外源草酸緩解馬尾松根系鋁毒

郭 妮，劉亞敏，周文穎，劉玉民，張盛楠

(西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，約占地殼總質(zhì)量的7.1%，通常以無(wú)毒的硅酸鹽等形式存在[1]。當(dāng)土壤pH低于5.5時(shí)，土壤中的鋁就會(huì)轉(zhuǎn)變成對(duì)植物具有毒害作用的活性鋁[2]，鋁毒害是制約酸性土壤作物生產(chǎn)力的主要因子之一。酸性土壤廣泛分布于我國(guó)南方14個(gè)省(市、自治區(qū))，總面積約203萬(wàn)km2，占全國(guó)耕地面積的21%[3]。緩解植物鋁毒害已成為土壤酸化區(qū)目前亟待解決的問(wèn)題。

研究認(rèn)為，植物鋁毒緩解機(jī)制主要包括外部排斥和內(nèi)部耐受2種：外部排斥機(jī)制是指阻止活性鋁通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入共質(zhì)體，從而防止其到達(dá)細(xì)胞內(nèi)的敏感位點(diǎn)，使植物免遭鋁毒害；內(nèi)部耐受機(jī)制是指對(duì)于進(jìn)入共質(zhì)體的活性鋁，植物通過(guò)螯合的方式將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒性或者毒性很小的結(jié)合形態(tài)鋁，從而緩解植物體內(nèi)的鋁毒害[4]。研究發(fā)現(xiàn)，蕎麥(FagopyrumesculentumMoench.)受到Al3+刺激時(shí)根尖會(huì)迅速分泌草酸，與Al3+形成無(wú)毒草酸鋁復(fù)合物，穩(wěn)定貯存于液泡中，以維持植物細(xì)胞質(zhì)中游離鋁處于低水平[5-6]；當(dāng)蕎麥根尖有機(jī)酸的分泌受抑制時(shí)，其根系受鋁毒害較嚴(yán)重，也反過(guò)來(lái)證明有機(jī)酸分泌是植物耐鋁脅迫的主要機(jī)制[7]。到目前為止，植物可通過(guò)分泌不同種類(lèi)的有機(jī)酸來(lái)緩解鋁毒已在大豆[Glycinemax(Linn.) Merr.][8]、小麥(TriticumaestivumL.)[9]、水稻(OryzasativaL.)[10]等植物上得到廣泛證實(shí)，添加檸檬酸[11]、蘋(píng)果酸[12]等外源有機(jī)酸可有效緩解植物鋁毒害也被廣泛報(bào)道。

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)是我國(guó)亞熱帶地區(qū)的主要用材樹(shù)種之一，但近年來(lái)馬尾松林出現(xiàn)大面積生長(zhǎng)衰退甚至死亡的現(xiàn)象。有研究認(rèn)為，南方地區(qū)酸雨加劇引起土壤鋁活化，是影響馬尾松生長(zhǎng)從而導(dǎo)致馬尾松大面積死亡的主要原因[13-14]。王水良等[15]研究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下的馬尾松幼苗通過(guò)大量分泌草酸和蘋(píng)果酸螯合根部有毒的Al3+形成穩(wěn)定無(wú)毒的復(fù)合物來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁脅迫的拮抗；另有研究發(fā)現(xiàn)，草酸主要通過(guò)分子上與碳原子相鄰的兩個(gè)羧基與鋁結(jié)合形成五環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到解毒的效果[16-17]。添加外源草酸可緩解鋁毒已經(jīng)在大豆[18]、小麥[19]、油菜(BrassicanapusL.)[20]等植物上得到證實(shí)，但這些研究主要是針對(duì)草本植物進(jìn)行的，目前關(guān)于草酸對(duì)木本植物鋁毒害是否具有緩解作用及其可能的機(jī)制等還不明確。為此，本試驗(yàn)以耐鋁型和鋁敏感型馬尾松為材料，采用水培法研究不同濃度外源草酸對(duì)鋁脅迫下馬尾松幼苗根系形態(tài)及生理特性的影響，探討草酸對(duì)馬尾松根系鋁毒的緩解作用和最適緩解濃度，揭示草酸對(duì)馬尾松鋁毒的緩解作用機(jī)制，旨在為酸性土壤中馬尾松林的鋁毒治理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

