羅紅艷 石零珊 汪鳳林 陳瀟瀟 曹光球 林思祖 葉義全

摘 要 為揭示抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)在杉木適應低磷和鋁毒脅迫中的作用，以耐低磷和鋁毒脅迫的杉木家系YX3及對低磷和鋁毒脅迫敏感的杉木家系YX12為試驗材料，研究不同處理下[對照處理（CK）、低磷處理（-P）、鋁處理（Al）和低磷加鋁處理（-P+Al）] 2個杉木家系葉片中AsA-GSH循環(huán)代謝關(guān)鍵酶的變化規(guī)律。結(jié)果表明：不同脅迫處理下（-P、Al和-P+Al），2個杉木家系的丙二醛（MDA）含量均顯著高于各自對照（-P處理下YX12葉片MDA含量除外），而且在Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片中MDA含量均小于敏感型杉木家系YX12。進一步分析表明，與各自對照相比，不同脅迫處理增加了2個杉木家系葉片中的AsA和DHA含量，同時提高了其葉片中抗壞血酸過氧化物酶（APX）、單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、谷胱甘肽還原酶（GR）的活性，而且除DHA含量外，在-P、Al和-P+Al處理下耐性杉木家系YX3葉片中APX、GR、MDHAR、DHAR和AsA含量均高于敏感型杉木家系YX12。此外，耐性杉木家系YX3葉片中還原型谷胱甘肽（GSH）含量以及AsA/DHA值和GSH/GSSG值均高于敏感型家系YX12。因此，上述結(jié)果表明在不同脅迫條件下，杉木幼苗通過提高葉片抗氧化物質(zhì)含量和AsA-GSH循環(huán)關(guān)鍵酶活性來清除過量的活性氧，減輕脅迫誘導的氧化損傷；不同脅迫處理下，2個杉木家系葉片抗氧化物質(zhì)含量及AsA-GSH循環(huán)中關(guān)鍵酶活性響應的差異表明耐性杉木家系YX3具有較高的AsA—GSH循環(huán)效率和抗氧化物質(zhì)再生能力，從而有效抑制脅迫誘導的氧化損傷，這可能是其具有較強耐性的重要原因之一。

關(guān)鍵詞 磷鋁脅迫；杉木；抗壞血酸；谷胱甘肽

中圖分類號 S791.27 文獻標識碼 A

Abstract In order to elucidate the role of AsA-GSH in adaptation to low phosphorus and aluminum toxicity in Cunninghamia lanceolata （C. lanceolata）， the dynamic changes of key enzymes in AsA-GSH cycle were studied in the leaves of C. lanceolata under low phosphorus and aluminum toxicity stresses using low phosphorus and aluminum toxicity tolerant and sensitive families YX3 and YX12， and different treatments were set based on Hoagland nutrient solution namely， CK： the Hoagland nutrient solution， -P： the nutrient solution with 1 μmol/L phosphorus concentration， +Al： the nutrient solutions with 1 mmol/L Al， and –P+Al： the nutrient solutions with 1 μmol/L phosphorus concentration and 1 mmol/L Al concentration. The results showed that the malondialdehyde （MDA） content in both families were significantly higher than their controls under each stress condition （except for the MDA content in leaves of YX12 under –P treatment）， and the MDA content in the leaves of the tolerant families （YX3） was less than that in sensitive ones （YX12） under both +Al and –P+Al treatments. The antioxidants content and key enzymes in AsA-GSH cycle were further analyzed， and indicating that the contents of ascorbic acid （AsA） and dehydrogenated ascorbic acid （DHA） as well as the enzymes activities in AsA-GSH cycle including ascorbate peroxidase （APX）， dehydroascorbate reductase （MDHAR）， dehydroascorbate reductase （DHAR）， and glutathione reductase （GR） increased compared with the controls. Moreover， we also found that the enzymes activities of APX， GR， MDHAR， DHAR and AsA content were higher in the leaves of the tolerant families YX3 compared with the sensitive ones， except for DHA content. Additionally， the contents of reduced glutathione （GSH）， as well as AsA / DHA and GSH / GSSG in the YX3 leaves were higher than those in YX12. Taken together， the above results suggested that under different stress conditions the seedlings of C. lanceolata alleviated stress-induced oxidative damage by increasing the antioxidants content （AsA） and enzymes activities in AsA-GSH cycle. The stress responses differed in the antioxidants content and enzymes activities between two C. lanceolata families suggested that higher efficiency of AsA-GSH cycle and its higher regeneration capacities of nonenzymatic antioxidant in the leaves of C. lanceolata tolerant family YX3 may be one of the important reasons for its good performance under stress conditions.

