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International Journal of Ecology
Vol. 11  No. 03 ( 2022 ), Article ID: 54597 , 5 pages
10.12677/IJE.2022.113034

重金属胁迫下东京野茉莉根系分泌物中有机酸含量的影响

王丽艳，杨桦，龙蔚，贺义昌

江西省林业科学院，江西 南昌

收稿日期：2022年7月3日；录用日期：2022年8月3日；发布日期：2022年8月10日

摘要

采用不同浓度的重金属Cu和Cd胁迫东京野茉莉幼苗，运用高效液相色谱法同时测定东京野茉莉根系分泌物中有机酸，研究不同浓度重金属Cu和Cd胁迫下东京野茉莉根系分泌物中有机酸含量的影响。试验结果表明：不同浓度重金属Cu和Cd对东京野茉莉根系分泌物中有机酸含量差异较大，其中Cu胁迫后的柠檬酸和丁二酸含量几乎没有，对应浓度下Cd胁迫后的草酸影响最大。

关键词

东京野茉莉，重金属胁迫，根系分泌物，有机酸

Effects of Determination of Organic Acids Exuded from Styrax tonkinensis Roots under Heavy Metal Conditions

Liyan Wang, Hua Yang, Wei Long, Yichang He

Jiangxi Academy of Forestry, Nanchang Jiangxi

Received: Jul. 3rd, 2022; accepted: Aug. 3rd, 2022; published: Aug. 10th, 2022

ABSTRACT

Using different concentrations of heavy metals Cu and Cd to stress the seedlings of Styrax tonkinensis, the organic acids in the root exudates of Styrax tonkinensis were simultaneously determined by high performance liquid chromatography, and the effects of different concentrations of heavy metals Cu and Cd on the content of organic acids in the root exudates of Styrax tonkinensis were studied. The results showed that different concentrations of heavy metals Cu and Cd had great differences in the content of organic acids in the root exudates of Styrax tonkinensis, among which the contents of citric acid and succinic acid after Cu stress were almost zero, and oxalic acid after Cd stress had the greatest effect at the corresponding concentration.

Keywords:Styrax tonkinensis, Heavy Mental Stress, Root Exudates, Organic Acids

Copyright © 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

根系分泌物是植物根系在代谢过程中向其周围环境释放的有机物，而低分子有机酸在植物根系分泌物中占有很大比例，常见的有机酸有：草酸、苹果酸、柠檬酸和丁二酸等 [1] ，这些物质均具有调节植物细胞代谢功能，并能活化和固定植物根系的养分。因此植物根系分泌物中有机酸含量及分布对植物营养学的研究尤为重要 [2] [3] 。常见测定有机酸的方法有滴定法、离子色谱法 [4] 、气相色谱法 [5] [6] 和高效液相色谱法等 [7] [8] 。

Cu和Cd是生物毒性较强的两种重金属元素，且极易被植物根部吸收并累积。在重金属胁迫条件下，植物根系分泌物有机酸的含量受到影响，从而影响植物的生长。例如，樟松子和挪威云杉根系在Cu胁迫下分泌草酸 [9] [10] ；红树植物秋茄在Cd胁迫下，主要分泌柠檬酸、乙酸和乳酸，在20 ppm的Cd胁迫下促进分泌富马酸 [11] 。

东京野茉莉(Styrax tonkinensis)，又名白野茉莉，为安息香科野茉莉属落叶乔木，主要分布于我国东南沿海、长江流域及南方各地 [12] 。东京野茉莉具有很高的生态效益和经济价值：冠幅较大，韧性较强，是拓荒造林和重建良好人工生态系统的首选生态造林树种，树干通直，材质轻软，结构致密，是造纸树种的良种原料 [13] 。目前，对东京野茉莉的研究不是很多，尤其是重金属胁迫东京野茉莉根系分泌物有机酸含量的变化鲜见报道。本文以盆栽东京野茉莉幼苗根系为研究对象，运用高效液相色谱法同时测定根系分泌物中四种有机酸的含量，比较不同浓度重金属Cu和Cd胁迫下东京野茉莉根系分泌物中有机酸含量的动态变化，以期为生态绿化建设和环境污染修复提供理论基础。

2. 材料与方法

2.1. 材料、试剂与仪器

东京野茉莉根系，采自江西省林业科学院院内。

草酸、L-苹果酸、柠檬酸和丁二酸(对照品)中国生物制品检定所；甲醇为色谱纯。

UV-752紫外分光光度计上海光谱仪器有限公司；CP-214电子分析天平上海奥豪斯仪器有限公司；HC-200型粉碎机浙江永康金穗机械制造厂；Waters-2695型高效液相色谱仪美国Waters公司。

2.2. 方法

2.2.1. 不同浓度重金属胁迫盆栽试验

种子直接播于用酸洗过的细沙和珍珠岩混合基质(5:4, V/V)营养钵中，混合基质分别以CdCL2和CuSO4的形态加入重金属。Cu处理浓度为100、200、400、600 mg/L；Cd处理浓度为50、100、150、200 mg/L。以不加重金属的处理为对照(CK)。每种浓度处理5盆。每天浇水使基质含水量保持在相对持水量的60%左右，每3天浇100 mL的营养液，每盆破种10粒，在90天收获。