經(jīng)前期篩選，本試驗(yàn)分別選取耐鋁型福建5號(hào)(FJ5)和鋁敏感型廣東20號(hào)(GD20)馬尾松作為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料的種子由福建省潭平五一國(guó)有林場(chǎng)提供。

選取大小一致、圓潤(rùn)飽滿(mǎn)的FJ5和GD20馬尾松種子，經(jīng)2% H2O2消毒10 min后，流水沖洗20 min，再用去離子水清洗3次，25 ℃水浴鍋避光浸種24 h，之后將種子均勻播于鋪有一層珍珠巖的培養(yǎng)皿中，恒溫培養(yǎng)箱25 ℃催芽至露白。露白后，將種子播于裝有珍珠巖的育苗盤(pán)中，于培養(yǎng)室(恒溫25 ℃，空氣濕度60%，光照強(qiáng)度100 μmol·m-2·s-1)繼續(xù)培養(yǎng)，每日光照時(shí)間6:00—18:00，定時(shí)澆入適量的蒸餾水。待馬尾松第一輪針葉完全打開(kāi)后，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，用紗布固定于避光的玻璃杯(200 mL)蓋上，每瓶3株，用1/5 Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液(pH值調(diào)至4.0)培養(yǎng)，每7 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，培養(yǎng)6個(gè)月即得到試驗(yàn)所需幼苗[21]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

兩個(gè)馬尾松家系分別設(shè)置7個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理設(shè)置3組重復(fù)，每組6杯，每杯定植3株。供試有機(jī)酸選用草酸(OA)，Al3+以AlCl3(分析純)形式加入。處理60 d后測(cè)定各指標(biāo)。

1.3 測(cè)定方法

馬尾松總根長(zhǎng)、根表面積、根系體積和根直徑采用根系分析儀測(cè)定，根系活力采用氯化三苯酚四氮唑(TTC)法[22]測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[23]測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[24]測(cè)定，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)含量參照張蜀秋[24]的方法測(cè)定，丙二醛(MDA)和可溶性糖含量參照張志良等[25]的方法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)(G-250)法[26]測(cè)定。根尖和根系中鋁含量參照陳榮府[27]的方法進(jìn)行前處理后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測(cè)定，其中，根系鋁含量以鮮重計(jì)，根尖鋁含量以單個(gè)根尖含鋁的物質(zhì)的量計(jì)。

1.4 主成分分析

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

Table 1 Experiment design

處理TreatmentAl3+/(mmol·L-1)OA/(mmol·L-1)CK00C00.80C10.80.05C20.80.1C30.80.2C40.80.4C50.80.8

選擇鋁敏感型GD20馬尾松的生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。分析前，先將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)為無(wú)量綱矩陣后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算主成分特征根、方差貢獻(xiàn)率。以特征根>1、方差累積貢獻(xiàn)率>80%為提取標(biāo)準(zhǔn)，確定主成分?jǐn)?shù)量[28]。根據(jù)各生理指標(biāo)在主成分中的貢獻(xiàn)率，分析草酸緩解馬尾松鋁毒害的關(guān)鍵指標(biāo)。

標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為

(1)

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和主成分分析，對(duì)有顯著差異(P<0.05)的處理采用LSD法進(jìn)行多重比較。采用Origin 8.5軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 草酸對(duì)馬尾松根系鋁毒的緩解效果

