氮磷钾配比施肥对巨尾桉叶片及根系有机酸质量分数的影响1)

2016-12-19 09:02:11胡厚臻李桃祯李茹侯文娟陈鑫滕维超王凌晖
东北林业大学学报 2016年11期
关键词:苹果酸有机酸柠檬酸

胡厚臻 李桃祯 李茹 侯文娟 陈鑫 滕维超 王凌晖

(广西大学,南宁,530000)



氮磷钾配比施肥对巨尾桉叶片及根系有机酸质量分数的影响1)

胡厚臻 李桃祯 李茹 侯文娟 陈鑫 滕维超 王凌晖

(广西大学,南宁,530000)

采用正交L9(34)试验设计,研究不同氮(N)磷(P)钾(K)配比施肥下巨尾桉GL9(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)叶片、根系中有机酸种类及质量分数和根系有机酸酶活性。结果表明:叶片有机酸质量分数是根系的4.03~6.64倍;与对照(CK)相比,N3P2K1、N2P3K1的叶片有机酸质量分数分别比CK低7.44%和19.70%,其余配比均比CK高;而根系中N1P2K2、N1P3K3、N2P3K1的有机酸质量分数比CK低22.02%~31.07%,有机酸质量分数越低,表明巨尾桉的养分越均衡,肥料的元素配比越合理。叶片中苹果酸、柠檬酸、乙酸占所有酸的85.21%~95.32%,根系中苹果酸及柠檬酸占所有酸的54.99%~85.21%。相关分析表明,叶片与根系的总有机酸质量分数均与苹果酸、柠檬酸显著相关(p<0.05),这两种酸作为巨尾桉的优势酸,可能是植物遭受养分胁迫的指示型酸;而有机酸酶PEPC、NAD-IDH酶活性与根系有机酸质量分数显著相关(p<0.05),PEPC是促进巨尾桉根系苹果酸、柠檬酸积累的重要酶,NAD-IDH是与有机酸分解相关的酶。N素和P素是影响有机酸的主要因子,高氮低磷的配比加剧植物养分胁迫,产生更多的有机酸。综合分析表明,中氮高磷低钾的配比即N2P3K1遭受的养分胁迫最小,有机酸的质量分数最低,推荐最佳N、P2O5、K2O施肥量分别为15、9、6 g·株-1。

巨尾桉;氮磷钾配比;有机酸;有机酸酶

A fertilization experiment was tested using an L9(34) orthogonal design and regression analysis to study the effects of the different combined fertilization of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) on the characteristics of organic acids in roots and leaves ofEucalyptusgrandis×E.urophylla, and the activities of acid-metabolizing of roots. The content of organic acid in leaves was 4.03-6.64 times of that of the roots. Compared with CK, the organic acid contents in leaves of N3P2K1and N2P3K1were 19.70% and 7.44% lower than that of CK, and the rest ratio was higher than CK. The organic acid contents of N1P2K2, N1P3K3and N2P3K1in roots were 22.02%-31.07% lower than that of CK. The lower the organic acid content, the more balanced the nutrient, the more reasonable the element ratio of the fertilizer. The malic acid, citric acid and acetic acid accounted for 85.21%-95.32% of all acids in the leaves, Malic acid and citric acid accounted for 54.99% to 85.21% of all acids in root system. By correlation analysis, the total organic acid content of leaves and roots was significantly correlated with malic acid and citric acid (p<0.05), and those two acids, as the dominant acids of the eucalyptus, may be instruction type acid plant suffer from stress. Organic acid enzyme PEPC, NAD-IDH enzyme activity was associated with a significant root organic acid content (p<0.05), PEPC was to promote the root, malic acid, citric acid accumulation of key enzyme, NAD-IDH was related to the decomposition of organic acid enzymes. N and P is the main factor affecting the organic acid content, high nitrogen and low ratio of phosphorus increased plant nutrient stress and produce more organic acid. By comprehensive analysis, the ratio of high phosphorus and low potassium and potassium N2P3K1suffered the least nutrient stress, organic acid content was the lowest, recommended the best fertilization amount for N, P2O5and K2O were 15, 9 and 6 g per seedling.

