供鐵水平對杉木幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)和抗氧化酶活性的影響

伍麗華，代林利，胡永顏，費(fèi)裕翀，葉義全，3，陳愛玲，曹光球，3*

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省沙縣官莊國有林場，福建 沙縣 365500；3.國家林業(yè)和草原杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；4.福建農(nóng)林大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002）

【研究意義】鐵是植物生長發(fā)育中所必須的重要營養(yǎng)元素之一，直接參與植物光合作用、呼吸作用、蛋白質(zhì)的合成等重要生物學(xué)過程，但當(dāng)土壤中鐵的積累達(dá)到植物耐受的極限，便會阻礙植物的生長發(fā)育，造成毒害作用[1]。本文以改良霍格蘭完全營養(yǎng)液為培養(yǎng)液，通過模擬生物培養(yǎng)的方法，分析杉木幼苗葉葉綠素含量、葉綠素?zé)晒庖约懊富钚詫Σ煌╄F水平的響應(yīng)，研究結(jié)果為杉木林高效培育奠定理論參考依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】唐建軍等[2]的研究顯示，水稻（Malus domestica）在鐵脅迫條件下，生物量積累減少，葉片中葉綠素含量和根系活力顯著降低。李向婷[3]和梁劍等[4]的研究同樣表明，油橄欖（Olea euro?paea）幼苗在受到鐵脅迫時(shí)，隨著脅迫濃度和脅迫時(shí)間的增加，過氧化氫酶、多酚氧化酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，丙二醛含量則不斷上升，表明當(dāng)油橄欖受到的鐵脅迫濃度超過其耐受范圍時(shí)，會大量積累活性氧自由基，造成葉片膜脂過氧化和膜損傷。研究普遍認(rèn)為Fe2+是植物所吸收利用鐵的主要形態(tài)，其含量的高低決定著鐵有效性的高低，其中土壤pH、氧化還原電位值是影響鐵有效性最為重要的因子[5]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】杉木（Cunninghamia lanceolate）是我國南方最重要的針葉速生造林樹種，種植面積已達(dá)17×106hm2，占全國人工林面積的24.0%和世界人工林面積的6.5%，對林業(yè)的生產(chǎn)和開發(fā)具有至關(guān)重要的作用[6-7]。南方山地紅壤為富鐵鋁化的酸性土壤，且隨著工業(yè)的發(fā)展及杉木純林連栽，南方杉木人工林土壤pH 呈逐漸下降的趨勢[8-11]。較低的pH 值使得紅壤中沉積鐵的溶解度提高，造成土壤中Fe2+的過量積累，杉木的生長發(fā)育可能受到潛在的鐵毒害作用。目前，國內(nèi)外學(xué)者對于杉木土壤中鐵元素研究大多數(shù)集中在全鐵上[12-13]，對于土壤中Fe2+對杉木的毒害效應(yīng)[14]研究較少，因而加強(qiáng)Fe2+對杉木毒害的內(nèi)在機(jī)制研究顯得尤為重要和迫切。

植物在長期的進(jìn)化過程中，為緩解逆境所帶來的脅迫損傷，自身形成了一套保護(hù)酶系統(tǒng)，通過增強(qiáng)抗氧化酶活性提升抗氧化作用，從而提高對逆境的抗性，防止活性氧自由基毒害植物[13-16]。葉片葉綠素含量以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)對于環(huán)境變化較為敏感，反映了植株本身對于環(huán)境脅迫的應(yīng)答反應(yīng)[17]。目前越來越多的學(xué)者傾向于從杉木葉片保護(hù)酶系統(tǒng)、光合及葉綠素?zé)晒馓匦缘慕嵌忍骄可寄緦τ诃h(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制[18-20]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本論文針對杉木培育過程中存在的潛在鐵毒害這一問題，以1 年生杉木幼苗為研究對象，通過室內(nèi)沙培試驗(yàn)，以不同F(xiàn)e2+濃度的改良霍格蘭營養(yǎng)液為培養(yǎng)液，分析不同培養(yǎng)時(shí)間杉木幼苗葉片丙二醛含量、抗氧化酶活性、葉綠素含量及葉綠素?zé)晒馓匦缘戎笜?biāo)的變化，研究結(jié)果可揭示杉木在Fe2+脅迫環(huán)境下的生理防御機(jī)制，為杉木人工林的合理經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

