氮磷鉀配比施肥對巨尾桉葉片及根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響1)

胡厚臻 李桃禎 李茹 侯文娟 陳鑫 滕維超 王凌暉

(廣西大學(xué)，南寧，530000)

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氮磷鉀配比施肥對巨尾桉葉片及根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響1)

胡厚臻 李桃禎 李茹 侯文娟 陳鑫 滕維超 王凌暉

(廣西大學(xué)，南寧，530000)

采用正交L9(34)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究不同氮(N)磷(P)鉀(K)配比施肥下巨尾桉GL9(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)葉片、根系中有機(jī)酸種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)和根系有機(jī)酸酶活性。結(jié)果表明：葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)是根系的4.03～6.64倍；與對照(CK)相比，N3P2K1、N2P3K1的葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比CK低7.44%和19.70%，其余配比均比CK高；而根系中N1P2K2、N1P3K3、N2P3K1的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK低22.02%～31.07%，有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，表明巨尾桉的養(yǎng)分越均衡，肥料的元素配比越合理。葉片中蘋果酸、檸檬酸、乙酸占所有酸的85.21%～95.32%，根系中蘋果酸及檸檬酸占所有酸的54.99%～85.21%。相關(guān)分析表明，葉片與根系的總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均與蘋果酸、檸檬酸顯著相關(guān)(p<0.05)，這兩種酸作為巨尾桉的優(yōu)勢酸，可能是植物遭受養(yǎng)分脅迫的指示型酸；而有機(jī)酸酶PEPC、NAD-IDH酶活性與根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著相關(guān)(p<0.05)，PEPC是促進(jìn)巨尾桉根系蘋果酸、檸檬酸積累的重要酶，NAD-IDH是與有機(jī)酸分解相關(guān)的酶。N素和P素是影響有機(jī)酸的主要因子，高氮低磷的配比加劇植物養(yǎng)分脅迫，產(chǎn)生更多的有機(jī)酸。綜合分析表明，中氮高磷低鉀的配比即N2P3K1遭受的養(yǎng)分脅迫最小，有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，推薦最佳N、P2O5、K2O施肥量分別為15、9、6 g·株-1。

巨尾桉；氮磷鉀配比；有機(jī)酸；有機(jī)酸酶

A fertilization experiment was tested using an L9(34) orthogonal design and regression analysis to study the effects of the different combined fertilization of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) on the characteristics of organic acids in roots and leaves ofEucalyptusgrandis×E.urophylla, and the activities of acid-metabolizing of roots. The content of organic acid in leaves was 4.03-6.64 times of that of the roots. Compared with CK, the organic acid contents in leaves of N3P2K1and N2P3K1were 19.70% and 7.44% lower than that of CK, and the rest ratio was higher than CK. The organic acid contents of N1P2K2, N1P3K3and N2P3K1in roots were 22.02%-31.07% lower than that of CK. The lower the organic acid content, the more balanced the nutrient, the more reasonable the element ratio of the fertilizer. The malic acid, citric acid and acetic acid accounted for 85.21%-95.32% of all acids in the leaves, Malic acid and citric acid accounted for 54.99% to 85.21% of all acids in root system. By correlation analysis, the total organic acid content of leaves and roots was significantly correlated with malic acid and citric acid (p<0.05), and those two acids, as the dominant acids of the eucalyptus, may be instruction type acid plant suffer from stress. Organic acid enzyme PEPC, NAD-IDH enzyme activity was associated with a significant root organic acid content (p<0.05), PEPC was to promote the root, malic acid, citric acid accumulation of key enzyme, NAD-IDH was related to the decomposition of organic acid enzymes. N and P is the main factor affecting the organic acid content, high nitrogen and low ratio of phosphorus increased plant nutrient stress and produce more organic acid. By comprehensive analysis, the ratio of high phosphorus and low potassium and potassium N2P3K1suffered the least nutrient stress, organic acid content was the lowest, recommended the best fertilization amount for N, P2O5and K2O were 15, 9 and 6 g per seedling.

