土壤酸度及鋁脅迫對接種AMF茶苗活性氧代謝的影響

胡方潔，翟秀明，鄧 敏，楊海濱，盛忠雷

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/重慶市茶葉工程技術(shù)研究中心，重慶永川 402160）

茶樹[Camellia sinensis(Linn.)O.Kuntze]，多年生經(jīng)濟(jì)作物，具有一定耐鋁聚酸的特性。當(dāng)前，酸雨影響及化肥施用不合理等原因?qū)е虏鑸@土壤酸化問題日益嚴(yán)重，西南茶區(qū)在不同pH 值區(qū)段內(nèi)土壤酸化特征明顯，并呈現(xiàn)日趨嚴(yán)峻態(tài)勢。土壤過度酸化和活性鋁富集過量，會加速土壤營養(yǎng)元素流失，降低土壤的鹽基飽和度、陽離子交換量，減少茶樹根際有益微生物種群數(shù)量，抑制土壤中微生物的活性，影響植物根系發(fā)育和對養(yǎng)分的吸收。而我國南方紅黃壤具有脫硅富鋁化成土過程，Al2O3含量高，交換性Al3+占陽離子交換量的20%～80%，pH 值4.5～6.0[1]。酸雨和鋁毒被認(rèn)為是南方地區(qū)農(nóng)作物減產(chǎn)的重要原因之一。目前，學(xué)界關(guān)于鋁脅迫對茶樹的影響研究主要集中在茶葉的生長發(fā)育、養(yǎng)分變化、鋁含量、葉綠素?zé)晒獾确矫鎇2-3]，抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)的酶活性研究有少量報道[4-5]，而對于酸鋁復(fù)合脅迫下茶苗的活性氧代謝研究鮮有報道。

叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhiza fungi，AMF），可提高植物在酸化、鹽堿、洪澇、干旱等脅迫下的抗性，提高植物在逆境下的生存能力[6-7]。摩西球囊霉（Glomus mosseae）是目前國內(nèi)外研究中采用較多的一種模式菌株。摩西球囊霉提高了拂子矛屬紅丁香（Calamagrostis villosa）和曲芒發(fā)草（Deschampsia flexuosa）耐酸性[8-9]。接種AMF 能活化難溶態(tài)磷，提高土壤有效磷的含量，改善紫花苜蓿在酸性土壤中的生存環(huán)境[10]。AMF 能夠提高植物抗逆性的研究已得到證實(shí)，但接種AMF 茶樹的抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)對酸鋁脅迫的響應(yīng)機(jī)制尚不清楚。因此，研究酸鋁脅迫對接種AMF 茶苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響，探究AMF 摩西球囊霉在茶樹酸鋁脅迫過程中發(fā)揮的作用，以及AMF 摩西球囊霉提高茶植株耐酸鋁脅迫的保護(hù)機(jī)制，可為緩解茶樹酸鋁脅迫尋找方法，對改善西南茶園土壤酸化問題有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地位于重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所試驗(yàn)基地(永川區(qū)茶山竹海)，東經(jīng)105°53′、北緯29°23′，海拔610 m，氣壓94 500 Pa，年平均氣溫17.9 ℃，降雨量1 034.9 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

1）供試植株選取生長健壯、長勢一致的1年生無性系茶苗，品種為“福鼎大白”。2）AMF 摩西球囊霉，由北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所“叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫”提供。3）盆栽容器為塑料盆，上口內(nèi)徑41 cm、下口內(nèi)徑27 cm、盆深31 cm，基質(zhì)為6∶4的泥炭土和茶園原土，重量16 kg·盆-1。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 酸、鋁脅迫試驗(yàn)設(shè)置

