不同鋁水平脅迫對(duì)橡膠樹(shù)幼苗若干生理指標(biāo)的影響

張晗等

摘 要 研究不同鋁水平脅迫（0 、50、100、200、400 mmol/L）對(duì)橡膠樹(shù)幼苗過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、葉綠素含量、葉片相對(duì)電導(dǎo)率及幼苗地上部與地下部鋁含量變化的影響。結(jié)果表明，鋁脅迫均使橡膠樹(shù)幼苗生理指標(biāo)產(chǎn)生一定的變化。在200 mmol/L和400 mmol/L鋁水平下橡膠苗葉片POD活性和SOD活性先上升后下降至脅迫前甚至為0；MDA含量則大量增加，而且越來(lái)越高；葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b隨脅迫時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，且鋁濃度越大下降趨勢(shì)越明顯；相對(duì)電導(dǎo)率隨脅迫時(shí)間的推移均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，介于60%～100%之間，超過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜死亡的閾值；橡膠苗地下部鋁含量分別約為地上部鋁含量的3倍、2倍、1.3倍。不同鋁水平脅迫處理中，隨著鋁濃度越高、脅迫時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)橡膠樹(shù)幼苗生理指標(biāo)的影響越大。其中在200 mmol/L鋁水平下葉片相對(duì)電導(dǎo)率大于50%，達(dá)到葉片細(xì)胞膜透性閾值，MDA則大量增加，SOD和 POD急速上升后下降，葉綠素含量極少。因而認(rèn)為橡膠樹(shù)幼苗的最高鋁耐受濃度為200 mmol/L，地下部鋁含量的耐受量為6.2 mg/g，地上部的耐受量為2.9 mg/g。

關(guān)鍵詞 鋁水平；橡膠樹(shù)幼苗；葉綠素含量；抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號(hào) S794.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract The aim of the present study was to examine the impacts of aluminum concentrations on some physiological parameters of rubber tree saplings. The plant materials used were young plants from tissue culture of somatic embryos of clone CATAS 7-33-97， which were cultivated in pots filled with river sand added with different aluminum concentrations at 0， 50， 100， 200 and 400 mmol/L. The leaf peroxidase（POD）content， superoxide dismutase（SOD）content， malondialdehyde（MDA）content， chlorophylls contents， cell plasma membrane permeability， and aboveground part and belowground part aluminum contents were measured. It was found that all physiological parameters in question were caused to change by adding aluminum at various concentrations with stress time. At the concentration of 200 mmol/L， the relative electric conductivity reached 50%， a threshold of cell plasma membrane permeability， MDA content increased tremendously， SOP and POD contents went up shortly before a rapid drop， while little chlorophylls were detected. More aluminum was accumulated in belowground part than the aboveground part by 3-fold， 2-fold and 1.3-fold respectively in response to 100 mmol/L， 200 mmol/L and 400 mmol/L concentrations. It is therefore concluded that the adding aluminum disrupted the regular function of rubber tree sapling at all concentrations with larger impacts from higher concentrations and longer expose time. It is suggested that the 200 mmol/L concentration could be the maximum tolerance of rubber tree saplings to aluminum， and correspondingly the maximum aluminum concentration in aboveground part and belowground part should be 2.9 mg/g and 6.2 mg/g respectively.

Key words Aluminium concentration； Rubber tree saplings； Chlorophyll content； Antioxidant enzyme system

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.018 橡膠樹(shù)性喜高溫、高濕、降水豐沛、靜風(fēng)、日照適中的氣候條件。對(duì)土壤要求酸度在4.5～6.5之間，有機(jī)質(zhì)較多、土質(zhì)疏松、肥沃[1-2]。中國(guó)橡膠園土壤以磚紅壤為主，少數(shù)為赤紅壤，有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效鉀含量較高，但速效磷含量很低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，多數(shù)膠園以單施無(wú)機(jī)化肥為主，隨著種植年代的延長(zhǎng)，土壤呈明顯酸化趨勢(shì)。陳明智等[3]研究結(jié)果表明，隨著橡膠樹(shù)種植年限延長(zhǎng)，土壤可交換性鋁含量顯著升高。Zhang等[4]研究指出，中國(guó)橡膠園的集約經(jīng)營(yíng)（清岜、施肥與割膠）導(dǎo)致膠園土壤有機(jī)碳與微生物炭顯著下降，有效磷極度缺乏；另外，相對(duì)于草地，膠園土壤的pH值下降0.5，而可交換性鋁卻相應(yīng)增加了1倍，說(shuō)明土壤酸化直接導(dǎo)致了土壤鹽基離子的消耗和鋁離子的釋放。因此，研究酸性土壤鋁毒對(duì)橡膠樹(shù)生長(zhǎng)及生理狀況的影響有重要意義。本研究采用盆栽法研究不同鋁水平脅迫對(duì)橡膠樹(shù)幼苗過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）活性、葉綠素含量、葉片相對(duì)電導(dǎo)率及幼苗地上部與地下部的鋁含量變化的影響，初步掌握鋁毒脅迫對(duì)這些生理參數(shù)的影響，為進(jìn)一步從解剖結(jié)構(gòu)觀察以及根系形態(tài)研究評(píng)價(jià)鋁毒對(duì)橡膠樹(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試幼苗材料 選取1年生、具有2蓬葉、生長(zhǎng)均一的巴西橡膠樹(shù)CATAS 7-33-97體胚組培苗[5]（文中簡(jiǎn)稱橡膠苗）為試驗(yàn)對(duì)象。供試幼苗材料由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所育種中心提供。