試驗(yàn)地位于福建農(nóng)林大學(xué)國家林業(yè)草原杉木工程技術(shù)研究中心田間實(shí)驗(yàn)室大棚內(nèi)（26°09′N，119°27′E），屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫23 ℃，地區(qū)年降水量1 600～1 900 mm，雨季多集中在3—9 月份，全區(qū)日照時(shí)間為1 668～1 972 h，無霜期達(dá)326 d。供試杉木幼苗為福建省尤溪國有林場提供的同一家系1 年生實(shí)生苗，平均地徑為（0.54±0.06）cm，平均苗高為（19.30±1.24）cm，平均冠幅為（27.4±1.86）cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018 年4 月中旬，挑選生長一致、無病蟲害杉木幼苗作為試驗(yàn)用苗。培養(yǎng)桶擺放采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 個(gè)隨機(jī)區(qū)組，每個(gè)隨機(jī)區(qū)組4 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)對應(yīng)1 個(gè)處理。依據(jù)前人測定的南方杉木人工林不同層次土壤有效鐵含量平均值作為參考值[10，21-23]，試驗(yàn)添加液配制以霍格蘭完全營養(yǎng)液為母液，分別添加不同量的FeSO4·7H2O，使培養(yǎng)液Fe2+濃度分別為20（T1），30（T2），40 mg/kg（T3）（其中30 mg/kg 處理為南方杉木林土壤有效鐵含量），共3 個(gè)處理，以不加FeSO4·7H2O 的霍格蘭完全營養(yǎng)液為對照（CK）。

幼苗培養(yǎng)方式為沙培培養(yǎng)。用純水洗凈杉木幼苗根系后，將苗木移入裝有純水的培養(yǎng)桶中培養(yǎng)2 d，再置于Hoagland 完全營養(yǎng)液中緩苗7 d。緩苗結(jié)束后，將杉木移入裝有相同質(zhì)量沙為培養(yǎng)基質(zhì)的培養(yǎng)桶（直徑20 cm、四周涂成黑色的塑料桶（V=4 L））中，所選的沙為河沙，經(jīng)過3 mm 孔篩過掉濾較大的雜質(zhì)，然后將過濾后的沙子放入20%的硫酸浸泡2 h 去除有機(jī)物質(zhì)，再用純水沖洗至沙子pH 呈中性，干燥之后放入培養(yǎng)桶中，隨后加入相應(yīng)的培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)[27]，每個(gè)處理加培養(yǎng)液2.5 L。每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)12 桶，每桶種植2 株杉木幼苗，共種植杉木288 株。培養(yǎng)液高于沙表面約5 cm。每隔2 d 加入少量純水，使各處理培養(yǎng)液保持原有水平。試驗(yàn)期間每天06：00 和18：00 各通氣一次，每次通氣時(shí)間為30 min。處理時(shí)間為60 d，分別在處理第15，30，45，60 天時(shí)進(jìn)行采樣，用消毒過的剪刀剪取杉木幼苗上部高度一致的完全展開的健康新葉進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定，試驗(yàn)重復(fù)3 次。

表1 Hoagland-Arnon完全營養(yǎng)液配方Tab.1 Formula of Hoagland-arnon complete nutrient solution

1.3 測定方法

葉綠素含量采用丙酮－無水乙醇提取法[25]，稱取0.05 g 鮮葉剪碎置于試管中，再加入反應(yīng)液放于25 ℃環(huán)境中暗處至顏色變白，最后于663，645 nm波長測定吸光度。相關(guān)計(jì)算公式有：

葉綠素a 濃度（mg/g）=12.7A663-2.69A645，葉綠素b 濃度（mg/g）=22.9A645-4.68A663，葉綠素含量=葉綠素濃度×0.005 L/0.05 g。杉木葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用PAM-2500 便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（德國）測定，測定前葉片暗適應(yīng)30 min，分別記錄初始熒光F0和最大熒光Fm，并計(jì)根據(jù)公式Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm，F(xiàn)v/F0=（Fm-F0）/F0計(jì)算影響參數(shù)。

杉木葉片多酚氧化酶（PPO）活性的測定采用鄰苯二酚法，過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法來，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用紫外吸收法，丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）[26-28]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及制表，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵脅迫對杉木幼苗葉綠素含量的影響

