外源SA對鋁脅迫下玉米生長及光合作用的影響機制

何袁　王嘉遠　鄭瑤瑤

一、選題背景和意義

鋁是土壤中豐度僅次于氧和硅而居第3位的元素，全球土壤中鋁元素豐度為7.1%，我國為6.62%。它通常以難溶性的硅酸或氧化鋁形式存在，生物可利用性很小。在近中性的土壤中，鋁不會對植物造成傷害，但在酸性條件下（pH<5）可溶性的鋁離子迅速增加，可溶性鋁會從土壤中析出，對大多數植物產生毒害。

我國酸性土壤分布很廣，遍及14個省區，總面積達203萬km2，約占全國耕地面積的21%，并且分布面積在不斷擴大。隨著污水處理的污泥以改良肥料被用于農田施肥，更使土壤中活性鋁的含量增高，因此鋁毒害已成為酸性土壤中抑制作物生長和導致作物減產和品質下降的主要因素之一。

玉米是我國的重要糧食作物，它的產量高低直接影響我國的經濟發展。有研究表明，鋁毒害是酸性土壤上作物生長最主要的限制因子，可導致40%耕地上的作物減產。而我國有占全部播種面積30%左右的玉米生長在酸性土壤上。因此，以了提高玉米產量，在玉米生產中對鋁脅迫的防治研究具有重要的經濟意義。

水楊酸（SA）是一種簡單的酚類化合物，廣泛存在于植物體內，為植物對逆境反應的信號傳導分子，能夠誘導病程相關蛋白（PR）基因表達，引發產生系統獲得性抗性（SAR）。已有大量的研究表明，水楊酸（SA）能夠調節植物許多抗逆生理過程。

二、國內外研究現狀、發展動態

最早據楊志敏等報道，鋁脅迫刺激決明子內源SA含量改變，而外施SA能促使決明子分泌有機酸，增加該植物對鋁的耐性（主要表現為緩解根系生長的受抑制程度）。

汪瑾等發現，加入外源SA能調節A1誘導的C. tora根系檸檬酸的分泌，這種調節作用依賴于濃度變化，最適宜濃度為5μmol/L。同時他們通過實驗得出在Al脅迫下，用5μmol/LSA就能改善Al對質膜的傷害，表現為MDA含量下降、質膜透性減小，同時O2-，H2O2含量下降，說明外源SA能夠減輕A1對C. tora根尖細胞的氧化損傷。

劉寧等研究發現A1脅迫下大豆根伸長速率對外源SA濃度存在“低促高抑”效應及低濃度10μmol/LSA緩解A1抑制大豆根伸長的效果最明顯。并且外源SA能降低A1在大豆根尖中的積累。

周媛等發現鋁脅迫增強了根系木質素合成相關酶的活性，使根系細胞壁彈性降低，進而抑制了根系的伸長和側根生長，外源SA的添加降低了GPX，CAT和PAL的活性，恢復了細胞壁的彈性，從而解除了鋁脅迫對括樓根系伸長的抑制。

綜上所述，當SA被用于緩解植物鋁脅迫時，能收到明顯效果。且SA由于具有高效、低成本、無毒、無殘留等特點，在農業生產中的應用前景廣闊。本研究擬從決明子、大豆、栝樓這三種在外源SA對其耐鋁機制有一定研究基礎的物種上吸取經驗，對在這方面并沒有相關報道的玉米上進行外源SA對其生長及光合作用的影響機制的探索。