Key words phosphorus and aluminum stress； Cunninghamia lanceolata； ascorbate； glutathione

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.05.007

土壤酸化是世界范圍內(nèi)普遍存在的環(huán)境問題[1]。據(jù)統(tǒng)計，世界上約有50%的可耕土壤屬于酸性土壤（pH值小于5.5），我國酸性土壤主要分布在南方15個省區(qū)，約占耕地面積的21%[2]。近年來隨著酸沉降的加劇和施肥不當?shù)挠绊?，我國土壤酸化面積不斷擴大，酸化程度不斷加深[3]。土壤酸化往往伴隨著土壤中鐵和鋁等金屬元素有效性的增加，與磷形成難溶性復合物，增強其對土壤中磷元素的固定，從而降低土壤中磷的有效性。另一方面，土壤酸化還會增加土壤中活性鋁的含量，加劇鋁對植物的毒害作用。因此，低磷和鋁毒是酸性土壤中限制植物生長的2個重要障礙因子。杉木[Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook]是中國重要的速生用材樹種，因其具有材質(zhì)優(yōu)良和速生豐產(chǎn)等特點，在中國南方林地廣泛種植。長期林業(yè)生產(chǎn)實踐表明低磷和鋁毒脅迫已成為限制杉木生長、阻礙杉木人工林生產(chǎn)力提高的重要原因之一[4-5]。然而，目前有關(guān)杉木低磷和鋁毒的研究通常將二者分開進行[6-7]。事實上，在酸性土壤中低磷和鋁毒脅迫是同時存在的，不僅在土壤中磷和鋁具有非常密切的關(guān)系，磷還可通過對植物體內(nèi)一些生理過程的影響，從而對植物耐鋁性產(chǎn)生調(diào)控[8]。因此，開展杉木低磷和鋁毒耦合脅迫的研究有助于理解杉木適應酸性土壤的過程，具有重要的生物學意義。

逆境脅迫下，植物為減輕活性氧對細胞的損害，在長期適應過程中進化出一套由酶促和非酶促抗氧化系統(tǒng)組成的防御體系，其中酶促系統(tǒng)包括過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、和抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)相關(guān)酶，如抗壞血酸過氧化物酶（APX）、單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）和谷胱甘肽還原酶（GR）等；非酶促系統(tǒng)主要包括抗壞血酸（AsA）、還原型谷胱甘肽（GSH）等小分子抗氧化劑，上述抗氧化體系通過直接或間接的方式清除植物體內(nèi)的活性氧，維持其穩(wěn)態(tài)平衡[9-13]。AsA-GSH循環(huán)系統(tǒng)作為植物體內(nèi)活性氧清除的重要途徑，廣泛分布在植物細胞內(nèi)。目前，關(guān)于AsA-GSH循環(huán)關(guān)鍵酶活性與植物對逆境脅迫耐性的關(guān)系已在許多研究中得到證實[14-17]。然而，迄今為止關(guān)于低磷和鋁毒耦合脅迫對植物AsA-GSH循環(huán)影響的研究鮮見報道，且在杉木中尚未見報道。本研究以耐低磷和鋁毒耦合脅迫的杉木家系YX3和對低磷和鋁毒耦合脅迫敏感的杉木家系YX12為材料，探討2個杉木家系葉片中AsA-GSH循環(huán)對低磷和鋁毒耦合脅迫響應的差異及其與杉木耐磷鋁耦合脅迫能力之間的關(guān)系，揭示杉木對低磷和鋁毒耦合脅迫的適應機理，從而為杉木相關(guān)耐性種質(zhì)資源的篩選和新品種選育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試杉木[Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook]家系為YX3和YX12，由國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心提供。在此研究前，對包括杉木家系YX3和YX12在內(nèi)的72個杉木家系進行苗期耐低磷和鋁毒耦合脅迫的篩選，結(jié)果顯示，YX3較耐低磷和鋁毒耦合脅迫，而YX12則對低磷和鋁毒耦合脅迫較為敏感。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2016年4月中旬在福建農(nóng)林大學田間實驗室后院大棚進行。選用盆口內(nèi)徑40 cm、底部35 cm、高度33 cm的圓形塑料花盆開展盆栽試驗，盆栽基質(zhì)為蛭石和珍珠巖（2：1，V/V）。選取長勢一致的1年生杉木家系YX3和YX12，將其移入塑料花盆中緩苗10 d，緩苗結(jié)束后開始試驗處理。本試驗共設4個處理，分別為對照（CK）、低磷處理（-P）、鋁處理（Al）和低磷加鋁處理（-P+Al），其中低磷處理磷濃度為1 μmol/L，鋁處理鋁濃度設為1 mmol/L，每個處理均為3個重復，每個重復10株苗。試驗處理所用營養(yǎng)液為Hoagland營養(yǎng)液，營養(yǎng)液pH為4.5。試驗期間每天澆相應營養(yǎng)液1次，每次向每盆中澆0.2 L。處理10 d后取杉木葉片測定相關(guān)生理指標。

