鋁鎂鈣復合作用對杉木幼苗葉片丙二醛MDA含量及抗氧化酶活性的影響

嚴紹裕

摘要[目的]研究不同鋁、鎂、鈣復合處理對杉木幼苗葉片丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶活性的影響。[方法]以1年生不同耐鋁型杉木實生苗為研究對象，采用正交試驗設計，設置鋁、鎂、鈣復合共計16個處理，研究鋁、鎂、鈣復合處理對不同耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量和抗氧化酶活性的影響。[結果]耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量與敏感型相比其含量較低；耐鋁型杉木幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性受鋁離子的影響較快，而敏感型受鎂離子影響較快；耐鋁型杉木幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性受鈣離子的影響最快，且隨著時間的增加其影響作用逐漸增大，而敏感型杉木幼苗葉片POD活性受鋁離子的影響最快，且影響作用逐漸增大；耐鋁型杉木幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性受鎂離子的影響最快，鈣離子則對敏感型的影響最快，隨著脅迫處理時間的延長，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性的主要影響因素均為鋁離子。[結論]該研究可為杉木鋁毒害作用的研究提供一定的理論基礎。

關鍵詞杉木幼苗；鋁毒；鋁鎂鈣復合作用；丙二醛；抗氧化酶活性

中圖分類號S718.43文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0092-04

Effects of Combined Effects of Aluminum， Magnesium and Calcium on MDA Content and Antioxidant Enzyme Activities in Leaves of Chinese Fir Seedlings

YAN Shaoyu

（Fujian Forestry Vocational Technical College，Nanping，F(xiàn)ujian 353000）

Abstract[Objective]To study the effects of combined effects of aluminum， magnesium and calcium on MDA content and antioxidant enzyme activities in leaves of Chinese fir seedlings.[Method]The effects of aluminum， magnesium and calcium on the MDA content and antioxidant enzyme activity in the leaves were studied by orthogonal experiment design with 16 treatments of aluminum， magnesium and calcium combined with 1 year old Chinese fir seedlings. [Result]The content of MDA in leaves of aluminum tolerant Chinese fir seedlings was lower than that of sensitive ones. The activity of SOD in leaves of aluminum tolerant Chinese fir seedlings was affected by aluminum ions faster， while sensitive type was more affected by magnesium ions. The effect of calcium ion on the POD activity in leaves of Chinese fir seedlings was the most important， and with the increase of time， the effect of POD in leaves of sensitive Chinese fir seedlings was the fastest， and the effect increased gradually.The effect of magnesium ion on the CAT activity in leaves of aluminum resistant Chinese fir seedlings was the fastest， and the calcium ion had the fastest effect on the sensitive type. With the prolonged stress treatment time， the main factors affecting the CAT activity in leaves of different aluminum resistant Chinese fir seedlings were aluminum ions.[Conclusion]The study provides theoretical basis of the study of aluminum toxicity of Chinese fir.

Key wordsChinese fir seedlings；Aluminium toxicity；The compound effect of aluminum， magnesium and calcium；Malondialdehyde；Antioxidant enzyme activity

我國南方土壤大多以酸性為主，酸性土壤面積占全國土壤面積的22.7%[1]。酸雨和不合理的耕作方式等進一步加劇了土壤酸化，土壤酸化對植物生長發(fā)育會產(chǎn)生嚴重的破壞作用[2]。酸性土壤對植物生長發(fā)育的影響主要來源于酸性土壤中的活性鋁，研究表明土壤pH下降，活性鋁濃度會隨之增大，進而危害植物生長發(fā)育[3]。目前，鋁毒害對植物影響的研究多從植物形態(tài)、細胞結構、代謝酶活性、光合呼吸作用和營養(yǎng)元素含量等方面進行。玉米幼苗受鋁毒害影響后主要表現(xiàn)為抑制側(cè)根生長，降低生物量[4-5]；鋁毒害對細胞結構的影響則主要表現(xiàn)在破壞細胞骨架[6]、細胞壁變硬變厚[7-8]、細胞膜僵化[9]等；植物光合速率和呼吸作用受鋁毒害影響也表現(xiàn)出降低的趨勢[10]；鋁離子總體上對鈣離子、鎂離子、鉀離子等陽離子的吸收和利用產(chǎn)生抑制作用[11]。

