磷對尾巨桉DH32-29幼苗鋁脅迫的緩解效應(yīng)

黎湯侃，潘陸榮，韋 潔，李國勇，亢亞超，滕維超，譚長強

（1.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004；2.南寧市水資源管理服務(wù)中心，廣西南寧 530218；3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002）

鋁是地殼中含量最大的金屬元素，占地殼總質(zhì)量的7．7%。我國南方目前大多數(shù)的種植地均為酸性土壤，研究表明當(dāng)pH 值為5．0 以下時，土壤中的鋁會從固定狀態(tài)大量轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，形成鋁脅迫，即使是微摩爾級別的鋁濃度也能影響根系生長，對植物造成損害[1-2]。隨著城市化和工業(yè)化的大力推進，土壤酸化的情況愈發(fā)嚴(yán)重，因此探究植物如何緩解鋁脅迫十分必要。

對小麥（Triticum aestivum）[3]和油茶（Camellia oleifera）[4]進行磷緩解鋁脅迫的試驗，結(jié)果表明磷可以緩解鋁脅迫對其造成的損害；也有試驗結(jié)果表明，磷不能緩解鋁脅迫造成的損害[5-6]。學(xué)者們對磷緩解鋁脅迫的機制有多種猜測，一方面可能是磷在酸性環(huán)境下與鋁離子螯合形成AlPO4沉降，抑制植物對鋁的吸收；另一方面可能是由于磷的添加對于植物的生長起到促進作用，改善了植物的營養(yǎng)狀態(tài)，以此對抗鋁脅迫[7]；也有學(xué)者認(rèn)為磷激活了植物本身的過氧化氫酶，促進根系分泌有機酸，從而對抗鋁脅迫[8]；在小麥的分根室試驗中，學(xué)者推測磷可跨位轉(zhuǎn)移到受鋁脅迫的根系部位，發(fā)揮緩解機制[9]。對于磷是否能緩解鋁脅迫，目前學(xué)術(shù)界沒有較為統(tǒng)一的觀點，深入研究磷對鋁脅迫的緩解作用及緩解機制有很重要的價值。

桉樹是熱帶亞熱帶地區(qū)極為重要的速生造林樹種，也是我國南方木材戰(zhàn)略儲備的重要材種[10]。目前，城市化和工業(yè)化造成的環(huán)境污染及持續(xù)的施肥使得土壤酸化和重金屬污染日益嚴(yán)重[11]，酸鋁環(huán)境對桉樹的生長和生理過程產(chǎn)生了顯著影響[12-13]。在酸性土壤環(huán)境下了解鋁脅迫對桉樹的危害，對于桉樹人工林培育具有重要意義。本研究以尾巨桉（Euca?lyptus urophylla×E.grandis）DH32-29幼苗為試驗材料，使用分根培養(yǎng)方法，對該樹種在不同處理下的生物量、鋁含量及磷含量等生長生理指標(biāo)進行綜合分析，研究磷對鋁脅迫的緩解作用，并討論其緩解機制。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況

試驗地位于廣西大學(xué)林學(xué)院實驗基地（108°17'E，22°50'N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫21．6 ℃，年均降水量1 304．2 mm，年均相對濕度80%左右[13]?；氐貏萜教?，有完備的灌水設(shè)施，能保證試驗條件完全一致。

1．2 試驗材料

材料為尾巨桉DH32-29 組培苗，來源于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院。組培苗為2 個月的幼苗，高度為（5．4 ± 0．2）cm。培養(yǎng)基質(zhì)為透水性良好的滅菌河沙，前期使用塑料杯（杯口直徑7 cm，高7．8 cm）進行培養(yǎng)，后期移植至容積為14 L（27 cm×21 cm×31 cm）的底部透水塑料桶中進行處理。

1．3 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗方法，對幼苗進行分根處理，將幼苗的根系分為兩部分，分別栽于2 個相連的塑料桶內(nèi)。2018年4月14日開始，將桉樹幼苗的根基部用自來水洗凈，并用1‰的多菌靈整株消毒20 min，將根部平均分為兩份，每份置于1個塑料杯中，每個塑料杯底部打1 個直徑為2 mm 的小孔，填入滅菌河沙（用0．1mol/L HCl 和0．1mol/L NaOH 配置澆灌用水，將河沙pH 值調(diào)至4．5），將苗木固定，每2 個塑料桶培養(yǎng)1 株幼苗。每天每個塑料杯澆灌1 次15 mL蒸餾水，每周澆灌1次15 mL含有磷和鋁的Hoagland營養(yǎng)液。Hoagland 營養(yǎng)液具體配方和濃度為KNO3（1 mmol/L）、Ca（NO3）2（1 mmol/L）、MgSO4（0．5 mmol/L）、H3BO3（10 μmol/L）、MnCl2（2 μmol/L）、ZnSO4（2 μmol/L）、CuSO4（0．5 μmol/L）、（NH4）6Mo7O24（0．065 μmol/L）和Fe-EDTA（20 μmol/L）。

