铝胁迫对八仙花离体植株质膜透性与抗氧化系统的影响

彭尽晖，陈海霞，龚雯，傅微

(1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.北京大学城市与环境学院，北京 100085)

铝是地壳中最丰富的金属元素，约占总质量的7%[1]。铝在酸性土壤中容易大量溶解，产生具有生物毒性的Al3+，对植物产生毒害。八仙花是一种观赏价值高的园林植物，也是一种铝积累植物。周红灿[2]采用扦插苗水培的方法，对八仙花7 个品种进行铝胁迫处理，并经过综合评价，筛选出对铝胁迫耐性最强的品种‘Coerulea’。笔者在该研究的基础上，研究‘Coerulea’ 的抗铝特性，以期为‘Coerulea’的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试材为八仙花H. macrophylla ‘Coerulea’组培苗。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

MS 培养基加激素培养八仙花组培苗。采用AlCl3溶液作为胁迫液，共设置9 个处理浓度，分别为0.00(CK)、0.15、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mmol/L。将试材置于湖南农业大学观赏园艺研究所的组培室内，培养温度25℃，光源为日光灯，光照度约为2 000 lx，光暗比为12 h∶12 h。培养1 个月后测定各生理指标，4 个月后比较其形态差别。

1.2.2 测定指标及方法

测定指标有超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、细胞膜透性(IL)和游离脯氨酸(Pro) 含量。测定方法对张治安[3]、萧浪涛[4]的方法稍作改动。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2003、SPSS13.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 铝胁迫下八仙花组培苗形态的变化

经铝胁迫1 个月后，八仙花组培苗均略有成长。随着铝处理浓度的变化，组培苗叶片颜色变浅，3～5 mmol/L 处理浓度叶片的症状比较明显，出现失绿甚至白化、枯红的现象(图1)。

图1 铝胁迫1 个月后八仙花组培苗的形态

铝胁迫4 个月后，组培苗的生长出现了明显变化，长出了根。其中，0.25～1.00 mmol/L 处理的组培苗比对照生长更茂盛高大，以0.25 mmol/L 处理为最，可能该浓度的铝离子有利于组培苗的生长。处理浓度高于3 mmol/L 后，组培苗叶片失绿严重，甚至枯萎死亡，少有根生成，说明八仙花组培苗在浓度高于3 mmol/L 的铝处理下伤害严重，无法生长、存活。

图2 胁迫4 个月后八仙花组培苗的形态

2.2 铝胁迫对八仙花组培苗质膜透性的影响

由图3 可见，处理浓度大于2 mmol/L 后相对电导率出现较大上升，在3 mmol/L 时出现峰值0.382%，说明处理浓度大于2 mmol/L 后，细胞质膜透性加大，植物体受伤程度大；铝处理浓度为0～2 mmol/L 时，八仙花组培苗叶片的相对电导率呈平缓的上下波动，说明在这个浓度区间内组培苗细胞膜的透性基本完好，受铝胁迫伤害不大。

图3 铝胁迫下八仙花组培苗的细胞膜透性

由图4 可见，铝胁迫下丙二醛含量的变化有一定波动，在0.15 mmol/L 铝处理浓度下MDA 含量达到最小值0.056 μmol/g(鲜重)，在4 mmol/L 铝处理浓度下MDA 含量突然急升，铝处理浓度为5 mmol/L时，MDA 含量达到峰值 0.913 μmol/g。在胁迫浓度范围内，MDA 含量的变化明显。

图4 铝胁迫下八仙花组培苗的丙二醛含量

2.3 铝胁迫对八仙花组培苗抗氧化系统的影响

由图5 可见，SOD 活性的变化随着铝处理浓度的增大而上下波动，无明显规律，这可能是八仙花内部的抗铝机制在起作用，能够逐渐调整对高浓度铝的适应性。当胁迫浓度达2 mmol/L 时SOD 出现最大值184.395 U/g(鲜重)；当铝处理浓度为0.15 mmol/L 时，SOD 活性出现最小值20.807 U/g。