杉木[Cunninghama lanceolata（ Lamb.）Hook]是我國南方重要的經(jīng)濟速生用材樹種[12]，廣泛分布于福建、湖南等16個省區(qū)。我國南方土壤以紅壤為主，土壤富鋁化嚴重，其中杉木受鋁毒害作用明顯。前人研究表明鈣離子與鎂離子對鋁毒害均存在不同程度的緩解作用[13]，但目前關于鋁、鈣和鎂復合作用對杉木幼苗丙二醛（MDA）含量和抗氧化酶活性影響的研究較少。筆者以不同耐鋁型（耐鋁型和敏感型）杉木1年生幼苗為材料，采用正交試驗設計，利用水培方式對杉木進行鋁、鈣、鎂復合處理，分析不同耐鋁型杉木幼苗MDA含量和抗氧化酶活性特征，以期為杉木鋁毒害作用的研究提供一定的理論基礎。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為福建省尤溪國有林場3代林的2個不同耐鋁型[耐鋁型（RN）和敏感型（MG）]杉木1年生幼苗，選取長勢良好且一致的幼苗作為供試苗木，采用水培方式進行處理。容器為4 L黑色塑料小桶。

1.2試驗設計

采用正交試驗設計，2種耐鋁型幼苗分別進行1組正交試驗，每個處理3次重復，每個重復種植3株，共計288株（表1、2）。采用完全營養(yǎng)液配方對杉木幼苗馴化30 d，期間每15 d更換1次營養(yǎng)液。復合處理的鋁、鈣和鎂分別以AlCl3、CaCl2和MgSO4的形態(tài)加入到營養(yǎng)液中，營養(yǎng)液配方為大量元素：KNO3 0.51 mg/L、Ca（NO3）2·4H2O 0.82 mg/L、KH2PO4 0.136 mg/L、MgSO4·7H2O 0.49 mg/L；微量元素：H3BO4 2.86 μmol/L、MnCl2·4H2O 1.81 μmol/L、ZnSO4·7H2O 0.22 μmol/L、CuSO4·5H2O 0.08 μmol/L、H2MoO4 0.062 3 μmol/L、Fe-EDTA（Fe-EDTA由FeSO4·7H2O和EDTA-2Na分別稱取2.78 g和3.73 g定容至500 mL，每升營養(yǎng)液中加入2.5 mL）。

馴化結束后，將每個處理分別換上相應的營養(yǎng)液進行處理，期間每15 d更換1次營養(yǎng)液。于試驗處理后0、15、30和45 d取樣，分別標注為T0、T1、T2和T3。

1.3測定指標及方法

MDA含量（μmol/g）采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性[U/（g·min）]采用氮藍四唑（NBT）光化還原法測定[14]；過氧化氫酶（CAT）活性[U/（g·min）]采用紫外吸收法測定[14]；過氧化物酶（POD）活性[U/（g·min）]采用愈創(chuàng)木酚法測定[14]。

1.4數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2003、SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計。

2結果與分析

2.1鋁、鎂、鈣復合作用對MDA含量的影響

由圖1-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理下葉片MDA含量表現(xiàn)不同的特征。其中D1、D2、D4、D7、D10、D12、D13和D16處理葉片MDA含量隨著脅迫時間的增加呈逐漸上升的趨勢，均在脅迫45 d時達到最大值，與初始值相比分別提高了120%、80%、93%、85%、43%、96%、133%和84%；D3、D6、D8、D11和D14處理葉片MDA含量則呈先上升后下降的趨勢，最大值均出現(xiàn)在脅迫處理后的30 d；D5和D9處理葉片MDA含量也呈先上升后下降的趨勢，不同的是D5和D9處理的最大值出現(xiàn)在脅迫處理后的15 d；與其他處理不同，D15處理葉片MDA含量呈先上升后下降再上升的趨勢。

由圖1-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片MDA含量表現(xiàn)不同的特征。其中D1和D2處理葉片MDA含量隨著脅迫時間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢；D4、D7和D12處理下葉片MDA含量隨著脅迫時間的增加呈逐漸增大的趨勢，處理45 d時達到最大值，與初始值相比分別提高了119%、155%和153%；D3、D5、D6、D8、D9、D10、D11、D14、D15和D16處理葉片MDA含量隨著脅迫時間的增加呈先上升后下降的趨勢，除D5處理的最大值出現(xiàn)在15 d，其他處理的最大值均出現(xiàn)在處理后30 d；D13處理MDA含量隨著脅迫時間的增加呈逐漸下降的趨勢，脅迫45 d后達到最低值，與初始值相比降低了37%。

由圖1可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言對環(huán)境變化具有較低的敏感度，主要表現(xiàn)為杉木幼苗葉片MDA含量的變化幅度較為緩和。

