鋁脅迫下尾巨桉幼苗對外源磷的生理響應

梁君霞，張博宇,2，亢亞超，滕維超，譚長強，韋 潔

（1.廣西大學林學院，廣西南寧 530004；2.威海市環翠區人才創新發展中心，山東威海 264200；3.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002；4.廣西壯族自治區南寧市水資源管理服務中心，廣西南寧 530218）

酸雨污染和農作物施肥不當等致使土壤酸化愈發嚴重，全球約30%耕地面積和50%潛在耕地面積的土壤pH值在5.5以下，主要分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區。我國酸性土壤總面積約為203萬km2，約占全國土地總面積的21%[1]。酸性土壤使植物生長易遭受鋁毒害，表現為從結晶鋁轉換為鋁離子釋放到溶液中流入土壤[2]。植物遭受鋁毒害的典型癥狀為抑制根系伸長、減弱養分和水分的吸收能力及降低農作物的生產力，從而影響植物生長。

速生桉為世界3大速生樹種之一，也是最有價值的造紙樹種之一，主要分布在澳洲大陸及我國兩廣和云貴地區[3]。廣西大規模種植的主要為尾巨桉DH32-29（Eucalyptus urophylla × E.grandis）和巨尾桉廣林9號（E.grandis× E.urophylla）[4]。我國南方土壤富含鐵和鋁等元素，有研究表明，鋁含量可能是抑制我國南方速生樹種生長的潛在因子[5]。如何緩解桉樹生長中所受的鋁毒害[5-6]，提高速生桉人工林生產力，是目前急需解決的問題。

磷在緩解水稻（Oryza sativa）[7]和油茶（Camellia oleifera）[8]等作物的鋁毒作用上已取得一定的進展，但有些學者認為磷不一定緩解水稻[9]和小麥（Triti?cum aestivum）[10]根系的鋁毒。本課題組之前做過添加磷對桉樹所受鋁脅迫的影響效應，將磷直接施入土壤中，磷與鋁會產生反應生成AlPO4沉淀，從而降低土壤中的Al離子含量[11]。本試驗以尾巨桉DH32-29為試材，進行分根處理，分別從2個根室施加磷和鋁元素，避免形成沉淀，測定添加外源磷對鋁脅迫下尾巨桉光合指標、滲調參數和膜透性等生理指標的影響，研究磷對鋁的影響效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于廣西大學林學院實驗大棚基地（108°17′E，22°50′N），所需材料為桉樹組培苗（株高（26.1±3.54）cm，地徑（1.92±0.22）mm）、滅菌河沙和塑料容器（容積14 L)。苗木來源于廣西壯族自治區林業科學研究院，為長勢健康且一致的6個月尾巨桉DH32-29組培苗。

1.2 試驗設計

2018年6月26日，將苗木移植到14 L塑料容器中，每個分根室澆蒸餾水700 mL，每2 d澆1次，隔天每個分根室澆營養液45 mL。采用霍格蘭營養液（溶劑為鹽酸溶液，下同），其成分為1 mmol/L KNO3、1 mmol/L Ca（NO3）2、0.5 mmol/L MgSO4、20 μmol/L Fe-EDTA、10 μmol/L H3BO3、2 μmol/L MnCl2、2 μmol/L ZnSO4、0.5 μmol/L CuSO4和 0.065 μmol/L（NH4）6MO7O24。

磷溶液和鋁溶液分別采用KH2PO4和AlCl3·6H2O配制，濃度梯度設置參考本課題組的前期試驗結果[11]。采用完全隨機區組設計，設3個處理，每處理8個重復，每盆1株苗木（表1）。處理A研究磷對桉樹苗生長的作用；處理B研究供應足量磷對鋁脅迫下葉片的影響；處理C研究鋁脅迫下低磷濃度對桉樹苗生長的影響。8月7日到8月22日，淋入pH 4.5的鹽酸溶液調節pH值至4.5；8月23日開始，每次每個分根室淋入400 mL處理溶液，處理時間為3個月。處理順序為第1 d鹽酸，第2 d磷鋁處理，第3 d鹽酸，第4 d營養液，第5 d鹽酸，第6 d不做任何處理，6 d一個循環，依次循環重復。

1.3 測定方法

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用G-250考馬斯亮藍法測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定，葉片質膜透性、類胡蘿卜素參考實驗書方法測定，葉綠素含量使用丙酮乙醇混合法測定[12]。各指標測定時間為2018年11月中下旬至2018年12月上旬。

