酸鋁脅迫下NO對土沉香幼苗生長特性的影響

鐘銘隆，付曉鳳，朱 原，王藝錦，胡 倩，王凌暉，滕維超

（1.廣西國有博白林場，廣西 博白 537600；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，四川 成都 611130）

我國鋁土量居世界第4位，主要分布在廣西、云南、四川、山東等地，其中廣西是我國鋁土礦生產(chǎn)的重要基地，廣西酸雨下降量較多，土壤酸化與Al毒伴生，在酸性條件下，特別是土壤 pH＜5時，難溶性Al轉(zhuǎn)變成交換性Al，并呈指數(shù)增加。研究表明，植物在土壤交換性Al含量大于2 cmol/kg時會出現(xiàn)Al毒害癥狀，通過影響植物根生長發(fā)育來影響植物生長和作物產(chǎn)量［1］。祖超等［2］發(fā)現(xiàn)低濃度 Al可誘導(dǎo)胡椒啟動體外排斥機(jī)制，高濃度Al脅迫則抑制有機(jī)酸的分泌，通過分析得出胡椒可以通過分泌有機(jī)酸來抵御低濃度Al脅迫。NO廣泛分布于生物有機(jī)體內(nèi)，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，是植物逆境脅迫防御響應(yīng)的信號分子［3］。近年來，有許多關(guān)于外源NO在植物抗逆性方面的研究，如在NO抗鹽分、抗干旱、抗水分、抗高溫、抗低溫等方面都有所研究［4］。促有絲分裂原激活蛋白激酶級聯(lián)信號通路作為真核生物中一類保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，參與細(xì)胞分裂、氣孔運(yùn)動以及植物抗逆應(yīng)答反應(yīng)，NO作為其下游信號分子也參與其中［5］。SNP作為外源NO釋放物質(zhì)，在緩解脅迫對植物的危害等方面的研究較多，主要集中在鹽脅迫［6］、水分脅迫［7］、溫度脅迫［8］、干旱脅迫［9］以及重金屬脅迫［10-11］等方面，洪克前等［12］研究認(rèn)為SNP處理可提高芒果組織SOD、CAT和POD活性，降低H2O2含量，進(jìn)而減少M(fèi)DA對細(xì)胞膜的傷害，同時SNP 處理還很好地抑制PPO活性上升，延緩果實(shí)硬度下降，從而延長貯藏時間。而施加SNP作為外緣NO供體，對于緩解林木遭受Al脅迫的相關(guān)方面研究較缺乏［13］。

土沉香（Aquilaria sinensis）是我國獨(dú)有的珍貴樹木，可用于香料、藥材、雕刻等，具有非常良好的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景［14-15］。近幾年對土沉香研究較多，但主要集中在繁殖［16］、理化性質(zhì)［17］、施肥［18］、光照方向［19］等方面，對土沉香抗逆性研究較少。萬文生等［20-21］對鹽分脅迫、Cd脅迫下土沉香苗木生長生理方面的影響進(jìn)行研究，多集中在某些脅迫的影響上，并未表明其緩解方法。國外學(xué)者對土沉香的研究主要集中在結(jié)香機(jī)理方面［22-23］，土沉香在Al脅迫及緩解方面的研究尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)采用不同濃度的Al和SNP營養(yǎng)液對土沉香幼苗進(jìn)行Al脅迫及硝普鈉-鋁（SNP-Al）互作處理，通過測定土沉香幼苗的生長指標(biāo)，探討土沉香幼苗對Al脅迫的反應(yīng)及適應(yīng)機(jī)制，以及NO對Al脅迫的緩解作用，為今后土沉香的大量引種栽培、推廣及土沉香經(jīng)濟(jì)價(jià)值的恢復(fù)等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣西國有六萬林場科研所苗圃塑料大棚內(nèi)。供試材料為苗齡兩個月的土沉香幼苗，平均株高為32.55（±3.94） cm，地徑為6.17（±0.52） mm，于2015年5月15日移栽于多孔塑料花盆中（花盆規(guī)格為直徑200 mm，高250 mm），每盆栽1株，盆土用經(jīng)過滅菌靈消毒的土壤，每周每盆澆1 L改良Hoagland營養(yǎng)液1次。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)［24］，2015年5～7月為緩苗期，7月開始處理，每周澆1次改良Hoagland營養(yǎng)液（pH調(diào)節(jié)為4.1～4.2）開始對幼苗進(jìn)行處理，并進(jìn)行酸Al脅迫和SNP施加試驗(yàn)，用AlCl3配成溶液作為Al3+的供應(yīng)源，將SNP配成溶液作為NO的供應(yīng)源，各處理濃度水平見表1，濃度梯度設(shè)置參照楊林通［25］的試驗(yàn)，SNP中所含的CN-濃度用亞鐵氰化鈉調(diào)節(jié)。每個處理10次重復(fù)，每隔5 d澆1次含不同濃度Al和SNP水溶液，每盆每次澆250 mL，連續(xù)處理20周。