2.2.2. 根系分泌物中有机酸的提取

将根从跟袋中完整取出，轻轻抖掉土壤，保留根系附近的部分根际土，将植物根系放入盛有200 mL蒸馏水的烧杯中，收集4小时，用少量蒸馏水3次冲洗根系，冲洗液合并在根系分泌物中，慢速过滤。将收集到的根系分泌物用真空旋转蒸发器在40℃下浓缩，定容至10 mL，过0.45 µm滤膜，上机待测有机酸，剩余液−20℃下保存。

2.2.3. 根系分泌物中有机酸的测定

采用高效液相色谱法同时测定东京野茉莉根系分泌物中有机酸，该方法色谱条件：色谱柱是sunfire C18 (4.6 mm × 250 mm)；柱温为25℃；流动相为甲醇(A) − 0.1%磷酸(B)，等浓度洗脱；流速为0.4 mL/min；检测波长为210 nm。

按下列公式计算样品中各种有机酸的含量(C)

C = N × (H/Hm) × F.50 (V/W)∙(1000/1000)

式中：C: 各种有机酸的含量，以mg/kg (L)表示；

N：20 μl有机酸含量μg/20 μl；

H：样品中某种有机酸的峰高(mm)；

Hm：标准溶液中某种有机酸的峰高(mm)；

F：稀释倍数；

V：样品的定容体积(100 ml)；

W：样品中的称取量(g或ml)。

3. 结果与分析

3.1. 根系分泌物中有机酸的测定

根据选定的色谱条件，准确吸取标准液依次进样2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15 μL，以Y为峰面积，X为进样量，绘制标准曲线。样品进样量：10 µL。标准混合液和对照样品(CK)色谱图如下图1、图2。

3.2. 不同浓度Cu胁迫下东京野茉莉根系分泌物有机酸的含量影响

不同浓度Cu胁迫下东京野茉莉根系分泌中草酸、L-苹果酸、柠檬酸和丁二酸的含量影响如表1。

由表1可知，东京野茉莉根系分泌物中总有机酸的含量随着Cu处理浓度的增加先减少后增加，并且不同有机酸的含量变化差异比较大，其中草酸的含量随着Cu处理浓度的增加而增加，L-苹果酸、柠檬酸和丁二酸的含量随着Cu处理浓度的增加而减少，当Cu浓度达到400 mg/L时，东京野茉莉根系不能分泌柠檬酸和丁二酸；说明高浓度的Cu不利于东京野茉莉根系分泌柠檬酸和丁二酸，有利于分泌草酸。这可能的原因是草酸更容易对重金属Cu解毒。

3.3. 不同浓度Cd胁迫下东京野茉莉根系分泌物有机酸的含量影响

不同浓度Cd胁迫下东京野茉莉根系分泌中草酸、L-苹果酸、柠檬酸和丁二酸的含量影响如表2。

由表2可知，东京野茉莉根系分泌物中总有机酸的含量随着Cd处理浓度的增加而增加，但是不同的有机酸含量变化差异也比较大，其中草酸和L-苹果酸的含量随着Cd处理浓度的增加而减少，当Cd浓度达到150 mg/L时，东京野茉莉根系基本不能分泌草酸和L-苹果酸；柠檬酸和丁二酸的含量随着Cd处理浓度的增加而增加，并且丁二酸的含量增幅更大；说明高浓度的Cd更有利于东京野茉莉根系分泌丁二酸。

1-草酸，2-L-苹果酸，3-柠檬酸，4-丁二酸。

Figure 1. Chromatogram of organic acid standards

图1. 有机酸标准液的色谱图

Figure 2. Chromatogram of organic acids exuded from Styrax tonkinensis roots

图2. 东京野茉莉根系分泌物有机酸的色谱图

Table 1. The effects of different Cu density on the determination of organic acids exuded from Styrax tonkinensis Roots

表1. 不同浓度Cu对东京野茉莉根系分泌物有机酸含量的影响

Table 2. The effects of different Cd density on the determination of organic acids exuded from Styrax tonkinensis Roots

表2. 不同浓度Cd对东京野茉莉根系分泌物有机酸含量的影响

4. 结论

Cu和Cd均对东京野茉莉根系有机酸有影响作用，随着Cu和Cd处理浓度的增加，东京野茉莉根系总有机酸的含量在增加，但是不同类型的有机酸含量变化有差异。这些变化的差异可能的原因是植物根系为了更好地适应其周围的环境，因此，Cu和Cd胁迫下植物根系分泌物代谢作用对缓解重金属毒害效应具有重要意义。

基金项目

江西省自然科学基金项目(20132BAB214019)；江西省林业创新科技创新项目(201707)。

文章引用

王丽艳,杨 桦,龙 蔚,贺义昌. 重金属胁迫下东京野茉莉根系分泌物中有机酸含量的影响
Effects of Determination of Organic Acids Exuded from Styrax tonkinensis Roots under Heavy Metal Conditions[J]. 世界生态学, 2022, 11(03): 307-311. https://doi.org/10.12677/IJE.2022.113034

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