1.1.2 供試基質(zhì) 河沙，采自海南省儋州市。河沙過(guò)2 mm篩后，用濃硝酸浸泡1周，然后清水淋洗，再用pH4.2的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液淋洗，直至淋洗液pH值為4.2為止，最后用營(yíng)養(yǎng)液浸泡1 d至pH不變。

1.1.3 供試鋁源 分析純氯化鋁（AlCl3·6H2O）為廣州化學(xué)試劑公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理 試驗(yàn)采用盆栽沙培種植，單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)0、50、100、200和400 mmol/L 5個(gè)鋁水平處理，10次重復(fù)，總計(jì)50盆，每盆容積30 L。以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的形式澆施，每次向培養(yǎng)基質(zhì)中均勻澆施含不同濃度鋁營(yíng)養(yǎng)液500 mL/盆，每3 d澆施1次，試驗(yàn)處理時(shí)間為2013年9月10日～11月10日，共60 d。試驗(yàn)布置于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠所試驗(yàn)苗圃。

1.2.2 收獲和測(cè)定 分別在處理第0、20、40和60天清晨采集頂蓬葉片，用于測(cè)定葉片丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性、葉綠素含量及葉片相對(duì)電導(dǎo)率。植株地上部和地下部鋁含量在第60天測(cè)定。

植物中的鋁含量采用鉻天青S-溴化十六烷基三甲銨-乙醇分光光度法測(cè)定[6]。

MDA的測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法；SOD活性測(cè)定采用NBT光化還原法；POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法；葉綠素含量測(cè)定采用混合液法；通過(guò)測(cè)定葉片相對(duì)電導(dǎo)率反映葉片質(zhì)膜透性[7]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，并用DPS V6.55版軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。利用新復(fù)極差法（Duncan's）單因素方差分析比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁水平對(duì)橡膠苗地上、地下部鋁含量的影響

由圖1可見(jiàn)，橡膠苗地上、地下部鋁含量均隨著鋁添加濃度增加而升高。其中，400 mmol/L鋁水平的累積量最高，地上、地下部含量分別為6.49 mg/g和8.48 mg/g。在50、100 mmol/L鋁水平下橡膠苗地下部鋁含量約為地上部鋁含量的3倍；隨添加鋁濃度增大，地下與地上部鋁含量的比例降低為2 倍和1.3倍。這說(shuō)明鋁首先在橡膠樹(shù)地下部積累，然后向上運(yùn)輸?shù)饺~部，當(dāng)?shù)叵虏坷塾?jì)量達(dá)到6.2 mg/g以上時(shí)，這種運(yùn)輸轉(zhuǎn)移的速度加快。

2.2 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片MDA含量變化

由圖2可見(jiàn)，不同鋁水平下橡膠苗葉片MDA含量隨時(shí)間的推移呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。脅迫前，各水平之間無(wú)顯著差異。在50 mmol/L鋁水平下，橡膠苗葉片MDA含量在脅迫20 d時(shí)略有降低，但差異不顯著；在脅迫60 d時(shí)顯著升高。隨著添加鋁濃度的增大，橡膠苗葉片MDA含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)均呈上升趨勢(shì)，且濃度越高變化越明顯。