1.2.2 測定方法 采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定杉木葉片丙二醛（MDA）含量[18]。還原型抗壞血酸（AsA）、氧化型抗壞血酸（DHA）、還原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）的含量根據(jù)Logan等和Aravind等[19-20]的方法測定。谷胱甘肽還原酶（GR）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）含量的測定參考Jiang等[21]的方法測定。單脫氫抗壞血酸還原酶（MDAR）和脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）的含量測定參考Nakano等[22]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL2010對數(shù)據(jù)進行整理及繪圖，試驗數(shù)據(jù)均為3次重復測定的平均值，并用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片MDA含量的影響

由圖1可知，同一杉木家系對不同脅迫處理的響應存在顯著差異（p<0.05）。就耐性杉木家系YX3而言，-P、Al和-P+Al處理下葉片MDA含量分別比CK增加了39.2%、18.7%和15.1%；與YX3類似，在敏感型杉木家系YX12中，Al和-P+Al脅迫處理顯著增加了其葉片MDA含量，Al和-P+Al處理下葉片MDA含量分別比CK增加了25.9%和32.7%，但在-P處理中其葉片MDA含量卻顯著低于CK，比CK降低了28.5%。此外，不同耐性杉木家系對不同脅迫處理的響應同樣存在差異。在Al和-P+Al處理下，敏感型杉木家系YX12葉片中MDA含量均顯著高于耐性杉木家系YX3（p<0.05），YX12葉片中的MDA含量分別是YX3的1.19、1.29倍。

不同小寫字母表示同一處理下不同家系間差異顯著（p<0.05），不同大寫字母表示同一家系不同處理間差異顯著（p<0.05）。下同。

2.2 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片ASA-GSH循環(huán)中抗氧化物質(zhì)含量的影響

2.2.1 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片中AsA和DHA含量的影響 由圖2-A可知，在-P、Al和-P+Al處理下，2個杉木家系葉片中AsA含量均有不同程度的增加。就耐性杉木家系YX3而言，與CK相比，-P脅迫顯著增加其葉片中AsA含量，Al處理同樣顯著誘導AsA在其葉片中積累，但Al處理中AsA含量的增幅顯著低于-P處理，-P+Al處理下AsA含量大小則介于-P和Al處理之間，-P、Al和-P+Al處理AsA含量分別比CK增加了92%、57.6%和72.9%。敏感型杉木家系YX12葉片中AsA含量變化規(guī)律與YX3相似，即-P處理中AsA含量最高，-P+Al處理次之，Al處理最小，但其AsA含量均高于CK，-P、Al和-P+Al處理中的AsA含量分別比CK增加了79.3%、4.1%和52.1%。此外，在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片中AsA的含量顯著高于敏感型杉木家系YX12（p<0.05），分別為后者的1.07、1.51、1.14倍。

從圖2-B中可知，與CK相比，-P、Al和-P+Al處理均不同程度增加DHA在2個杉木家系葉片中的積累。就耐性杉木家系YX3而言，-P處理顯著增加其葉片DHA含量，較CK顯著增加了46.4%，盡管Al處理下YX3葉片DHA含量也迅速增加，但其增幅小于-P處理，其DHA含量僅比CK增加了19%，而-P+Al處理葉片DHA含量大小則介于-P和Al處理之間，其DHA含量比對照增加了24.4%；在敏感型杉木家系YX12中，-P和Al處理均顯著增加葉片中DHA含量，其含量分別比CK增加了55.6%、69.4%，而-P+Al條件下DHA含量的增幅小于-P和+Al處理，僅比CK增加了31.5%。此外，值得注意的是在-P、Al和-P+Al處理下，敏感型杉木家系YX12葉片中DHA含量均高于耐性杉木家系YX3，分別為后者的1.06、1.44、1.06倍，差異達到顯著水平（p<0.05）。