光合作用是植物合成有機(jī)物的重要途徑，而葉綠素是參與植物光合作用的主要物質(zhì)，葉綠素含量的高低反映著植物光合能力的強(qiáng)弱，是指示植物生長發(fā)育的重要指標(biāo)之一。從表2分析可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，同一處理上的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均呈現(xiàn)上升趨勢，CK、T1、T2處理上的葉綠素a含量在不同時(shí)間上均達(dá)顯著性差異（P<0.05），而葉綠素b、葉綠素a+b、葉綠素a/b 含量在不同處理天數(shù)上無一致顯著性規(guī)律。當(dāng)培養(yǎng)60 d 時(shí)鐵濃度處理的葉綠素a、葉綠b 和葉綠素a+b 的含量與15 d 時(shí)相比分別提高了62.16%～94.12%、58.33%～92.67%、33.33%～119.15%，而葉綠素a/b含量則表現(xiàn)出下降趨勢，其中培養(yǎng)60 d 時(shí)鐵濃度處理較15 d 時(shí)相比，葉綠素a/b 含量降低了1.12%～16.45%；就同一培養(yǎng)時(shí)間不同處理差異而言，隨著鐵濃度增加，葉綠素b 和葉綠素a+b 含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而葉綠素a/b 含量則呈現(xiàn)相反趨勢，表現(xiàn)出先降低后升高。在15 d時(shí)，T1、T2、T3葉綠素含量均與CK 處理間未達(dá)顯著性差異（P>0.05），在45 d、60 d時(shí)，T1、T2、T3葉綠素a含量均與CK處理間達(dá)顯著性差異（P<0.05），其余處理時(shí)間上，T1、T2、T3 葉綠素含量與CK 處理間無明顯同一的差異性。在處理60 d 時(shí)，相比于CK 處理下，T1、T2 和T3 處理葉綠素a 含量分別下降了16.46%、26.58%和38.71%，葉綠素b 含量分別下降19.35%、25.81%和27.93%，葉綠素a+b 含量分別下降了7.21%、24.32%和23.55%。葉綠素a/b 比值在處理期間均以T3 處理最高，其處理下的葉綠素a/b 比值相比于CK、T1 和T2 處理分別提高了23.55%、20.75%和24.03%，且差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

表2 鐵脅迫對杉木幼苗葉綠素含量的影響Tab.2 Effect of iron stress on chlorophyll content of Cunninghamia lanceolate seedlings

2.2 鐵脅迫對杉木幼苗葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

葉綠素?zé)晒鈪?shù)指示著植物葉片光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散和分配，通過對葉綠素?zé)晒鈪?shù)的分析可以明確植物生長和受逆境脅迫的生理狀態(tài)，F(xiàn)0為初始熒光，F(xiàn)m為最大熒光，F(xiàn)v/Fm、Fv/F0和Fm/F0分別代表PSⅡ最大光化學(xué)效率、潛在活性和捕獲激發(fā)能的效率，是研究植物脅迫的重要參數(shù)。表3 分析可知，就同一處理不同培養(yǎng)時(shí)間而言，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，CK 和T1 處理下的F0含量均表現(xiàn)降低的趨勢，而T2、T3 處理則表現(xiàn)出相反的趨勢，隨培養(yǎng)時(shí)間延長含量升高。CK、T1、T3 處理下的Fm表現(xiàn)為隨培養(yǎng)時(shí)間延長，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，T2 處理則一直呈現(xiàn)升高的趨勢。CK 與T1 處理上的Fv/Fm均表現(xiàn)為先降低后升高，在60 d 時(shí)又降低的趨勢，T2、T3 處理則表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢。CK、T1、T2、T3 處理下的Fv/F0值均表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢，F(xiàn)m/F0值在T3 處理上表現(xiàn)一直降低的趨勢。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，處理下的F0、Fm、Fv/Fm、Fv/F0和Fm/F0無顯著的差異性。當(dāng)培養(yǎng)至60 d 時(shí)鐵濃度處理的F0值相較于15 d 處理相比，T1、T2、T3 處理分別提高了14.31%、12.88%、13.15%，其余處理無顯著的變化規(guī)律。就同一培養(yǎng)時(shí)間不同處理差異而言，隨著鐵濃度的增加，F(xiàn)0不斷升高，F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/F0和Fm/F0則不斷下降，其中各處理間的F0和Fv/Fm未達(dá)顯著差異（P>0.05）。在處理30 d時(shí)，CK 處理下的Fm、Fv/F0和Fm/F0與T1、T2 和T3 處理差異最大，均達(dá)到顯著水平（P<0.05），且相比于CK 處理，T1、T2 和T3 處理下的Fm分別下降了23.28%、25.74%和31.24%，F(xiàn)v/F0分別下降了30.49%、36.12%和48.38%，F(xiàn)m/F0分別下降了25.95%、30.76%和41.25%。總體而言，在試驗(yàn)期間隨者處理時(shí)間的增加，F(xiàn)0不斷上升，而Fm和Fv/Fm在各個(gè)處理時(shí)間差異較小，相比于處理15 d 時(shí)，各處理下的Fv/F0和Fm/F0相對較低。