表1 各處理施加的Al和SNP濃度

1.3 指標(biāo)測定

2016年1月試驗(yàn)結(jié)束時，對各處理土沉香幼苗生長指標(biāo)進(jìn)行測定。用直尺和游標(biāo)卡尺測量幼苗的株高與地徑；用去離子水將苗木沖洗干凈，直尺測量其主根長度。同時將植株分成根、莖、葉3部分，稱量各部分和全株鮮重。將植株各器官經(jīng)105℃殺青30 min后，60℃烘干至恒重，測量生物量干重。葉面積、根總體積、總根平均直徑、根總表面積、根總長度、總根尖數(shù)均用Epson根系掃描儀及配套WinRHIZO分析軟件測定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel、DPS7.05和SPSS18.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理、繪制圖表和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SNP-Al互作對土沉香幼苗株高、地徑、生物量的影響

如圖1所示，相同Al濃度下，添加SNP對土沉香幼苗株高、地徑生長有顯著促進(jìn)作用，株高增加10.64%～57.14%，地莖增加3.03%～38.89%，對生物量影響作用不顯著；在添加或未添加SNP情況下，不同Al濃度下株高、地徑、生物量生長差異顯著，總體上隨Al濃度增加呈先升高后下降趨勢，以0.2 mmol/L Al處理下株高、地徑、生物量最大，0.8 mmol/L Al處理下最小。其中處理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）獲得最大值，株高、地徑、生物量分別為0.69 m、0.48 cm、39.00 g；處理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）取得最小值，株高、地徑、生物量依次為0.28 m、0.18 cm、26.30 g。表明低濃度Al對株高、地徑、生物量生長具有一定促進(jìn)作用，但是Al過量則產(chǎn)生抑制作用。

圖1 SNP-Al互作下土沉香幼苗株高、地徑、生物量生長變化多重比較分析

2.2 SNP-Al互作對土沉香幼苗根系指標(biāo)的影響

從圖2可以看出，相同Al濃度下，添加SNP對土沉香幼苗的根冠比、根平均直徑影響不顯著，對總根長影響顯著，對根總體積、根尖數(shù)影響極顯著；在添加或未添加SNP情況下，不同Al濃度下幼苗的根冠比、總根長以及根平均直徑差異顯著，根總體積、根尖數(shù)差異極顯著，根表面積差異較大；除根冠比總體上隨Al濃度增加呈先下降后升高趨勢外，其余總體上都隨Al濃度增加而呈先升高后下降趨勢。在0.2 mmol/L Al處理下根冠比最小，0.8 mmol/L Al處理下最大，其中處理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）、處理 7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）分別獲得最大與最小值，即0.48和0.26?？偢L、根平均直徑、根表面積、根總體積、根尖數(shù)均在0.2 mmol/L Al處理下最大，0.8 mmol/L Al處理下最小，其中處理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）獲得最大值，總根長、根平均直徑、根表面積、根總體積、根尖數(shù)依次為3 750 mm、0.805 cm、800 mm2、12.8 cm3、6 000個；處理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）獲得最小值，總根長、根平均直徑、根表面積、根總體積、根尖數(shù)依次為1 380 mm、0.57 cm、320 mm2、6.00 cm3、2 550個。表明低濃度 Al對根生長具有一定促進(jìn)作用，但Al過量則對根生長有抑制作用。相同Al濃度下，施加SNP處理的根系指標(biāo)除根冠比外，普遍高于未施加SNP處理，說明SNP對土沉香根系生長所受的Al脅迫有一定緩解作用。

圖2 SNP-Al互作下土沉香幼苗根冠比、總根長、根直徑、根表面積、根總體積、根尖數(shù)變化多重比較分析

2.3 SNP-AI互作下土沉香幼苗生長指標(biāo)相關(guān)分析

由表2可知，土沉香幼苗株高、地徑、生物量、比葉重、總根長、根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)等指標(biāo)之間均呈極顯著正相關(guān)，而根冠比與其他生長指標(biāo)均呈極顯著負(fù)相關(guān)。這是由于當(dāng)植株受到脅迫時，植物提高根系生長量來增強(qiáng)對鋁毒的抗性，導(dǎo)致根冠比下降。

表2 SNP-Al互作下土沉香幼苗生長指標(biāo)相關(guān)分析

2.4 SNP-Al互作下土沉香幼苗生長特性的綜合評價(jià)

苗木質(zhì)量指數(shù)（QI-quality index）由Dickson等［26］提出，其計(jì)算公式為：

從表3可以看出，在QI體系評價(jià)下，土沉香幼苗質(zhì)量指標(biāo)最佳為處理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）、QI為2.14，其次是處理2（0.2 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）、為2.06。由此可見，無論施加SNP與否，Al濃度為0.2 mmol/L時對土沉香幼苗生長的促進(jìn)作用最大，苗木質(zhì)量最佳，而施加SNP可起到緩解Al脅迫的作用，能提升土沉香幼苗的抗性。

