彭盡暉，陳海霞，龔雯，傅微

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100085)

鋁是地殼中最豐富的金屬元素，約占總質(zhì)量的7%[1]。鋁在酸性土壤中容易大量溶解，產(chǎn)生具有生物毒性的Al3+，對(duì)植物產(chǎn)生毒害。八仙花是一種觀賞價(jià)值高的園林植物，也是一種鋁積累植物。周紅燦[2]采用扦插苗水培的方法，對(duì)八仙花7 個(gè)品種進(jìn)行鋁脅迫處理，并經(jīng)過綜合評(píng)價(jià)，篩選出對(duì)鋁脅迫耐性最強(qiáng)的品種‘Coerulea’。筆者在該研究的基礎(chǔ)上，研究‘Coerulea’ 的抗鋁特性，以期為‘Coerulea’的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材為八仙花H. macrophylla ‘Coerulea’組培苗。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

MS 培養(yǎng)基加激素培養(yǎng)八仙花組培苗。采用AlCl3溶液作為脅迫液，共設(shè)置9 個(gè)處理濃度，分別為0.00(CK)、0.15、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mmol/L。將試材置于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)觀賞園藝研究所的組培室內(nèi)，培養(yǎng)溫度25℃，光源為日光燈，光照度約為2 000 lx，光暗比為12 h∶12 h。培養(yǎng)1 個(gè)月后測(cè)定各生理指標(biāo)，4 個(gè)月后比較其形態(tài)差別。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

測(cè)定指標(biāo)有超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、細(xì)胞膜透性(IL)和游離脯氨酸(Pro) 含量。測(cè)定方法對(duì)張治安[3]、蕭浪濤[4]的方法稍作改動(dòng)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003、SPSS13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁脅迫下八仙花組培苗形態(tài)的變化

經(jīng)鋁脅迫1 個(gè)月后，八仙花組培苗均略有成長。隨著鋁處理濃度的變化，組培苗葉片顏色變淺，3～5 mmol/L 處理濃度葉片的癥狀比較明顯，出現(xiàn)失綠甚至白化、枯紅的現(xiàn)象(圖1)。

圖1 鋁脅迫1 個(gè)月后八仙花組培苗的形態(tài)

鋁脅迫4 個(gè)月后，組培苗的生長出現(xiàn)了明顯變化，長出了根。其中，0.25～1.00 mmol/L 處理的組培苗比對(duì)照生長更茂盛高大，以0.25 mmol/L 處理為最，可能該濃度的鋁離子有利于組培苗的生長。處理濃度高于3 mmol/L 后，組培苗葉片失綠嚴(yán)重，甚至枯萎死亡，少有根生成，說明八仙花組培苗在濃度高于3 mmol/L 的鋁處理下傷害嚴(yán)重，無法生長、存活。

圖2 脅迫4 個(gè)月后八仙花組培苗的形態(tài)

2.2 鋁脅迫對(duì)八仙花組培苗質(zhì)膜透性的影響

由圖3 可見，處理濃度大于2 mmol/L 后相對(duì)電導(dǎo)率出現(xiàn)較大上升，在3 mmol/L 時(shí)出現(xiàn)峰值0.382%，說明處理濃度大于2 mmol/L 后，細(xì)胞質(zhì)膜透性加大，植物體受傷程度大；鋁處理濃度為0～2 mmol/L 時(shí)，八仙花組培苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈平緩的上下波動(dòng)，說明在這個(gè)濃度區(qū)間內(nèi)組培苗細(xì)胞膜的透性基本完好，受鋁脅迫傷害不大。

圖3 鋁脅迫下八仙花組培苗的細(xì)胞膜透性

由圖4 可見，鋁脅迫下丙二醛含量的變化有一定波動(dòng)，在0.15 mmol/L 鋁處理濃度下MDA 含量達(dá)到最小值0.056 μmol/g(鮮重)，在4 mmol/L 鋁處理濃度下MDA 含量突然急升，鋁處理濃度為5 mmol/L時(shí)，MDA 含量達(dá)到峰值 0.913 μmol/g。在脅迫濃度范圍內(nèi)，MDA 含量的變化明顯。

圖4 鋁脅迫下八仙花組培苗的丙二醛含量

2.3 鋁脅迫對(duì)八仙花組培苗抗氧化系統(tǒng)的影響

由圖5 可見，SOD 活性的變化隨著鋁處理濃度的增大而上下波動(dòng)，無明顯規(guī)律，這可能是八仙花內(nèi)部的抗鋁機(jī)制在起作用，能夠逐漸調(diào)整對(duì)高濃度鋁的適應(yīng)性。當(dāng)脅迫濃度達(dá)2 mmol/L 時(shí)SOD 出現(xiàn)最大值184.395 U/g(鮮重)；當(dāng)鋁處理濃度為0.15 mmol/L 時(shí)，SOD 活性出現(xiàn)最小值20.807 U/g。

