铝胁迫对橡胶苗生理和叶绿素荧光特性的影响

发布时间：2019-12-14所属分类：农业论文浏览：1次

摘 要： 摘要 热带酸性土壤中铝毒非常普遍，其对橡胶树生长的影响尚不清楚.采用盆栽砂培试验研究了铝离子对橡胶苗生理和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:当铝浓度高于200mmolL-1时，橡胶苗细胞质膜透性、叶片游离脯氨酸和可溶性糖含量显著提高，相对含水量、过氧化氢

　　摘要  热带酸性土壤中铝毒非常普遍，其对橡胶树生长的影响尚不清楚.采用盆栽砂培试验研究了铝离子对橡胶苗生理和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:当铝浓度高于200mmol·L-1时，橡胶苗细胞质膜透性、叶片游离脯氨酸和可溶性糖含量显著提高，相对含水量、过氧化氢酶和过氧化物酶活性、叶片叶绿素a含量、叶绿素最大荧光、PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数和光合电子传递速率显著降低;当铝离子浓度低于100mmol·L-1时，不同处理间橡胶苗生理和叶绿素荧光特性差异较小或不明显.说明橡胶树是较为耐铝的植物，铝离子对橡胶苗造成伤害的阈值在100～200mmol·L-1;超过这一浓度，会造成橡胶苗不可逆的伤害.

　　关键词  橡胶树;铝毒;抗氧化酶;渗透调节物质;叶绿素荧光

　　铝是地壳中含量最丰富的大量元素，通常以难溶性的硅酸盐或氧化铝形式存在，但在酸性条件下(pH<5时)会形成可溶性铝，对大多数植物产生毒害[1].王敏等[2]研究发现，茶树(Camelliasinensis)对铝的耐受度为1.0mmol·L-1，吴琼鸯等[3]和于翠平等[4]的研究也验证了这一观点;徐圆圆等[5]研究表明，4.4mmol·L-1铝离子处理可对桉树(Eucalyptusrobusta)造成不同程度伤害，秋茄在10mmol·L-1铝浓度胁迫下表现出最大适应性[6];李朝苏等[7]认为，当铝浓度≤100mg·L-1时，可降低荞麦(Fagopyrumesculentum)种子细胞膜透性，促进种子萌发，5000mg·L-1铝处理时荞麦发芽指数降低.而石贵玉[8]发现，当铝浓度低于50μmol·L-1时促进水稻(Oryzasativa)幼苗生长，反之则受到抑制.可见，不同作物对铝的耐受度差异很大.

　　橡胶树作为目前唯一大面积种植生产天然橡胶的植物[9]，主要分布在热带和亚热带地区.该区土壤呈酸性，且酸化程度正在加剧[10]，但橡胶树对铝的耐受度以及铝对橡胶树的生理、叶片光合特性等的影响并未引起广泛关注，仅见张晗等[11]通过河沙盆栽培养试验研究了铝对橡胶苗部分生理参数的影响，发现橡胶树对铝的耐受浓度高达200mmol·L-1(远高于其他作物)，铝对橡胶树叶绿素的影响最大.由于张晗等[11]使用的培养基质河沙具有缓冲作用，会使测定的铝耐受度发生偏移，且未测定叶绿素荧光等参数.本研究利用石英砂盆栽试验进一步研究了不同浓度铝营养液处理对橡胶苗生理特性和叶绿素荧光特性的影响，以期进一步确定橡胶苗对铝的耐受范围，为下一步研究铝对橡胶树产胶特性的影响以及橡胶树解除铝毒机制奠定基础.

