付 川,余順慧,黃怡民,鄧洪平

(1. 重慶三峽學(xué)院,三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 404100；2. 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400715)

紫花苜蓿對(duì)銅脅迫生理響應(yīng)的傅里葉變換紅外光譜法研究

付 川1,余順慧1,黃怡民1,鄧洪平2,*

(1. 重慶三峽學(xué)院,三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 404100；2. 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400715)

為闡明紫花苜蓿(MedicagosativaL.)對(duì)銅脅迫的耐性機(jī)理,采用準(zhǔn)確度好、分辨率高和簡(jiǎn)便快捷的傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)研究在不同銅濃度(0、1、5、20、100 mol/L)處理時(shí)紫花苜蓿根、莖、葉化學(xué)組分的變化。結(jié)果表明：隨著銅處理濃度的增加,紫花苜蓿根、莖、葉生物量變化不大。其根組織在2924 cm-1處峰高處呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì),反映了在低銅(<5 mol/L)處理?xiàng)l件下紫花苜蓿分泌的有機(jī)酸不斷螯合Cu,造成羧酸O—H的減少,但隨著Cu 含量的升高,其羧酸螯合力變?nèi)?有機(jī)酸含量漸漸升高；根組織在1381 cm-1處峰高先下降后上升,反映了含油脂化合物含量先下降后升高?？赡芘c植物在細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)抗逆性有一定關(guān)系,即低Cu處理下細(xì)胞壁可能通過(guò)提高陽(yáng)離子交換能力(CEC),增強(qiáng)了耐 Cu性；莖組織在2924,1643,1381,1064 cm-1等處峰高無(wú)明顯變化；葉組織所有峰值在低濃度(<5 mol/L)Cu 處理下變化不明顯,高濃度(>5 mol/L)Cu 處理下所有峰值先升后降,隨著這可能與可溶性糖及可溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量都呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)有關(guān)。這表明紫花苜蓿通過(guò)根部有機(jī)酸含量的變化和提高細(xì)胞壁陽(yáng)離子交換能力,將吸收的Cu 大部分積累在根部,阻止Cu 向地上部分運(yùn)輸,有效地保護(hù)了植物地上部分組織。

紫花苜蓿; 銅脅迫; 化學(xué)組分；傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)

Cu是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素。過(guò)量的銅會(huì)抑制植物根的生長(zhǎng),抑制葉綠素的合成,使植物生理代謝紊亂,生長(zhǎng)緩慢[1]。銅礦的開采和冶煉廠三廢的排放、含Cu 農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)和有機(jī)肥的施用,以及生活污水的排放,使農(nóng)田土壤含Cu量顯著增加,使農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度下降,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成極大威脅。有關(guān)Cu 污染的植物修復(fù)受到廣泛關(guān)注[2],研究銅污染土壤和水體修復(fù)新技術(shù)具有重要意義。利用超積累植物對(duì)重金屬的富集特性而進(jìn)行植物修復(fù),具有廉價(jià)、高效和安全等特點(diǎn),已經(jīng)成為土壤、水體重金屬污染研究領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)[3]。Bert[4]認(rèn)為大多數(shù)的超積累植物都生長(zhǎng)在金屬富集的土壤上,對(duì)重金屬具有超積累的特性,同時(shí)具有金屬耐性的特征。Clemens[5]認(rèn)為植物忍耐和抵抗重金屬毒害的生理機(jī)制,包括重金屬元素的控制吸收、體內(nèi)螯合固定、細(xì)胞內(nèi)分隔、生化忍耐策略以及其它體內(nèi)平衡機(jī)制等。其中體內(nèi)螯合作用固定金屬離子或者降低其生物毒性是植物對(duì)細(xì)胞內(nèi)重金屬解毒的主要方式。Baker[6]認(rèn)為,植物體內(nèi)螯合作用是以蛋白質(zhì)類、有機(jī)酸等物質(zhì)與重金屬形成螯合物,如與Cu 反應(yīng)形成螯合物和沉淀降低自由態(tài)的Cu。