2.2.2 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片中GSH和GSSG含量的影響 由圖3-A可知，就耐性杉木家系YX3而言，與CK相比，-P處理顯著降低葉片中GSH含量，其GSH含量比CK降低了38.3%，而Al處理葉片中GSH含量則顯著增加，其GSH含量比CK提高了32.0%，但是在-P+Al處理中GSH含量則顯著下降，但其GSH含量高于-P處理；與該結(jié)果類似，在敏感型杉木家系YX12中，-P和-P+Al處理顯著降低其葉片中GSH含量，其GSH含量分別比CK減少了26.6%和40.0%，而Al處理下，敏感型杉木家系YX12葉片中GSH含量則比CK增加了9.7%。此外，結(jié)果還表明，Al和-P+Al脅迫處理下，YX3葉片中GSH含量均顯著高于YX12（p<0.05），分別是后者的1.2倍和1.4倍。

由圖3-B可知，與GSH含量結(jié)果類似，與各自CK相比，-P和-P+Al處理均顯著降低了2個杉木家系葉片中GSSG含量，而Al脅迫處理下，2個杉木家系葉片中GSSG含量則顯著增加。就耐性杉木家系YX3而言，-P和-P+Al處理下其GSSG含量分別比CK減少了34.5%和33.0%，而Al處理下其GSSG含量比CK顯著增加了31.9%；類似地在敏感型杉木家系YX12中，-P和-P+Al處理下其GSSG含量分別比CK降低了18.6%和29.5%，Al處理則顯著增加了其葉片中GSSG含量，其GSSG含量比CK增加了84.6%。此外，結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片中GSSG含量均顯著低于敏感型YX12，分別是后者的80.5%、71.5%和95.1%。

2.2.3 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片中AsA/DHA和GSH/GSSG值的影響 由圖4-A可知，與CK相比，-P、Al和-P+Al處理均顯著增加耐性杉木家系YX3葉片中AsA/DHA比值，其中-P、Al和-P+Al處理下葉片AsA/DHA比值分別較CK增加了30.8%、34.0%和39.0%；與YX3不同的是，Al處理下敏感型杉木家系YX12葉片中AsA/DHA的比值顯著低于CK，僅為CK的57.1%，而在-P和-P+Al脅迫處理下，YX12中的AsA/DHA值較CK有所增加，分別較CK增加了14.8%和15.1%。此外，結(jié)果還表明，-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片中AsA/DHA值均高于敏感型YX12，分別是后者的1.14、2.18、1.20倍。

由圖4-B可知，與CK相比，在-P和Al處理中耐性杉木家系YX3葉片GSH/GSSG比值變化并不明顯，不同處理之間不存在顯著差異（p>0.05），但在-P+Al處理中GSH/GSSG比值顯著增加，比CK增加了28.6%；另一方面，在-P、Al和-P+Al處理下，敏感型杉木家系YX12葉片中GSH/GSSG比值較CK均呈現(xiàn)不同程度的下降，其比值分別比CK下降了9.8%、40.6%和15.3%。此外，整體而言在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片中GSH/GSSG比值均高于敏感型杉木家系YX12，且在Al和-P+Al處理下，YX3葉片中GSH/GSSG比值顯著高于YX12（p<0.05），分別是后者的1.68倍和1.54倍。

2.3 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片AsA-GSH循環(huán)中APX、GR、MDHAR和DHAR活性的影響

2.3.1 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片中APX和GR活性的影響 由圖5-A可知，APX酶活性受-P、Al和-P+Al處理顯著誘導，2個杉木家系葉片APX酶活性均較各自CK有不同程度的提高。就YX3而言，與CK相比，-P脅迫處理顯著增加其葉片APX酶活性，Al脅迫處理下其葉片APX酶活性較CK增加更為顯著，而在-P+Al處理中其APX酶活性大小介于-P和Al之中，-P、Al和-P+Al處理葉片APX活性分別比CK提高58.7%、76.4%和61.1%。類似地，在敏感型杉木家系YX12中，-P、Al和-P+Al處理均顯著增加其葉片APX酶活性，其中，-P、Al和-P+Al處理下APX酶活性分別比CK增加了21.2%、19.3%和20.1%。此外，結(jié)果還表明在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片APX活性均高于敏感型杉木家系YX12，分別是后者的1.1、1.24、1.12倍。

