嚴(yán)紹裕

摘要[目的]研究不同鋁、鎂、鈣復(fù)合處理對(duì)杉木幼苗葉片丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶活性的影響。[方法]以1年生不同耐鋁型杉木實(shí)生苗為研究對(duì)象，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置鋁、鎂、鈣復(fù)合共計(jì)16個(gè)處理，研究鋁、鎂、鈣復(fù)合處理對(duì)不同耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量和抗氧化酶活性的影響。[結(jié)果]耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量與敏感型相比其含量較低；耐鋁型杉木幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性受鋁離子的影響較快，而敏感型受鎂離子影響較快；耐鋁型杉木幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性受鈣離子的影響最快，且隨著時(shí)間的增加其影響作用逐漸增大，而敏感型杉木幼苗葉片POD活性受鋁離子的影響最快，且影響作用逐漸增大；耐鋁型杉木幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性受鎂離子的影響最快，鈣離子則對(duì)敏感型的影響最快，隨著脅迫處理時(shí)間的延長，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性的主要影響因素均為鋁離子。[結(jié)論]該研究可為杉木鋁毒害作用的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞杉木幼苗；鋁毒；鋁鎂鈣復(fù)合作用；丙二醛；抗氧化酶活性

中圖分類號(hào)S718.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2018）25-0092-04

Effects of Combined Effects of Aluminum， Magnesium and Calcium on MDA Content and Antioxidant Enzyme Activities in Leaves of Chinese Fir Seedlings

YAN Shaoyu

（Fujian Forestry Vocational Technical College，Nanping，F(xiàn)ujian 353000）

Abstract[Objective]To study the effects of combined effects of aluminum， magnesium and calcium on MDA content and antioxidant enzyme activities in leaves of Chinese fir seedlings.[Method]The effects of aluminum， magnesium and calcium on the MDA content and antioxidant enzyme activity in the leaves were studied by orthogonal experiment design with 16 treatments of aluminum， magnesium and calcium combined with 1 year old Chinese fir seedlings. [Result]The content of MDA in leaves of aluminum tolerant Chinese fir seedlings was lower than that of sensitive ones. The activity of SOD in leaves of aluminum tolerant Chinese fir seedlings was affected by aluminum ions faster， while sensitive type was more affected by magnesium ions. The effect of calcium ion on the POD activity in leaves of Chinese fir seedlings was the most important， and with the increase of time， the effect of POD in leaves of sensitive Chinese fir seedlings was the fastest， and the effect increased gradually.The effect of magnesium ion on the CAT activity in leaves of aluminum resistant Chinese fir seedlings was the fastest， and the calcium ion had the fastest effect on the sensitive type. With the prolonged stress treatment time， the main factors affecting the CAT activity in leaves of different aluminum resistant Chinese fir seedlings were aluminum ions.[Conclusion]The study provides theoretical basis of the study of aluminum toxicity of Chinese fir.

Key wordsChinese fir seedlings；Aluminium toxicity；The compound effect of aluminum， magnesium and calcium；Malondialdehyde；Antioxidant enzyme activity

我國南方土壤大多以酸性為主，酸性土壤面積占全國土壤面積的22.7%[1]。酸雨和不合理的耕作方式等進(jìn)一步加劇了土壤酸化，土壤酸化對(duì)植物生長發(fā)育會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用[2]。酸性土壤對(duì)植物生長發(fā)育的影響主要來源于酸性土壤中的活性鋁，研究表明土壤pH下降，活性鋁濃度會(huì)隨之增大，進(jìn)而危害植物生長發(fā)育[3]。目前，鋁毒害對(duì)植物影響的研究多從植物形態(tài)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝酶活性、光合呼吸作用和營養(yǎng)元素含量等方面進(jìn)行。玉米幼苗受鋁毒害影響后主要表現(xiàn)為抑制側(cè)根生長，降低生物量[4-5]；鋁毒害對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響則主要表現(xiàn)在破壞細(xì)胞骨架[6]、細(xì)胞壁變硬變厚[7-8]、細(xì)胞膜僵化[9]等；植物光合速率和呼吸作用受鋁毒害影響也表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)[10]；鋁離子總體上對(duì)鈣離子、鎂離子、鉀離子等陽離子的吸收和利用產(chǎn)生抑制作用[11]。