2.1.1 對(duì)根系形態(tài)的影響

Al3+對(duì)馬尾松的根系生長(zhǎng)有抑制作用，且對(duì)鋁敏感型馬尾松根系生長(zhǎng)的抑制作用要強(qiáng)于耐鋁型，F(xiàn)J5在C0處理下的總根長(zhǎng)、根表面積、根系體積、根直徑較CK分別降低20.38%、24.53%、31.25%、10.26%，GD20在C0處理下的總根長(zhǎng)、根表面積、根系體積、根直徑較CK分別降低29.11%、33.49%、50.00%、21.28%。施加外源草酸后，馬尾松受到的鋁毒害均得到一定程度的緩解，隨著草酸施入量的增大，緩解效果總體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)(表2)。當(dāng)外源添加的草酸濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)對(duì)耐鋁型FJ5的緩解效果最好，植株總根長(zhǎng)、根表面積、根體積及平均直徑分別比C0處理顯著(P<0.05)增加22.12%、33.20%、54.54%和14.28%，且與CK相比已無(wú)顯著差異。鋁敏感型馬尾松GD20的總根長(zhǎng)和根直徑在C3處理下獲得加鋁條件下的最大值，分別比C0顯著(P<0.05)增加39.12%和16.22%，但根表面積和根系體積在各濃度草酸處理下與C0相比均無(wú)顯著差異。

2.1.2 對(duì)根系活力的影響

表2 不同處理對(duì)馬尾松根系形態(tài)的影響

Table 2 Effects of different treatments on root morphology ofP.massonianaLamb.

試驗(yàn)材料Material處理Treatment總根長(zhǎng)Root length/cm根表面積Total surface area/cm2根系體積Root volume/cm3根直徑Root diameter/cmFJ5CK139.86 a17.00 a0.16 a0.39 aC0111.35 c12.83 c0.11 c0.35 bC1116.72 bc13.77 bc0.13 bc0.38 aC2123.91 abc15.03 abc0.15 ab0.39 aC3135.98 ab17.09 a0.17 a0.40 aC4133.45 abc15.86 ab0.15 ab0.38 aC5118.81 abc14.85 abc0.15 ab0.40 aGD20CK131.02 a19.32 a0.24 a0.47 aC092.88 c12.85 b0.12 b0.37 cC1123.39 ab15.15 ab0.15 b0.39 bcC2125.64 ab15.86 ab0.16 b0.40 bcC3129.21 ab14.57 ab0.15 b0.43 abC4128.10 ab15.70 ab0.15 b0.39 bcC5100.40 bc12.97 b0.13 b0.42 bc

同一試驗(yàn)材料同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Data marked without the same letters in the same column indicated significant difference atP<0.05 within treatments for the same material. The same as below.

植物根系活力是體現(xiàn)植物根系對(duì)礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收能力和呼吸作用強(qiáng)度的重要指標(biāo)。鋁脅迫降低了馬尾松的根系活力值，與CK相比，C0處理下鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5的根系活力分別顯著(P<0.05)降低64.07%、59.26%，加入外源草酸后，馬尾松的根系活力有所提高，隨外源草酸添加濃度增加總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)(圖1)。當(dāng)外源添加濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)，草酸對(duì)馬尾松鋁毒害的緩解效果最好，鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5的根系活力分別為0.23、0.30 mg·g-1·h-1。外源草酸對(duì)耐鋁型馬尾松的作用效果更佳，C3處理下，其根系活力與CK相比已無(wú)顯著差異。

同一家系柱上無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters in the same family indicated significant difference at P<0.05. The same as below.圖1 不同處理下馬尾松的根系活力Fig.1 Root activity of P. Massoniana Lamb. under different treatments

2.1.3 對(duì)根系抗氧化酶活性的影響

逆境下，植物通過(guò)抗氧化酶協(xié)同清除體內(nèi)各種活性氧自由基，以保護(hù)膜系統(tǒng)，減輕逆境危害。與CK相比，C0處理下馬尾松的根系SOD、POD、CAT活性顯著(P<0.05)上升。隨著外源添加草酸濃度增加，馬尾松根系SOD活性整體呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。當(dāng)外源添加草酸濃度為0.2 mmol·L·1時(shí)，鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5的根系SOD活性均達(dá)到最大值，顯著(P<0.05)高于C0處理。但高濃度的外源草酸(0.8 mmol·L-1)導(dǎo)致耐鋁型馬尾松FJ5的根系SOD活性顯著低于C0處理(圖2-A)。

圖2 不同處理對(duì)馬尾松根系抗氧化酶活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on antioxidant enzymes in roots of P. massoniana Lamb.