2.2鋁、鎂、鈣復合作用對抗氧化酶活性的影響

2.2.1鋁、鎂、鈣復合作用對SOD活性的影響。由圖2-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片SOD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12和D15處理葉片SOD活性均表現(xiàn)出隨脅迫處理時間的增加呈先下降后上升再下降的趨勢，在處理后30 d葉片SOD活性出現(xiàn)不同程度的增加，與15 d時相比分別提高了5.64%、9.18%、4.49%、7.33%、1121%、1218%、18.92%、13.21%、8.64%、11.40%、15.01%、4.55%和0.90%；D14處理葉片SOD活性隨脅迫處理時間的增加呈逐漸降低的趨勢，與初始值相比，45 d時SOD活性降低了2059%；D16處理葉片SOD活性隨脅迫處理時間的增加則呈先上升后下降的趨勢，其中最大值出現(xiàn)在處理15 d。

由圖2-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片SOD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13和D16處理葉片SOD活性均表現(xiàn)出隨脅迫處理時間的增加呈先下降后上升再下降的趨勢，在處理后30 d葉片SOD活性出現(xiàn)不同程度的增加，與15 d時相比分別提高了4%、12%、7%、11%、11%、12%、28%、10%、15%、18%、11%、22%、1%和2%；D14處理葉片SOD活性隨脅迫處理時間的增加呈逐漸降低的趨勢，與初始值相比，45 d時SOD活性降低了2%；D15處理葉片SOD活性隨脅迫處理時間的增加則呈先上升后下降的趨勢，其中最大值出現(xiàn)在處理15～30 d期間。

由圖2可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言具有較高的活性。以D2處理為例，耐鋁型杉木幼苗和敏感型杉木幼苗SOD活性在處理后的15、30和45 d均表現(xiàn)出耐鋁型SOD活性高于敏感型，分別高出3.25%、5.69%和4.42%。

2.2.2鋁、鎂、鈣復合作用對POD活性的影響。由圖3-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片POD活性表現(xiàn)出相似的特征。D1和D3處理葉片POD活性最大值出現(xiàn)在脅迫后30 d，D1處理葉片POD活性30 d時比0、15和45 d時分別高出117.77%、0.31%和87.55%，D3處理葉片POD活性30 d時比0、15和45 d時分別高出170.62%、2016%和66.94%；D2、D4、D5、D6、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15和D16處理葉片SOD活性的最大值出現(xiàn)在脅迫后15 d；D7處理葉片POD活性則隨著脅迫處理時間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢，最大值出現(xiàn)在處理后15 d。

由圖3-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片POD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D8和D16處理葉片POD活性隨著脅迫處理時間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢，其中D8最大值出現(xiàn)在45 d，D16最大值則出現(xiàn)在15 d；D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D9、D10、D11、D12、D13、D14和D15處理葉片POD活性隨著脅迫處理時間的增加呈先上升后下降的趨勢，其中D1、D3、D5、D6、D7、D9、D10、D11和D13處理葉片POD活性最大值出現(xiàn)在15 d，以D1處理為例，15 d時葉片SOD活性比0、30和45 d分別高出27111%、39.52%和101.45%；D2、D4、D12、D14和D15處理葉片POD活性最大值則出現(xiàn)在30 d時，以D1處理為例，30 d時葉片SOD活性比0、15和45 d分別高出27111%、3952%和101.45%。

由圖3可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片POD活性表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言敏感度較低。以D13處理為例，在處理后15、30和45 d均表現(xiàn)出耐鋁型SOD活性低于敏感型，分別降低167.26%、237.66%和136.94%。

2.2.3鋁、鎂、鈣復合作用對CAT活性的影響。由圖4-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片CAT活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12和D14處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的增加呈遞增的趨勢，至45 d時達到最大值，與初始值相比分別高出5 393.55%、4 376.32%、4 436.36%、2 500.00%、3 743.59%、5 522.22%、2 974.36%、2 557.14%和2 706.00%；D1、D3、D4和D15處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的延長呈先上升后下降的趨勢，其中D1和D15處理在15 d時達到最大值，D3和D4處理的最大值出現(xiàn)在處理后30 d；D2、D13和D16處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢。

由圖4-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復合處理葉片CAT活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D7、D8、D10、D11、D12和D13處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的增加呈遞增的趨勢，至45 d時達到最大值，與初始值相比分別高出405.58%、407.30%、869.35%、354.89%和78785%；D1、D3、D5和D16處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的延長呈先上升后下降的趨勢，其中D1、D3和D5處理葉片CAT活性的最大值出現(xiàn)在處理后30 d，D16的最大值則出現(xiàn)在15 d；D2、D4、D6、D9、D14和D15處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢。