2.3 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片POD活性變化的影響

不同鋁水平下橡膠苗葉片POD活性隨脅迫時(shí)間的推移呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)（圖3）。脅迫前，各鋁水平間無(wú)顯著差異。50 mmol/L鋁水平橡膠苗葉片POD活性隨脅迫時(shí)間的推移無(wú)顯著差異。在100 mmol/L鋁水平下橡膠幼苗葉片POD活性在脅迫0～40 d無(wú)顯著變化，第60 天顯著升高。在200 mmol/L和400 mmol/L鋁水平下橡膠苗葉片POD活性隨脅迫時(shí)間變化均呈單峰曲線，說(shuō)明200 mmol/L可能是橡膠苗可承受的最大鋁水平。

2.4 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片SOD活性變化的影響

不同鋁濃度處理下橡膠幼苗葉片SOD活性隨脅迫時(shí)間的推移呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)（圖4）。從圖4可見(jiàn)，脅迫前，各鋁水平之間無(wú)顯著差異。在50 mmol/L鋁水平下，橡膠苗葉片SOD活性隨脅迫時(shí)間變化呈單峰曲線，峰值出現(xiàn)在處理第20天。100、200 mmol/L鋁水平下，橡膠苗葉片SOD活性隨脅迫時(shí)間的推移呈上升趨勢(shì)。而在400 mmol/L鋁水平下，橡膠苗葉片SOD活性隨脅迫時(shí)間變化呈單峰曲線，峰值出現(xiàn)在處理第20 天。雖然，鋁水平為50 mmol/L和400 mmol/L時(shí)隨脅迫時(shí)間的推移葉片SOD活性變化趨勢(shì)一致，但原因不同。400 mmol/L鋁水平下橡膠苗葉片SOD活性迅速增大，達(dá)到承受的最大限度后減??；而50 mmol/L鋁處理下的橡膠苗葉片尚能通過(guò)自身抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)來(lái)應(yīng)對(duì)鋁毒對(duì)其的傷害。

2.5 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片葉綠素含量變化的影響

圖5表明，脅迫前，各鋁水平之間橡膠苗葉片中葉綠素總量、葉綠素a/b值、葉綠素a和葉綠素b含量無(wú)顯著差異。50 mmol/L鋁水平下，橡膠苗葉片葉綠素總量和葉綠素a在脅迫第40 天略有下降后趨于穩(wěn)定；與此同時(shí)，葉綠素b在脅迫第60 天才有下降趨勢(shì)，說(shuō)明葉綠素a比葉綠素b對(duì)鋁毒的敏感程度更大。隨著添加鋁濃度的增大橡膠苗葉片葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b隨脅迫時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，且鋁濃度越大趨勢(shì)越明顯。在脅迫第60天時(shí)，200 mmol/L 鋁水平下葉綠素總量已經(jīng)很少，在400 mmol/L鋁水平下橡膠苗葉片幾乎無(wú)葉綠素存在。而葉綠素a/b值呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，當(dāng)鋁添加濃度低于200 mmol/L時(shí)，在脅迫第40天略有降低后有所回升；當(dāng)鋁濃度達(dá)到200 mmol/L時(shí)，葉綠素a/b隨脅迫時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)。鋁脅迫下橡膠苗葉片葉綠素a/b值呈現(xiàn)的不同變化趨勢(shì)，說(shuō)明不同鋁水平對(duì)葉片葉綠素a、葉綠素b的影響程度不同。

2.6 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響

由圖6可見(jiàn)，不同鋁水平下橡膠苗葉片質(zhì)膜透性隨脅迫時(shí)間的推移呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。脅迫前，橡膠苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率在32%～34%之間。當(dāng)鋁添加濃度低于200 mmol/L時(shí)，橡膠苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率在處理第20天顯著增大，之后維持在40%～50%范圍內(nèi)，這與小麥的情況相似[8]。當(dāng)鋁添加濃度達(dá)到200 mmol/L時(shí)，橡膠苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨脅迫時(shí)間的推移增大到60%～100%之間。

3 討論與結(jié)論

3.1 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片抗逆性的影響

一些金屬元素能通過(guò)形成活性氧自由基使植物體內(nèi)產(chǎn)生氧化脅迫，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜產(chǎn)生過(guò)氧化損傷甚至死亡。有研究表明，MDA、SOD、POD和相對(duì)電導(dǎo)率可以作為植物抗逆生理評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。MDA含量反應(yīng)了質(zhì)膜過(guò)氧化程度的強(qiáng)弱[9]。SOD和POD是細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)中防止活性氧產(chǎn)生的重要抗氧化酶。王燁軍等[10]對(duì)茶樹(shù)抗旱性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)葉片質(zhì)膜透性和MDA含量同時(shí)增加。