隨著外源添加草酸濃度增加，馬尾松根系POD活性同樣呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。當(dāng)外源添加草酸濃度為0.1～0.2 mmol·L·1時(shí)，鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5根系的POD活性均顯著(P<0.05)高于C0處理。耐鋁型馬尾松FJ5根系POD活性在不同濃度草酸處理間差異不顯著，但鋁敏感型馬尾松GD20在C2、C3處理下的根系POD活性顯著(P<0.05)高于其他外源添加草酸的處理，且高濃度的外源草酸(0.8 mmol·L-1)導(dǎo)致鋁敏感型馬尾松GD20的根系POD活性顯著(P<0.05)低于C0處理(圖2-B)。

外源添加0.05～0.2 mmol·L-1的草酸后，耐鋁型馬尾松FJ5的根系CAT活性與C0相比無(wú)顯著變化；而當(dāng)外源添加0.4～0.8 mmol·L-1的草酸后，耐鋁型馬尾松FJ5的根系CAT活性與C0相比則顯著(P<0.05)降低，且顯著(P<0.05)低于CK處理。與此不同，隨著外源添加草酸濃度增加，鋁敏感型馬尾松GD20根系的POD活性則呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。當(dāng)外源添加草酸濃度為0.2 mmol·L·1時(shí)，鋁敏感型馬尾松GD20的根系CAT活性達(dá)到最大值，顯著(P<0.05)高于其他處理；當(dāng)外源添加0.4～0.8 mmol·L-1的草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系CAT活性與C0相比顯著(P<0.05)降低，C4處理的根系CAT活性與CK無(wú)顯著差別，而C5處理的根系CAT活性則顯著(P<0.05)低于CK處理(圖2-C)。

2.1.4 對(duì)根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

與CK相比，鋁脅迫下(C0處理)的馬尾松根系脯氨酸含量顯著(P<0.05)增加，鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5的根系脯氨酸含量分別為CK的1.73和1.71倍(圖3-A)。除外源添加0.2 mmol·L-1的草酸后，耐鋁型馬尾松FJ5的根系脯氨酸含量與C0相比顯著(P<0.05)降低外，其他處理的根系脯氨酸含量與C0相比均無(wú)顯著差異。與此不同，外源添加草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系脯氨酸含量與C0相比均顯著(P<0.05)降低，但仍顯著(P<0.05)高于CK處理，且C4、C5處理下根系脯氨酸含量顯著(P<0.05)高于C1～C3處理。

C0處理下鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5的根系可溶性蛋白含量分別為CK的1.37倍和1.93倍，說(shuō)明鋁脅迫刺激馬尾松根系可溶性蛋白含量顯著(P<0.05)升高(圖3-B)。外源添加草酸后，馬尾松根系的可溶性蛋白含量與C0相比均顯著(P<0.05)降低，與C0相比，耐鋁型馬尾松FJ5的根系可溶性蛋白含量降低39.4%～62.8%，鋁敏感型馬尾松GD20的根系蛋白含量降低27.1%～54.3%。C1～C3處理的耐鋁型馬尾松FJ5根系可溶性蛋白含量間無(wú)顯著差異，均顯著(P<0.05)低于C5處理，且C4處理的根系可溶性蛋白含量顯著(P<0.05)低于C5處理。外源添加0.2 mmol·L-1草酸處理下，鋁敏感型馬尾松GD20的根系可溶性蛋白含量最低，顯著(P<0.05)低于其他處理，C1、C2、C4處理的根系可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異，但均顯著(P<0.05)低于C5處理。

圖3 不同處理對(duì)馬尾松根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Fig.3 Effects of different treatments on osmotic adjustment substances in roots of P. massoniana Lamb.

與CK相比，C0處理下馬尾松根系可溶性糖含量顯著(P<0.05)增加，且對(duì)鋁敏感型馬尾松的影響更大，GD20的根系可溶性糖含量較CK組增加94.8%(圖3-C)。外源添加草酸各處理下，耐鋁型馬尾松FJ5的根系可溶性糖含量與C0相比無(wú)顯著變化。但外源添加草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系可溶性糖含量均較C0處理顯著(P<0.05)降低，并以C2、C3處理的根系可溶性糖含量最低，且顯著(P<0.05)低于其他外源添加草酸的處理。

2.1.5 對(duì)根系膜脂過(guò)氧化的影響

圖4 不同處理對(duì)馬尾松根系MDA含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on MDA content in root of P. massoniana Lamb.