由圖5-B可知，與APX酶活性類似，與各自CK相比，-P、Al和-P+Al處理同樣顯著增加2個杉木家系葉片GR活性。其中，在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片GR活性分別較CK增加185.7%、177.3%和166.4%；而在-P、Al和-P+Al處理下，敏感型杉木家系YX12葉片GR活性分別比CK增加了48.8%、3.8%和99.4%。而且在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片GR活性均顯著高于敏感型家系YX12，分別是后者的1.9、2.7、1.3倍。

2.3.2 低磷和鋁毒耦合脅迫對杉木葉片中DHAR和MDHAR活性的影響 由圖6-A可知，-P、Al和-P+Al處理下2個杉木家系葉片DHAR酶活性均較各自CK均有不同程度的提高。就耐性杉木家系YX3而言，-P處理下其葉片DHAR活性增加最為顯著，比CK增加76.6%，而在Al和-P+Al處理下YX3葉片中DHAR酶活性分別比CK高出48.2%，66.1%；與YX3類似，在敏感型杉木家系YX12中，-P、Al和-P+Al處理下，其葉片DHAR活性表現(xiàn)出類似規(guī)律，即與CK相比，不同處理下DHAR酶活性均有所增加，但-P處理中DHAR酶活性增幅最大，-P+Al次之，Al最小，-P、Al和-P+Al處理下其葉片DHAR酶活性分別比CK增加了41.6%、8.6%和33.5%。此外，在-P、Al和-P+Al處理下耐性杉木家系YX3葉片中DHAR活性均顯著大于敏感型杉木家系YX12

（p<0.05），分別是后者的1.25、1.36、1.24倍。

MDHAR主要介導AsA氧化產(chǎn)物MDHA的還原，通過MDHAR的作用將其還原成AsA。由圖6-B可知，與各自CK相比，-P、Al和-P+Al處理下，2個杉木家系葉片MDHAR活性得到不同程度的提高。就耐性杉木家系YX3而言，-P、Al和-P+Al處理均顯著增加MDHAR活性，其活性分別比CK增加38.2%、19.6%和34.7%；而在敏感型杉木家系YX12中，-P、Al和-P+Al處理同樣增加了MDHAR的活性，但不同處理間MDHAR活性差異不顯著（p>0.05），-P、Al和-P+Al處理下其MDHAR活性僅分別比CK增加17.5%、10.1%和11.8%。此外，在-P、Al和-P+Al處理下，耐性杉木家系YX3葉片MDHAR活性均高于敏感型杉木家系YX12，分別是后者的1.18、1.09、1.2倍。

3 討論

植物在逆境條件下，其體內(nèi)會迅速誘導大量活性氧積累，從而對膜脂和生物大分子等造成不可逆的損傷。丙二醛（MDA）作為膜脂過氧化的主要產(chǎn)物是表征植物遭受氧化損傷程度的關(guān)鍵指標之一[23]。鋁脅迫或磷鋁耦合脅迫引起活性氧積累從而導致的植物氧化損傷已被廣泛證實。Sun等[24]研究表明，鋁脅迫可迅速引起活性氧在小麥根尖積累，進而導致小麥根尖遭受氧化損傷，而且鋁敏感小麥（楊麥5號）根尖遭受氧化損傷程度比鋁耐型小麥（鑒-864）更為嚴重。孫紅英[25]研究也發(fā)現(xiàn)低磷和高鋁處理能顯著增加杉木根中MDA含量。本研究表明，在-P和Al處理下，2個杉木家系MDA含量表現(xiàn)出完全相反的趨勢，即與CK相比，YX3杉木家系在-P處理下MDA含量顯著增加，而在Al條件下其MDA含量低于-P處理（盡管顯著高于CK），而在YX12杉木家系中，與CK相比，-P處理顯著降低其葉片MDA含量，而在Al處理中其含量顯著高于CK。上述結(jié)果表明不同耐性杉木家系不同脅迫的敏感性存在差異，YX3對-P脅迫更為敏感，而YX12對Al脅迫更為敏感，這可能與他們并不是通過單獨脅迫條件（-P或Al）篩選的材料有關(guān)，從而導致它們對單獨脅迫響應存在差異。此外，-P+Al處理下，YX12和YX3葉片中MDA含量迅速增加，但耐性杉木家系YX3葉片中MDA含量顯著低于敏感型杉木家系YX12，說明YX3受到的氧化損傷比YX12小。不同耐性杉木家系氧化損傷響應的差異，暗示不同杉木家系自身活性氧清除能力可能不同。