采取盆栽法，將復(fù)合肥和AlCl3·6H2O 混勻拌入基質(zhì)并裝入盆中，設(shè)4個土壤酸度脅迫：pH3.5、pH4.0、pH4.5、pH5.0，土壤pH 值調(diào)節(jié)參考陳雪嬌等[11]的方法。每種土壤酸度下再設(shè)置5個鋁濃度梯度（T1、T2、T3、T4、T5），土壤鋁的含量分別為：0、0.06、0.12、0.24、0.48 g·kg-1；空白設(shè)置1 個處理：不接種叢枝菌根真菌、不設(shè)置酸鋁脅迫。共計21個處理，每個處理設(shè)置3 個重復(fù)，每個重復(fù)1 盆，每盆栽種長勢一致的茶苗5株，共計63盆。

1.3.2 茶苗葉片抗性指標(biāo)活性測定

試驗(yàn)于2020年10月進(jìn)行，定植1個月后在盆栽土壤中接種擴(kuò)繁的摩西球囊霉，之后1周開始脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，每隔10 d 施加對應(yīng)的處理液以保持相應(yīng)酸鋁濃度。分別在脅迫后的120 d 時，每盆固定選取當(dāng)年生芽下第3 片健康成熟葉片進(jìn)行測定。所有指標(biāo)測定均重復(fù)3次。

過氧化物酶（POD）采用酶標(biāo)法測定[12-13]，每克組織（鮮重）在每毫升反應(yīng)體系中每分鐘A470 變化0.05為1個酶活力單位。

過氧化氫酶（CAT）采用鉬酸銨比色法測定[14]，以每克組織（鮮重）每分鐘催化1 μmol H2O2降解定義為1個酶活力單位。

超氧化物歧化酶（SOD）采用酶標(biāo)法測定[15]，以每克組織（鮮重）在黃嘌呤氧化酶偶聯(lián)反應(yīng)體系中抑制百分率為50%時的SOD 酶活力定義為1 個酶活力單位。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并作圖，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸鋁脅迫對茶苗POD活性的影響

POD 作為植物抗逆境保護(hù)體系中一種適應(yīng)性酶，在防御細(xì)胞膜過氧化、降低細(xì)胞受傷害程度中發(fā)揮重要作用。在酸鋁脅迫下，茶苗葉片中POD 活性存在較大差異。本研究中，空白處理下的茶葉POD 活性為11.06 U·g-1FW，接種過AMF 的茶苗葉片POD 活性均高于空白組。從圖1 可以看到隨著土壤pH 值從3.5 升高5.0 時，在相同的鋁濃度T1 處理下，茶苗葉片中POD 活性呈現(xiàn)出先下降再升高的趨勢，其中在pH 值為4.5 時，此時POD 活性顯著低于其余三種pH 處理（P＜0.05）；在鋁濃度T2 處理下，POD 活性在土壤pH值為3.5 時最低；在鋁濃度T3 處理下，POD 活性在土壤pH值為4.5時最低；在鋁濃度T4處理下，POD活性在土壤pH 值為5 時最低；在鋁濃度T5 處理下，POD活性隨著土壤酸性降低呈現(xiàn)先增大后減小，其中在土壤pH 值為4.5 時最低。而在相同土壤酸度條件下，POD 活性受鋁脅迫的程度差異較大。在T1、T2、T3、T4 處理下，POD 活性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于T5 水平，差異顯著（P＜0.05）。除T1 處理外，T2、T3、T4、T5 處理下POD 活性隨著土壤酸性下降均呈現(xiàn)出先略有升高再降低最后大幅升高的趨勢。由此說明，酸、鋁這兩種脅迫因子分別對茶苗葉片POD 活性都有明顯影響，其中當(dāng)土壤鋁濃度達(dá)到0.48 g·kg-1時，影響達(dá)到極大（P＜0.05）；而酸脅迫在3.5～4.0 的范圍時對茶苗葉片POD活性影響最大。