1.4 數據分析

數據采用Excel 2010進行統計分析和繪制圖表，采用DPS 7.05軟件進行方差分析，多重比較采用LSD方法。

2 結果與分析

2.1 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的影響

鋁脅迫導致植物體內的可溶性糖含量升高，處理C相對于處理B和A分別上升了47.3%和71.9%，處理A的可溶性糖含量顯著低于處理B和C（P＜0.05），處理C與處理B差異不顯著，表明在鋁脅迫下，添加磷對可溶性糖含量的影響不顯著（圖2a）；鋁脅迫導致可溶性蛋白含量上升，可溶性蛋白含量為處理C＞處理B＞處理A，3個處理間差異均顯著（P＜0.05），表明在鋁脅迫下，添加足量磷（0.1 g/L）可顯著降低可溶性蛋白含量（圖2b）；鋁脅迫下游離脯氨酸含量略有上升，3個處理間差異不顯著，表明在鋁脅迫下，添加磷對游離脯氨酸的含量影響不顯著（圖2c）。

表1 各分根室磷離子和鋁離子濃度Tab.1 Concentrations of phosphorus and aluminum ions in root chambers

圖2 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的影響Fig.2 Effects of phosphorus on contents of soluble sugar,soluble protein and free proline in E.urophylla×E.grandis leaves under aluminum stress

2.2 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片質膜透性的影響

3個處理尾巨桉葉片電導率的排序為處理C＞處理B＞處理A，3個處理間均差異顯著（P＜0.05）（圖3）。鋁脅迫下尾巨桉葉片電導率升高，添加足量磷（0.1 g/L）顯著降低電導率。

2.3 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片POD活性的影響

3個處理尾巨桉葉片POD活性排序為處理B＞處理C＞處理A，處理A與處理B差異顯著（P＜0.05），處理C與其他2個處理差異不顯著（圖4）。鋁脅迫下，添加足量磷（0.1 g/L）的葉片POD活性最高。

圖3 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片質膜透性的影響Fig.3 Effect of phosphorus on membrane permeability of E.urophylla×E.grandis leaves under aluminum stress

圖4 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片POD活性的影響Fig.4 Effect of phosphorus on POD activity of E.urophylla×E.grandis leaves under aluminum stress

2.4 磷在鋁脅迫下對尾巨桉葉片色素的影響

3個處理間的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素（a+b）、葉綠素a/b等指標差異不顯著（表2），3個處理間的F0、Fm以及PSⅡ最大光化學量子產量Fv/Fm差異不顯著（圖5）。

表2 尾巨桉光合色素含量的變化Tab.2 Changes of photosynthetic pigment contents in E.urophylla×E.grandis

圖5 磷在鋁脅迫下對桉葉片葉綠素熒光參數的影響Fig.5 Effects of phosphorus on chlorophyll fluorescence parameters of E.urophylla×E.grandis leaves under aluminum stress

3 結論與討論

超氧化物歧化酶（SOD）和POD是植物體內抵抗活性氧自由基對細胞膜傷害的重要酶[13]。本試驗中，尾巨桉自身的POD應對鋁脅迫時會產生一定的應激反應，促使相關抗氧化酶的合成，清除逆境脅迫所產生的過氧化物質。脂質過氧化會使細胞膜的流動性下降和通透性升高，最終導致細胞結構和功能的變化[14-15]。鋁脅迫下尾巨桉的葉片質膜透性顯著提高，處理B的電導率比處理C的電導率低，說明施加0.1 g/L的磷能緩解尾巨桉葉片細胞膜受損的情況。細胞膜受損導致流動性下降，細胞膜透性增加，造成葉片中代謝產物可溶性糖和蛋白輸出受阻，因此葉片中可溶性糖和可溶性蛋白含量升高。本試驗中，外源添加足量磷能顯著降低鋁脅迫時葉片可溶性蛋白的含量和電導率，在一定程度上緩解葉片細胞在鋁脅迫下的損害[16]。

葉片是植物光合作用產生光合色素的主體。在鋁脅迫下，大多數植物都表現出葉綠素合成受阻的現象，鋁脅迫直接影響光合器官的結構和活性[17]。本研究中，葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、葉綠素（a+b）和葉綠素a/b等指標的變化趨勢不顯著，表明尾巨桉對0.12 g/L鋁脅迫及0.1 g/L磷添加不敏感。

試驗結果表明0.12 g/L鋁溶液對尾巨桉產生了脅迫，添加0.1 g/L磷溶液顯著降低鋁脅迫下膜脂過氧化對尾巨桉葉片的傷害。綜上所述，添加足量磷能有效緩解鋁對尾巨桉DH32-29的脅迫。