抗壞血酸（AsA）作為抗氧化系統(tǒng)中一種非酶性抗氧化物，可以直接清除植物體內(nèi)的活性氧[26-27]，還可以通過AsA-GSH循環(huán)清除活性氧降低植物的氧化損傷。AsA和GSH是植物體內(nèi)AsA-GSH循環(huán)系統(tǒng)中重要的抗氧化物質(zhì)。研究表明二者的含量及其與各自氧化態(tài)物質(zhì)含量比值（AsA/DHA和GSH/GSSG）與植物抗逆性呈正相關(guān)[28]。例如，馬進等[29]研究顯示，在鹽脅迫條件下，耐鹽大麥突變體12pj-118葉片中AsA和GSH含量以及AsA/DHA和GSH/GSSG比值均顯著高于野生型大麥12pj-045，而突變體12pj-118的DHA和GSSG含量均顯著低于野生型。類似地，郁敏等[15]也發(fā)現(xiàn)在低氧脅迫下，與不耐低氧脅迫的牡丹品種“胡紅”相比，耐低氧牡丹品種“洛陽紅”具有較高的AsA和GSH含量以及AsA/DHA和GSH/GSSG比值，同時具有較低的DHA和GSSG含量。本試驗中發(fā)現(xiàn)與各自CK相比，2個杉木家系在-P、Al和-P+Al處理下其葉片AsA含量迅速增加，而且在不同處理下耐性杉木家系YX3葉片中AsA含量均高于敏感型杉木家系YX12。而與各自CK相比，2個杉木家系葉片GSH含量僅在Al條件下高于CK，在-P和-P+Al條件下其葉片GSH含量均低于CK，盡管如此，在不同處理下耐性杉木家系YX3葉片中GSH含量均高于敏感型杉木家系YX12，表明不同杉木家系在不同處理下的響應機制具有顯著差異。與敏感型杉木家系YX12相比，不同脅迫處理誘導的AsA和GSH含量的增加可能是YX3對脅迫處理具有更強耐性的一個重要原因，對于不同耐性杉木家系而言，不同脅迫條件下不同抗氧化劑所起的作用可能有所不同，在本研究所涉及的脅迫處理下AsA可能起著比GSH更為重要的作用。此外，與前人研究結(jié)果類似[15， 30]，本研究還發(fā)現(xiàn)在不同處理條件下，耐性杉木家系YX3葉片中AsA/DHA和GSH/GSSG比值均明顯高于敏感型杉木家系YX12，進一步證實了前人關(guān)于AsA/DHA和GSH/GSSG比值與植物抗逆性關(guān)系的結(jié)論。

除了AsA和GSH外，AsA-GSH循環(huán)中的抗氧化酶，如APX、GR、MDHAR和DHAR同樣在清除活性氧中起著十分關(guān)鍵的作用。在AsA-GSH循環(huán)中，APX主要利用AsA來清除H2O2，GR則主要催化GSSG還原為GSH，而GSH通過為H2O2提供電子供體將H2O2還原成水，同時GSH被氧化成GSSG；MDHA和MDHAR酶則主要介導AsA再生形成[31]。MDHAR和DHAR是AsA-GSH循環(huán)中AsA再生的兩個關(guān)鍵酶。DHAR則主要介導AsA非酶促歧化產(chǎn)物DHA的還原，通過DHAR作用可將DHA再生形成AsA[32]。本研究中，在-P、Al和-P+Al處理下，2個杉木家系葉片APX、MDHAR、DHAR和GR活性均較各自CK有所提高，說明不同脅迫處理下，杉木可以通過提高其葉片AsA-GSH循環(huán)關(guān)鍵酶活性來清除活性氧，減輕脅迫誘導的氧化損傷，改善杉木在脅迫下的生長。此外，在不同脅迫處理下，耐性杉木家系YX3葉片中這4個關(guān)鍵酶活性均高于敏感型杉木家系YX12，說明與敏感型杉木家系YX12相比，不同脅迫處理下耐性杉木家系YX3一方面能通過進一步提升APX酶活性，增強其自身活性氧清除能力，同時還能通過進一步提高GR、MDHA和MDHAR酶活性，維持AsA-GSH循環(huán)高效運轉(zhuǎn)，促進AsA和GSH再生，進一步增強其活性氧清除能力，而這可能是其在Al和-P+Al脅迫下受到氧化損傷較小的原因之一。與本研究結(jié)果類似，研究表明不同脅迫條件下，具有較高的APX、GR、MDHAR和DHAR酶活性，是植物能更好適應逆境脅迫的共同特征。例如，王萍等[33]研究表明低溫脅迫下抗晚霜的仁用杏品種“圍選一號”APX、GR、MDHAR和DHAR酶活性顯著高于晚霜敏感品種“龍王帽”。同樣，馬進等[30]也發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下耐鹽紫花苜蓿突變體葉片中APX、GR、MDHAR和DHAR酶活性顯著高于其野生型。類似的結(jié)果在不同耐鹽性大麥籽粒[34]和葉片中均有發(fā)現(xiàn)[35]。