植物在生長的過程中其不同的組織往往都會通過產(chǎn)生許多重要生理產(chǎn)物來調(diào)節(jié)自身的生命活動，其中有一種重要的物質(zhì)就是有機(jī)酸，如蘋果酸、草酸、檸檬酸、丁二酸、酒石酸、乙酸、乳酸等[1]。植物組織中的有機(jī)酸不但參與了光合作用和呼吸作用，還參與了植物體內(nèi)元素的吸收、運(yùn)輸、積累等代謝過程，而且在應(yīng)對養(yǎng)分豐缺、金屬脅迫等過程中扮演著重要的角色[2-3]。因此，可以根據(jù)植物體內(nèi)有機(jī)酸種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，對植物所進(jìn)行的生命活動和所處的環(huán)境進(jìn)行一定的診斷。目前，對有機(jī)酸的研究已成為了植物生理學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)的一個熱點(diǎn)領(lǐng)域。

桉樹(Eucalyptus)是華南地區(qū)短周期工業(yè)原料林的首選樹種，占廣西商品材總產(chǎn)量的70%以上，而巨尾桉GL9(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是廣西種植量最大的優(yōu)良、速生人工林樹種[4]。施肥是桉樹人工林速生、豐產(chǎn)最為重要的人為經(jīng)營措施。然而，在桉樹經(jīng)營管理過程中，人們往往選擇傳統(tǒng)的平均施肥方法，造成苗木生長前期因施肥過多產(chǎn)生“肥害”，到后期施肥不足造成生長不良，甚至表現(xiàn)出各種病狀，如葉片的缺素癥[5]。研究表明，植物養(yǎng)分的豐缺，一定程度上會對植物體內(nèi)有機(jī)酸的種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生影響，植物體內(nèi)有機(jī)酸的合成、積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌的變化是對環(huán)境變化的一種響應(yīng)[6-8]。如對毛竹進(jìn)行不同的施肥處理之后，發(fā)現(xiàn)其根系中蘋果酸、檸檬酸、草酸和丁二酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)會發(fā)生一定的變化，且不同的處理間有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的差別，同時隨著氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會促使蘋果酸、丁二酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加[9]。目前，有關(guān)桉樹施肥方面的研究有很多，但在其有機(jī)酸方面僅有少數(shù)關(guān)于在磷鋁脅迫下桉樹根系有機(jī)酸分泌的研究[10]，而針對在不同施肥條件下，桉樹的有機(jī)酸分泌會產(chǎn)生如何的響應(yīng)，卻少有研究。故文中通過對桉樹進(jìn)行苗期施肥試驗(yàn)，探討不同施肥配方對巨尾桉葉片、根系有機(jī)酸代謝和有機(jī)酸代謝酶活性的影響，同時通過從有機(jī)酸變化的角度來進(jìn)行一個最優(yōu)施肥配方組合的篩選。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)南寧市廣西大學(xué)林學(xué)院教學(xué)實(shí)踐苗圃(22°50′～22°51′N，108°17′～108°18′E)，海拔78 m。氣候溫暖濕潤，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，冬短夏長，年均無霜期約330 d，年平均氣溫21.7 ℃，最冷月份(1月份)平均氣溫12.5 ℃，最熱月份(7—8月份)平均氣溫28.7 ℃。一般夏季潮濕，冬季稍顯干燥，年平均相對濕度約為79%；平均每年有1 827 h的日照，日照百分率約為41%，平均每年有高達(dá)1 304.2 mm的降水量。試驗(yàn)于2014年4月份—2015年10月份進(jìn)行，在廣西南寧高峰林場桉樹林中采集一批去除表土的偏酸性磚紅色土壤，土壤經(jīng)自然風(fēng)干、打碎、過篩，V(紅壤土)∶V(河沙)=3∶1混勻作為栽培基質(zhì)，土壤的基本營養(yǎng)狀況為有機(jī)質(zhì)11.14 g·kg-1、全氮0.41 mg·g-1、全磷0.27 mg·g-1、全鉀11 mg·g-1、堿性氮41.63 mg·kg-1、速效磷3.17 mg·kg-1、速效鉀23.64 mg·kg-1，pH值4.5。