植物在生长的过程中其不同的组织往往都会通过产生许多重要生理产物来调节自身的生命活动,其中有一种重要的物质就是有机酸,如苹果酸、草酸、柠檬酸、丁二酸、酒石酸、乙酸、乳酸等[1]。植物组织中的有机酸不但参与了光合作用和呼吸作用,还参与了植物体内元素的吸收、运输、积累等代谢过程,而且在应对养分丰缺、金属胁迫等过程中扮演着重要的角色[2-3]。因此,可以根据植物体内有机酸种类和质量分数的变化,对植物所进行的生命活动和所处的环境进行一定的诊断。目前,对有机酸的研究已成为了植物生理学和植物营养学的一个热点领域。

桉树(Eucalyptus)是华南地区短周期工业原料林的首选树种,占广西商品材总产量的70%以上,而巨尾桉GL9(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是广西种植量最大的优良、速生人工林树种[4]。施肥是桉树人工林速生、丰产最为重要的人为经营措施。然而,在桉树经营管理过程中,人们往往选择传统的平均施肥方法,造成苗木生长前期因施肥过多产生“肥害”,到后期施肥不足造成生长不良,甚至表现出各种病状,如叶片的缺素症[5]。研究表明,植物养分的丰缺,一定程度上会对植物体内有机酸的种类及质量分数产生影响,植物体内有机酸的合成、积累、转运和分泌的变化是对环境变化的一种响应[6-8]。如对毛竹进行不同的施肥处理之后,发现其根系中苹果酸、柠檬酸、草酸和丁二酸质量分数会发生一定的变化,且不同的处理间有机酸质量分数存在一定的差别,同时随着氮素质量分数的增加会促使苹果酸、丁二酸质量分数的增加[9]。目前,有关桉树施肥方面的研究有很多,但在其有机酸方面仅有少数关于在磷铝胁迫下桉树根系有机酸分泌的研究[10],而针对在不同施肥条件下,桉树的有机酸分泌会产生如何的响应,却少有研究。故文中通过对桉树进行苗期施肥试验,探讨不同施肥配方对巨尾桉叶片、根系有机酸代谢和有机酸代谢酶活性的影响,同时通过从有机酸变化的角度来进行一个最优施肥配方组合的筛选。

1 试验地概况

试验地点位于广西壮族自治区南宁市广西大学林学院教学实践苗圃(22°50′~22°51′N,108°17′~108°18′E),海拔78 m。气候温暖湿润,属于亚热带季风气候区,气候温和,冬短夏长,年均无霜期约330 d,年平均气温21.7 ℃,最冷月份(1月份)平均气温12.5 ℃,最热月份(7—8月份)平均气温28.7 ℃。一般夏季潮湿,冬季稍显干燥,年平均相对湿度约为79%;平均每年有1 827 h的日照,日照百分率约为41%,平均每年有高达1 304.2 mm的降水量。试验于2014年4月份—2015年10月份进行,在广西南宁高峰林场桉树林中采集一批去除表土的偏酸性砖红色土壤,土壤经自然风干、打碎、过筛,V(红壤土)∶V(河沙)=3∶1混匀作为栽培基质,土壤的基本营养状况为有机质11.14 g·kg-1、全氮0.41 mg·g-1、全磷0.27 mg·g-1、全钾11 mg·g-1、碱性氮41.63 mg·kg-1、速效磷3.17 mg·kg-1、速效钾23.64 mg·kg-1,pH值4.5。

2 材料与方法

用长势健康一致的2个月苗龄的巨尾桉广林9号无性系组培苗为供试材料(平均高度为(24±3)cm,地径(2.9±0.4)mm),于2014年3月28日,栽植于55 cm(径)×47 cm(高)的红棕色塑料盆中,每盆装土25 kg,每盆一棵。缓苗1周后,采用L9(34)正交试验设计[11],以不施肥为对照(CK),共10个处理,每个处理20个重复,共计200盆。于2014年4—10月份,进行施肥处理,每两周施肥1次(每次等量平均施肥),共施肥12次。试验所用氮肥、磷肥、钾肥分别为尿素(N:46.67%)、过磷酸钙(P2O5:20%)、氯化钾(K:52.7%),具体处理见表1和表2。

