現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)，難溶態(tài)Cd含量則呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。當(dāng)SUC噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，幼苗地上部和根部可溶態(tài)Cd含量與CK組相比分別顯著降低了10.1%和34.5%，而難溶態(tài)Cd含量分別顯著增加了63.7%和33.0%。

2.3 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗根部Cd轉(zhuǎn)運(yùn)基因相對(duì)表達(dá)水平的影響

在本實(shí)驗(yàn)研究中，分別測(cè)定了在有、無Cd添加及在Cd脅迫條件下噴施1.0 g·L-1 SUC時(shí)，水稻幼苗根部參與Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的6種轉(zhuǎn)運(yùn)子編碼基因的表達(dá)情況，結(jié)果如圖3所示。分析可知，在CK處理下，Os-NRAMP1、OsNRAMP5、OsIRT1、OsIRT2、OsHMA2、OsH-MA3 6種Cd轉(zhuǎn)運(yùn)子編碼基因相對(duì)表達(dá)水平與CKO處理下相比分別顯著上調(diào)了40.4%、183.4%、66.4%、37.1%、23.1%、91.3%。噴施1.0 g·L-1SUC后，除OsH-MA3無顯著差異外，其余5種轉(zhuǎn)運(yùn)子編碼基因與CK處理組相比分別顯著下調(diào)了19.0%、78.8%、62.5%、18.9%、16.3%。

2.4 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗丙酮酸與a-酮戊二酸的影響

圖4A顯示了噴施SUC對(duì)水稻幼苗體內(nèi)丙酮酸含量的影響。分析可知，噴施SUC顯著增加了幼苗體內(nèi)丙酮酸含量，且隨著SUC噴施濃度增加地上部和根部的丙酮酸含量均出現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。當(dāng)SUC濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，水稻幼苗地上部和根部的丙酮酸含量達(dá)到最大值，相較于CK處理組分別顯著增加了11.8%和23.6%。

噴施SUC后水稻幼苗地上部和根部a-酮戊二酸含量的變化趨勢(shì)與丙酮酸類似，結(jié)果如圖4B所示。隨著SUC噴施濃度增加水稻幼苗地上部和根部的α-酮戊二酸含量出現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，當(dāng)SUC噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，幼苗地上部和根部的α-酮戊二酸含量與CK處理組相比分別顯著增加了27.5%和35.3%。

2.5 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗谷氨酸族氨基酸含量的影響

如圖5所示，葉面噴施SUC溶液對(duì)水稻幼苗Glu、Arg、Pro的生物合成具有顯著促進(jìn)作用。水稻幼苗地上部和根部的氨基酸含量隨著SUC噴施濃度增加呈顯著上升趨勢(shì)。當(dāng)SUC溶液噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，地上部Glu、Arg、Pro含量增幅最大，與CK組相比分別顯著增加了165.3%、39.2%、63.2%，根部3種氨基酸含量與CK組相比分別顯著增加了40.9%、20.0%、111.9%。

2.6 葉面噴施SUC對(duì)水稻幼苗氧化損傷的影響

抗氧化酶活性通常被認(rèn)為是植物對(duì)抗非生物脅迫的防御性指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)定了SOD、CAT和POD活性變化，結(jié)果如圖6所示。分析可知，噴施SUC后，水稻幼苗地上部和根部的SOD、CAT、POD活性均隨著SUC噴施濃度增加呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。當(dāng)SUC噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，地上部SOD、CAT、POD 3種酶活性分別顯著增加了66.9%、21.4%、23.6%，根部3種酶活性分別顯著增加了57.2%、37.7%和11.2%。與之相反，水稻幼苗地上部和根部的MDA含量則隨著SUC噴施濃度增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，當(dāng)SUC噴施濃度達(dá)到1.0 g·L-1時(shí)，地上部和根部MDA含量分別顯著降低了37.2%和54.9%。

3 討論

植物體內(nèi)的糖代謝與TCA循環(huán)、氨基酸生物合成密切相關(guān)。糖酵解和TCA循環(huán)為氨基酸生物合成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。氨基酸在植物體內(nèi)的多重作用已廣為人知，它不僅是蛋白質(zhì)的基本組成單元，同時(shí)還可作為植物代謝產(chǎn)物或生物合成中間體。植物體內(nèi)累積的多種氨基酸均具有與重金屬離子螯合的功能。據(jù)報(bào)道，組氨酸（His）在植物體內(nèi)可與Ni形成His-Ni金屬?gòu)?fù)合物，天冬酰胺（Asn）可與Pb2+、2n2+、Cd2+形成配合物。氨基酸與重金屬離子的結(jié)合減輕了金屬離子的植物致毒性，有助于植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)也降低了金屬離子的可移動(dòng)性。Glu又稱α-氨基戊二酸，在植物體內(nèi)主要由谷氨酸合成酶以TCA過程重要中間產(chǎn)物α-酮戊二酸為底物經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用合成而來。目前已知Glu在植物應(yīng)答環(huán)境脅迫響應(yīng)過程中扮演著關(guān)鍵角色。在本實(shí)驗(yàn)中，葉面噴施SUC后水稻幼苗地上部和根部的丙酮酸含量分別顯著增加11.8%和23.6%。實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)一步測(cè)定了TCA重要中間產(chǎn)物α-酮戊二酸的含量，結(jié)果表明其在幼苗地上部和根部中分別顯著增加27.5%和35.3%，而α-酮戊二酸是合成Glu的前體化合物，表明噴施SUC有可能促進(jìn)了Glu合成。在此基礎(chǔ)上，對(duì)幼苗地上部和根部Glu含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明兩者分別顯著增加165.3%和40.9%。前期已有報(bào)道表明，Glu在水稻體內(nèi)可與Cd2+形成螯合物降低Cd毒性，同時(shí)還降低了Cd從根部向幼苗地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了水稻幼苗地上部和根部難溶態(tài)Cd含量以及總Cd含量，結(jié)果顯示這兩部分器官中難溶態(tài)Cd分別顯著增加63.7%和33.0%，而地上部Cd含量顯著降低了26.7%。這些結(jié)果說明幼苗Glu含量增加促進(jìn)了Glu與Cd2+的螯合，降低了Cd在水稻幼苗體內(nèi)的移動(dòng)性，部分解釋了噴施SUC降低水稻幼苗地上部Cd的潛在機(jī)制。