圖1 酸鋁脅迫對接種AMF茶苗葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

2.2 酸鋁脅迫對茶苗CAT活性的影響

CAT是植物體內(nèi)的一種抗逆境脅迫的氧化還原酶，能維持活性氧代謝的平衡狀態(tài)。本研究中，空白處理的茶苗葉片 的CAT 活性為16.12 μmol·min-1·g-1FW。從圖2 看出接種AMF 后，隨著土壤酸性和鋁含量的增加，茶苗葉片的CAT 活性發(fā)生了明顯的變化。其中，在T1 和T4 處理下，當(dāng)土壤pH 值逐步增大時，CAT 活性表現(xiàn)出逐步降低然后再升高的趨勢；而T2 和T3 處理下，CAT 活性表現(xiàn)的規(guī)律呈現(xiàn)相反的趨勢；而在T5處理下，CAT活性則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。從圖2得出，pH 值在3.5 和4.0 時，在最高濃度的鋁脅迫下CAT 活性達(dá)到最大，顯著高于其余的4 個處理（P＜0.05）；pH 值在4.5 時，T3 處理下的CAT 活性達(dá)到最大，顯著高于另外4 個處理（P＜0.05）；pH 值在5.0時，T1 處理下的CAT 活性達(dá)到最大。從圖2 還可以得知，當(dāng)土壤pH 值在4.0且土壤鋁含量在0.48 g·kg-1時，CAT 活性最大，顯著高于其余處理（P＜0.05）；而在當(dāng)土壤pH 值在5.0 且土壤鋁含量在0.24 g·kg-1時，CAT 活性最小，顯著低于其余處理（P＜0.05）。綜上可見，在土壤酸性較強(qiáng)的情況下，土壤鋁含量高低顯著影響了茶苗葉片的CAT 活性，表現(xiàn)為高濃度的鋁脅迫顯著提高了茶苗葉片的CAT 活性；在土壤酸性較弱的情況下，高濃度的鋁脅迫對茶苗葉片的CAT 活性影響程度低于低濃度鋁脅迫。

圖2 酸鋁脅迫對接種AMF茶苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性的影響

2.3 酸鋁脅迫對茶苗SOD活性的影響

逆境中，SOD 可以清除植物受脅迫產(chǎn)生的多余O2·-，并將活性氧歧化反應(yīng)成H2O 和O2來維持細(xì)胞體正常的生理[16]。本研究中空白處理茶葉SOD 活性值為151.13 U·g-1FW，均低于接種AMF 處理。從圖3 得知接種AMF 后，土壤的pH 值和鋁含量對茶苗茶葉的SOD 活性有著十分重要的影響。在T1 和T2 處理下，SOD 活性隨著土壤酸性的降低呈現(xiàn)先下降再逐步升高的趨勢；在T3處理下，SOD 活性在土壤pH 值為4.0時達(dá)到最大；在T4 處理下，SOD 活性在土壤pH 值為4.5時達(dá)到最大；在T5 處理下，SOD 活性在土壤pH 值為3.5 時達(dá)到最大。而在不同土壤pH 值影響下，SOD 活性均隨著土壤鋁濃度的增加呈現(xiàn)增大趨勢，其中pH值為3.5、4.0、5.0 時，SOD 活性均在最高濃度鋁脅迫下達(dá)到最大，顯著高于另外4 個處理（P＜0.05）。綜上可見，鋁脅迫顯著影響了茶葉的SOD 活性（P＜0.05），隨著土壤鋁濃度增高茶苗葉片SOD活性隨之增大的趨勢；而酸脅迫對茶葉的SOD 活性有一定程度的影響，但影響趨勢規(guī)律不明顯。