表1 施肥试验因素水平 g·株-1

注:按纯N、P、K施肥量计算。

表2 施肥试验正交设计L9(34) g·株-1

在施肥结束后两周(2014年10月24日)采样进行试验,植物组织有机酸的提取参考蒸馏水提取法[12]。以植株顶芽开始的第4~8片完全展开的新鲜功能叶片、相应植株根系中长度为0~3 cm的根尖,将叶片和根系分别剪碎、混合均匀后,每个指标5个重复,每个重复叶片和根系分别为0.5、0.2 g;加2 mL超纯水和少量石英砂,冷冻研磨至匀浆,分3次加1 mL超纯水移入离心管,4 ℃下5 000 r·min-1离心30 min,取上清液过2 mL H+型阳离子交换树脂(Aberlite IR-120B,USA)的阳离子交换柱(15 mm×11 cm),再经过戴安预处理小柱(RP,USA),经过0.45 μm的水系微孔滤膜,最后上机进行离子色谱仪(IC-5000,USA)测定。

有机酸测定条件:分析柱是AS11-HC(4×250 mm),保护柱是AG11-HC(4×50 mm);流动相,KOH梯度淋洗液,流速为1.2 mL·min-1;ASRS_4mm型抑制器再生模式,CD电导检测器,EG-30淋洗液发生器,柱温35 ℃,进样量25 μL。建立标准曲线,以峰面积定量。制作标准曲线药品均为Aladdin色谱纯级别产品。

根系有机酸酶液的提取与测定方法参考Harris et al.[13]和罗安才等[14],略有修改。用新鲜根尖(0~3 cm)0.2 g制备酶液:细胞质乌头酸酶液(Cyt-Aconitase)、线粒体乌头酸酶(Mit-Aconitase)、NAD-异柠檬酸脱氢酶(NAD-IDH)、NAD-苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶(PEPC)。

有机酸酶活性的测定方法:将以上酶液与相应反应底物混合成3 mL的反应体系,立即用lambda35 UV-Vis型紫外分光光度计测定吸光度,0.02 s为单位连续扫描3 min,以每分钟吸光度变化0.001为一个每单位,有机酸酶活性根据根尖鲜质量测得,单位为U·g-1·min-1。

试验数据在Excel 2003统计软件中进行整理和作图,采用DPS软件进行正交方差分析,Duncan法进行多重比较,在SPSS19.0统计软件中采用Pearson相关系数进行相关分析。

3 结果与分析

3.1 有机酸标准品的色谱图

参考蒸馏水提取植物有机酸方法,结合离子色谱仪(IC-5000,USA)进行优化色谱条件,进行有机酸的测定,标准品的色谱图如图1。以峰面积的积分值为横坐标,标准品溶液的质量浓度(mg·L-1)为纵坐标,求得线性回归方程(表3)。

1.乳酸;2.乙酸;3.甲酸;4.氯离子;5.苹果酸;6.酒石酸;7.马来酸;8.硫酸根离子;9.草酸;10.柠檬酸。

3.2 不同施肥处理下巨尾桉叶片和根系有机酸质量分数

各施肥处理对巨尾桉叶片和根系有机酸质量分数的影响见表4。巨尾桉叶片有机酸在不同施肥处理间差异极显著(F=14.815,p<0.01),根系有机酸在不同处理间差异极显著(F=12.894,p<0.01);叶片与根系中的有机酸对施肥的响应不同,各处理叶片中的有机酸质量分数明显高于根系中的有机酸质量分数;除根系有机酸质量分数低于N1P2K2外,N2P3K1的叶片和根系中的有机酸质量分数均明显低于其他试验组。其中,叶片中有机酸质量分数变化幅度较大,N1P1K1出现最大值,为7.73 mg·g-1,显著高于CK(p<0.05),是CK的1.65倍;N2P3K1出现最小值,为3.77 mg·g-1,是CK的0.803倍。叶片中有机酸质量分数由大到小的顺序为N1P1K1、N1P2K2、N3P3K2、N2P1K2、N2P2K3、N3P1K3、N1P3K3、CK、N3P2K1、N2P3K1;而根系中的有机酸质量分数与叶片呈现出不同的变化规律,最大值出现在N2P2K3组,为1.16 mg·g-1,是CK的1.346倍;N1P2K2出现最小值,为0.60 mg·g-1,是CK的0.689倍;根系中有机酸质量分数由大到小的顺序为N2P2K3、N3P1K3、N2P1K2、N3P2K1、N1P1K1、CK、N3P3K2、N1P3K3、N2P3K1、N1P2K2。

