摘要
由于城市化进程和城镇工业的加快，各种重金属离子进入生态系统，并不断迁移、积累和转化，导致环境重金属污染不断加剧，给动植物带来了严重的危害。铁(Iron,Fe)作为一种过渡金属元素，参与植物的光合作用、呼吸作用以及氮代谢等生命活动。有氧条件下，尽管土壤中的铁会在中性或碱性pH下形成难溶的配合物而不易被生物利用，但过量的铁会通过Fenton反应产生具有毒性的自由基，破坏植物体内的生物大分子，从而使正常代谢严重受阻。本研究通过分析不同浓度FeCl3处理(0、100、300和500μmol·L-1)对“西旱3号”春小麦幼苗生长、细胞壁多糖组分、木质素含量、木质素合成相关酶的活性及其基因表达的影响，探究过量铁胁迫下小麦幼苗木质素合成代谢的响应。主要结果如下： 1.低浓度Fe可以促进小麦幼苗根系生长，而高浓度的Fe会抑制根系生长，降低根系活力，其中，500μmol·L-1FeCl3抑制作用最为明显；300和500μmol·L-1FeCl3处理使小麦幼苗株高降低。高浓度的Fe处理下，小麦幼苗根鲜重、干重和根冠比均降低，而Fe胁迫对小麦幼苗叶片干重无影响，叶片鲜重仅在500μmol·L-1FeCl3处理下降低。 2.Fe处理显著诱导小麦幼苗根质外体活性氧(Reactiveoxygenspecies，ROS)的积累，DPI(NADPH氧化酶抑制剂)单独处理下小麦幼苗质外体H2O2和·OH含量较对照显著增加，而O2·-含量明显减少；与单独铁胁迫相比，DPI的加入使质外体H2O2和·OH含量均升高，而O2·-含量显著降低。此外，铁胁迫2和6天时，小麦幼苗根NADPH氧化酶活性均随着铁处理浓度的升高而显著增加。 3.铁胁迫下小麦幼苗根细胞壁纤维素(Cellulose)中糖醛酸和总糖含量均显著增加；低浓度Fe处理果胶(Pectin)、半纤维素Ⅰ(HemicelluloseⅠ,HCⅠ)中的糖醛酸和总糖含量无明显变化，高浓度Fe处理下含量显著升高。半纤维素Ⅱ(HemicelluloseⅡ,HCⅡ)中糖醛酸含量仅在高浓度Fe处理下增加，其总糖含量随Fe处理浓度的升高而增加。 4.铁处理会导致小麦幼苗根系木质素含量增加，且随浓度升高木质化程度加剧。铁胁迫会诱导木质素合成相关酶：苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonialyase，PAL)、肉桂醇脱氢酶(cinnamylalcoholdehydrogenase，CAD)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4-Coumarate:CoAligase，4CL)、漆酶(Laccase,LAC)和两种细胞壁过氧化物酶(愈创木酚过氧化物酶(guaiacolperoxidase,GPX)及松柏醇过氧化物酶(coniferylalcoholperoxidas,CAPX))活性升高及TaPAL、TaCAD、Ta4CL和TaLAC表达量的改变，导致小麦幼苗根系木质化加剧，使其根系伸长受到严重抑制。 以上结果表明：铁胁迫抑制了小麦幼苗的正常生长，诱导质膜NADPH氧化酶活性增加，导致ROS和木质素的大量积累，木质素合成相关酶PAL、4CL、CAD、LAC、GPX和CAPX活性升高以及TaPAL、TaCAD、Ta4CL和TaLAC表达量的改变，从而使小麦幼苗根系木质化加剧，根系伸长受到严重抑制。
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