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氢,自然界中最简单、最丰富的元素,其单质分子氢气(H2)曾被认为在生物体内无生物学活性。近来研究发现H2作为一种内源气体分子在植物体内起到重要的生物调节作用。H2可以减轻水稻种子萌发过程中的盐胁迫、增强拟南芥的耐盐性、增强苜蓿对百草枯以及镉的耐性等。在酸性土壤中,铝会转化为有毒性的三价铝离子使植物的生长受到抑制。铝对植物的毒害首先表现在对于根伸长的抑制作用,并会破坏细胞壁和细胞质膜、影响细胞信号转导途径、引起活性氧爆发、对细胞DNA组成、染色质结构和转录活性造成不利影响等等,从而导致光合能力下降,影响植物生长。目前有关富氢水(Hydrogen-richwater,HRW)的研究主要是以拟南芥、水稻、苜蓿等为材料,大多从地下部分出发探究HRW对非生物胁迫的缓解作用。然而,外源H2或者内源H2对铝胁迫下玉米幼苗的生长、光合特性及氧化损伤中是否具特殊的作用还不清楚。因此,在本研究中我们通过测定活性氧的产生与清除、叶绿素含量、元素含量等,从光合机构保护、快速荧光诱导动力学、营养吸收等方面分析了 HRW对铝胁迫下玉米幼苗生长及铝胁迫下光合机构稳定性的影响。为探究富氢水对玉米幼苗生长及光合特性的影响,本试验以正常Hoagland’s营养液培养的玉米幼苗为对照,研究25%、50%、75%、100%富氢水处理对铝胁迫下玉米幼苗生长的影响。结果显示,富氢水处理对铝胁迫下玉米的株高、叶绿素含量、根伸长量的促进作用表现出明显的浓度效应,其中75%HRW对植物生长的促进效果最明显。进一步的光合气体交换参数、叶绿素荧光参数以及光合碳同化关键酶活性的测定结果显示,一定浓度的富氢水处理后可以促进铝胁迫下玉米叶片光合气体交换,提高Rubisco和PEPC的活性;与单独铝处理的玉米叶片相比,富氢水共处理可以显著降低玉米叶片Fv/Fm、PIABs、ETo/CSo等荧光参数的下降幅度,表明富氢水可以有效地减少光抑制条件下光合机构的失活,从而保护玉米的光合机构。为了进一步探究外源H2增强玉米幼苗对铝胁迫耐性的机制,采用不同浓度的富氢水与铝对玉米幼苗进行共处理,观察了富氢水对铝胁迫下O2·-和H2O2的含量、抗氧化酶(SOD,CAT,APX,和POD)的活性和叶片的膜脂过氧化程度的影响。研究结果表明,富氢水对玉米幼苗的铝胁迫的缓解表现出明显的浓度效应;外源H2共处理是通过不同程度地提高SOD,CAT,APX和POD等抗氧化酶的活性,减少了 O2·-和H202的产生,并降低膜脂过氧化程度和活性氧对酶生理活性的抑制,从而缓解了铝对玉米光合机构造成的损伤。为了探究外源氢气对铝胁迫下玉米营养元素吸收和铝吸收和转运的影响,采用不同浓度的富氢水对玉米幼苗进行共处理,测定了玉米幼苗钙、磷、钾、镁、铁、锰以及铝的含量。结果显示,富氢水共处理对于铝胁迫下玉米幼苗的营养元素含量表现出普遍的提升效果,表明氢气显著地缓解了铝对于玉米幼苗的营养元素吸收的抑制;同时,铝的吸收也在加入富氢水后显著上升,表明氢气可能通过减少铝对根的破坏提高了根系对于阳离子的吸收能力。