表3 鐵脅迫對杉木幼苗葉綠素?zé)晒獾挠绊慣ab.3 Effect of iron stress on chlorophyll fluorescence of Cunninghamia lanceolate seedlings

2.3 鐵脅迫對杉木幼苗保護(hù)酶活性及MDA含量的影響

從表4 可知，就同一處理不同培養(yǎng)時(shí)間而言，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，CK、T1、T2、T3 處理下的MDA表現(xiàn)為先降低后升高，在60 d 處理上又表現(xiàn)降低的規(guī)律，而POD 活性表現(xiàn)為相反的趨勢，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長呈現(xiàn)先升高后降低，在60 d 上又表現(xiàn)為升高的規(guī)律，SOD 活性均表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢，在60 d 時(shí)間上值最大。PPO 活性在不同處理上無明顯一致變化規(guī)律。當(dāng)培養(yǎng)60 d 的CK、T1、T2、T3 處理上的MDA 含量、SOD、PPO 活性與15 d 相比分別降低了45.10%、47.80%、37.01%、19.01%；4.47%、16.87%、1.81%、1.25%；22.07%、67.39%、78.89%、73.65%；而培養(yǎng)60 d 的CAT、POD 活性與15 d相比分別升高了33.93%、70.93%、171.92%、105.06%；22.82%、24.52%、26.61%、11.33%。在60 d 時(shí)間上CK 處理下的MDA 含量均低于其它處理。不同培養(yǎng)天數(shù)上，CK 處理下的保護(hù)酶活性及MDA 含量均未達(dá)顯著性差異（P>0.05），T1、T2、T3 處理下的SOD、POD 活性在不同培養(yǎng)時(shí)間上也未達(dá)顯著性差異（P>0.05），T1、T2、T3 處理在不同培養(yǎng)時(shí)間下的PPO 活性與15 d 間達(dá)顯著性差異（P<0.05）。就同一培養(yǎng)時(shí)間不同處理差異而言，不同鐵濃度處理的MDA 含量均表現(xiàn)出高于CK 處理，且不同處理間未達(dá)顯著性差異（P<0.05）。CAT 活性則以CK 處理最高，處理15 d 時(shí)，CK 處理下的CAT 活性顯著高于其它處理，相比于CK，T1、T2 和T3 處理分別降低了43.12%、48.02%和47.63%，且此時(shí)期不同鐵濃度處理與CK 處理間均達(dá)顯著性差異（P<0.05）。隨著鐵濃度升高，CAT 活性整體上呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。SOD 和PPO 活性同樣以CK 處理最高，相比于CK，T1、T2 和T3 處理分別降低了4.32%、4.32%、7.78%；15.66%、15.88%、4.41%。其中PPO 活性并未隨著處理濃度的提升表現(xiàn)出一致的規(guī)律，在30 d、45 d、60 d 時(shí)，不同鐵濃度處理的PPO 活性與CK 處理間均達(dá)顯著性差異（P<0.05）。SOD 活性在試驗(yàn)期間隨處理濃度的提升不斷降低，CK 處理下的SOD 活性在處理期間，與其它處理間差異均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。不同處理間POD 活性差異則未有較為一致的規(guī)律，且在試驗(yàn)期間差異均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

表4 鐵脅迫對杉木幼苗保護(hù)酶活性及MDA含量的影響Tab.4 Effects of iron stress on protective enzyme activity and MDA content of Cunninghamia lanceolate seedlings