綜上所述，在-P、Al和-P+Al處理下，不同耐性杉木家系均能通過提高其自身抗氧化能力來改善其在脅迫條件下的生長。但不同家系對不同脅迫處理的響應存在一定的差異。在Al和-P+Al處理下，與敏感型杉木家系YX12相比，耐性杉木家系YX3一方面通過增加AsA-GSH循環(huán)中的抗氧化酶APX、MDHAR、DHAR和GR的活性以及非酶性抗氧化物質(zhì)AsA和GSH的含量來增強其活性氧清除能力；另一方面，它通過降低DHA、GSSG的積累量，提高AsA/DHA、GSH/GSSG的比值，使細胞內(nèi)的環(huán)境處于還原狀態(tài)，提升AsA-GSH循環(huán)的運行效率，從而最終緩解Al和-P+Al脅迫對其造成的氧化損傷。

參考文獻

[1] 于天一，孫秀山，石程仁，等. 土壤酸化危害及防治技術(shù)研究進展[J]. 生態(tài)學雜志，2014（11）：3 137-3 143.

[2] 蔡 東，肖文芳，李國懷. 施用石灰改良酸性土壤的研究進展[J]. 中國農(nóng)學通報，2010，26（9）：206-213.

[3] 邱 婷，張 屹，肖姬玲，等. 土壤酸化及酸性土壤改良技術(shù)研究進展[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學，2016（10）： 114-117，121.

[4] Rehmus A，Bigalke M，Valarezo C，et al. Aluminum toxicity to tropical montane forest tree seedlings in southern Ecuador：response of biomass and plant morphology to elevated Al concentrations[J]. Plant and Soil，2014，382（1）：301-315.

[5] Halman J M，Schaberg P G，Hawley G J，et al. Calcium and aluminum impacts on sugar maple physiology in a northern hardwood forest[J]. Tree Physiology，2013，33（11）：1 242-1 251.

[6] 蘇小青，曹光球，林思祖，等. 鋁脅迫條件下DL-異檸檬酸-γ-內(nèi)酯對杉木幼苗硝酸還原酶活性的影響[J]. 中國農(nóng)學通報，2008，24（10）：192-196.

[7] 于姣妲，李 瑩，殷丹陽，等. 杉木對低磷脅迫的響應和生理適應機制[J]. 林業(yè)科學研究，2017，30（4）：566-575.

[8] 朱美紅，蔡妙珍，吳韶輝，等. 磷對鋁脅迫下蕎麥元素吸收與運輸?shù)挠绊慬J]. 水土保持學報，2009，23（2）：183-187.

[9] Liu L，Sha Y，Bai Y. Regional distribution of main agrometeorological disasters and disaster mitigation strategies in China[J]. Journal of Natural Disasters，2003，12（2）：92-97.

[10] 山 侖，陳培元. 旱地農(nóng)業(yè)生理生態(tài)基礎(chǔ)[M]. 北京：科學出版社，1998.

[11] Zeng Q P，Guo Y. Adversity response and systematic resistance induction in plants[J]. Chemistry of Life，1997，17（3）：31-33.

[12] Smirnoff N. The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation[J]. New Phytologist，1993，125（1）：27-58.

[13] 蔣明義，楊文英，徐 江. 滲透脅迫誘導水稻幼苗的氧化傷害. 作物學報，1994，20（6）：733-738.

[14] 呂新民，楊怡帆，魯曉燕，等. NaCl脅迫對酸棗幼苗AsA-GSH循環(huán)的影響[J]. 植物生理學報，2016，52（5）：736-744.