植物在受到重金屬脅迫時(shí),體內(nèi)重金屬積累特征以及生長(zhǎng)發(fā)育都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化,同時(shí)微觀響應(yīng)機(jī)制也會(huì)產(chǎn)生變化[7]。傅里葉紅外光譜(FTIR)是一種基于化合物中官能團(tuán)和極性鍵振動(dòng)的結(jié)構(gòu)分析技術(shù),已廣泛應(yīng)用于大分子化合物結(jié)構(gòu)分析以及蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)解析,并且具有相對(duì)穩(wěn)定的[8]。任利民等應(yīng)用 FTIR 技術(shù)研究美洲商陸對(duì)錳毒的生理響應(yīng),認(rèn)為植物化學(xué)組份的變化有助于揭示超富集植物的錳耐性機(jī)理[9]。薛生國(guó)等采用 FTIR 法探討紫茉莉?qū)︺U脅迫生理響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)紫茉莉通過(guò)根系有機(jī)物含量的變化,將植物吸收的Pb 大部分積累在根部,阻止Pb 向地上部分運(yùn)輸,有效的保護(hù)了植物地上部分[10]。但國(guó)內(nèi)研究材料多為野生品種(有的是外來(lái)入侵植物),多存在植株矮小,生物量低,生長(zhǎng)緩慢等不足,很難在實(shí)際中大面積應(yīng)用,而入侵植物雖然生物量大,但具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。紫花苜蓿是一種原產(chǎn)于伊朗的多年生豆科草本植物,分布于世界各地,我國(guó)也有大面積種植。研究表明,紫花苜蓿對(duì)銅有很強(qiáng)的積累作用,其(地上和地下部分)富集系數(shù)大于1,達(dá)到了超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)。具有生長(zhǎng)迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、生物量大等特點(diǎn),很適合作為各地的重金屬修復(fù)植物[11]。由此,探討不同銅處理?xiàng)l件下其化學(xué)組成上的差異將有利于揭示其耐銅機(jī)制。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)銅耐性植物不同組織器官化學(xué)組分進(jìn)行 FTIR 的研究較少,對(duì)紫花苜蓿的相關(guān)研究未見報(bào)道,因此,本研究將探討不同銅處理?xiàng)l件下,利用 FTIR 對(duì)紫花苜蓿根、莖、葉的化學(xué)組分進(jìn)行研究,以便為研究銅對(duì)牧草的毒害機(jī)制提供新的研究方法,對(duì)銅污染環(huán)境修復(fù)提供參考依據(jù),對(duì)應(yīng)用牧草進(jìn)行銅污染水體及土壤修復(fù)等都具有指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)種子購(gòu)自重慶市萬(wàn)州區(qū)宏遠(yuǎn)市場(chǎng)。CuCl2·2H2O(分析純)。所用儀器為IRPrestige- 21紅外光譜儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料預(yù)處理

挑選大小均勻飽滿的紫花苜蓿種子100粒,用0.1%的HClO 溶液消毒10 min,用水洗凈,均勻播種在裝有培養(yǎng)基質(zhì)(河沙)的育苗盤中,澆透水,在室內(nèi)條件下培養(yǎng),待小苗長(zhǎng)出第2片真葉時(shí),挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗45株,移入水培裝置中,每瓶3株苗。先采用1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)1周,再更換為含不同濃度Cu的培養(yǎng)液進(jìn)行處理。

1.2.2 試驗(yàn)處理

配置CuCl2·2H2O 母液,分別稀釋成Cu2+濃度梯度為0、1、5、20、100 mol/L的培養(yǎng)液。每個(gè)濃度處理設(shè)3瓶。試驗(yàn)期間每天補(bǔ)水1次,3 d 換1次溶液,24 h 通氣培養(yǎng),所有處理溶液的pH值保持在(6.5±0.1)。試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,水培容器放在靠近窗邊的試驗(yàn)臺(tái)上,先采用1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)1周,再更換為含不同濃度Cu2+的培養(yǎng)液進(jìn)行處理,處理45 d后收獲。