　　1材料与方法

　　1.1试验设计

　　试验于2017年8—9月在海南省儋州市中国热带农业科学院橡胶研究所试验基地的塑料大棚内进行.大棚仅用于遮挡雨水，四周开放，温度和湿度并未做控制，棚内温度光照25～35℃，湿度60%～80%.橡胶苗采用桶栽砂培试验，桶的规格为上部直径30cm，下部直径20cm，高23cm，底部设有6个6mm孔径的小孔，便于排水.培养基质为粒径2～4mm的石英砂，使用前用0.5%盐酸浸泡24h，并用自来水冲洗至中性，晒干，过5mm筛，每桶装砂10kg.选用生长一致的2蓬叶热研7-33-97橡胶树袋装组培苗，每桶移栽1株，培养前用水冲洗干净橡胶苗根系.塑料桶置于装有营养液的塑料盆中，每盆装营养液2L，用增氧泵一直通气，控制桶的下端泡在2～5cm的营养液中，预培养时间为5d.预培养液采用pH为5.5的Hoagland营养液，并在培养液中加入40μmol·L-1AlCl3·6H2O以克服铝胁迫可能造成的休克作用[12].胁迫培养营养液中铝(AlCl3·6H2O)浓度和pH值如表1所示，胁迫处理5d后进行橡胶苗各生理指标的测定.试验采用随机区组设计，每个处理选取8株橡胶苗，共计56株.

　　1.2项目测定与方法

　　每个处理结束后收获4株橡胶苗，按根系、茎干和叶片3个部分测定含水率，另外收获4株橡胶苗用于测定其他各项指标.相对含水率采用烘干法测定，样品称鲜质量后在105℃杀青30min，70℃烘干至恒质量，测定干物质量;相对电导率采用电导率仪测定;过氧化氢酶(CAT)活性测定采用过氧化氢还原法[12]，以1min内OD减少1.0为一个酶活单位U;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法[13]，将每minOD增加1.0定义为1个酶活单位U;可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[14];游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法[14];可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[14];丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法[14];叶绿素含量采用丙酮提取法测定.叶绿素荧光参数在铝胁迫培养第5天9:00—11:00进行，每盆取完全展开的倒3叶，用PAM-2100便携式叶绿素荧光分析仪(Germany)测定，测定前用叶夹夹在测定叶片的中部，暗适应30min，测定时光化学强度为400μmol·m-2·s-1，饱和闪光强度为1000μmol·m-2·s-1，测定指标有:叶绿素最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)和光合电子传递速率(ETR)[15].

　　1.3数据处理

　　采用Excel2010和SAS8.0软件对数据进行统计分析，采用单因素(one-wayANOVA)和Duncan法进行方差分析和多重比较(α=0.05)，利用Origin2017软件作图，图表中数据为平均值±标准差.

　　2结果与分析

　　2.1铝胁迫对橡胶苗根系和叶片生化特性的影响

　　2.1.1铝胁迫对橡胶苗CAT和POD活性的影响不同浓度铝胁迫5d后，橡胶苗根系CAT活性差异不显著，其变化范围为0.76～1.88U·g-1·min-1，但叶片CAT活性存在显著差异(图1).T6和T7处理橡胶苗叶片CAT活性分别为3.28和3.61U·g-1·min-1，显著低于其他处理(17.94～24.82U·g-1·min-1);叶片CAT活性是根系CAT活性的3.66～14.87倍.

　　随着铝浓度增加，不同处理橡胶苗根系POD活性存在显著差异，T2～T7处理橡胶苗根系POD活性呈直线降低趋势;T7处理橡胶苗根系POD活性显著低于T1～T4处理，T6处理橡胶苗根系POD活性显著低于T1～T3处理，T1～T5处理间差异不显著;橡胶苗根系POD活性变化范围为43.77～104.88U·g-1·min-1.不同处理橡胶苗叶片POD活性差异不显著，变化范围为144.32～173.27U·g-1·min-1，是根系POD活性的1.38～3.30倍.

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　　2.1.2铝胁迫对橡胶苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响由图2可以看出，随着铝浓度增加，橡胶苗根系可溶性糖含量整体呈下降趋势，而叶片可溶性糖含量呈上升趋势;不同处理间根系和叶片可溶性糖含量均存在显著差异.在橡胶苗根系中，T7处理可溶性糖含量最低，为3.42mg·g-1，显著低于T1～T4处理;T6处理可溶性糖含量为9.26mg·g-1，显著低于T1、T3和T4处理;T1和T3处理可溶性糖含量最高，分别为27.19和26.53mg·g-1，显著高于T5、T6和T7处理.在橡胶苗叶片中，T7处理可溶性糖含量最高，为186.08mg·g-1，是其根系含量的54.47倍，显著高于其他处理;T1～T6处理可溶性糖含量差异不显著.