杉木[Cunninghama lanceolata（ Lamb.）Hook]是我國南方重要的經(jīng)濟(jì)速生用材樹種[12]，廣泛分布于福建、湖南等16個(gè)省區(qū)。我國南方土壤以紅壤為主，土壤富鋁化嚴(yán)重，其中杉木受鋁毒害作用明顯。前人研究表明鈣離子與鎂離子對(duì)鋁毒害均存在不同程度的緩解作用[13]，但目前關(guān)于鋁、鈣和鎂復(fù)合作用對(duì)杉木幼苗丙二醛（MDA）含量和抗氧化酶活性影響的研究較少。筆者以不同耐鋁型（耐鋁型和敏感型）杉木1年生幼苗為材料，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用水培方式對(duì)杉木進(jìn)行鋁、鈣、鎂復(fù)合處理，分析不同耐鋁型杉木幼苗MDA含量和抗氧化酶活性特征，以期為杉木鋁毒害作用的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為福建省尤溪國有林場3代林的2個(gè)不同耐鋁型[耐鋁型（RN）和敏感型（MG）]杉木1年生幼苗，選取長勢(shì)良好且一致的幼苗作為供試苗木，采用水培方式進(jìn)行處理。容器為4 L黑色塑料小桶。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，2種耐鋁型幼苗分別進(jìn)行1組正交試驗(yàn)，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)種植3株，共計(jì)288株（表1、2）。采用完全營養(yǎng)液配方對(duì)杉木幼苗馴化30 d，期間每15 d更換1次營養(yǎng)液。復(fù)合處理的鋁、鈣和鎂分別以AlCl3、CaCl2和MgSO4的形態(tài)加入到營養(yǎng)液中，營養(yǎng)液配方為大量元素：KNO3 0.51 mg/L、Ca（NO3）2·4H2O 0.82 mg/L、KH2PO4 0.136 mg/L、MgSO4·7H2O 0.49 mg/L；微量元素：H3BO4 2.86 μmol/L、MnCl2·4H2O 1.81 μmol/L、ZnSO4·7H2O 0.22 μmol/L、CuSO4·5H2O 0.08 μmol/L、H2MoO4 0.062 3 μmol/L、Fe-EDTA（Fe-EDTA由FeSO4·7H2O和EDTA-2Na分別稱取2.78 g和3.73 g定容至500 mL，每升營養(yǎng)液中加入2.5 mL）。

馴化結(jié)束后，將每個(gè)處理分別換上相應(yīng)的營養(yǎng)液進(jìn)行處理，期間每15 d更換1次營養(yǎng)液。于試驗(yàn)處理后0、15、30和45 d取樣，分別標(biāo)注為T0、T1、T2和T3。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

MDA含量（μmol/g）采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測(cè)定[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性[U/（g·min）]采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法測(cè)定[14]；過氧化氫酶（CAT）活性[U/（g·min）]采用紫外吸收法測(cè)定[14]；過氧化物酶（POD）活性[U/（g·min）]采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[14]。

1.4數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2003、SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)。

2結(jié)果與分析

2.1鋁、鎂、鈣復(fù)合作用對(duì)MDA含量的影響

由圖1-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理下葉片MDA含量表現(xiàn)不同的特征。其中D1、D2、D4、D7、D10、D12、D13和D16處理葉片MDA含量隨著脅迫時(shí)間的增加呈逐漸上升的趨勢(shì)，均在脅迫45 d時(shí)達(dá)到最大值，與初始值相比分別提高了120%、80%、93%、85%、43%、96%、133%和84%；D3、D6、D8、D11和D14處理葉片MDA含量則呈先上升后下降的趨勢(shì)，最大值均出現(xiàn)在脅迫處理后的30 d；D5和D9處理葉片MDA含量也呈先上升后下降的趨勢(shì)，不同的是D5和D9處理的最大值出現(xiàn)在脅迫處理后的15 d；與其他處理不同，D15處理葉片MDA含量呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。

