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随着工业化和城市化进程的不断深入,由工业和生活废水的排放、污水灌溉等原因造成的土壤环境污染日益严重。重金属在土壤中的滞留时间长、移动性差,并且通常以多种不同金属复合的形式共存。重金属不仅影响土壤的组成、结构和功能,造成农作物的减产,而且通过食物网迁移到不同生物体内,直接或间接地影响人和动物的健康。锌(Zn)、铁(Fe)和铜(Cu)是生物体必需的微量金属元素,参与植物体内多种生理过程,如生长发育、光合和呼吸作用、元素代谢、生物大分子合成等。然而,重金属过量时会抑制植物生长、引起代谢紊乱、活性氧失衡并驱动植物抗氧化应答。一氧化氮(NO)是广泛分布于生物体内的一种关键信号分子,在植物的生长发育和防御应激反应中发挥重要作用。本实验以西北地区广泛种植的“宁春4号”小麦为材料,研究了NO清除剂2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxide(PTIO)的加入对Zn、Fe和Cu复合处理下小麦根生长及其他生理生化特性的影响,以探讨NO对Zn、Fe和Cu复合处理下小麦植物毒性的影响及其响应机制。主要研究结果如下:1.Zn、Fe和Cu复合处理明显抑制小麦幼苗根和茎的生长,且对根的抑制作用强于茎,其中Zn+Fe处理抑制作用最弱,而Zn+Fe+Cu处理抑制作用最强。PTIO的加入对Zn、Fe和Cu复合处理下小麦幼苗根和茎的生长没有显著的影响。2.与对照相比,Zn、Fe和Cu复合处理导致了小麦根中Zn、Fe、Cu和Mn含量的升高,但降低了Na、K和Ca的含量;相关处理下叶片中Zn、Fe和Mn的含量升高而Cu、Na、K和Ca的含量降低。PTIO的使用诱导了Zn、Fe和Cu复合处理的根中Fe、Mn和Ca含量进一步升高、K含量降低以及叶片中Ca含量的升高。3.Zn、Fe和Cu复合处理下小麦根尖NO荧光强度高于对照,其中Zn+Fe处理下NO荧光最亮。PTIO的加入减弱了金属复合处理下根中NO的荧光强度。4.除Zn+Fe处理外,在其他重金属复合处理下,小麦根中脯氨酸含量均显著升高,其中Zn+Cu处理下脯氨酸含量最高,PTIO的加入对金属复合处理下脯氨酸的积累无显著影响。5.Zn、Fe和Cu复合处理下小麦幼苗中总的和质外体中的过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)、超氧阴离子(Super anion,O2·ˉ)和羟自由基(Hydroxyl radical,·OH)含量均升高。PTIO的使用进一步诱导重金属复合处理下根中H2O2、O2·ˉ和·OH的积累,其中PTIO和Zn+Fe+Cu共同处理下这三项指标的含量最高。6.Zn、Fe和Cu复合处理下小麦幼苗根中抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)、质外体超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和质外体过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性的升高,而谷胱甘肽还原酶(Glutathione reductase,GR)和质外体过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性降低。PTIO的加入抑制了Zn、Fe和Cu复合处理下小麦根中总的POD、GR和质外体CAT的活性,但促进了质外体SOD和APX的活性的升高。上述结果表明:Zn、Fe和Cu复合处理对小麦的植物毒可能与Zn、Fe和Cu元素在根叶中过度积累以及活性氧自由基(ROS)的大量产生有关。重金属复合处理下脯氨酸含量的增加、NO的产生以及SOD和质外体POD、APX活性的升高在一定程度上缓解ROS诱导的氧化损伤。此外,NO清除剂PTIO的加入不影响Zn、Fe和Cu复合处理对小麦生长的抑制,但进一步诱导ROS的产生,导致总POD、GR和质外体CAT活性的降低,说明NO可能与金属复合处理下小麦幼苗中的酶促抗氧化反应的调控有关。