6-BA對(duì)鋁脅迫杉木幼苗抗氧化酶活性的研究

呂蒙蒙 陳 宇 林思祖

（福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，國(guó)家林業(yè)和草原局杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002）

杉木（Cunninghamia lanceolata），又名沙木、沙樹等，亞熱帶地區(qū)優(yōu)質(zhì)速生針葉樹種，林業(yè)價(jià)值高，且分布廣闊，杉木的主要栽培區(qū)遍及包括臺(tái)灣省在內(nèi)的南方17個(gè)省區(qū)，而我國(guó)南方土壤以酸性紅壤為主，加之近幾十年來工業(yè)化發(fā)展和人類活動(dòng)等，導(dǎo)致我國(guó)大面積受到酸雨的侵害，進(jìn)而加劇土壤酸化[1-2]。土壤酸化往往與鋁毒相伴而生，酸性條件下土壤中的固定鋁不斷溶出，活性鋁不斷增加，對(duì)植物的生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的抑制作用。隨著杉木人工林連載代數(shù)增加，土壤pH值下降，將進(jìn)一步加劇土壤的鋁毒害[3-6]。

植物體內(nèi)存在著清除活性氧（ROS）的抗氧化系統(tǒng)，可以減輕逆境脅迫對(duì)植物的氧化傷害，對(duì)提高植物抗逆性有著重要的作用。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，可以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性。過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）作為最重要的抗氧化酶，在抗氧化系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用[7-8]。6-卡氨基腺嘌呤（6-BA）是第1個(gè)人工合成的細(xì)胞分裂素，主要作用是誘導(dǎo)芽的分化和誘導(dǎo)愈傷組織發(fā)生，促進(jìn)細(xì)胞分裂，具有抑制衰老、保綠作用[9-10]。此外，外源6-BA在緩解植物逆境脅迫，提高植物抗逆性方面也具有重要作用[11-13]。有研究[7]表明，葉面噴施一定濃度的6-BA可以提高Hg2＋脅迫下小麥幼苗葉片的POD、超氧化物歧化酶（SOD）活性及抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）含量，有效減輕Hg2＋脅迫對(duì)小麥的傷害；劉清瑋[14]等發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)濃度的6-BA處理菘藍(lán)種子，可明顯提高其在鹽堿脅迫環(huán)境下的萌發(fā)。研究表明，適宜濃度的6-BA有利于高溫脅迫下抗氧化酶活性的升高，降低有害物質(zhì)MDA積累[15]。鋁脅迫對(duì)杉木生長(zhǎng)、生理等方面的影響已有大量研究，但外源6-BA對(duì)杉木鋁脅迫的研究鮮有報(bào)道。本研究以杉木實(shí)生苗為材料，探究不同濃度的6-BA對(duì)鋁脅迫下杉木幼苗不同組織MDA含量及抗氧化酶活性的影響，為進(jìn)一步提高杉木耐鋁機(jī)制的研究提供參考依據(jù)[16]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以福建尤溪國(guó)有林場(chǎng)提供的杉木3代種子園種子為原始材料，經(jīng)培育后獲得的長(zhǎng)勢(shì)較一致的實(shí)生苗，試驗(yàn)地點(diǎn)位于福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)樓，地 處119°19′E，26°07′N，試 驗(yàn)于2019年9月開始。

1.2 試驗(yàn)處理

杉木種子用去離子水將種子清洗3遍后，置于初始溫度為45 ℃的超純水中浸泡24 h，期間用玻璃棒攪動(dòng)。然后去掉浮于水面的癟粒和澀粒，用0.3% KMnO4消毒0.5 h，再用去離子水清洗干凈，靜置待用。將浸泡好的種子放在濾紙板上，置于光照14 h（25 ℃）、黑暗10 h（22 ℃），光強(qiáng)110 μmol/(m2·s)，相對(duì)濕度75%的氣候箱中。萌發(fā)15 d后，挑選長(zhǎng)勢(shì)良好的幼苗移栽至盛有Hoagland-Arnon營(yíng)養(yǎng)液（pH為5.5）的培養(yǎng)框中，置于溫室進(jìn)行水培。控制溫度25 ℃，光照時(shí)間12 h/d，光照強(qiáng)度為12 000 lx。每7 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，培養(yǎng)1個(gè)月后選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行處理[17]。參考黃鵬[18]及馬志慧[19]的研究成果，以1 mmol/L Al3+（鋁源為AlCl3·6H2O），pH 4.5的Hoagland-Arnon營(yíng)養(yǎng)液作為CK，6-BA濃度設(shè)為0、10、30、50 mg/L，脅迫開始后pH均為4.5，在脅迫結(jié)束后分別采集根、莖、葉測(cè)定各指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，CAT活性采用紫外吸收法測(cè)定，PPO活性采用鄰苯二酚法測(cè)定[20-21]。

