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本课题组先前研究发现,砷超富集植物比非砷超富集植物具有更高的吲哚乙酸(IAA)含量。为进一步研究砷胁迫下砷超富集植物具有高IAA含量的机理,本研究采用室内水培法,在As(V)胁迫下,培养砷超富集植物大叶井口边草(Pteris creticavar.nervsa)和同属的非砷超富集植物剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis),分析其叶片IAA赋存形态、合成与分解的变化,并通过逐步回归法分析游离态IAA与所测指标的关系。最后在低浓度砷胁迫下,外源添加IAA合成调节剂,研究两种植物叶片IAA赋存形态、合成与分解特征。结果表明:1.两种植物叶片中砷和游离态IAA含量随着As(V)处理浓度的升高而显著升高,在10mg·L-^As(V)处理时,大叶井口边草叶片中的砷和游离态[AA含量分别是剑叶凤尾蕨的5倍和2倍,说明游离态IAA对砷的累积具有重要作用,该作用在砷超富集植物中更显著。10 mg·L-1 As(V)处理时,大叶井口边草叶片中总酯态IAA和IAA-甲酯(MeIAA)含量较对照显著上升。但是,随着As(V)处理浓度上升,剑叶凤尾蕨叶中的总酯态IAA和MeIAA含量则显著下降。大叶井口边草叶片中的IAA-葡糖(IAA-Glc)在2和5mg·L-1As(V)处理时较对照显著上升,在10 mg·L-1As(V)处理时又恢复至与对照无显著差异,而在剑叶凤尾蕨中则完全相反。这间接说明,在As(V)胁迫下,非砷超富集植物将减少酯态IAA水平以填补游离态IAA库,而砷超富集植物尚有足够的游离态IAA以酯态形式储存。对于酰胺态1AA,无As(V)胁迫时,两种植物叶片的总酰胺态1AA分别占总IAA的85%和51%,说明2种植物叶片IAA主要以酰胺态形式存在;随着As(V)处理浓度升高,大叶井口边草叶片中总酰胺态IAA和1AA-亮氨酸(IAA-Leu)含量下降,在剑叶凤尾蕨中则上升;IAA-门冬氨酸(IAA-Asp)含量在两种植物叶片中均呈上升趋势,但大叶井口边草叶片的IAA-Asp含量比剑叶凤尾蕨更低,且剑叶凤尾蕨叶片的IAA-Asp含量在5 mg·L-1 As(V)处理时不再增加。这意味着在砷超富集植物中,As(V)会刺激可逆酰胺态IAA的水解、将不可逆酰胺态IAA维持在低水平,以保证较高游离态IAA水平,保障植物正常生长。此外,两种植物叶片中的IAA-Asp含量与叶片中砷和游离态IAA含量成极显著负相关。2.与无砷对照相比,As(V)显著增加大叶井口边草叶片的色胺(TAM)含量,减少吲哚乙腈(IAN)的含量,而在剑叶凤尾蕨中,TAM、IAN和吲哚丙酮酸(IPA)含量均升高。随As(V)处理浓度升高,两种植物叶片中的吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性下降,且在任意处理组,大叶井口边草叶片的IAAO活性均比剑叶凤尾蕨更低。大叶井口边草叶片中的吲哚乙酸过氧化物酶(IAA-POD)活性随As(V)添加量的增加无显著变化,而在剑叶凤尾蕨中则显著上升,说明As(V)胁迫下,砷超富集植物IAA的合成强度和分解强度均比砷非超富集植物弱。3.逐步回归分析结果表明,大叶井口边草叶片的游离态IAA含量与TAM含量成正相关,剑叶凤尾蕨叶片的IAA含量与IAA-G1c含量成正相关,两种植物叶片的IAA含量均与IAA-Asp含量成负相关。说明As(V)胁迫下,叶片保持较高的TAM含量和较低的IAA-Asp含量对大叶井口边草保持内源游离态1AA含量具有重要意义。4.添加IAA合成调节剂(抑制剂和促进剂)后,As(V)胁迫下两种植物叶片中的IAA合成强度受到显著影响,进而影响到游离态IAA的水平和砷富集量。在IAA合成抑制剂作用下,两种植物叶片中的IPA含量下降最为显著,说明IPA途径是植物合成IAA的主要途径。在IAA合成促进剂作用下,TAM的含量显著上升,说明TAM途径也是植物合成IAA的主要途径,而TAM途径在植物受到As(V)胁迫下较其他途径具有更为重要的作用。在任意处理组,大叶井口边草叶中的IAAO活性和IAA-Asp含量比剑叶凤尾蕨更低,表明砷超富集植物比非砷超富集植物具有更低的IAA降解能力。