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物生長過程中重要的生理反應(yīng)，其效率高低可直接反映植物的生長狀況，當(dāng)植物處于逆境脅迫時(shí)，植物對環(huán)境的抗逆性和本身生長狀況的變化會影響植物光合作用過程[29-30]。葉綠素含量作為反映葉片光合能力重要指示，是植物對光能的吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化的重要場所[31]，當(dāng)植物處于脅迫時(shí)，葉綠素水解酶活性升高，導(dǎo)致葉綠素合成過程減弱，加速了其分解，會影響葉綠素含量變化[32-33]。鐵作為葉綠素合成所必須的重要元素組成成分，對維持葉綠素的結(jié)構(gòu)和功能具有重要的作用[34]，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在處理15 d 時(shí)，各處理間的葉綠素a、葉綠b 和葉綠素a+b 的含量無明顯差異，而處理15 d 后均以CK處理含量最高，且葉綠b和葉綠素a+b的含量具有隨處理濃度增加而不斷下降的變化趨勢。這可能是由于處理前期杉木幼苗自身的應(yīng)激系統(tǒng)和酶系統(tǒng)使其正常代謝活動仍保持較為穩(wěn)定的水平，而隨著處理時(shí)間和處理濃度的增加，幼苗自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法抵抗外界的脅迫。趙燕等[35]研究亞鐵離子對水稻生長發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境中的鐵元素濃度過高時(shí)，植物根系吸收過量Fe2+輸送至各個(gè)器官中，而進(jìn)入葉片中的離子則會累積至葉綠體中，產(chǎn)生大量的自由基，從而氧化分解葉片中的葉綠素，使葉綠素含量降低[36]，與本文研究結(jié)果一致。由此可見，當(dāng)營養(yǎng)液中鐵的含量過高時(shí)，將導(dǎo)致葉綠素含量降低，不利于葉片光能的吸收，從而最終阻礙杉木幼苗的光合作用，降低其生物量的積累。值得注意的是，杉木幼苗葉片葉綠素a/b比值在處理期間，T3 處理最高，顯著高于其它處理，表明該濃度處理下鐵脅迫對葉綠素a和b的影響具有顯著差異，Sun 等[37]認(rèn)為葉綠素a 對金屬脅迫要敏感于葉綠素b，且楊穎麗等[38]研究不同鐵濃度對小麥葉片葉綠素影響也發(fā)現(xiàn)，中高濃度的鐵脅迫對葉綠素a 含量顯著減少，而對葉綠素b 含量影響不明顯。本試驗(yàn)中，隨培養(yǎng)時(shí)間延長，不同濃度處理上葉綠素a含量變化靈敏，無同一規(guī)律可言。隨著處理時(shí)間的增長，除45 d、60 d時(shí)，T2處理的杉木幼苗葉片葉綠素a/b比值均要低于CK 處理，其余時(shí)間上加鐵濃度的處理均要高于CK，呈現(xiàn)這種規(guī)律可能是在T3鐵濃度時(shí)，指示著類囊體的垛疊程度加大，具有緩解光抑制作用，是杉木幼苗應(yīng)對鐵脅迫的一種自我調(diào)節(jié)機(jī)制[39]。

葉綠素?zé)晒饪芍庇^反映光合作用過程對光能的吸收、分配以及消耗等反應(yīng)，能體現(xiàn)出植物受脅迫的情況[40]。當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，會破壞葉綠體光合機(jī)構(gòu)，抑制PSⅡ活性并降低PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效能[41]。所以，葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)方法可以快速、靈敏、無損傷探測逆境對植物光合作用的影響。本研究中隨著處理濃度的增加，F(xiàn)0不斷升高，F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/F0和Fm/F0則不斷下降。閆芳等[42]研究不同鹽濃度處理下的黃瑞香葉片發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度增加，其F0值顯著升高，而最大熒光（Fm）、Fv/Fm、Fv/F0則表現(xiàn)顯著降低的規(guī)律，與本文研究一致。F0表示不參與PSⅡ光化學(xué)反應(yīng)的光輻射部分，F(xiàn)0表明營養(yǎng)液中過高的鐵含量致使杉木葉片PSⅡ的部分失活或傷害。植物在吸收的光能超過所利用的能量時(shí)，會啟動非光合能量的耗散途徑來耗散過剩的激發(fā)能以保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受傷害[43-44]，F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/F0和Fm/F0不斷下降則可能指示著葉片PSⅡ的電子傳遞能力變?nèi)酰饽芾寐式档?，PSⅡ潛在活性受到抑制，PSⅡ的反應(yīng)中心的原初光能轉(zhuǎn)換效率降低，抑制了光合作用的原初反應(yīng)。