生理學(xué)上把相對(duì)電導(dǎo)率高于50%當(dāng)做葉片細(xì)胞死亡。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)鋁添加濃度為200 mmol/L時(shí)橡膠樹(shù)幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率大于50%并且MDA含量急速增加，400 mmol/L時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率的增加更為明顯，說(shuō)明在此時(shí)鋁毒加速了橡膠樹(shù)幼苗葉片細(xì)胞膜透性改變或破壞，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。當(dāng)鋁添加濃度大于200 mmol/L時(shí)，橡膠苗葉片SOD和POD活性急速上升然后驟然降低，說(shuō)明葉片抗氧化酶系統(tǒng)的活力和平衡受到破壞，可能已超出植物可承受的最大限度[11]。

3.2 鋁水平對(duì)橡膠苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素在光合作用過(guò)程中起到接收和轉(zhuǎn)換能量的作用，是作物進(jìn)行有機(jī)營(yíng)養(yǎng)積累的基礎(chǔ)，其含量高低與光合作用密切相關(guān)[12]。本研究結(jié)果表明，鋁毒脅迫下橡膠苗葉片葉綠素含量降低，當(dāng)鋁濃度為200 mmol/L時(shí)脅迫40 d和60 d后葉綠素含量已經(jīng)相當(dāng)少，葉片進(jìn)行光合作用的能力已經(jīng)很低了；當(dāng)鋁濃度達(dá)到400 mmol/L時(shí)且脅迫60 d后橡膠樹(shù)幼苗葉片幾乎已經(jīng)沒(méi)有葉綠素含量了，此時(shí)橡膠苗葉片基本上無(wú)法進(jìn)行光合作用，很快將導(dǎo)致幼苗植株死亡。葉綠素含量的下降可能由兩方面原因造成，一是鋁毒抑制根系對(duì)鎂離子的吸收，導(dǎo)致葉綠素合成受阻[13]；二是鋁毒脅迫下細(xì)胞質(zhì)中自由基的大量累積破壞葉綠體膜結(jié)構(gòu)、加速葉綠體的分解[14]。

3.3 橡膠幼苗對(duì)鋁毒的耐受濃度

本試驗(yàn)除了在上述氧化還原酶、細(xì)胞質(zhì)膜透性和葉綠素方面反映了橡膠樹(shù)幼苗對(duì)鋁毒的耐受濃度以外，還在橡膠樹(shù)幼苗地上與地下部方面揭示了其對(duì)鋁毒的耐受累積量。在不同鋁水平下，橡膠苗地上、地下部鋁含量存在顯著線性相關(guān)（R2=0.55），說(shuō)明鋁由橡膠樹(shù)幼苗的根系吸收后運(yùn)輸?shù)降厣喜?。Gransson[15]通過(guò)植物組織分析發(fā)現(xiàn)95%的鋁累積在根部，運(yùn)輸?shù)降厣喜糠值臉O少。本研究結(jié)果表明橡膠樹(shù)根系吸收的鋁很大一部分可以運(yùn)輸?shù)降厣喜糠址e累。這與Shen等[16]和Zeng等[17]在蕎麥和茶樹(shù)上的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果還表明，橡膠苗在400 mg/L鋁水平下對(duì)鋁的吸收量最大，但在200 mmol/L鋁水平下地下部開(kāi)始大量向地上部轉(zhuǎn)移吸收鋁，此時(shí)地下部鋁累積含量為6.2 mg/g，地上部為2.9 mg/g。因此，可以認(rèn)為6.2 mg/g鋁含量是橡膠樹(shù)幼苗地下部的耐受濃度。而且鑒于在200 mmol/L鋁水平下葉片相對(duì)電導(dǎo)率大于50%，MDA則大量增加，SOD和POD急速上升后下降，葉綠素含量極少。因此，可以認(rèn)為橡膠苗的最高鋁耐受濃度低于200 mmol/L，地下部鋁含量的耐受濃度是6.2 mg/g，地上部的耐受濃度為2.9 mg/g。迄今為止，已報(bào)道的強(qiáng)抗鋁性植物繡球花[18]葉片含鋁量達(dá)15.66 mmol/kg（約為0.4 mg/g）。由此推斷，橡膠苗耐受鋁濃度的能力比繡球花強(qiáng)很多，可以認(rèn)為橡膠樹(shù)同樣屬于強(qiáng)抗鋁性植物，這與白創(chuàng)文等[19]的報(bào)道一致。但是否如此，還需對(duì)不同酸堿度土壤上生長(zhǎng)不同樹(shù)齡的膠園做進(jìn)一步深入研究和長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

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