表4 不同N、P、K配方施肥对巨尾桉叶片和根系有机酸质量分数的影响

处理叶有机酸质量分数/mg·g-1根有机酸质量分数/mg·g-1N1P1K1(7.73±0.34)a(0.90±0.06)bcN1P2K2(6.27±0.58)b(0.60±0.12)dN1P3K3(4.88±0.53)de(0.67±0.11)dN2P1K2(5.31±0.39)cd(0.96±0.07)bN2P2K3(5.23±0.55)cd(1.16±0.10)aN2P3K1(3.77±0.31)f(0.63±0.05)dN3P1K3(4.93±0.23)de(1.12±0.14)aN3P2K1(4.34±0.30)ef(0.93±0.12)bN3P3K2(5.97±0.32)bc(0.75±0.09)cdCK(4.69±0.39)de(0.86±0.03)bc

注:表中数值为“平均数±标准差”;同列不同字母表示差异显著(p<0.05)。

不同氮、磷、钾水平下叶片有机酸质量分数由大到小的顺序分别为N1(6.29 mg·g-1)、N3(5.08 mg·g-1)、N2(4.77 mg·g-1),P1(5.98 mg·g-1)、P2(5.28 mg·g-1)、P3(4.87 mg·g-1),K2(5.85 mg·g-1)、K1(5.28 mg·g-1)、K3(5.01 mg·g-1)。根系有机酸质量分数由大到小的顺序分别为N3(0.94 mg·g-1)、N2(0.92 mg·g-1)、N1(0.72 mg·g-1),P1(0.99 mg·g-1)、P2(0.89 mg·g-1)、P3(0.69 mg·g-1),K3(0.99 mg·g-1)、K1(0.82 mg·g-1)、K2(0.77 mg·g-1)。N、P、K素对巨尾桉叶片有机酸质量分数的影响效应由大到小的顺序是N(p=0.000 1)、P(p=0.001 3)、K(p=0.011 6);对根系有机酸质量分数的影响效应由大到小的顺序是P(p=0.005 5)、N(p=0.037 3)、K(p=0.044 3)。P肥与N肥对根系有机酸质量分数的影响是相反的,高N低P加剧植物养分胁迫,产生更多的有机酸。

3.3 不同处理巨尾桉叶片与根系中的有机酸质量分数分配

不同施肥处理巨尾桉叶片和根系中的有机酸质量分数所占比例存在较大差异(表5)。在叶片及根系中苹果酸的质量分数所占比例最高,占所有酸的47.06%左右。叶片中检验出乙酸、甲酸、苹果酸、酒石酸、草酸、柠檬酸;其中,苹果酸、柠檬酸、乙酸为优势酸,占所有酸的85.21%~95.32%,处理9的这三种酸占比例最高,除处理4、6、8外其余处理组优势酸之和都普遍高于CK;在根系中检验出甲酸、苹果酸、草酸、柠檬酸,其中苹果酸及柠檬酸占的比例最大,为根系的优势酸,占54.99%~85.21%;除处理6的这两种酸总量低于CK外,其余处理组普遍高于CK。叶片中质量分数所占比例较高的乙酸及酒石酸,根系中没有检测到,使得根系中的草酸与甲酸比例变高。