2 材料與方法

用長勢健康一致的2個月苗齡的巨尾桉廣林9號無性系組培苗為供試材料(平均高度為(24±3)cm，地徑(2.9±0.4)mm)，于2014年3月28日，栽植于55 cm(徑)×47 cm(高)的紅棕色塑料盆中，每盆裝土25 kg，每盆一棵。緩苗1周后，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[11]，以不施肥為對照(CK)，共10個處理，每個處理20個重復(fù)，共計(jì)200盆。于2014年4—10月份，進(jìn)行施肥處理，每兩周施肥1次(每次等量平均施肥)，共施肥12次。試驗(yàn)所用氮肥、磷肥、鉀肥分別為尿素(N：46.67%)、過磷酸鈣(P2O5：20%)、氯化鉀(K：52.7%)，具體處理見表1和表2。

表1 施肥試驗(yàn)因素水平 g·株-1

注：按純N、P、K施肥量計(jì)算。

表2 施肥試驗(yàn)正交設(shè)計(jì)L9(34) g·株-1

在施肥結(jié)束后兩周(2014年10月24日)采樣進(jìn)行試驗(yàn)，植物組織有機(jī)酸的提取參考蒸餾水提取法[12]。以植株頂芽開始的第4～8片完全展開的新鮮功能葉片、相應(yīng)植株根系中長度為0～3 cm的根尖，將葉片和根系分別剪碎、混合均勻后，每個指標(biāo)5個重復(fù)，每個重復(fù)葉片和根系分別為0.5、0.2 g；加2 mL超純水和少量石英砂，冷凍研磨至勻漿，分3次加1 mL超純水移入離心管，4 ℃下5 000 r·min-1離心30 min，取上清液過2 mL H+型陽離子交換樹脂(Aberlite IR-120B,USA)的陽離子交換柱(15 mm×11 cm)，再經(jīng)過戴安預(yù)處理小柱(RP,USA)，經(jīng)過0.45 μm的水系微孔濾膜，最后上機(jī)進(jìn)行離子色譜儀(IC-5000，USA)測定。

有機(jī)酸測定條件：分析柱是AS11-HC(4×250 mm)，保護(hù)柱是AG11-HC(4×50 mm)；流動相，KOH梯度淋洗液，流速為1.2 mL·min-1；ASRS_4mm型抑制器再生模式，CD電導(dǎo)檢測器，EG-30淋洗液發(fā)生器，柱溫35 ℃，進(jìn)樣量25 μL。建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，以峰面積定量。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線藥品均為Aladdin色譜純級別產(chǎn)品。

根系有機(jī)酸酶液的提取與測定方法參考Harris et al.[13]和羅安才等[14]，略有修改。用新鮮根尖(0～3 cm)0.2 g制備酶液：細(xì)胞質(zhì)烏頭酸酶液(Cyt-Aconitase)、線粒體烏頭酸酶(Mit-Aconitase)、NAD-異檸檬酸脫氫酶(NAD-IDH)、NAD-蘋果酸脫氫酶(NAD-MDH)、NADP-蘋果酸酶(NADP-ME)、磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶(PEPC)。

有機(jī)酸酶活性的測定方法：將以上酶液與相應(yīng)反應(yīng)底物混合成3 mL的反應(yīng)體系，立即用lambda35 UV-Vis型紫外分光光度計(jì)測定吸光度，0.02 s為單位連續(xù)掃描3 min，以每分鐘吸光度變化0.001為一個每單位，有機(jī)酸酶活性根據(jù)根尖鮮質(zhì)量測得，單位為U·g-1·min-1。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2003統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行整理和作圖，采用DPS軟件進(jìn)行正交方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較，在SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件中采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖

參考蒸餾水提取植物有機(jī)酸方法，結(jié)合離子色譜儀(IC-5000，USA)進(jìn)行優(yōu)化色譜條件，進(jìn)行有機(jī)酸的測定，標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖如圖1。以峰面積的積分值為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)品溶液的質(zhì)量濃度(mg·L-1)為縱坐標(biāo)，求得線性回歸方程(表3)。

1.乳酸;2.乙酸;3.甲酸;4.氯離子;5.蘋果酸;6.酒石酸;7.馬來酸;8.硫酸根離子;9.草酸;10.檸檬酸。

3.2 不同施肥處理下巨尾桉葉片和根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

各施肥處理對巨尾桉葉片和根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響見表4。巨尾桉葉片有機(jī)酸在不同施肥處理間差異極顯著(F=14.815，p<0.01)，根系有機(jī)酸在不同處理間差異極顯著(F=12.894，p<0.01)；葉片與根系中的有機(jī)酸對施肥的響應(yīng)不同，各處理葉片中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)；除根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于N1P2K2外，N2P3K1的葉片和根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯低于其他試驗(yàn)組。其中，葉片中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度較大，N1P1K1出現(xiàn)最大值，為7.73 mg·g-1，顯著高于CK(p<0.05)，是CK的1.65倍；N2P3K1出現(xiàn)最小值，為3.77 mg·g-1，是CK的0.803倍。葉片中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)镹1P1K1、N1P2K2、N3P3K2、N2P1K2、N2P2K3、N3P1K3、N1P3K3、CK、N3P2K1、N2P3K1；而根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉片呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，最大值出現(xiàn)在N2P2K3組，為1.16 mg·g-1，是CK的1.346倍；N1P2K2出現(xiàn)最小值，為0.60 mg·g-1，是CK的0.689倍；根系中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)镹2P2K3、N3P1K3、N2P1K2、N3P2K1、N1P1K1、CK、N3P3K2、N1P3K3、N2P3K1、N1P2K2。

表4 不同N、P、K配方施肥對巨尾桉葉片和根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

處理葉有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-1根有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-1N1P1K1(7.73±0.34)a(0.90±0.06)bcN1P2K2(6.27±0.58)b(0.60±0.12)dN1P3K3(4.88±0.53)de(0.67±0.11)dN2P1K2(5.31±0.39)cd(0.96±0.07)bN2P2K3(5.23±0.55)cd(1.16±0.10)aN2P3K1(3.77±0.31)f(0.63±0.05)dN3P1K3(4.93±0.23)de(1.12±0.14)aN3P2K1(4.34±0.30)ef(0.93±0.12)bN3P3K2(5.97±0.32)bc(0.75±0.09)cdCK(4.69±0.39)de(0.86±0.03)bc

注：表中數(shù)值為“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

不同氮、磷、鉀水平下葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序分別為N1(6.29 mg·g-1)、N3(5.08 mg·g-1)、N2(4.77 mg·g-1)，P1(5.98 mg·g-1)、P2(5.28 mg·g-1)、P3(4.87 mg·g-1)，K2(5.85 mg·g-1)、K1(5.28 mg·g-1)、K3(5.01 mg·g-1)。根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序分別為N3(0.94 mg·g-1)、N2(0.92 mg·g-1)、N1(0.72 mg·g-1)，P1(0.99 mg·g-1)、P2(0.89 mg·g-1)、P3(0.69 mg·g-1)，K3(0.99 mg·g-1)、K1(0.82 mg·g-1)、K2(0.77 mg·g-1)。N、P、K素對巨尾桉葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響效應(yīng)由大到小的順序是N(p=0.000 1)、P(p=0.001 3)、K(p=0.011 6)；對根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響效應(yīng)由大到小的順序是P(p=0.005 5)、N(p=0.037 3)、K(p=0.044 3)。P肥與N肥對根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響是相反的，高N低P加劇植物養(yǎng)分脅迫，產(chǎn)生更多的有機(jī)酸。