图5 铝胁迫下八仙花组培苗的SOD 活性

由图6 可见，POD 活性在0～1 mmol/L 处理浓度较为平缓地下降；当铝处理浓度为1 mmol/L 时，POD 活性出现最小值125.7 U/(g·s)；当铝处理浓度为0 mmol/L 时，POD 活性出现最大值432.5 U/(g·s)。在1～4 mmol/L 铝处理浓度，POD 活性上升，处理浓度大于4 mmol/L 后，POD 活性又开始下降，说明植株POD 活性容易受铝胁迫浓度影响，并能产生一定的耐受性。

图6 铝胁迫下八仙花组培苗的POD 活性

由图7 可见，在0～1 mmol/L 胁迫浓度内，脯氨酸含量变化不明显，铝胁迫浓度为1 mmol/L 时，脯氨酸含量降到最低，为162.804 μg/g；＞1～4 mmol/L 处理浓度下，脯氨酸含量开始大幅度上升，4 mmol/L 时脯氨酸含量最高，为1 215.988 μg/g，此时的脯氨酸含量为对照的6 倍；之后，脯氨酸含量开始减少。

图7 铝胁迫下八仙花组培苗的脯氨酸含量

3 结论与讨论

随着土壤酸化问题趋于严重，国内外学者开始关注铝在酸性环境中对植物生长所造成的影响，并从铝的存在形态、铝毒机制、植物耐铝毒机理及影响铝毒效应的因素[6]、铝的植物毒性、植物铝毒害的症状、植物铝毒害的生理生化反应[7]、植物体自身缓解环境铝威胁的不同途径[8]等方面进行了研究。铝胁迫对植物的影响是个复杂的生理、生化过程。植物在铝胁迫逆境下，其形态特征、质膜透性与抗氧化系统都会发生相应的变化，并在一定范围内进行调整和适应，以增加自身的抗逆性。

植物受到环境胁迫时，植物体内活性氧产生与清除将处于不平衡状态，自由基积累，细胞膜透性增加，相对电导率增大，MDA与细胞内各种成分发生反应，出现波动变化，植物代谢出现紊乱，并在高胁迫浓度下导致膜结构和生理机能的破坏。

供试组培苗随着AlCl3浓度的增加，耐受胁迫的能力逐渐下降，各项生理指标也发生相应的变化，并通过外在的形态特征表现出来。整体而言，八仙花H. macrophylla ‘Coerulea’组培苗对AlCl3的胁迫作用具有较好的抗性，其耐受铝胁迫的浓度较高，对铝的耐受度可以达到2 mmol/L。

[1]杨建立，何云峰，郑绍建．植物耐铝机理研究进展[J]．植物营养与肥料学报，2005，11(6)：836–845．

[2]周红灿．八仙花铝胁迫下的生理特性研究[D]．长沙：湖南农业大学，2008．

[3]张治安，陈展宇．植物生理学实验技术[M]．长春：吉林大学出版社，2008．

[4]萧浪涛，王三根．植物生理学实验技术[M]．北京：中国农业出版社，2005．

[5]陈莉，周连霞，马锋旺，等．转MnSOD 基因仙客来植株的获得及其对高温胁迫的抗性[M]．西北农林科技大学学报：自然科学版，2008，36(3)：155–160．

[6]任立民，刘鹏，谢忠雷，等．植物对铝毒害的抗逆性研究进展[J]．土壤通报，2008，39(1)：177–181．

[7]肖祥希，刘星辉，杨宗武，等．植物铝毒害研究进展[J]．福建林业科技，2004，31(4)：94–99．

[8]张帆，罗承德，张健．植物铝胁迫发生机制及其内在缓解途径研究进展[J]．四川环境，2005，24(3)：64–69．