表5 不同配方施肥下巨尾桉叶片和根系中各有机酸质量分数所占比例 %

3.4 不同施肥处理对巨尾桉根系有机酸代谢酶活性的影响

不同配比施肥处理对巨尾桉有机酸酶活性影响见表6。不同处理之间PEPC酶活性差异显著(p<0.05),各处理组的酶活性普遍比CK要高。其中,处理7活性最高,显著高于CK(p<0.05);处理3活性最低,与CK间差异不显著。巨尾桉根系中也检验出了M-ACO与C-ACO这两种乌头酸酶的同工酶。施肥可以明显提高M-ACO的活性,处理9与CK差异不显著,其他处理都与CK差异显著(p<0.05),处理2的活性最高,是CK的10.70倍,说明处理2对巨尾桉根系M-ACO的活性有显著的促进作用。而施肥对各处理的C-ACO活性的影响具有差异性,但差异并未达到显著水平,只有处理4、6的活性比CK的高,其他的都比CK要低。施肥引起NAD-IDH活性变化呈现一定的规律,低氮水平的活性普遍高于CK,且与CK的差异达到了显著水平(p<0.05);而高氮水平下的处理组活性普遍低于CK,与CK的差异也达到了显著水平,可以看出不同的氮素水平是引起NAD-IDH活性差异的重要原因。施肥对NADP-ME活性的影响为,处理1、2、6与CK的差异不大,而处理5比CK活性小,达到了差异显著水平(p<0.05),其余处理的NADP-ME活性都比CK大,处理4的活性最高,是CK的1.8倍,达到了差异显著水平(p<0.05),说明施肥处理4对酶活性具有显著的促进作用。施肥对巨尾桉根系NAD-MDH的活性有明显的促进作用,只有处理7的酶活性低于CK,是CK的0.62倍,且差异不显著,其余普遍高于CK,是CK的1.41~3.37倍,说明施肥是促进NAD-MDH活性的重要因素。

表6 不同N、P、K配方施肥对巨尾桉根系有机酸代谢酶活性的影响

处理有机酸酶活性/U·g-1·min-1PEPCM-ACOC-ACONAD-IDHNADP-MENAD-MDHCK11.67d 3.91g 29.30abc17.23cd34.26bcd68.76ef122.81bc18.17cd12.77c29.56b25.89cd160.27bc218.57cd41.80a12.77c45.17a26.48cd204.22ab317.43cd12.47ef22.95bc47.81a49.72ab231.58a426.58b26.19b44.02a22.12bc61.81a140.36cd530.35ab22.69bc28.90abc7.78e19.49d192.97ab623.96bc13.86de41.94ab19.50c24.21cd221.69a734.67a15.07de27.72abc2.66e43.38abc42.37f827.99ab13.16de23.19abc9.54de42.59abc96.77de926.67b7.34fg18.56c6.94e44.54abc210.06abN119.602c24.149a16.164b40.849a34.031b198.688aN226.964b20.910b38.284a16.469b35.170ab185.004aN329.774a11.857c23.154b6.377c43.503a116.399bR10.1712.2922.1234.479.4782.28P0.00010.00010.00010.00010.0360.0001P128.019a19.809b28.170a18.113b43.691a114.330cP225.656a25.882a21.617a20.832b29.522b164.651bP322.687b11.224c27.815a24.750a39.491a211.110aR5.3314.656.556.6314.17106.78P0.00060.00010.15070.00050.00360.0001K124.918ab15.061b25.963a19.545b30.898b159.574bK223.941b25.111a25.114a24.742a44.275a184.880aK327.482a16.743b26.525a19.418b37.531ab155.637bR3.5410.051.4115.3213.3729.24P0.01370.00010.9250.00130.00690.0098

注:表中数据根据根尖鲜质量测得;同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05);N1、N2、N3,P1、P2、P3,K1、K2、K3分别为水平1~3的均值;R为极差;P为显著性值;PEPC为磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶;M-ACO为线粒体乌头酸酶;C-ACO为细胞质乌头酸酶液;NAD-IDH为NAD-异柠檬酸脱氢酶;NADP-ME为NADP-苹果酸酶;NAD-MDH为NAD-苹果酸脱氢酶。