由圖1-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片MDA含量表現(xiàn)不同的特征。其中D1和D2處理葉片MDA含量隨著脅迫時(shí)間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)；D4、D7和D12處理下葉片MDA含量隨著脅迫時(shí)間的增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，處理45 d時(shí)達(dá)到最大值，與初始值相比分別提高了119%、155%和153%；D3、D5、D6、D8、D9、D10、D11、D14、D15和D16處理葉片MDA含量隨著脅迫時(shí)間的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，除D5處理的最大值出現(xiàn)在15 d，其他處理的最大值均出現(xiàn)在處理后30 d；D13處理MDA含量隨著脅迫時(shí)間的增加呈逐漸下降的趨勢(shì)，脅迫45 d后達(dá)到最低值，與初始值相比降低了37%。

由圖1可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言對(duì)環(huán)境變化具有較低的敏感度，主要表現(xiàn)為杉木幼苗葉片MDA含量的變化幅度較為緩和。

2.2鋁、鎂、鈣復(fù)合作用對(duì)抗氧化酶活性的影響

2.2.1鋁、鎂、鈣復(fù)合作用對(duì)SOD活性的影響。由圖2-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片SOD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12和D15處理葉片SOD活性均表現(xiàn)出隨脅迫處理時(shí)間的增加呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，在處理后30 d葉片SOD活性出現(xiàn)不同程度的增加，與15 d時(shí)相比分別提高了5.64%、9.18%、4.49%、7.33%、1121%、1218%、18.92%、13.21%、8.64%、11.40%、15.01%、4.55%和0.90%；D14處理葉片SOD活性隨脅迫處理時(shí)間的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，與初始值相比，45 d時(shí)SOD活性降低了2059%；D16處理葉片SOD活性隨脅迫處理時(shí)間的增加則呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中最大值出現(xiàn)在處理15 d。

由圖2-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片SOD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13和D16處理葉片SOD活性均表現(xiàn)出隨脅迫處理時(shí)間的增加呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，在處理后30 d葉片SOD活性出現(xiàn)不同程度的增加，與15 d時(shí)相比分別提高了4%、12%、7%、11%、11%、12%、28%、10%、15%、18%、11%、22%、1%和2%；D14處理葉片SOD活性隨脅迫處理時(shí)間的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，與初始值相比，45 d時(shí)SOD活性降低了2%；D15處理葉片SOD活性隨脅迫處理時(shí)間的增加則呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中最大值出現(xiàn)在處理15～30 d期間。

由圖2可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言具有較高的活性。以D2處理為例，耐鋁型杉木幼苗和敏感型杉木幼苗SOD活性在處理后的15、30和45 d均表現(xiàn)出耐鋁型SOD活性高于敏感型，分別高出3.25%、5.69%和4.42%。

2.2.2鋁、鎂、鈣復(fù)合作用對(duì)POD活性的影響。由圖3-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片POD活性表現(xiàn)出相似的特征。D1和D3處理葉片POD活性最大值出現(xiàn)在脅迫后30 d，D1處理葉片POD活性30 d時(shí)比0、15和45 d時(shí)分別高出117.77%、0.31%和87.55%，D3處理葉片POD活性30 d時(shí)比0、15和45 d時(shí)分別高出170.62%、2016%和66.94%；D2、D4、D5、D6、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15和D16處理葉片SOD活性的最大值出現(xiàn)在脅迫后15 d；D7處理葉片POD活性則隨著脅迫處理時(shí)間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在處理后15 d。

由圖3-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片POD活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D8和D16處理葉片POD活性隨著脅迫處理時(shí)間的增加呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)，其中D8最大值出現(xiàn)在45 d，D16最大值則出現(xiàn)在15 d；D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D9、D10、D11、D12、D13、D14和D15處理葉片POD活性隨著脅迫處理時(shí)間的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中D1、D3、D5、D6、D7、D9、D10、D11和D13處理葉片POD活性最大值出現(xiàn)在15 d，以D1處理為例，15 d時(shí)葉片SOD活性比0、30和45 d分別高出27111%、39.52%和101.45%；D2、D4、D12、D14和D15處理葉片POD活性最大值則出現(xiàn)在30 d時(shí)，以D1處理為例，30 d時(shí)葉片SOD活性比0、15和45 d分別高出27111%、3952%和101.45%。

由圖3可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片POD活性表現(xiàn)為耐鋁型相比敏感型而言敏感度較低。以D13處理為例，在處理后15、30和45 d均表現(xiàn)出耐鋁型SOD活性低于敏感型，分別降低167.26%、237.66%和136.94%。

