锌胁迫下红花营养期根茎解剖结构适应性变化及其修复潜力

《Flora》：Anatomical changes at stems and roots of Carthamus tinctorius in response to zinc toxicity during the vegetative stage

本研究系统探讨不同浓度ZnSO4（15-1000 μM）对红花（Carthamus tinctorius L.）营养期根茎解剖结构的影响，揭示锌毒害下植物通过调节木质部导管密度、内皮层加厚等结构适应性变化（ANOVA分析，P<0.05）实现部分耐受的机制，为重金属污染土壤植物修复提供理论依据。

　　

Highlight

植物样本、培养条件与生物计量评估

红花（Carthamus tinctorius L.）"Jawhara"品种种子经灭菌后，在培养皿中发芽4天。幼苗移栽至珍珠岩基质，先蒸馏水灌溉4天，后改用1/8浓度霍格兰营养液（Hoagland nutrient solution）培养。生长箱条件设置为16小时光周期，光照强度150 μmol·m^-2·s^-1。

统计分析

数据以均值±标准差（SD）表示，采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验（P<0.05），使用SPSS 18.0软件完成统计。

锌处理下红花的形态表现

如图1所示，15 μM锌浓度下植株未出现毒害症状。但当浓度升至225 μM时，可见地上部和根系生长显著受抑，伴随叶片失绿（chlorosis）和根系褐变（root browning）。该结果与相对生长速率（RGR）的计算结果一致（图1B）。

植物体内锌流动态

图2显示，15 μM锌处理组的锌净吸收流量与对照组无显著差异，但随着培养基锌浓度升高，根系锌积累量达到向地上部转运量的4倍以上（尤其在225和1000 μM时）。根系锌净积累与地上部转运量均随外界锌浓度增加而同步上升。

讨论

本研究表明，超过15 μM的锌浓度会抑制植物生长（图1）。锌可能通过干扰细胞分裂和伸长过程（Mousavi等，2024）引发生长抑制，过量锌还会诱导活性氧（ROS）产生，加剧细胞损伤。根系中锌的高滞留（较地上部高4倍）说明红花具有限制锌向地上部转运的机制，这种区室化（compartmentalization）是重金属耐受策略的关键特征。解剖结构上，根系径向维度、皮层横截面积和后生木质部导管密度均下降50%，1000 μM时形成厚壁内皮层；茎部则出现直径缩小、皮层面积减少及木质部导管结构与数量变化。这些结构调整虽限制水分养分运输，却增强了机械支撑，体现植物在胁迫下的权衡（trade-off）策略。

结论

高锌浓度（225和1000 μM）诱导红花茎部厚角组织与厚壁组织强化，同时伴随维管导度下降（导管数量减少、果胶纤维素壁木质化增强）。这种结构双重调整策略既限制毒性元素运输，又通过增强组织刚性提升抗逆性，为选育耐锌品种及植物修复技术开发提供解剖学依据。