3.3 不同處理巨尾桉葉片與根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分配

不同施肥處理巨尾桉葉片和根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例存在較大差異(表5)。在葉片及根系中蘋果酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例最高，占所有酸的47.06%左右。葉片中檢驗(yàn)出乙酸、甲酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、檸檬酸；其中，蘋果酸、檸檬酸、乙酸為優(yōu)勢酸，占所有酸的85.21%～95.32%，處理9的這三種酸占比例最高，除處理4、6、8外其余處理組優(yōu)勢酸之和都普遍高于CK；在根系中檢驗(yàn)出甲酸、蘋果酸、草酸、檸檬酸，其中蘋果酸及檸檬酸占的比例最大，為根系的優(yōu)勢酸，占54.99%～85.21%；除處理6的這兩種酸總量低于CK外，其余處理組普遍高于CK。葉片中質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例較高的乙酸及酒石酸，根系中沒有檢測到，使得根系中的草酸與甲酸比例變高。

表5 不同配方施肥下巨尾桉葉片和根系中各有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例 %

3.4 不同施肥處理對巨尾桉根系有機(jī)酸代謝酶活性的影響

不同配比施肥處理對巨尾桉有機(jī)酸酶活性影響見表6。不同處理之間PEPC酶活性差異顯著(p<0.05)，各處理組的酶活性普遍比CK要高。其中，處理7活性最高，顯著高于CK(p<0.05)；處理3活性最低，與CK間差異不顯著。巨尾桉根系中也檢驗(yàn)出了M-ACO與C-ACO這兩種烏頭酸酶的同工酶。施肥可以明顯提高M(jìn)-ACO的活性，處理9與CK差異不顯著，其他處理都與CK差異顯著(p<0.05)，處理2的活性最高，是CK的10.70倍，說明處理2對巨尾桉根系M-ACO的活性有顯著的促進(jìn)作用。而施肥對各處理的C-ACO活性的影響具有差異性，但差異并未達(dá)到顯著水平，只有處理4、6的活性比CK的高，其他的都比CK要低。施肥引起NAD-IDH活性變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，低氮水平的活性普遍高于CK，且與CK的差異達(dá)到了顯著水平(p<0.05)；而高氮水平下的處理組活性普遍低于CK，與CK的差異也達(dá)到了顯著水平，可以看出不同的氮素水平是引起NAD-IDH活性差異的重要原因。施肥對NADP-ME活性的影響為，處理1、2、6與CK的差異不大，而處理5比CK活性小，達(dá)到了差異顯著水平(p<0.05)，其余處理的NADP-ME活性都比CK大，處理4的活性最高，是CK的1.8倍，達(dá)到了差異顯著水平(p<0.05)，說明施肥處理4對酶活性具有顯著的促進(jìn)作用。施肥對巨尾桉根系NAD-MDH的活性有明顯的促進(jìn)作用，只有處理7的酶活性低于CK，是CK的0.62倍，且差異不顯著，其余普遍高于CK，是CK的1.41～3.37倍，說明施肥是促進(jìn)NAD-MDH活性的重要因素。