2.2.3鋁、鎂、鈣復(fù)合作用對(duì)CAT活性的影響。由圖4-RN可知，耐鋁型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片CAT活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12和D14處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的增加呈遞增的趨勢(shì)，至45 d時(shí)達(dá)到最大值，與初始值相比分別高出5 393.55%、4 376.32%、4 436.36%、2 500.00%、3 743.59%、5 522.22%、2 974.36%、2 557.14%和2 706.00%；D1、D3、D4和D15處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的延長呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中D1和D15處理在15 d時(shí)達(dá)到最大值，D3和D4處理的最大值出現(xiàn)在處理后30 d；D2、D13和D16處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。

由圖4-MG可知，敏感型杉木幼苗不同鋁、鈣、鎂復(fù)合處理葉片CAT活性表現(xiàn)出不同的特征。就不同處理而言，D7、D8、D10、D11、D12和D13處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的增加呈遞增的趨勢(shì)，至45 d時(shí)達(dá)到最大值，與初始值相比分別高出405.58%、407.30%、869.35%、354.89%和78785%；D1、D3、D5和D16處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的延長呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中D1、D3和D5處理葉片CAT活性的最大值出現(xiàn)在處理后30 d，D16的最大值則出現(xiàn)在15 d；D2、D4、D6、D9、D14和D15處理葉片CAT活性均隨著脅迫處理時(shí)間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。

由圖4可知，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性間整體差異較小。其中值得注意的是，D10處理耐鋁型杉木葉片CAT活性高于敏感型，處理15、30和45 d時(shí)耐鋁型杉木葉片CAT活性比敏感型分別高出2.40%、73.59%和42.53%。

3討論與結(jié)論

MDA是氧自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的一種產(chǎn)物[15]，能與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)[16]，且具有細(xì)胞毒性。另外MDA能夠抑制細(xì)胞保護(hù)酶活性和降低抗氧化物的含量，從而加劇膜脂過氧化[17]。研究表明在植物組織多種酶和膜系統(tǒng)遭到破壞時(shí)，MDA含量會(huì)大幅度提高[18]。因此，MDA能夠反映植物組織抗氧化能力的強(qiáng)弱。在植物抗性生理研究中，MDA含量能夠衡量植物對(duì)外部逆境的抵御能力[19]。該研究發(fā)現(xiàn)耐鋁型杉木幼苗葉片MDA含量與敏感型相比其含量較低。

植物保護(hù)酶系統(tǒng)在清除超氧自由基、H2O2和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面發(fā)揮著重要作用[20-21]。SOD是植物細(xì)胞中清除活性氧自由基最重要的酶類之一，CAT是細(xì)胞過氧化體中清除H2O2的重要酶類，其他細(xì)胞器中產(chǎn)生的H2O2進(jìn)入過氧化體中也能夠被CAT清除[22]。POD廣泛存在于植物中，在不同種植物、不同生長發(fā)育期和不同組織器官間POD活性差異顯著，且功能多樣[23]。逆境下植物抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)中的POD增多，以清除體內(nèi)活性氧，降低活性氧的積累來降低逆境脅迫對(duì)植物的傷害[24]，POD、SOD與CAT這3種酶相互協(xié)調(diào)，使植物體內(nèi)活性氧自由基處于相對(duì)穩(wěn)定的水平[25-26]。該研究發(fā)現(xiàn)鋁、鈣、鎂不同復(fù)合處理對(duì)杉木幼苗葉片POD、SOD與CAT活性存在不同程度的影響。不同耐鋁型杉木抗氧化酶活性系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的規(guī)律特征，其中耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性受鋁離子的影響較快，而敏感型受鎂離子影響較快，值得注意的是在脅迫45 d時(shí)2種不同耐鋁型杉木幼苗葉片SOD活性受鈣離子影響最快；就POD活性而言，耐鋁型杉木幼苗葉片POD活性受鈣離子的影響最快，且隨著時(shí)間的增加其影響作用逐漸增大，而敏感型杉木幼苗葉片POD活性受鋁離子的影響最快，且影響作用逐漸增大；就CAT活性而言，耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性受鎂離子的影響最快，鈣離子則對(duì)敏感型的影響最快，隨著脅迫處理時(shí)間的延長，不同耐鋁型杉木幼苗葉片CAT活性的主要影響因素均為鋁離子。

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