[15] 郁 敏，任亞萍，米銀法，等. 根際低氧對不同抗性牡丹植株AsA-GSH循環(huán)代謝的影響[J]. 北方園藝，2016（16）：69-75.

[16] 相 昆，徐 穎，王新亮，等. 低溫脅迫對核桃枝條活性氧代謝及AsA-GSH循環(huán)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報，2014，26（1）：35-37.

[17] 袁凌云，汪承剛，黃興學，等. 油菜素內(nèi)酯對Ca（NO3）2脅迫下黃瓜葉綠體AsA-GSH循環(huán)及葉黃素穩(wěn)態(tài)的影響[J]. 園藝學報，2017，44（5）：881-890.

[18] 華 春，王仁雷，劉 友. 外源GSH對鹽脅迫下水稻葉綠體活性氧清除系統(tǒng)的影響[J]. 植物生理與分子生物學學報，2003，29（5）：415-420.

[19] Logan B A，Grace S C，Adams Iii W W，et al. Seasonal differences in xanthophyll cycle characteristics and antioxidants in Mahonia repens growing in different light environments[J]. Oecologia，1998，116（1-2）：9-17.

[20] Aravind P，Prasad M N. Modulation of cadmium-induced oxidative stress in Ceratophyllum demersum by zinc involves ascorbate-glutathione cycle and glutathione metabolism[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2005，43（2）：107-116.

[21] Jiang M，Zhang J. Effect of abscisic acid on active oxygen species，antioxidative defence system and oxidative damage in leaves of maize seedlings[J]. Plant Cell Physiology，2001，42（11）：1 265-1 273.

[22] Nakano Y，Asa K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts[J]. Plant Cell Physiology，1981，22（5）：867-880.

[23] Chaoui A，Mazhoudi S，Ghorbal M H，et al. Cadmium and zinc induction of lipid peroxidation and effects on antioxidant enzyme activities in bean （Phaseolus vulgaris L.）[J]. Plant Science，1997，127（2）：139-147.

[24] Sun C，Liu L，Yu Y，et al. Nitric oxide alleviates aluminum-induced oxidative damage through regulating the ascorbate-glutathione cycle in roots of wheat[J]. Journal of Integrative Plant Biology，2014，57（6）：550-561.

[25] 孫紅英. 低磷和鋁毒對杉木幼苗若干生理過程的影響[D]. 福州：福建農(nóng)林大學，2010.

[26] 李曉云，王秀峰，呂樂福，等. 外源NO對銅脅迫下番茄幼苗根系抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2013，24（4）：1 023-1 030.

[27] 鄭小林，陳 燕，敬國興，等. 草酸處理對杧果采后果實AsA-GSH循環(huán)系統(tǒng)的影響[J]. 園藝學報，2011，38（9）：1 633-1 640.

[28] Grillet L，Ouerdane L，F(xiàn)lis P，et al. Ascorbate efflux as a new strategy for iron reduction and transport in plants[J]. Journal of Biological Chemistry，2014，289（5）：2 515-2 525.

[29] 馬 進，鄭 鋼，裴翠明，等. 抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)在紫花苜蓿突變體耐鹽性中的作用[J]. 植物生理學報，2015，51（10）：1 749-1 756.

[30] 郁 敏，任亞萍，米銀法，等. 根際低氧對不同抗性牡丹植株AsA-GSH循環(huán)代謝的影響[J]. 北方園藝，2016（16）：69-75.

[31] 孫軍利，趙寶龍，郁松林. 外源水楊酸對高溫脅迫下葡萄幾種抗氧化酶活性和抗氧化物含量的影響[J]. 植物生理學報，2014，50（7）：1 014-1 018.

[32] 呂新民，楊怡帆，魯曉燕，等. CaCl2對NaCl脅迫下酸棗苗AsA-GSH循環(huán)的影響[J]. 園藝學報，2017，44（5）：953-962.

[33] 王 萍，李彥慧，張雪梅，等. 低溫對仁用杏雌蕊抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的影響[J]. 園藝學報，2013，40（3）：417-425.

[34] 劉志萍，李琲琲，薛海楠，等. NaCl脅迫對大麥籽?？箟难?谷胱甘肽循環(huán)的影響[J]. 麥類作物學報，2016，36（6）：736-741.

[35] 李琲琲，劉志萍，張鳳英，等. 耐鹽和非耐鹽大麥幼苗葉片抗氧化及抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)對NaCl脅迫的反應差異[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2017，23（3）：712-720.