氮、磷、钾三因素对有机酸酶活性的影响见表6。N素除了对NADP-ME活性的影响达到显著水平(p<0.05)外,其余的都达到了差异极显著水平(p<0.01)。随着N水平的增加,PEPC、NADP-ME活性呈升高趋势,与M-ACO、NAD-IDH及NAD-MDH活性的变化趋势相反。相关分析见表7,可以看出,PEPC、NADP-ME活性分别与根系总有机酸质量分数呈正相关关系,而M-ACO、NAD-IDH及NAD-MDH活性分别与根系总有机酸质量分数呈负相关,并且随着N素水平的上升,巨尾桉根系有机酸呈现上升趋势。说明N素条件下PEPC是促进根系有机酸积累的酶,NAD-IDH是促进有机酸分解的酶,而NADP-ME、M-ACO、NAD-MDH与根系有机酸的相关性不显著,对巨尾桉根系有机酸积累与分解影响较小。而对于P、K素,PEPC与NAD-IDH的变化趋势也是相对的。有机酸随着P水平的上升逐渐减少,PEPC的酶活性降低,NAD-IDH的活性升高,有机酸合成减少,分解增多,而缺P肥条件下的巨尾桉叶片呈现紫红色,缺乏光合色素,直接影响光合作用。而K素有机酸积累与PEPC活性呈现先降低后升高趋势,NAD-IDH的活性呈先升高后降低趋势。

3.5 根系有机酸质量分数与有机酸酶活性间及叶片有机酸质量分数间的相关分析

从表7中可以看出,根系总有机酸质量分数分别与苹果酸质量分数、柠檬酸质量分数、PEPC活性呈显著正相关(p<0.05),与NAD-IDH活性呈显著负相关(p<0.05);甲酸质量分数与草酸质量分数呈极显著正相关(p<0.01),与C-ACO活性呈显著正相关(p<0.05);苹果酸质量分数分别与柠檬酸质量分数、PEPC活性呈显著正相关(p<0.05),与NAD-IDH活性呈显著负相关(p<0.05);PEPC活性与NAD-IDH活性呈显著负相关(p<0.05),与NAD-MDH活性呈负相关;其余指标之间相互关系均为不显著正相关或负相关。

表7 根系有机酸质量分数与有机酸酶活性的相关性分析

注:** 表示在0.01水平上极显著相关;*表示在0.05水平上显著相关。

从表8可以看出,叶片总有机酸质量分数除了与甲酸质量分数呈不显著负相关(p>0.05),与酒石酸质量分数呈现不显著正相关(p>0.05)外,与乙酸质量分数呈现显著正相关(p<0.05),与苹果酸、草酸、柠檬酸质量分数均呈现极显著正相关(p<0.01);乙酸、草酸、苹果酸质量分数之间互为显著正相关的关系(p<0.05),柠檬酸质量分数与酒石酸质量分数、草酸质量分数分别呈现显著正相关的关系(p<0.05);甲酸质量分数与各有机酸质量分数之间的相关性均不显著(p>0.05),其余各有机酸质量分数之间相关关系均不显著。