　　不同浓度铝胁迫对橡胶苗根系可溶性蛋白含量产生显著影响;T5、T6和T7处理间根系可溶性蛋白含量差异不显著，但显著低于T1和T4处理;T1～T4处理间根系可溶性蛋白含量差异不显著.不同浓度铝胁迫对橡胶苗叶片可溶性蛋白含量影响不显著，变化范围为21.31～24.99mg·g-1，是根系可溶性蛋白含量的2.21～3.83倍.

　　2.1.3铝胁迫对橡胶苗游离脯氨酸、MDA含量和相对电导率的影响由图3可以看出，不同浓度铝胁迫对橡胶苗根系游离脯氨酸含量影响不显著，但对叶片游离脯氨酸含量有显著影响.根系游离脯氨酸含量变化范围为0.31～0.66mg·g-1，叶片游离脯氨酸含量变化范围为3.42～40.67mg·g-1.随着铝浓度增加，叶片游离脯氨酸含量总体呈上升趋势;T1处理叶片游离脯氨酸含量最低，显著低于T4～T7处理;T6和T7处理含量最高，显著高于其他处理.

　　随着铝浓度的增加，橡胶苗根系和叶片MDA含量均呈先升后降的变化趋势，不同处理间MDA含量存在差异显著.在橡胶苗根系中，T4处理MDA含量最高，为11.15nmol·g-1，显著高于T1、T2、T5、T6和T7处理;T6和T7处理MDA含量最低，分别为4.25和4.34nmol·g-1，显著低于T1～T4处理.在橡胶苗叶片中，T7处理MDA含量最低，为15.71nmol·g-1，显著低于其他处理;T1～T6处理间差异不显著.橡胶苗叶片MDA含量是根系MDA含量的3.62～19.72倍.

　　不同浓度铝胁迫5d后，橡胶苗根系、茎干和叶片相对电导率整体均随着铝浓度的增加而增大，且不同处理间存在显著差异.在橡胶苗根系中，T6和T7处理相对电导率分别为59.6%和64.4%，显著高于其他处理;T1处理相对电导率为21.7%，显著低于T4～T7处理;其他处理间差异不显著.在茎干和叶片中，T6和T7处理相对电导率显著高于其他处理;在茎干中，T6和T7处理相对电导率分别是39.9%和46.2%，其他处理变化范围为21.6%～27.4%;在叶片中，T6和T7处理相对电导率分别是58.9%和61.7%，其他处理为5.1%～10.1%.

　　2.2铝胁迫对橡胶苗光合生理特性的影响

　　2.2.1铝胁迫对橡胶苗叶片叶绿素含量的影响铝胁迫显著降低橡胶苗叶片中叶绿素a含量，对叶绿素b和叶绿素总含量影响不显著(表2).随着铝浓度增加，橡胶苗叶片中叶绿素a含量整体呈下降趋势;T1处理橡胶苗叶片中叶绿素a含量最高，为2.88mg·g-1，显著高于T6和T7处理，增幅分别为28.6%和44.0%;T7处理叶绿素a含量最低，为2.00mg·g-1，显著低于T1、T2和T3处理，降幅分别为30.6%、29.3%和30.3%.

　　2.2.2铝胁迫对橡胶苗叶片叶绿素荧光特性的影响

　　由表3可以看出，铝胁迫对橡胶苗叶片最大荧光、PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数和光合电子传递速率有显著影响.铝胁迫5d后，T6和T7处理叶片最大荧光、PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数和光合电子传递速率极显著低于T1～T5处理，且T6和T7处理叶片叶绿素荧光特性差异不显著，T1～T5处理间差异不显著.

　　2.3铝胁迫对橡胶苗生物量和相对含水量的影响

　　由表4可以看出，铝胁迫对橡胶苗各器官和整株鲜质量以及干质量影响不显著.不同处理间橡胶苗根系和茎干相对含水量差异不显著，但叶片和整株相对含水量存在极显著差异;T6和T7处理叶片相对含水量分别为38.4%和37.1%，显著低于其他处理(63.6%～65.4%);T5、T6和T7处理随着铝浓度的增加橡胶苗整株相对含水量显著降低，且T7处理显著低于其他处理，为57.7%.橡胶苗各器官中，根系相对含水量最高，为71.1%～77.3%;其次是茎干，为61.7%～66.4%;叶片相对含水量最低.