1.2.3 傅里葉紅外光譜(FTIR)采集

分別取紫花苜蓿植株105 ℃下殺青0.5 h,80 ℃烘箱里干燥24 h, 將粉末樣品和KBr一起用瑪瑙研缽研碎。并壓成薄片,然后置于FTIR光譜儀的IRsolution Chinese采樣器下,按照所設(shè)定的測(cè)試條件。在室溫下直接測(cè)定樣品的FTIR,測(cè)試條件：光譜范圍4000—400cm-1,分辨率16 cm-1,掃描累加次數(shù)20次,動(dòng)鏡速度2.8,獲得所需紫花苜蓿植株的光譜信息。

1.2.4 植物生長(zhǎng)的分析

將收獲的紫花苜蓿全株用蒸餾水洗凈后放入105 ℃下殺青0.5 h,80 ℃烘干至恒重,分別稱取根、莖、葉的干生物量。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和處理,并應(yīng)用Origin (7.0) 進(jìn)行紅外光譜數(shù)據(jù)圖譜處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度銅處理對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)的影響

圖1 不同濃度銅處理對(duì)紫花苜蓿生物量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of Cu on the biomass of Medicago sativa L.

如圖1 所示,隨著Cu2+處理濃度的增加,紫花苜蓿根、莖、葉的生物量呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。但不同銅處理?xiàng)l件下紫花苜蓿都能生長(zhǎng)正常(能完成植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程),不同銅處理?xiàng)l件下生物量差異不顯著(P>0.05)。這表明紫花苜蓿對(duì)銅有較強(qiáng)的耐性。銅是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素,低濃度的Cu2+會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng),但高濃度的Cu2+會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)。然而,受植物遺傳學(xué)特性、生態(tài)學(xué)特性等因素所決定,不同植物對(duì)Cu污染的忍耐性是不同的。因此,對(duì)植物生長(zhǎng)有利的銅濃度范圍要根據(jù)植物的種類而定[12]。有研究表明Cu2+處理濃度低于15.6 μmol/L時(shí)促進(jìn)煙草的生長(zhǎng),高于15.6 μmol/L 時(shí)抑制煙草的生長(zhǎng)[13]。研究表明,在Cu2+處理濃度為1 mol/L時(shí)就開始抑制紫花苜蓿的生長(zhǎng),高濃度銅(100 mol/L)處理下紫花苜蓿根部出現(xiàn)發(fā)黑,葉稍微卷曲的特征；呈現(xiàn)出隨著培養(yǎng)液中Cu2+濃度的增加,紫花苜蓿的生物量越來(lái)越小的特征。但Cu2+處理濃度與這種牧草的生物量差異不顯著。

2.2 紫花苜蓿根的FTIR分析

3410 cm-1的自由羥基的伸縮振動(dòng)峰主要來(lái)自于紫花苜蓿根系中多糖、纖維素、半纖維素等碳水化合物( 圖2)[9],由圖3可以看出隨著Cu濃度的升高,處理峰高呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。在低濃度Cu處理?xiàng)l件下,處理峰吸光度下降,在5 mol/L達(dá)到最低,隨Cu處理濃度的繼續(xù)提高,該峰吸光度上升。這可能是根外表皮細(xì)胞壁的羥基吸附結(jié)合Cu2+形成穩(wěn)定的化合物,使細(xì)胞表面的氫鍵減少；而高濃度Cu2+處理下可能破壞了根外表皮細(xì)胞壁的羥基吸附結(jié)合Cu2+的機(jī)制[7],導(dǎo)致根外表皮細(xì)胞壁的羥基不能結(jié)合Cu2+,峰值升高。

2924 cm-1附近是羧酸O—H 與甲基伸縮振動(dòng)重疊峰[7,14],主要來(lái)自于維生素、各種膜及細(xì)胞壁的組織等成分。隨著Cu濃度的增加,該處峰高呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),如圖3所示,這可能是在低濃度Cu 的脅迫下,紫花苜蓿的根部由于抗性機(jī)制分泌的有機(jī)酸不斷螯合Cu,造成羧酸O—H的減少,導(dǎo)致羧酸譜帶下降,但隨著Cu的處理濃度繼續(xù)升高,Cu對(duì)紫花苜蓿的毒害加重,其羧酸螯合力變?nèi)?有機(jī)酸含量漸漸升高,故其峰值開始上升。