表6 不同N、P、K配方施肥對巨尾桉根系有機(jī)酸代謝酶活性的影響

處理有機(jī)酸酶活性/U·g-1·min-1PEPCM-ACOC-ACONAD-IDHNADP-MENAD-MDHCK11.67d 3.91g 29.30abc17.23cd34.26bcd68.76ef122.81bc18.17cd12.77c29.56b25.89cd160.27bc218.57cd41.80a12.77c45.17a26.48cd204.22ab317.43cd12.47ef22.95bc47.81a49.72ab231.58a426.58b26.19b44.02a22.12bc61.81a140.36cd530.35ab22.69bc28.90abc7.78e19.49d192.97ab623.96bc13.86de41.94ab19.50c24.21cd221.69a734.67a15.07de27.72abc2.66e43.38abc42.37f827.99ab13.16de23.19abc9.54de42.59abc96.77de926.67b7.34fg18.56c6.94e44.54abc210.06abN119.602c24.149a16.164b40.849a34.031b198.688aN226.964b20.910b38.284a16.469b35.170ab185.004aN329.774a11.857c23.154b6.377c43.503a116.399bR10.1712.2922.1234.479.4782.28P0.00010.00010.00010.00010.0360.0001P128.019a19.809b28.170a18.113b43.691a114.330cP225.656a25.882a21.617a20.832b29.522b164.651bP322.687b11.224c27.815a24.750a39.491a211.110aR5.3314.656.556.6314.17106.78P0.00060.00010.15070.00050.00360.0001K124.918ab15.061b25.963a19.545b30.898b159.574bK223.941b25.111a25.114a24.742a44.275a184.880aK327.482a16.743b26.525a19.418b37.531ab155.637bR3.5410.051.4115.3213.3729.24P0.01370.00010.9250.00130.00690.0098

注：表中數(shù)據(jù)根據(jù)根尖鮮質(zhì)量測得；同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)；N1、N2、N3，P1、P2、P3，K1、K2、K3分別為水平1～3的均值；R為極差；P為顯著性值；PEPC為磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶；M-ACO為線粒體烏頭酸酶；C-ACO為細(xì)胞質(zhì)烏頭酸酶液；NAD-IDH為NAD-異檸檬酸脫氫酶；NADP-ME為NADP-蘋果酸酶；NAD-MDH為NAD-蘋果酸脫氫酶。

氮、磷、鉀三因素對有機(jī)酸酶活性的影響見表6。N素除了對NADP-ME活性的影響達(dá)到顯著水平(p<0.05)外，其余的都達(dá)到了差異極顯著水平(p<0.01)。隨著N水平的增加，PEPC、NADP-ME活性呈升高趨勢，與M-ACO、NAD-IDH及NAD-MDH活性的變化趨勢相反。相關(guān)分析見表7，可以看出，PEPC、NADP-ME活性分別與根系總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系，而M-ACO、NAD-IDH及NAD-MDH活性分別與根系總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，并且隨著N素水平的上升，巨尾桉根系有機(jī)酸呈現(xiàn)上升趨勢。說明N素條件下PEPC是促進(jìn)根系有機(jī)酸積累的酶，NAD-IDH是促進(jìn)有機(jī)酸分解的酶，而NADP-ME、M-ACO、NAD-MDH與根系有機(jī)酸的相關(guān)性不顯著，對巨尾桉根系有機(jī)酸積累與分解影響較小。而對于P、K素，PEPC與NAD-IDH的變化趨勢也是相對的。有機(jī)酸隨著P水平的上升逐漸減少，PEPC的酶活性降低，NAD-IDH的活性升高，有機(jī)酸合成減少，分解增多，而缺P肥條件下的巨尾桉葉片呈現(xiàn)紫紅色，缺乏光合色素，直接影響光合作用。而K素有機(jī)酸積累與PEPC活性呈現(xiàn)先降低后升高趨勢，NAD-IDH的活性呈先升高后降低趨勢。

3.5 根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)酸酶活性間及葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的相關(guān)分析

從表7中可以看出，根系總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與蘋果酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PEPC活性呈顯著正相關(guān)(p<0.05)，與NAD-IDH活性呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)；甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與草酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，與C-ACO活性呈顯著正相關(guān)(p<0.05)；蘋果酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PEPC活性呈顯著正相關(guān)(p<0.05)，與NAD-IDH活性呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)；PEPC活性與NAD-IDH活性呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，與NAD-MDH活性呈負(fù)相關(guān)；其余指標(biāo)之間相互關(guān)系均為不顯著正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。

表7 根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)酸酶活性的相關(guān)性分析

注：** 表示在0.01水平上極顯著相關(guān)；*表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