表3 SNP-Al對土沉香幼苗質(zhì)量指數(shù)的影響

由以上相關(guān)性分析（表2）可以看出，土沉香各生長指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，運(yùn)用隸屬函數(shù)模糊綜合分析法，將測定值進(jìn)行數(shù)量轉(zhuǎn)化，來判斷土沉香Al脅迫下的適應(yīng)能力以及SNP的緩解狀況，隸屬度平均值越大，表明植物生長越好。由表4可知，各處理平均隸屬值依次為處理7＞處理2＞處理8＞處理6＞處理3＞處理9＞處理1＞處理10＞處理4＞處理5。各處理間處理7生長最好（0.2 mmol/L Al，0.1 mmol/L SNP），施加較低濃度的Al對植株起到一定的促進(jìn)作用；而當(dāng)Al濃度增加時，植株生長受到脅迫，此時并沒有施加SNP，Al脅迫沒有得到緩解，所以處理5（0.8 mmol/L Al，0 mmol/L SNP）較其他處理生長最差。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中，隨Al濃度的升高，土沉香幼苗的株高、地徑、生物量、根系形態(tài)指標(biāo)等生長指標(biāo)均出現(xiàn)先升后降的趨勢。Al濃度在0.2 mmol/L時各生長指標(biāo)均取得最大值，但是隨著Al濃度進(jìn)一步增加，幼苗開始表現(xiàn)出受脅迫的癥狀，各生長指標(biāo)均受到抑制而有所下降，在Al濃度為0.8 mmol/L時抑制程度最大，生長受到明顯的抑制。施加SNP后，土沉香幼苗的生長指標(biāo)有了顯著提升，各Al濃度下，土沉香幼苗的株高、地徑、生物量、比葉重、總根長、根表面積、根平均直徑、根總體積、根尖數(shù)等生長指標(biāo)相對未施加SNP的處理均顯著提高。

表4 SNP-Al互作下土沉香幼苗生長特性的綜合評價(jià)

目前，Al毒害方面的研究已有了很大的突破和進(jìn)展，由原來僅限于對禾本科植物Al毒害的研究，已慢慢發(fā)展到了Al毒害對木本植物的研究，如對桉樹、龍眼、杉木等在鋁毒害方面都有研究。黃春瓊等［27］發(fā)現(xiàn)，在Al脅迫下，狗牙根耐Al性種質(zhì)體內(nèi)的某些基因的表達(dá)，促使其抗氧化物酶活性升高，清除較多的活性氧，使其免受氧化脅迫或降低受害程度。研究表明，芒萁的耐酸性和耐Al性均高于玉米，Al對植物的影響遠(yuǎn)大于pH值，但低pH值會加劇Al毒害效應(yīng)［28］。在緩解Al毒害方面，也有P緩解Al、鈣緩解Al、NO對Al緩解的研究，但研究對象大多為禾本科植物。目前來看，對土沉香的研究還尚少，主要研究方向有不同施肥方法對土沉香的影響、沉香的結(jié)香機(jī)制、水分、遮陰程度、鹽分脅迫對土沉香的影響、分布、土壤肥力評價(jià)以及土沉香分級等，而在Al毒害以及緩解脅迫方面未見報(bào)道。

研究表明，NO廣泛存在于植物組織中，植物抗逆性、種子萌發(fā)、側(cè)根生長、細(xì)胞程序性死亡等多個生理過程都有其參與［29］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，NO對Al脅迫下土沉香幼苗生長有顯著的緩解作用，這與于淼等［30］NO對緩解大豆Al毒害有重要作用的研究結(jié)果一致。本研究中，施加SNP可提高土沉香幼苗高、地徑、比葉重、生物量、根系等指標(biāo)，在一定程度上緩解Al對幼苗生長的危害，這與劉強(qiáng)等［31］研究發(fā)現(xiàn)外源NO 可顯著提高Al脅迫下煙草葉片非光化學(xué)猝滅系數(shù)、光呼吸速率、SOD和POD活性，防止或清除葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，以緩解Al對煙草的毒害的結(jié)果類似。施加較低濃度（0.4 mmol/L以下）的Al溶液對土沉香幼苗生長起到一定的促進(jìn)作用，以0.2 mmol/L濃度的促進(jìn)作用最為明顯，繼續(xù)增加Al濃度則會對土沉香幼苗生長產(chǎn)生明顯的抑制作用，這與楊丹娜等［32］研究酸Al脅迫對苜蓿種子發(fā)芽和幼苗生長的影響試驗(yàn)結(jié)果相同，與胡錦勤等［33］低濃度Al脅迫對狼尾草發(fā)芽率沒有影響，但高濃度的Al會降低發(fā)芽勢，且顯著抑制根系生長的研究結(jié)果類似。由于試驗(yàn)還有很多不足之處，希望能為今后對土沉香的培育方面提供一定參考。

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