目前已有的研究表明，Cd2+主要借助其他二價(jià)金屬陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物體內(nèi)，并在植物體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，例如Cd2+主要通過Mn2+、Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsN-RAMP1、OsNRAMP5、OsIRT1、OsIRT2c從外部進(jìn)入到水稻根部，并借助Zn2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsHMA2進(jìn)一步從根部向地上部遷移。前人研究表明，Clu在動(dòng)植物體內(nèi)具有多種功能。Glu在脊椎動(dòng)物體內(nèi)可作為神經(jīng)遞質(zhì)，在植物體內(nèi)具有調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的作用。已有研究表明，Glu可作為一種信號(hào)分子調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育并有助于應(yīng)對(duì)多種非生物脅迫。Kan等的研究表明，外源Glu上調(diào)了與水稻代謝、生長(zhǎng)和防御相關(guān)基因的表達(dá)水平。Jiang等的研究表明，在水稻幼苗培養(yǎng)液中添加Glu可以下調(diào)與Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的蛋白編碼基因，從而降低水稻幼苗Cd含量。Asgh-er等的研究也表明外源添加Glu可以降低水稻As含量，緩解As脅迫。以上結(jié)果表明Glu可以參與調(diào)控重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)并緩解脅迫。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了3種不同處理下相關(guān)Cd轉(zhuǎn)運(yùn)基因的相對(duì)表達(dá)量，與CKO相比，添加Cd處理組水稻幼苗根部Cd吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)水平均出現(xiàn)顯著上調(diào)，這一結(jié)果表明添加Cd后促進(jìn)了幼苗對(duì)Cd的吸收，該現(xiàn)象與先前的研究結(jié)果一致。然而，當(dāng)葉面噴施SUC后幼苗根部Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)顯著下調(diào)，從而減少了Cd在水稻幼苗體內(nèi)的積累。結(jié)合幼苗根部Glu含量顯著增加，地上部Cd含量顯著降低，這些結(jié)果說明內(nèi)源Glu調(diào)控了Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)。綜上，噴施SUC通過促進(jìn)糖酵解和TCA過程，增加了水稻幼苗內(nèi)源Glu含量，降低了幼苗根部Cd的可移動(dòng)性，同時(shí)Glu下調(diào)了Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)，兩種因素共同導(dǎo)致幼苗地上部Cd含量顯著降低。

重金屬積累會(huì)引發(fā)植物產(chǎn)生大量ROS，導(dǎo)致植物細(xì)胞出現(xiàn)氧化損傷。Cd的毒性導(dǎo)致抗氧化酶活性受到抑制，間接促進(jìn)了ROS的生成。為了對(duì)抗ROS以維持正常生長(zhǎng)，植物進(jìn)化出了抗氧化酶和非抗氧化分子如谷胱甘肽（GSH）和植物螯合素（PCs）等，即抗氧化系統(tǒng)。常見的抗氧化酶包括SOD、CAT和POD?？寡趸富钚栽鰪?qiáng)可以提高植物對(duì)Cd的耐受性。SOD作為對(duì)抗ROS的首要防線，能夠?qū)⒊趸镪庪x子（O-2·）分解為氧分子和H2O2。CAT則能夠進(jìn)一步將H202轉(zhuǎn)化為H2O和O2。POD在緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，它可以減輕ROS引發(fā)的氧化損傷并降低H2O2水平。MDA是細(xì)胞膜脂被ROS氧化的最終產(chǎn)物，其含量水平可作為植物膜脂過氧化程度的重要指示劑。在本實(shí)驗(yàn)中，葉面噴施1.0 g·L-1SUC后幼苗地上部SOD、POD、CAT活性分別顯著增加了66.9%、21.4%、23.6%，MDA含量減少了37.2%，表明噴施SUC提高了抗氧化酶活性，減少了細(xì)胞氧化損傷程度，這可能與幼苗地上部莖葉中難溶態(tài)Cd含量增加有關(guān)，同時(shí)也與總Cd含量減少有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）葉面噴施蔗糖增加了丙酮酸和α-酮戊二酸含量，促進(jìn)了谷氨酸生物合成。

（2）內(nèi)源谷氨酸含量增加一方面使水稻根部難溶態(tài)Cd含量增加，降低了Cd向地上部遷移的能力，另一方面誘導(dǎo)Cd吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因下調(diào)，使幼苗Cd含量降低。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42077153）；廣西科技重大專項(xiàng)（桂AA22036001-3）