從表8可以看出，葉片總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)除了與甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(p>0.05)，與酒石酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)不顯著正相關(guān)(p>0.05)外，與乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(p<0.05)，與蘋果酸、草酸、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(p<0.01)；乙酸、草酸、蘋果酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間互為顯著正相關(guān)的關(guān)系(p<0.05)，檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酒石酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、草酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別呈現(xiàn)顯著正相關(guān)的關(guān)系(p<0.05)；甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與各有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性均不顯著(p>0.05)，其余各有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間相關(guān)關(guān)系均不顯著。

表8 葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析

注：** 表示在0.01水平上極顯著相關(guān)；*表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

目前，針對植物有機(jī)酸的研究大多集中在植物的重金屬脅迫及酸鋁脅迫方面[15]，而植物體內(nèi)養(yǎng)分含量的豐缺也是植物遭受脅迫的一種。目前，有關(guān)巨尾桉有機(jī)酸方面的研究較少，關(guān)于施肥對巨尾桉有機(jī)酸影響機(jī)制的研究更少。文中通過對施肥處理下的巨尾桉葉片和根系中的有機(jī)酸的種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)巨尾桉葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)是根系的4.03倍～6.64倍；N2P3K1相比于其他組合，葉片及根系中的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)都普遍低于CK，說明元素配比較為合理，巨尾桉不需要產(chǎn)生更多的有機(jī)酸來活化土壤中的養(yǎng)分元素，而提高對養(yǎng)分的攝取能力來緩解體內(nèi)養(yǎng)分元素的脅迫；而其他組合，如N1P1K1、N2P2K3則通過分泌一定量的有機(jī)酸來應(yīng)對養(yǎng)分豐缺、脅迫及根際與土壤環(huán)境的交互過程[1]。施肥對巨尾桉有機(jī)酸生理的影響表明，不同處理間葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異極顯著(p<0.01)，根系有機(jī)酸差異顯著(p<0.05)，與毛竹的施肥試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)施肥明顯促進(jìn)毛竹根系有機(jī)酸的積累的結(jié)果類似[9]。而氮磷鉀肥對有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響效應(yīng)由大到小分別表現(xiàn)為N、P、K(葉片)，P、N、K(根系)，可見N和P素是影響巨尾桉有機(jī)酸的主要因子。N肥不足或者施入過量都會促進(jìn)巨尾桉葉片及根系合成更多的有機(jī)酸，造成脅迫，相比之下，適宜多施N素引起的負(fù)面影響要小于N素缺乏，建議巨尾桉可以適當(dāng)多施N肥，這與油茶[16]，小麥[17]等的研究結(jié)果相似，與低N處理相比，高N水平下明顯降低了有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。有研究表明，缺P脅迫會促進(jìn)植物有機(jī)酸的分泌，植物會通過分泌有機(jī)酸來提高自身對根際土壤P的提取能力[18-19]。在此試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著P素水平的上升，巨尾桉葉片和根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)遞減趨勢，說明施加的P素緩解了巨尾桉的缺磷脅迫。而由K素引起的葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度最小，葉片有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在隨著K肥的增加先升高后降低，根系有機(jī)酸呈先降低后升高的趨勢，說明適量的鉀肥有利于巨尾桉根系的生長，K肥不足或者過量都會造成巨尾桉的養(yǎng)分脅迫，巨尾桉會通過合成更多的有機(jī)酸來緩解這種養(yǎng)分的脅迫。