1.4 數(shù)據(jù)整理分析

原始數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進(jìn)行單因素方差分析，采用WPS 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗MDA含量的影響

由圖1可知，與CK相比，杉木幼苗根部的MDA含量隨著濃度的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，各濃度處理均低于CK，當(dāng)濃度為50 mg/L時(shí)MDA含量達(dá)到最低值，相比CK降低了60.7%；杉木莖部的MDA含量隨著濃度的增加先降低后升高，且30 mg/L時(shí)達(dá)到最低值，與CK相比降低了30.2%；杉木葉片的MDA含量隨著濃度的增加變化趨勢(shì)與莖相一致，且30 mg/L時(shí)達(dá)到最低值，與CK相比降低了33.8%。總的來說，在同一處理水平下的MDA含量，葉片中含量最高，莖次之，根部含量最低。

圖1 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗MDA含量的影響Fig. 1 Effects of 6-BA on MDA content in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表1可知，就同一組織不同濃度而言，杉木根中的MDA含量在CK和50 mg/L時(shí)存在顯著差異（P＜0.05），其他處理水平差異不顯著；莖部在CK和10 mg/L、CK和30 mg/L、CK和50 mg/L間存在顯著差異（P＜0.05），其他處理水平上差異不顯著；葉片在CK和10 mg/L、CK和30 mg/L、CK和50 mg/L、10 mg/L和30 mg/L、10 mg/L和50 mg/L、30 mg/L和50 mg/L 間存在顯著差異（P＜0.05），其他處理水平差異不顯著。就同一濃度不同組織而言，杉木幼苗根莖葉的MDA含量均存在顯著差異（P＜0.05）。

2.2 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗CAT活性的影響

由圖2可知，杉木根部的CAT活性隨著濃度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，當(dāng)濃度為10 mg/L時(shí)活性最高，與CK相比提高了33.2%；杉木莖部的CAT活性隨著濃度的增加先升高后降低，當(dāng)濃度為30 mg/L時(shí)活性最高，相比CK提高了36.2%；杉木葉片的CAT活性對(duì)的變化趨勢(shì)與根部相同，當(dāng)濃度為10 mg/L時(shí)活性最高，相比CK提高了36.6%?？偟膩碚f，在同一處理水平上，根部CAT活性最高，莖次之，葉片活性最低。

圖2 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗CAT活性的影響Fig. 2 Effects of 6-BA on CAT activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表2可知，就同一組織不同濃度水平而言，杉木幼苗根、莖、葉的CAT活性在各濃度處理水平上的差異均不顯著。就同一濃度不同組織而言，當(dāng)6-BA濃度為10 mg/L時(shí)，根和莖之間的CAT活性存在顯著差異（P＜0.05），其他各部位之間差異不顯著。

表2 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗CAT活性的多重比較Table 2 Multiple comparison of CAT activity of 6-BA in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

2.3 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗PPO活性的影響

由圖3可知，杉木根部的PPO活性隨著濃度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，各濃度處理下的PPO活性均低于CK，且當(dāng)濃度為30 mg/L時(shí)達(dá)最低值，相比CK降低了31.8%；杉木莖部的PPO活性隨著濃度的增加先升高后降低，且當(dāng)濃度為30 mg/L時(shí)活性最高，相比CK提高了125.3%；杉木葉片的PPO活性隨著濃度的增加逐漸升高，且50 mg/L時(shí)達(dá)到最高值，相比CK提高了76.3%?？偟膩碚f，同一處理水平上，莖部的PPO活性最高，根次之，葉片活性最低。

圖3 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗PPO活性的影響Fig. 3 Effects of 6-BA on PPO activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表3可知，就同一組織不同濃度而言，杉木幼苗根部的PPO活性在CK和50 mg/L間存在顯著差異（P＜0.05），其他處理水平上差異不顯著；莖部的PPO活性在CK和30 mg/L間存在顯著差異（P＜0.05），其他處理水平上差異不顯著；葉片中的PPO活性均差異不顯著。就同一濃度不同組織而言，當(dāng)6-BA濃度為0 mg/L時(shí)，根和葉之間PPO活性存在顯著差異（P＜0.05）；當(dāng)濃度為30 mg/L時(shí)，根和莖、莖和葉之間存在顯著差異，其他各組織之間差異不顯著。