2018年4—7月，待分根根系穩(wěn)固后，進行第2次移栽。2018年7月21日開始，選取長勢相同的幼苗，設(shè)置4個處理，每處理8個重復(fù)，每重復(fù)1株幼苗。將幼苗從塑料杯中移入塑料桶，每個塑料桶作為1個分根室，并保持原有的分根方式，填入滅菌河沙。移栽完成后，每2天對每個分根室施澆1次700 mL蒸餾水，隔天澆灌1 次45 mL Hoagland 營養(yǎng)液。8月7日—8月22日，用0．1 mol/L 的HCl 和0．1mol/L 的NaOH 溶液將土壤環(huán)境調(diào)節(jié)至4．5。8月23日開始進行脅迫處理，每6 天為1 個處理循環(huán)，第1 天施澆pH 4．5的HCl溶液，第2天進行不同磷鋁處理（表1），第3天施澆pH 4．5的HCl溶液，第4天施澆Hoagland營養(yǎng)液，第5天施澆pH 4．5的HCl溶液，第6天空白（不做任何處理）。不同磷鋁處理中，設(shè)置2個磷濃度，分別為0．1和0．02 g/L P3+，0．12 g/L Al3+為鋁脅迫濃度；處理C 中，分根室1 和分根室2 的總磷添加量為0．1 g/L P3+。試驗濃度的設(shè)置綜合考慮了課題組之前的研究及其他植物相關(guān)研究中設(shè)置的試驗濃度[14-15]。

1．4 指標(biāo)測定

1．4．1 生物量的測定

2018年12月20日，將洗凈的根、莖和葉放入烘箱內(nèi)，在105 ℃條件下殺青30 min，之后將溫度調(diào)至80 ℃烘干稱量，3 次稱量結(jié)果恒定后分別記錄葉干重、莖干重、分根室1 根干重和分根室2 根干重，總生物量為所有干重之和。

表1 試驗處理Tab.1 Experimental treatments(g/L)

1．4．2 鋁含量的測定

2018年12月25日，將烘干保存的植株整體用粉碎機磨粉后，用孔徑為0．25 mm 的篩子過濾，稱取0．1 g 樣品，采用H2SO4-H2O2消煮法消煮和鉻天青顯色法測定[16]。

1．4．3 鋁濃度的計算

鋁濃度（μg/g）=鋁含量（μg）/生物量（g）。

1．5 數(shù)據(jù)處理

采用Word 和Excel 進行記錄與統(tǒng)計；采用Sigma Plot 12．5、SPSS 20．0 和DPS 9．50 進行制圖 與分析；采用ANOVA檢驗進行方差分析；采用Duncan新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同處理對鋁脅迫下尾巨桉DH32-29 幼苗生物量的影響

尾巨桉DH32-29 幼苗的葉干重表現(xiàn)為A＞B＞C＞D，組間差異不顯著，處理B 和C 的葉干重幾乎一樣，處理A 比D 高13．47%；莖干重表現(xiàn)為A＞B＞C＞D，處理A 和B 的莖干重顯著高于處理C 和D（P＜0．05），處理A 與D 的差異最大（36．43%）（圖1）。

圖1 不同處理葉和莖的生物量Fig.1 Biomass of leaves and stems in different treatments

不同處理的分根室中根干重存在差異。分根室1 的根干重表現(xiàn)為A＞B＞D＞C，組間差異不顯著；分根室2 的根干重表現(xiàn)為C＞A＞B＞D，處理C顯著高于其他處理（P＜0．05），處理A、B和D 之間差異不顯著；處理C 分根室1 和2 的根干重差異不顯著，其他3 組均表現(xiàn)為分根室2 的根干重顯著小于分根室1（P＜0．05）（圖2）。