施肥會影響葉片及根系中有機(jī)酸的分布及分配，相比巨尾桉的葉片有機(jī)酸組成，根系中沒有檢測到乙酸、酒石酸，說明在同樣的施肥條件下不同的植物組織有機(jī)酸的組成成分也會存在一定的差異。有研究表明[20]，對P活化能力由大到小的順序?yàn)闄幟仕?、蘋果酸、酒石酸，酒石酸對P的活化能力較小，且不同羧酸類對釋放營養(yǎng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)能力由大到小的順序?yàn)槿人?、雙羧酸、單羧酸，本試驗(yàn)中檢測到巨尾桉葉片中甲酸、酒石酸與草酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少，不超過總量的10%，其原因可能是土壤較多地缺乏P素，植物需要生產(chǎn)更多的有機(jī)酸來活化周圍的P；根系中草酸占較大比例，可能是由于缺少了乙酸與酒石酸的緣故。葉片蘋果酸、檸檬酸、乙酸占所有酸的85.21%～95.32%，根系中的蘋果酸及檸檬酸占的比例最大，占54.99%～85.21%，而葉片與根系中都含有蘋果酸與檸檬酸，不同處理之間差異顯著，并且通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，葉片與根系的總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均與這兩種有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著相關(guān)(p<0.05)關(guān)系，這2種酸可能是植物遭受養(yǎng)分脅迫的指示型有機(jī)酸，具體論斷的正確性，有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

施肥引起巨尾桉葉片與根系有機(jī)酸種類與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，實(shí)際上是由于多種有機(jī)酸酶協(xié)同作用的結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，葉片、根系的總有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均與蘋果酸、檸檬酸呈顯著正相關(guān)(p<0.05)，結(jié)合巨尾桉根系有機(jī)酸代謝酶的研究分析發(fā)現(xiàn)，PEPC是促進(jìn)巨尾桉根系有機(jī)酸積累的重要酶，NAD-IDH是與有機(jī)酸分解有關(guān)的酶，PEPC、NAD-IDH酶活性與根系總有機(jī)酸、蘋果酸、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈顯著相關(guān)(p<0.05)，PEPC促進(jìn)根系有機(jī)酸的積累實(shí)際是促進(jìn)巨尾桉幼苗根系蘋果酸、檸檬酸的積累，NAD-IDH使根系有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低實(shí)際上是促進(jìn)蘋果酸的分解。這與對臍橙的研究結(jié)果相似[21-22]，果實(shí)中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與PEPC活性呈顯著正相關(guān)，與NAD-IDH活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，M-ACO、NAD-MDH對有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的積累與分解影響較小。

通過研究可知，在中氮高磷低鉀的施肥配比下最有利于巨尾桉有機(jī)酸生理代謝，即N2P3K1的配比下巨尾桉葉片及根系有機(jī)酸積累較少，遭受的養(yǎng)分脅迫最小，且是生長表現(xiàn)最好的配比。植物通過調(diào)節(jié)體內(nèi)有機(jī)酸的種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)來應(yīng)對養(yǎng)分豐缺這一觀點(diǎn)，目前，只有缺P脅迫誘導(dǎo)根系有機(jī)酸分泌方面的研究，而有關(guān)其他營養(yǎng)元素的研究相對不足；養(yǎng)分脅迫引起植物有機(jī)酸的合成與分泌的機(jī)制是直接作用還是通過其他物質(zhì)間接作用還有待進(jìn)一步研究。植物有機(jī)酸的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累與分解是一個極其復(fù)雜的生理過程，其與植物營養(yǎng)狀況的相關(guān)性機(jī)理需要進(jìn)一步探討。

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Effects of Formulated Fertilization on Organic Acids Metabolism in Leaves and Roots ofEucalyptusgrandisE.//

Hu Houzhen, Li Taozhen, Li Ru, Hou Wenjuan, Chen Xin, Teng Weichao, Wang Linghui

(Guangxi University, Nanning 530000, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(11)：62-68.

EucalyptusgrandisE.; NPK formula; Organic acids; Organic acid-metabolizing enzyme

1)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360174)。

胡厚臻，男，1989年8月生，廣西大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生；現(xiàn)工作于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測設(shè)計(jì)院。E-mail:814593602@qq.com。

王凌暉，廣西大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail:wanglinghui97@163.com。

2016年4月27日。

S723.7

責(zé)任編輯：任 俐。