表3 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗PPO活性的多重比較Table 3 Multiple comparison of PPO activity of 6-BA in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

2.4 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗POD活性的影響

由圖4可知，杉木根部的POD活性隨著濃度的增加呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，且濃度為10 mg/L時(shí)達(dá)最高值，相比CK提高了34.7%；杉木莖部的POD活性的變化趨勢(shì)與根部相一致，且10 mg/L時(shí)達(dá)最高值，相比CK提高了37.2%；杉木葉片的POD活性的變化趨勢(shì)與根、莖相一致，且10 mg/L時(shí)達(dá)最高值，相比CK提高了26.1%?？偟膩碚f，同一處理水平上，葉片的POD活性最高，莖部次之，根系活性最低。

圖4 鋁脅迫下6-BA對(duì)杉木幼苗POD活性的影響Fig. 4 Effects of 6-BA on POD activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表4可知，就同一組織不同濃度而言，杉木幼苗根、莖、葉的POD活性在各濃度處理水平上的差異均不顯著。就同一濃度不同組織而言，當(dāng)6-BA濃度為30 mg/L時(shí)，根和莖、根和葉之間POD活性存在顯著差異（P＜0.05）；當(dāng)濃度為50 mg/L時(shí)，根和葉之間存在顯著差異（P＜0.05）；其他各組織之間差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生能加劇膜的損傷，因此可通過MDA了解膜脂過氧化的程度，可以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性，一般受到逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)MDA含量會(huì)增加[22-24]。有研究表明，鋁脅迫使白苦瓜幼苗的膜脂過氧化程度逐漸增強(qiáng)，MDA含量顯著升高，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下添加一定濃度的6-BA，可以減少杉木幼苗根莖葉中MDA含量的積累，減輕膜脂過氧化程度，從而緩解鋁毒對(duì)杉木的傷害。

抗氧化系統(tǒng)是植物體內(nèi)主要的防御系統(tǒng)，POD和CAT是植物抗氧化酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，可以消除ROS，減輕脂質(zhì)過氧化物作用，因此其活性的高低正影響著植株本身的抗逆性的強(qiáng)弱[26-29]。PPO在植物組織受傷時(shí)活性會(huì)明顯增強(qiáng)，且PPO活性和增長(zhǎng)速率越高其抗性越強(qiáng)，對(duì)于杉木不同家系來說，PPO活性的強(qiáng)弱代表著其抗性的強(qiáng)弱[21,30]。徐莉莉等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，噴施6-BA降低了葉片MDA含量，促進(jìn)了葉片POD和CAT活性的升高，說明6-BA對(duì)鎘脅迫玉米幼苗的傷害有一定緩解作用。吳雪霞等[32]也發(fā)現(xiàn)，外源6-BA可通過提高茄子幼苗的抗氧化酶活性（POD、CAT和SOD），來緩解Cd脅迫對(duì)茄子的毒害作用。這與本研究結(jié)果基本一致，添加外源6-BA可以有效提高杉木幼苗根、莖、葉中的CAT、PPO以及POD活性，表明一定濃度6-BA可以通過提高杉木幼苗抗氧化酶活性，進(jìn)而增強(qiáng)其清除ROS的能力，緩解鋁對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。

綜上所述，與CK相比，隨著6-BA濃度的增加，杉木幼苗根、莖、葉中的MDA含量及抗氧化酶活性呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律；具體而言，在6-BA處理下，葉片中的MDA含量和POD活性最高，其次是莖和根；CAT活性在根中最強(qiáng)，其次是莖和葉；PPO活性在葉片中最弱，其次是根和莖?？偟膩碚f，6-BA降低了不同組織中MDA的含量，提高了CAT，PPO和POD的活性，表明6-BA可以在一定程度上減輕鋁對(duì)杉木的毒害，本研究可為豐富杉木耐鋁機(jī)制的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。目前，關(guān)于6-BA對(duì)于杉木鋁脅迫的研究，在設(shè)計(jì)和方法還可能存在一些不足，有關(guān)外源6-BA對(duì)杉木鋁脅迫抗氧化酶活性影響的內(nèi)在機(jī)理還有待研究，以期在之后的研究中進(jìn)一步完善。