1381 cm-1處為含油脂化合物(各種膜和胞壁)的組織中甲基的吸收帶[15- 16]。隨著Cu處理濃度的升高,峰高表現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì)(如圖3所示),反映了含油脂化合物含量先下降后升高?？赡茈S著Cu處理濃度的升高(1—5mol/L),細(xì)胞壁通過(guò)降低果膠甲基化程度,使陽(yáng)離子交換能力提高,從而吸收更多的Cu,即通過(guò)細(xì)胞壁中積累Cu來(lái)增強(qiáng)抗逆性,峰高逐漸下降,但高濃度的Cu(>5 mol/L)已對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)生了脅迫,甲基化程度又開始升高,峰值又呈上升態(tài)勢(shì)。

1064 cm-1附近的峰是醇、酯基、醚基或酚類等碳水化合物的C—O 基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰(圖2)[9,17- 18]。隨著Cu處理濃度的增加,峰高先降后升(圖3)。說(shuō)明隨著Cu處理濃度的升高(1—5 mol/mL),這類物質(zhì)運(yùn)輸通道受到一定影響,致使部分這類物質(zhì)無(wú)法運(yùn)輸?shù)礁?峰高逐漸下降,但高濃度的Cu(>5 mol/L)已對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)生了脅迫,導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化程度加深,脂肪族酮類化合物過(guò)氧化產(chǎn)物在根部積累,峰值又呈上升趨勢(shì)。

圖2 不同銅處理下紫花苜蓿根系的傅里葉紅外光譜圖(400—4000 cm-1)Fig.2 Absorption FTIR spectra in the 400 to 4000 cm-1region in the roots of M.sativa L. a: control; b: 1 mol/L ; c: 5 mol/L ;d:20 mol/L ; e: 100 mol/L

圖3 不同銅處理下紫花苜蓿根系的特征峰(1064 cm-1,1381cm-1,1651 cm-1,2924 cm-1and 3410 cm-1)變化譜圖Fig.3 The band height changes of 1064 cm-1,1381cm-1,1651 cm-1,2924 cm-1and 3410 cm-1 in the roots of M. sativa L.

2.3 紫花苜蓿莖的 FTIR 分析

圖4為不同銅濃度處理?xiàng)l件下紫花苜蓿莖組織的紅外光譜圖,圖5為不同銅濃度下紫花苜蓿莖組織的特征峰變化圖。1064 cm-1附近的峰是醇、酯基、醚基或酚類等碳水化合物的C—O 基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰,1381 cm-1附近的峰是為含油脂化合物的甲基C—H 的變形振動(dòng)峰,在1643 cm-1附近的峰是氨基酸,多肽和蛋白質(zhì)類物質(zhì)N—H 酰胺的彎曲振動(dòng)峰,2924 cm-1附近的峰是植物體內(nèi)有機(jī)酸類物質(zhì)的羧酸O—H 的伸縮振動(dòng)峰,在3402 cm-1附近的峰代表紫花苜蓿莖中碳水化合物分子間氫鍵O—H 自由羥基的伸縮振動(dòng)峰( 圖5)。由圖5看出,除3402 cm-1處峰值在高濃度出現(xiàn)上升外,各處峰均無(wú)明顯變化,表明在Cu處理濃度不斷升高的情況下,紫花苜蓿莖中這幾類有機(jī)物：碳水化合物、有機(jī)酸、氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)等成分變化不明顯。因此在一定濃度范圍(0—100 mol/L)的Cu脅迫下,紫花苜蓿莖的生理生化過(guò)程受影響程度較小,表現(xiàn)出紫花苜蓿作為Cu 耐性植物的特性。

圖4 不同銅處理下紫花苜蓿莖的傅里葉紅外光譜圖(400—4000 cm-1)Fig.4 Absorption FTIR spectra in the 400 to 4000 cm-1region in the stems of M. sativa L. a: Control; b: 1 mol/L ; c: 5 mol/L; d: 20 mol/L; e: 100 mol/L

圖5 不同銅處理下紫花苜蓿莖的特征峰(1064 cm-1,1381cm-1,1643 cm-1,2924 cm-1 and 3402 cm-1)變化譜圖Fig.5 The band height changes of 1064 cm-1,1381cm-1,1643 cm-1,2924 cm-1and 3402 cm-1 in the stems of M. sativa L.