正常情況，植物在生長發(fā)育中所產(chǎn)生的活性氧自由基在保護(hù)酶的清除作用下，始終保持著一定的動態(tài)平衡，可作為有益的信號分子參與植物生理反應(yīng)的調(diào)控[45]，而在遭到脅迫時(shí)，該平衡的失衡導(dǎo)致活性氧大量產(chǎn)生，膜脂過氧化，膜系統(tǒng)被破壞，使離子外泄，從而擾亂細(xì)胞的正常代謝給植物體造成損傷[29]。MDA 作為植物膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量反映著細(xì)胞膜系統(tǒng)受損程度，含量越高，表明細(xì)胞受損害程度越大[46]。本研究表明除處理15 d 時(shí)T1 處理下的MDA 含量低于CK 處理，其它處理天數(shù)鐵濃度處理下的MDA含量均高于CK處理，可見當(dāng)營養(yǎng)液中鐵的含量過高時(shí)，會導(dǎo)致杉木葉片膜脂過氧化，阻礙其葉片細(xì)胞的正常新陳代謝。研究結(jié)果與羅紅艷等[13]對杉木幼苗葉片在鋁脅迫下MDA含量的變化一致。為了應(yīng)對因脅迫引起的氧化損傷，植物體內(nèi)形成了一系列抗氧化體系，在維持植物體內(nèi)活性氧的平衡，緩解植物在脅迫環(huán)境中的損傷上起著重要的作用[47]，SOD、POD和CAT為植物體細(xì)胞重要的抗氧化酶，能通過協(xié)同作用避免細(xì)胞受氧化損傷。SOD 是植物體內(nèi)主要的抗氧化酶，可將產(chǎn)生的活性氧歧化為H2O2與O2，H2O2在POD、CAT 酶的作用下被分解為H2O 和O2，有效阻止了膜脂氧，在植物遭遇輕微脅迫時(shí)，其活性往往出現(xiàn)提升，這是植物自身所應(yīng)對逆境的生理機(jī)制[27]。在本試驗(yàn)中CAT、SOD和PPO活性均以CK處理最高，與其他研究結(jié)果有所差異[3-4]。本研究酶活性并未出現(xiàn)上升，而始終低于CK 處理可能是由于杉木幼苗對鐵的濃度耐受范圍較低，試驗(yàn)中所設(shè)置的鐵處理濃度已然超過杉木幼苗的耐受極限，自身保護(hù)酶體系難以消除鐵脅迫對正常代謝所造成的破壞。此外，鐵在植物體內(nèi)的移動性較差，通過生理代謝活動排出植物體外難度較高可能是另一重要原因。其中CK 處理下的PPO 活性在處理期間與其他處理間差異均達(dá)到顯著水平，可見其視作指示杉木遭受鐵毒害的重要指標(biāo)。而不同處理間POD 活性差異則未有較為一致的規(guī)律，且在試驗(yàn)期間差異均未達(dá)到顯著水平，這可能表明在杉木幼苗遭受鐵脅迫時(shí)，POD 酶的功能并未受到明顯阻礙。

綜上所述，杉木幼苗無論從保護(hù)酶活性、葉綠素含量，還是從葉綠素?zé)晒鈪?shù)值的變化上，都表明營養(yǎng)液中鐵含量過高時(shí)導(dǎo)致杉木幼苗的正常生理代謝過程受到較大阻礙。有研究表明，不同葉齡的葉片對于鐵脅迫的抗性不同，新葉鐵含量低，對于鐵的耐性較低。本研究中供試材料為當(dāng)年生葉，當(dāng)營養(yǎng)液鐵濃度達(dá)到40 mg/kg時(shí)，葉片葉綠素a和b受到鐵脅迫影響顯著，說明杉木林地土壤中Fe2+的積累濃度小于40 mg/kg 才有利于植物生長發(fā)育。研究目前僅從杉木內(nèi)在生理的角度去探究鐵對其的脅迫作用，未來可進(jìn)一步從分子的角度探究杉木對于鐵的運(yùn)輸、吸收及其防御機(jī)制，從而更好地以杉木營養(yǎng)學(xué)的角度為室內(nèi)杉木幼苗的培養(yǎng)和施肥提供理論依據(jù)。