【摘 要】
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矿质元素在植物生长发育、功能性状方面发挥重要的作用。论文以鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb.)为研究对象,以矿质元素缺失为导向,以次生代谢组分(草酸、酚类及挥发性代谢组分)为出发点,探索矿质元素(磷(P)、钙(Ca)、镁(Mg)、钾(K)、铁(Fe))缺失下鱼腥草草酸代谢以及植物生理特征与次生代谢积累,揭示了元素缺失胁迫下与鱼腥草草酸积累的相互关系以及矿质元素缺失对鱼腥草植
【基金项目】
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国家自然科学基金地区基金:鱼腥草次生代谢的化学生物地理学调查:挥发性代谢组分表型分异的环境驱动机制(编号:41761010); 贵州省科学技术基金黔科合基础[2017]1121); 贵州省教育厅高校重点实验室项目黔教合KY[2021]002;
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矿质元素在植物生长发育、功能性状方面发挥重要的作用。论文以鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb.)为研究对象,以矿质元素缺失为导向,以次生代谢组分(草酸、酚类及挥发性代谢组分)为出发点,探索矿质元素(磷(P)、钙(Ca)、镁(Mg)、钾(K)、铁(Fe))缺失下鱼腥草草酸代谢以及植物生理特征与次生代谢积累,揭示了元素缺失胁迫下与鱼腥草草酸积累的相互关系以及矿质元素缺失对鱼腥草植株形态、生长代谢、氧化应激以及次生代谢的影响。其结果如下:1.通过P、Ca、Mg、K、Fe元素缺失下培养30 d后,鱼腥草植株中草酸积累为:(1)叶片>叶柄>根系;(2)水溶性草酸>酸溶性结晶态草酸;(3)筛选并确定P元素对鱼腥草草酸积累最为显著。矿质元素缺失培养有利于鱼腥草叶片中草酸积累,鱼腥草叶片、叶柄、根系中总草酸分别增加了56.84%(缺P,P<0.05,下同)、24.45%(缺P)、25.35%(缺Mg)。对鱼腥草不同器官中草酸类型配比进行分析,与水溶性草酸相比,酸溶性结晶态草酸积累更为显著,叶片、叶柄中酸溶性结晶态草酸分别增加了384.91%(缺P)、95.21%(缺P),但水溶性草酸仍为主要成分,均超过总草酸含量50%。2.通过设置P浓度梯度,了解到鱼腥草不同器官的不同类型草酸随P浓度变化趋势,确定了探索矿质元素与草酸代谢关系的最适P浓度水平。鱼腥草中总草酸、水溶性草酸随P浓度总体呈下降趋势,酸溶性结晶态草酸在低P培养下最低,对照组最高。叶片中总草酸含量最高,为2.26 mg·g-1(缺P),叶片中酸溶性结晶态草酸含量最低,为0.05 mg·g-1(低P)。鱼腥草叶片中有效磷含量随P浓度的升高呈先增高降低的趋势。鱼腥草不同部位,不同元素缺失处理下,结果大不相同,这可能与草酸合成方式、运输途径以及植物对营养的需求有关。草酸与不同的元素阳离子结合形成不同类型的酸,矿质元素进入植物组织后可能以与有机酸结合的方式参与到草酸的积累与分布。3.缺P培养下,鱼腥草组织中的酸性磷酸酶活性更高,尤其叶柄与老叶,分别增加101.20、74.80%;乙醇酸氧化酶与抗坏血酸过氧化物酶活性分别降低53.13、0.61%。随时间增加,根分泌草酸、草酸、去离子水溶解出的PO4-含量增多,对Ca3(PO4)2的溶解能力从高到低表示为草酸>根分泌草酸>去离子水。在0~5 min,草酸、根分泌草酸和去离子水都有大幅度的增加,分别以37.08、21.78和19.83 mg·kg-1·min-1速度溶解;在5~60 min,草酸、根分泌草酸、去离子水对Ca3(PO4)2的溶解力均趋于平缓,在60~120 min,去离子水溶解Ca3(PO4)2的能力有大幅度增加,以3.36 mg·kg-1·min-1的速度溶解。4.从形态、生理生化、次生代谢、抗氧化胁迫上,讨论了鱼腥草在应对矿质元素缺失时做出的适应反应。P、Ca、Mg、K、Fe元素缺失下培养30 d后,形态上,处理组叶面积瘦小,过早老化(缺P、Ca),变黄(缺K),新生根少(缺Fe);抗氧化胁迫上,MDA含量、SOD、POD活性均呈现不同程度增加;说明缺素培养在一定程度上使得鱼腥草组织中自由基的产生与清除平衡被打破,自由基在体内大量积累,膜脂过氧化作用加剧,对植物体造成了一定程度的伤害;生理生化上,缺素培养有利于硝态氮(缺K、Ca、Mg、Fe)、速效钾(缺P、Ca、Mg、Fe)含量显著的增加,但有效磷(缺P、Ca、Mg、Fe)、叶绿素(缺Mg、Fe、P)含量降低,叶片的光合性能降低,光合作用降低,叶绿素减少;次生代谢组分上,缺P、Ca、Mg、K处理下,绿原酸、芦丁、阿福豆苷、异槲皮苷槲皮苷均显著增加,缺Fe培养下,均降低;在所有缺素处理下,顺-3-己烯乙酯、反-2-己烯-1-醇、癸醛、龙脑(缺K除外)均增加,樟烯、β-月桂烯降低,3-十四烷酮变化不显著。
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