2.4 紫花苜蓿葉的 FTIR 分析

圖6為不同銅濃度處理?xiàng)l件下紫花苜蓿葉的紅外光譜圖,圖7為不同銅濃度下紫花苜蓿葉的特征峰變化圖。

圖6 不同銅處理下紫花苜蓿葉的傅里葉紅外光譜圖(400—4000 cm-1)Fig.6 Absorption FTIR spectra in the 400 to 4000 cm-1region in the leaves of M. sativa L. a: Control; b: 1 mol/L; c: 5 mol/L; d: 20 mol/L; e: 100 mol/L

圖7 不同銅處理下紫花苜蓿葉的特征峰(1072 cm-1,1381cm-1,1651 cm-1,2924 cm-1 and 3410 cm-1)變化譜圖Fig. 7 The band height changes of 1072 cm-1,1381cm-1,1651 cm-1,2924 cm-1 and 3410 cm-1in the leaves of M. sativa L.

1072 cm-1附近的峰是醇、酯基、醚基或酚類的C—O 基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰；1381 cm-1附近的峰是為含油脂化合物的甲基C—H 的變形振動(dòng)峰,在1651 cm-1附近的峰是氨基酸,多肽和蛋白質(zhì)類物質(zhì)N—H 酰胺的彎曲振動(dòng)峰,2924 cm-1附近的峰是植物體內(nèi)有機(jī)酸類物質(zhì)的羧酸O—H 的伸縮振動(dòng)峰,在3410 cm-1附近的峰代表紫花苜蓿葉中碳水化合物分子間氫鍵O—H 自由羥基的伸縮振動(dòng)峰。由圖7看出,所有峰值在低濃度(<5 mol/L)Cu 處理下變化不明顯,說(shuō)明紫花苜蓿葉的生理生化過(guò)程受影響程度較小,表現(xiàn)出對(duì)Cu的耐性較強(qiáng)。高濃度(>5 mol/L)Cu 處理下所有峰值先升后降?？赡芘c可溶性糖及可溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)的含量的先升后降有關(guān)?？赡苁侵参矬w對(duì)不良環(huán)境在一定適應(yīng)性基礎(chǔ)上的抵抗性反應(yīng)。但是植物耐受重金屬脅迫是有一定限度,超過(guò)這個(gè)限度,可溶性糖和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的含量反而下降[7,15]。

3 結(jié)論

(1) Cu 脅迫抑制了紫花苜蓿的生長(zhǎng),但不同處理?xiàng)l件下生物量的差異不顯著,表明紫花苜蓿對(duì)銅脅迫有較強(qiáng)的耐受性。

(2)從紅外光譜可以看出,經(jīng)過(guò)重金屬銅脅迫的紫花苜蓿,吸收峰所對(duì)應(yīng)的波數(shù)相對(duì)固定,但各吸收強(qiáng)度有所變化,說(shuō)明重金屬銅脅迫并不會(huì)改變紫花苜?；镜幕瘜W(xué)成分組成,但對(duì)化學(xué)成分的含量有所影響。

(3)紫花苜蓿根組織在2924 cm-1處峰高隨著Cu濃度的增加先下降后上升,反映在低銅處理?xiàng)l件下紫花苜蓿分泌的有機(jī)酸不斷螯合Cu,造成羧酸O-H的減少,但隨著Cu 含量的升高,其羧酸螯合力變?nèi)?有機(jī)酸含量漸漸升高。

( 4) 紫花苜蓿莖組織在2924,1643,1381,1064 cm-1等處峰高無(wú)明顯變化,表明其莖中的生理生化過(guò)程受影響的程度較小,體現(xiàn)了紫花苜蓿作為Cu 耐性植物的特性; 葉組織在重金屬Cu 脅迫下,所有峰值在低濃度(<5 mol/L)Cu 處理下變化不明顯,高處理濃度時(shí),隨著濃度的升高可溶性糖及可溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)的含量都呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。