MDA含量是反映植物膜脂過(guò)氧化程度的指標(biāo)，可反映植物受脅迫或損傷的程度。與CK相比，C0處理下馬尾松根系的MDA含量均顯著(P<0.05)上升，說(shuō)明鋁脅迫下馬尾松根系的膜脂發(fā)生過(guò)氧化(圖4)。外源添加0.05～0.2 mmol·L-1的草酸后，耐鋁型馬尾松FJ5的根系MDA含量較C0顯著(P<0.05)下降，與CK無(wú)顯著差別；外源添加0.4～0.8 mmol·L-1的草酸后，耐鋁型馬尾松FJ5的根系MDA含量與C0、CK均無(wú)顯著差別。外源添加0.05～0.4 mmol·L-1的草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系MDA含量較C0顯著(P<0.05)下降，但仍顯著(P<0.05)高于CK處理，其中，C3處理的根系MDA含量最低，且顯著(P<0.05)低于其他外源添加草酸的處理；外源添加0.8 mmol·L-1的草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系MDA含量較C0顯著(P<0.05)上升。

2.1.6 對(duì)根系和根尖鋁含量的影響

如圖5所示，各處理下鋁敏感型馬尾松GD20根系及根尖中的Al含量均高于耐鋁型馬尾松FJ5。外源添加草酸顯著(P<0.05)降低了馬尾松根尖的鋁含量。隨著外源添加草酸濃度的增加，根尖鋁含量呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，當(dāng)外源添加草酸濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)，鋁敏感型馬尾松GD20和耐鋁型馬尾松FJ5根尖鋁含量較C0處理分別降低76.5%和75.1%。外源添加0.1～0.2 mmol·L-1草酸后，鋁敏感型馬尾松GD20根系鋁含量較C0處理顯著(P<0.05)下降；但當(dāng)外源添加草酸的濃度增大至0.4～0.8 mmol·L-1后，鋁敏感型馬尾松GD20的根系鋁含量較C0處理反而顯著(P<0.05)增加。對(duì)耐鋁型馬尾松FJ5而言，僅當(dāng)外源添加草酸濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)根系鋁含量較C0處理顯著(P<0.05)下降，當(dāng)外源添加草酸濃度為0.8 mmol·L-1時(shí)根系鋁含量較C0處理顯著增加(P<0.05)，其他處理下根系鋁含量與C0處理并無(wú)顯著差異。

2.2 草酸緩解馬尾松根系鋁毒的主導(dǎo)生理因子

圖5 不同處理對(duì)馬尾松根系(A)和根尖(B)鋁含量的影響Fig.5 Effects of different treatments on Al content in roots (A) and root tips (B) of P. massoniana Lamb.

采用主成分分析法，對(duì)鋁敏感型馬尾松GD2的SOD、POD、CAT活性，根系活力，以及脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、MDA含量等8個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，前2個(gè)成分的貢獻(xiàn)率分別為51.835%、34.867%(表3)，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.701%，表明前2個(gè)成分代表了原有8個(gè)指標(biāo)86.701%的信息，可以用這2個(gè)成分概括分析外源草酸對(duì)鋁脅迫下馬尾松根系生理特性的影響。在主成分載荷矩陣中，特征向量的絕對(duì)值反映了其對(duì)主成分的貢獻(xiàn)率，絕對(duì)值越大，則貢獻(xiàn)率越大。由表4可知，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量在第一主成分上有較高的載荷，說(shuō)明第一主成分主要反映馬尾松根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的信息；SOD、POD、CAT活性在第二主成分上有較高載荷，說(shuō)明第二主成分主要反映抗氧化酶活性的信息。綜上，脯氨酸和可溶性蛋白含量可能是上述8個(gè)生理指標(biāo)中具有較高代表性的指標(biāo)，可以作為外源草酸緩解馬尾松鋁毒害的關(guān)鍵指標(biāo)。