圖3 酸鋁脅迫對接種AMF茶苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

3 結(jié)論與討論

抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)由SOD、CAT 和POD 等抗氧化酶組成[17]。在逆境下，植物會通過調(diào)動抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)來對抗脅迫，它們在植物體內(nèi)協(xié)同作用下清除體內(nèi)的超氧陰離子自由基、羥自由基和過氧化氫來減少活性氧累積，防止膜質(zhì)過氧化，減輕細(xì)胞膜的損傷，降低了細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的破壞程度，其活性的高低可以衡量植物對脅迫的耐受程度[18-20]。相關(guān)研究表明，植物SOD 在抵御單一金屬脅迫時能起到一定的保護(hù)作用，表現(xiàn)出隨著金屬濃度的提高，SOD 活性呈先升后降趨勢[21-22]。本研究中，pH 值為4.5 時，茶苗葉片SOD 活性隨著土壤鋁含量的增加呈先升后降趨勢，這與曹林等[16]、李西等[23]研究趨勢相似。當(dāng)pH 值為3.5、4.0、5.0 時，此時茶苗葉片SOD 活性隨著土壤鋁含量的增加幾乎呈一直增大趨勢，出現(xiàn)這種趨勢的原因可能是本研究中的鋁脅迫濃度還遠(yuǎn)未達(dá)到茶苗的最大耐受性。羅亮等[4]研究發(fā)現(xiàn)低濃度的鋁處理（10 mg·L-1）促進(jìn)茶樹POD、CAT 活性增加，而高濃度的鋁處理（100 mg·L-1）降低POD、CAT 活性。本研究中，不同pH 值下茶苗POD 活性均在土壤鋁含量為0.48 g·kg-1時達(dá)到最大值，原因可能是叢枝菌根真菌減弱了茶苗受到酸鋁2 個因子脅迫的程度，進(jìn)而導(dǎo)致POD 活性得到進(jìn)一步提升，在同一水平的酸脅迫下茶苗葉片POD 活性隨鋁濃度增大呈現(xiàn)先降低再升高再降低的趨勢，這與葉錦培等[5]的研究結(jié)果十分相似；Cakmak 等發(fā)現(xiàn)，大豆根中的CAT 活性在鋁脅迫下呈下降趨勢[17]，而葉錦培等發(fā)現(xiàn)隨鋁濃度增大，茶苗葉片CAT 活性表現(xiàn)為先降低再升高再降低再升高[5]。本研究中，在pH 值為3.5 和4.0 較強(qiáng)酸性的脅迫下，茶苗葉片CAT 活性在鋁脅迫增大下呈先增大的趨勢，而且效果明顯；在pH值為4.5 時，茶苗葉片CAT 活性在鋁脅迫下的變化趨勢與葉錦培等的研究結(jié)果一致。叢枝菌根真菌與部分植物構(gòu)成互惠共生體系，促進(jìn)了宿主植物在逆境中的存活與生長，提高了植物的抗脅迫能力。覃圣峰等的研究結(jié)果顯示，AMF 能促進(jìn)玉米在酸性土壤中生長，增強(qiáng)玉米耐鋁性[24]。張爽等認(rèn)為在一定的鋁脅迫條件下，接種叢枝菌根真菌能提高植物的抗鋁毒能力，還能緩解和改善過酸對植物的毒害，這可能是叢枝菌根真菌利用菌根侵染結(jié)構(gòu)豐度的改變?nèi)棠退徜X毒害[25]。李信茹等的研究發(fā)現(xiàn)，接種叢枝菌根真菌后，水稻葉片SOD、POD、CAT 活性均升高[26]。沈亞琴等[27]的研究結(jié)果也證實(shí)，叢枝菌根真菌能有效增加水稻葉片SOD、POD、CAT 的活性，進(jìn)而提高植物抗氧化酶系活性來緩解重金屬毒害作用，增強(qiáng)植物抗逆性。從本研究的結(jié)果來看，在茶苗接種AMF后，茶苗葉片抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)的SOD 和POD 活性相比對照得到不同程度的提高；多數(shù)處理中，CAT 活性也較對照有明顯提高，在較強(qiáng)酸脅迫時茶苗葉片SOD、CAT 和POD 活性比較弱酸脅迫時高，在較高濃度或高濃度鋁脅迫時茶苗葉片的SOD、CAT 和POD 活性也比低濃度時高，這表明接種AMF后在一定程度上能提高茶苗的酸、鋁耐受性。

接種AMF 后茶苗對逆境脅迫的耐受性有一定提高。本文僅對抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)的部分酶活性進(jìn)行研究分析，下一步將對接種AMF 茶苗的生長特征如株高、地徑、葉面積、生物量、葉綠素?zé)晒饧肮夂献饔玫确矫孢M(jìn)行分析，以期更深刻、更全面地闡述AMF提高茶苗耐受酸鋁脅迫的機(jī)制。