致謝：東南大學(xué)王大勇教授對(duì)寫作給予幫助,特此致謝。

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Physiological response ofMedicagosativaL. to copper stress by FTIR spectroscopy

FU Chuan1, YU Shunhui1, HUANG Yimin1, DENG Hongping2,*

1KeyLaboratoryofWaterEnvironmentEvolutionandPollutionControlintheThreeGorgesReservoirRegion,Chongqing404100,China2KeyLaboratoryofEco-environmentsintheThreeGorgesReservoirRegion,SchoolofLifeScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Although copper (Cu) is required for plant growth and development, excessive levels of this element can be toxic to plants. Soil pollution and degradation take place when Cu is released into the environment through activities such as mining, discharge of “three wastes” (i.e., waste water, waste gas, and waste residue), and application of cupric fungicides.Medicagosativa, a perennial flowering plant native to Iran, has been cultivated as an important forage crop in many countries around the world. This species is reported to be a copper-hyperaccumulator, and studies suggest that it may be useful for phytoremediation.

To elucidate the mechanism of copper tolerance inM.sativa, changes in levels of chemical constituents ofM.sativatreated with different concentrations of Cu solution were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), an accurate, simple, efficient technique with high resolution.

After germination in a seed tray,M.sativaseedlings of uniform size and appearance were selected and transplanted into a hydroponics system. After pre-cultivation with one-quarter strength Hoagland′s solution for one week, the seedlings were treated with different concentrations of Cu2+, i.e., 0, 1, 5, 20, and 100 mol/L. After 45 days of treatment with Cu2+solution, roots, stems, and leaves were separated and dried to measure biomass and to detect changes in chemical constituent levels.

Although root, stem, and leaf biomass ofM.sativadecreased slightly as concentrations of Cu2+were increased, these changes were not found to be significant. After an initial decline, absorbance in roots of the dominant infrared band near 2924 cm-1exhibited an increasing trend. This result indicates that at low Cu2+concentrations (<5 mol/L), organic acids secreted byM.sativawere able to chelate Cu2+, leading to a decrease in carboxylic acid O—H; at high Cu2+concentrations (>5 mol/L), chelating activity decreased, which was followed by an increase in organic acids. Absorbance changes at 1381 cm-1mirrored those at 2924 cm-1as Cu2+concentration was increased, indicating that fat levels inc reased after an initial decrease. The observed pattern of changes in fat concentration may have been due to increases in cell wall cation-exchange capacity that enhanced Cu resistance. In stems, absorbances of the dominant infrared bands near 2924, 1643, 1381, and 1064 cm-1, which corresponded to organic acids, proteins and amino acids, fats, and carbohydrates, respectively, did not exhibit any obvious changes. In leaves, there were no obvious changes in absorbances of any dominant bands at low Cu2+concentrations; at high Cu2+concentrations, however, these absorbances fell after an initial rise. The observed trend may have been due to changes in levels of soluble sugar and soluble protein.

To summarize, roots ofM.sativaare able to adjust organic acid content and to enhance cell wall cation-exchange capacity by accumulating Cu2+and impeding transportation of Cu2+from roots to shoots. As a result, shoots were effectively protected from Cu damage.

MedicagosativaL.; copper stress; chemical composition; FTIR

三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(WEPKL2012MS- 01)

2013- 05- 08;

2013- 10- 23

10.5846/stxb201305080982

*通訊作者Corresponding author.E-mail: denghp@swu.edu.cn

付川,余順慧,黃怡民,鄧洪平.紫花苜蓿對(duì)銅脅迫生理響應(yīng)的傅里葉變換紅外光譜法研究.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(5):1149- 1155.

Fu C, Yu S H, Huang Y M, Deng H P.Physiological response ofMedicagosativaL. to copper stress by FTIR spectroscopy.Acta Ecologica Sinica,2014,34(5):1149- 1155.