表3 主成分分析結(jié)果

Table 3 Principle component analysis result

成分Component初始特征值Initial eigenvalue合計(jì)Total方差貢獻(xiàn)率Variance/%累積方差貢獻(xiàn)率Cumulative variance/%提取平方和載入Extract square sum loading合計(jì)Total方差貢獻(xiàn)率Variance/%累積方差貢獻(xiàn)率Cumulative variance/%14.14751.83551.8354.14751.83551.83522.78934.86786.7012.78934.86786.70130.5366.69793.39840.2082.59895.99750.1932.41598.41260.0630.79199.20370.0410.51499.71780.0230.283100

表4 主成分載荷矩陣

Table 4 Component matrix of principal component analysis

指標(biāo)Index成分Component12MDA0.900-0.084SOD0.0630.937POD0.1220.955CAT-0.2830.892可溶性糖Soluble protein0.906-0.086根系活力Root activity-0.832-0.422可溶性蛋白Soluble protein0.915-0.108Pro0.9410.015

3 討論

逆境脅迫對(duì)植物的次生傷害為滲透脅迫。植物遭受逆境脅迫時(shí)，會(huì)積累一些可溶性的無(wú)機(jī)和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖等，降低滲透勢(shì)，使其在低滲透勢(shì)生境下仍能吸收水分，維持細(xì)胞水分平衡，保護(hù)植株正常生長(zhǎng)[36]。本研究結(jié)果表明，鋁脅迫下馬尾松根系脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量顯著升高，這與吳成龍等[37]研究結(jié)果一致，表明植物根系對(duì)外界脅迫敏感，脅迫下會(huì)將大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)運(yùn)送到根系，導(dǎo)致根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累。可溶性糖含量的增加主要是通過(guò)不溶性碳水化合物的降解及其轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)，可溶性蛋白含量升高則主要是由于鋁脅迫誘導(dǎo)了植物抗性蛋白的產(chǎn)生。外源添加草酸后，馬尾松根系脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量均顯著降低?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍缀拷档涂赡苁且?yàn)椋阂环矫?，有機(jī)酸緩解了鋁毒對(duì)馬尾松膜脂過(guò)氧化的抑制作用，使根系細(xì)胞滲透物質(zhì)含量恢復(fù)正常；另一方面，因?yàn)椴菟峋徑饬酥参镤X毒，植物得以正常生長(zhǎng)，此時(shí)需要大量能源，可溶性糖作為能源物質(zhì)被馬尾松大量吸收利用，而可溶性蛋白多是與膜系統(tǒng)特異性結(jié)合的酶，主要用來(lái)進(jìn)行生理生化等代謝活動(dòng)[38]。草酸對(duì)馬尾松根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響呈現(xiàn)濃度差異，隨著草酸濃度的增加，3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，在草酸濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)有最小值，高濃度草酸處理反而會(huì)使?jié)B透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，這與姚虹宇等[39]在檸檬酸緩解馬尾松鋁毒研究中的結(jié)果一致，說(shuō)明高濃度有機(jī)酸會(huì)抑制馬尾松鋁毒害的緩解。

總的來(lái)看，活性鋁且對(duì)馬尾松幼苗產(chǎn)生一定的毒害作用，并使馬尾松根系生理代謝受到影響。鋁脅迫下，馬尾松幼苗總根長(zhǎng)、根表面積、根系體積、根系活力等均有所降低，根系抗氧化酶(POD、SOD和CAT)活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸)含量均升高，膜質(zhì)過(guò)氧化程度加劇。添加適宜濃度的外源草酸能有效緩解馬尾松幼苗的鋁毒害作用，使馬尾松根系代謝系統(tǒng)得到恢復(fù)。添加外源草酸后馬尾松根系活力升高，根系中丙二醛和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量降低，抗氧化物酶活性維持較高水平，根系鋁和根尖鋁的含量減低(草酸濃度≤0.2 mmol·L-1)，且對(duì)鋁敏感型馬尾松的緩解效果好于耐鋁型。草酸緩解馬尾松根系鋁毒害存在濃度效應(yīng)，以外源添加草酸濃度為0.2 mmol·L-1時(shí)緩解效果最好。脯氨酸和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可能是調(diào)控草酸緩解馬尾松鋁毒害的主導(dǎo)生理因子。