三、擬解決的關鍵問題

關鍵問題：

1、玉米耐鋁型品種與敏感型品種的篩選；

2、鋁脅迫下玉米生理生長及光合特性分析；

3、外源SA對鋁脅迫下玉米生理生長及光合特性的影響機制。

四、研究方法與技術路線

1、研究方法

1.1 玉米耐鋁性品種與敏感型品種的篩選

1.1.1實驗材料

以浦江、南京、淄陽、金華、溫州、嘉興、沭陽、武義、唐山、濱州玉米種植基地共10個品種種子為實驗材料。

1.1.2篩選方法

選擇大小一致、圓潤飽滿的玉米種子，經常規方法浸種、消毒和催芽，將萌發狀況良好的玉米種子進行沙培。等長到7～8cm左右時，再選擇生長良好、長勢一致的植株轉入塑料桶中，進行水培。先用完全營養液培養3天，使其適應。營養液參照Yoshida的配方[13]配制。進行不同濃度梯度的Al處理（Al3+以AlCl3.6H2O形式提供），所用濃度通過前期大量預實驗獲得。每天調pH為4.5，3d換一次處理液。處理3d、6d后用掃描儀（Canoscan 4400F）測定幼苗根長，根系分析軟件（WinRHIZO）對數據進行分析，按照公式：根相對伸長率=（有鋁處理的根伸長量/無鋁處理的根伸長量） ×100%，計算根的相對伸長率。

1.2 鋁脅迫下玉米生長生理生長及光合特性分析

1.2.1實驗材料及處理

以1.1.2中實驗數據分析得出的耐鋁型和敏感型品種2個品種為實驗材料。

處理方式與1.1.2中相同，而測定的指標與1.1.2中不同。Al處理15天后測定每株苗的根長，株高，地上部鮮重，葉綠素含量、葉綠素熒光特性、抗氧化酶活性及光合速率。

1.2.2測定方法

1.2.2.1生理指標測定

根長、株高用直尺直接進行測量；地上部鮮重，用電子天平測量。

1.2.2.2葉綠素熒光特性的測定

葉綠素熒光參數的測定采用德國生產的便攜式脈沖調制葉綠素熒光儀（PAM-210，Walz）。測定參照Ralph[14]的方法。

1.2.2.3葉綠素含量的測定

將純丙酮和無水乙醇按2：1配成混合提取液，取葉片精密稱取0.2g，剪成寬度小于1mm的細絲，放入盛有10ml提取液的具塞試管中，常溫黑暗條件下直接浸提，直至肉眼觀察葉片完全變白，定容至20 ml。取液體適當稀釋后，在663nm，645nm波長下比色，測定吸光度。

1.2.2.4抗氧化酶活性的測定

丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥法。過氧化物酶（ POD）活性測定用愈創木酚法。超氧化物岐化酶（SOD）活性的測定采用NBT光化還原法。過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用Na2S2O3滴定法。紫外吸收物含量的測定按Mirechi和Teramura方法進行]。

1.2.2.5光合速率的測定

使用便攜式光合速率測定儀進行測定，方法參考楊明等測定葡萄葉片光合速率的方法[19]。

1.3 外源SA對鋁脅迫下玉米生理生長及光合特性的影響機制

1.3.1實驗材料及處理

以1.1.2中實驗數據分析得出的耐鋁型和敏感型品種2個品種為實驗材料，取經鋁處理過的玉米幼苗。

采用4個實驗組：A1無鋁無水楊酸（空白對照）；A2無鋁有水楊酸（陰性對照）；A3有鋁無水楊酸（陽性對照）；A4有鋁有水楊酸，水楊酸的濃度經前期大量預實驗獲得。處理一段時間后測定每株苗的根長，株高，地上部鮮重，葉綠素含量、葉綠素熒光特性及抗氧化酶活性。

1.3.2測定方法

同1.2.2測定方法

五、參考文獻

熊毅，李慶逵. 中國土壤[M]. 北京：科學出版社，1987 .

郝魯寧，劉厚田. 鋁對水稻幼苗的生理影響[J] . 植物學報，1989，31（11）：847- 853. 黃邦全，常玲，薛小橋，等. Al3+對油菜幼苗生長影響的研究[J].湖北大學學報（自然科學版），2001，23（1）：87- 89.

佟屏亞. 芻議中國發展玉米生產的科技導向[J] . 玉米科學，2003，11（1）：94- 97 .

何龍飛，沈振國，劉友良，等. 植物鋁毒害機理的研究[J]. 廣西農業生物科學，2002，21（3）：188- 194 .

沈宏，嚴小龍. 鋁對植物的毒害和植物抗鋁毒機理及影響因素的研究[J].土壤通報，2001，32（6）：281- 285 .

應小芳，劉鵬，徐根娣.土壤中的鋁及其植物效應的研究進展[J].生態環境，2003，12（2）：237- 239 .

李國婧，周燮.水楊酸與植物抗非生物脅迫[J].植物學通報，2001（03）.