圖5 鋁脅迫下八仙花組培苗的SOD 活性

由圖6 可見，POD 活性在0～1 mmol/L 處理濃度較為平緩地下降；當(dāng)鋁處理濃度為1 mmol/L 時(shí)，POD 活性出現(xiàn)最小值125.7 U/(g·s)；當(dāng)鋁處理濃度為0 mmol/L 時(shí)，POD 活性出現(xiàn)最大值432.5 U/(g·s)。在1～4 mmol/L 鋁處理濃度，POD 活性上升，處理濃度大于4 mmol/L 后，POD 活性又開始下降，說明植株P(guān)OD 活性容易受鋁脅迫濃度影響，并能產(chǎn)生一定的耐受性。

圖6 鋁脅迫下八仙花組培苗的POD 活性

由圖7 可見，在0～1 mmol/L 脅迫濃度內(nèi)，脯氨酸含量變化不明顯，鋁脅迫濃度為1 mmol/L 時(shí)，脯氨酸含量降到最低，為162.804 μg/g；＞1～4 mmol/L 處理濃度下，脯氨酸含量開始大幅度上升，4 mmol/L 時(shí)脯氨酸含量最高，為1 215.988 μg/g，此時(shí)的脯氨酸含量為對(duì)照的6 倍；之后，脯氨酸含量開始減少。

圖7 鋁脅迫下八仙花組培苗的脯氨酸含量

3 結(jié)論與討論

隨著土壤酸化問題趨于嚴(yán)重，國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注鋁在酸性環(huán)境中對(duì)植物生長所造成的影響，并從鋁的存在形態(tài)、鋁毒機(jī)制、植物耐鋁毒機(jī)理及影響鋁毒效應(yīng)的因素[6]、鋁的植物毒性、植物鋁毒害的癥狀、植物鋁毒害的生理生化反應(yīng)[7]、植物體自身緩解環(huán)境鋁威脅的不同途徑[8]等方面進(jìn)行了研究。鋁脅迫對(duì)植物的影響是個(gè)復(fù)雜的生理、生化過程。植物在鋁脅迫逆境下，其形態(tài)特征、質(zhì)膜透性與抗氧化系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，并在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和適應(yīng)，以增加自身的抗逆性。

植物受到環(huán)境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除將處于不平衡狀態(tài)，自由基積累，細(xì)胞膜透性增加，相對(duì)電導(dǎo)率增大，MDA與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)波動(dòng)變化，植物代謝出現(xiàn)紊亂，并在高脅迫濃度下導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能的破壞。

供試組培苗隨著AlCl3濃度的增加，耐受脅迫的能力逐漸下降，各項(xiàng)生理指標(biāo)也發(fā)生相應(yīng)的變化，并通過外在的形態(tài)特征表現(xiàn)出來。整體而言，八仙花H. macrophylla ‘Coerulea’組培苗對(duì)AlCl3的脅迫作用具有較好的抗性，其耐受鋁脅迫的濃度較高，對(duì)鋁的耐受度可以達(dá)到2 mmol/L。

[1]楊建立，何云峰，鄭紹建．植物耐鋁機(jī)理研究進(jìn)展[J]．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11(6)：836–845．

[2]周紅燦．八仙花鋁脅迫下的生理特性研究[D]．長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008．

[3]張治安，陳展宇．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M]．長春：吉林大學(xué)出版社，2008．

[4]蕭浪濤，王三根．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005．

[5]陳莉，周連霞，馬鋒旺，等．轉(zhuǎn)MnSOD 基因仙客來植株的獲得及其對(duì)高溫脅迫的抗性[M]．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，36(3)：155–160．

[6]任立民，劉鵬，謝忠雷，等．植物對(duì)鋁毒害的抗逆性研究進(jìn)展[J]．土壤通報(bào)，2008，39(1)：177–181．

[7]肖祥希，劉星輝，楊宗武，等．植物鋁毒害研究進(jìn)展[J]．福建林業(yè)科技，2004，31(4)：94–99．

[8]張帆，羅承德，張健．植物鋁脅迫發(fā)生機(jī)制及其內(nèi)在緩解途徑研究進(jìn)展[J]．四川環(huán)境，2005，24(3)：64–69．