幼苗總生物量表現(xiàn)為A＞B＞C＞D，組間差異不顯著（圖3）。

圖2 不同處理根系的生物量Fig.2 Biomass of root system in different treatments

圖3 不同處理的總生物量Fig.3 Total biomass in different treatments

2．2 不同處理對鋁脅迫下尾巨桉DH32-29 幼苗鋁含量和濃度的影響

尾巨桉DH32-29 幼苗葉片中的鋁含量表現(xiàn)為B＞C＞D＞A，處理B 和C 的鋁含量顯著高于處理A（P＜0．05）；莖的鋁含量表現(xiàn)為A＞D＞B＞C，處理A 和D 的鋁含量顯著高于處理C（P＜0．05）（圖4）。分根室1 中，根系的鋁含量表現(xiàn)為D＞B＞A＞C，處理間差異不顯著；分根室2 中，根系的鋁含量表現(xiàn)為C＞B＞D＞A，處理C 顯著高于其他處理（P＜0．05）。

圖4 不同處理的鋁含量Fig.4 Aluminium contents in different treatments

葉片中的鋁濃度表現(xiàn)為B＞C＞D＞A，處理B、C 和D 的鋁濃度與未添加外源鋁的處理A 差異顯著（P＜0．05）；莖的鋁濃度表現(xiàn)為D＞A＞C＞B，處理D 與其他處理差異顯著（P＜0．05）（圖5）。分根室1中，根系的鋁濃度表現(xiàn)為D＞B＞C＞A，處理D 顯著高于其他處理（P＜0．05）；分根室2 中，根系的鋁濃度表現(xiàn)為B＞D＞C＞A，處理A 顯著低于其他處理（P＜0．05）。

圖5 不同處理的鋁濃度Fig.5 Aluminium concentrations in different treatments

將莖和葉部分歸為地上部分，根部分歸為地下部分，進行比較。4 個處理的地上部分鋁濃度均低于地下部分鋁濃度；地上部分鋁濃度表現(xiàn)為D＞B＞C＞A；地下部分鋁濃度表現(xiàn)為D＞C＞B＞A（圖6）。處理A的地上和地下部分鋁濃度均顯著低于其他處理（P＜0．05）。同一處理的地下部分鋁濃度均顯著高于地上部分（P＜0．05）。

植株整體的鋁濃度與地下部分鋁濃度有相同的表現(xiàn)。植株整體鋁濃度表現(xiàn)為D＞C＞B＞A，處理A顯著低于其他處理（P＜0．05）（圖7）。

圖6 不同處理植株地上和地下部分鋁濃度Fig.6 Aluminium concentrations in aboveground and underground parts of plants in different treatments

圖7 不同處理植株整體鋁濃度Fig.7 Aluminium concentration of whole plants in different treatments

3 結(jié)論與討論

磷在某些植物上表現(xiàn)出對鋁脅迫的緩解，本試驗結(jié)果表明磷能對尾巨桉DH32-29 幼苗的鋁脅迫起到緩解作用。分根試驗表明，磷對于植株鋁脅迫的緩解機制主要表現(xiàn)為兩方面，一方面磷是植物所需的大量元素，作為一種有效的肥料，磷的添加有利于植物的生長，緩解其缺磷狀態(tài)；另一方面在酸性環(huán)境下，鋁容易與土壤中的PO3-4螯合，形成AlPO4沉降，降低游離Al3+的濃度，從而緩解鋁脅迫對植株的傷害[17]。相比0．02 g/L 磷添加的處理，0．1 g/L磷添加的植株生物量較高，鋁濃度較低，說明0．1 g/L 磷添加的植株有更強的耐鋁性。

在生物量方面，從根、莖、葉和總體情況的表現(xiàn)來看，鋁脅迫抑制了根系對營養(yǎng)元素的吸收利用，影響桉樹幼苗的生長；處理B 和C 的總生物量高于處理D，說明磷的添加在一定程度上緩解了鋁脅迫；處理B 和C 施加相同含量的磷和鋁，但分根室2 的根生物量間差異顯著，可能是因為根系對磷元素的吸收利用不同。

比較處理B、C 和D，添加了0．1 g/L 磷的處理在植株整體的鋁濃度上低于添加了0．02 g/L 磷的處理，表明添加磷能緩解尾巨桉DH32-29 幼苗的鋁脅迫。處理A 和B 分根室1 根系的鋁濃度相近，而添加了鋁的處理B 分根室2 根系的鋁濃度顯著大于處理A，說明鋁不會在根系間跨位轉(zhuǎn)移。

比較所有4 組處理的數(shù)據(jù)得知，0．1 g/L 磷添加的處理可以一定程度降低尾巨桉DH32-29 幼苗莖和根的鋁濃度，從而降低鋁對植株造成的損害，其效果優(yōu)于少量磷添加的處理。