由圖4可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性間整體差異較小。其中值得注意的是，D10處理耐鋁型杉木葉片CAT活性高于敏感型，處理15、30和45 d時耐鋁型杉木葉片CAT活性比敏感型分別高出2.40%、73.59%和42.53%。

3討論與結論

MDA是氧自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應的一種產(chǎn)物[15]，能與細胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應[16]，且具有細胞毒性。另外MDA能夠抑制細胞保護酶活性和降低抗氧化物的含量，從而加劇膜脂過氧化[17]。研究表明在植物組織多種酶和膜系統(tǒng)遭到破壞時，MDA含量會大幅度提高[18]。因此，MDA能夠反映植物組織抗氧化能力的強弱。在植物抗性生理研究中，MDA含量能夠衡量植物對外部逆境的抵御能力[19]。該研究發(fā)現(xiàn)耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量與敏感型相比其含量較低。

植物保護酶系統(tǒng)在清除超氧自由基、H2O2和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面發(fā)揮著重要作用[20-21]。SOD是植物細胞中清除活性氧自由基最重要的酶類之一，CAT是細胞過氧化體中清除H2O2的重要酶類，其他細胞器中產(chǎn)生的H2O2進入過氧化體中也能夠被CAT清除[22]。POD廣泛存在于植物中，在不同種植物、不同生長發(fā)育期和不同組織器官間POD活性差異顯著，且功能多樣[23]。逆境下植物抗氧化酶保護系統(tǒng)中的POD增多，以清除體內(nèi)活性氧，降低活性氧的積累來降低逆境脅迫對植物的傷害[24]，POD、SOD與CAT這3種酶相互協(xié)調(diào)，使植物體內(nèi)活性氧自由基處于相對穩(wěn)定的水平[25-26]。該研究發(fā)現(xiàn)鋁、鈣、鎂不同復合處理對杉木幼苗葉片POD、SOD與CAT活性存在不同程度的影響。不同耐鋁型杉木抗氧化酶活性系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的規(guī)律特征，其中耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性受鋁離子的影響較快，而敏感型受鎂離子影響較快，值得注意的是在脅迫45 d時2種不同耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性受鈣離子影響最快；就POD活性而言，耐鋁型杉木幼苗葉片POD活性受鈣離子的影響最快，且隨著時間的增加其影響作用逐漸增大，而敏感型杉木幼苗葉片POD活性受鋁離子的影響最快，且影響作用逐漸增大；就CAT活性而言，耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性受鎂離子的影響最快，鈣離子則對敏感型的影響最快，隨著脅迫處理時間的延長，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性的主要影響因素均為鋁離子。

參考文獻

[1] 劉強，鄭紹建，林咸永.植物適應鋁毒脅迫的生理及分子生物學機理[J].應用生態(tài)學報，2004，15（9）：1641-1649.

[2] 章愛群，賀立源，趙會娥，等.磷鋁協(xié)同作用對玉米苗期生物學性狀和營養(yǎng)學特性的影響[J].應用與環(huán)境生物學報，2009，15（1）：48-52.

[3] 黃娟，孔國輝，夏漢平.鋁毒與有機酸和磷的關系[J].應用與環(huán)境生物學報，2005，11（4）：498-503.

[4] 許玉鳳，曹敏建，王文元，等.玉米耐鋁毒的基因型篩選[J].玉米科學，2004，12（1）：33-35.

[5] GARCIAOLIVEIRA A L，POSCHENRIEDER C，BARCEL J，et al.Breeding for Al tolerance by unravelling genetic diversity in bread wheat[M]//PANDA S K，BALUSKA F.Aluminum stress adaptation in plants.Heidelberg：Springer International Publishing，2015.

[6] 劉強，李曉紅，李蘊，等.鋁脅迫對油菜葉片光合特性的影響[J].井岡山大學學報（自然科學版），2008，29（1）：14-15.

[7] 陳泰林，錢春梅，張建軍，等.植物鋁脅迫響應機制的研究進展[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學，2010，30（2）：37-48.

[8] DORNELES A O S，PEREIRA A S，ROSSATO L V，et al.Silicon reduces aluminum content in tissues and ameliorates its toxic effects on potato plant growth[J].Ciencia rural，2016，46（3）：506-512.

[9] 任立民，劉鵬，謝忠雷，等.植物對鋁毒害的抗逆性研究進展[J].土壤通報，2008，39（1）：177-181.

[10] 賀根和，劉強，彭水娥.鋁脅迫對野生油茶光合特性的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2010，49（7）：1593-1595.