表8 叶片有机酸质量分数的相关性分析

注:** 表示在0.01水平上极显著相关;*表示在0.05水平上显著相关。

4 结论与讨论

目前,针对植物有机酸的研究大多集中在植物的重金属胁迫及酸铝胁迫方面[15],而植物体内养分含量的丰缺也是植物遭受胁迫的一种。目前,有关巨尾桉有机酸方面的研究较少,关于施肥对巨尾桉有机酸影响机制的研究更少。文中通过对施肥处理下的巨尾桉叶片和根系中的有机酸的种类及质量分数进行测定,发现巨尾桉叶片有机酸质量分数是根系的4.03倍~6.64倍;N2P3K1相比于其他组合,叶片及根系中的有机酸质量分数都普遍低于CK,说明元素配比较为合理,巨尾桉不需要产生更多的有机酸来活化土壤中的养分元素,而提高对养分的摄取能力来缓解体内养分元素的胁迫;而其他组合,如N1P1K1、N2P2K3则通过分泌一定量的有机酸来应对养分丰缺、胁迫及根际与土壤环境的交互过程[1]。施肥对巨尾桉有机酸生理的影响表明,不同处理间叶片有机酸质量分数差异极显著(p<0.01),根系有机酸差异显著(p<0.05),与毛竹的施肥试验中发现施肥明显促进毛竹根系有机酸的积累的结果类似[9]。而氮磷钾肥对有机酸质量分数的影响效应由大到小分别表现为N、P、K(叶片),P、N、K(根系),可见N和P素是影响巨尾桉有机酸的主要因子。N肥不足或者施入过量都会促进巨尾桉叶片及根系合成更多的有机酸,造成胁迫,相比之下,适宜多施N素引起的负面影响要小于N素缺乏,建议巨尾桉可以适当多施N肥,这与油茶[16],小麦[17]等的研究结果相似,与低N处理相比,高N水平下明显降低了有机酸质量分数。有研究表明,缺P胁迫会促进植物有机酸的分泌,植物会通过分泌有机酸来提高自身对根际土壤P的提取能力[18-19]。在此试验中发现,随着P素水平的上升,巨尾桉叶片和根系有机酸质量分数呈现递减趋势,说明施加的P素缓解了巨尾桉的缺磷胁迫。而由K素引起的叶片有机酸质量分数变化幅度最小,叶片有机酸质量分数在随着K肥的增加先升高后降低,根系有机酸呈先降低后升高的趋势,说明适量的钾肥有利于巨尾桉根系的生长,K肥不足或者过量都会造成巨尾桉的养分胁迫,巨尾桉会通过合成更多的有机酸来缓解这种养分的胁迫。

施肥会影响叶片及根系中有机酸的分布及分配,相比巨尾桉的叶片有机酸组成,根系中没有检测到乙酸、酒石酸,说明在同样的施肥条件下不同的植物组织有机酸的组成成分也会存在一定的差异。有研究表明[20],对P活化能力由大到小的顺序为柠檬酸、苹果酸、酒石酸,酒石酸对P的活化能力较小,且不同羧酸类对释放营养元素质量分数能力由大到小的顺序为三羧酸、双羧酸、单羧酸,本试验中检测到巨尾桉叶片中甲酸、酒石酸与草酸质量分数较少,不超过总量的10%,其原因可能是土壤较多地缺乏P素,植物需要生产更多的有机酸来活化周围的P;根系中草酸占较大比例,可能是由于缺少了乙酸与酒石酸的缘故。叶片苹果酸、柠檬酸、乙酸占所有酸的85.21%~95.32%,根系中的苹果酸及柠檬酸占的比例最大,占54.99%~85.21%,而叶片与根系中都含有苹果酸与柠檬酸,不同处理之间差异显著,并且通过相关分析发现,叶片与根系的总有机酸质量分数均与这两种有机酸质量分数呈显著相关(p<0.05)关系,这2种酸可能是植物遭受养分胁迫的指示型有机酸,具体论断的正确性,有待进一步试验验证。

施肥引起巨尾桉叶片与根系有机酸种类与质量分数的变化,实际上是由于多种有机酸酶协同作用的结果。试验结果表明,叶片、根系的总有机酸质量分数均与苹果酸、柠檬酸呈显著正相关(p<0.05),结合巨尾桉根系有机酸代谢酶的研究分析发现,PEPC是促进巨尾桉根系有机酸积累的重要酶,NAD-IDH是与有机酸分解有关的酶,PEPC、NAD-IDH酶活性与根系总有机酸、苹果酸、柠檬酸质量分数均呈显著相关(p<0.05),PEPC促进根系有机酸的积累实际是促进巨尾桉幼苗根系苹果酸、柠檬酸的积累,NAD-IDH使根系有机酸质量分数降低实际上是促进苹果酸的分解。这与对脐橙的研究结果相似[21-22],果实中有机酸质量分数与PEPC活性呈显著正相关,与NAD-IDH活性呈极显著负相关,M-ACO、NAD-MDH对有机酸质量分数的积累与分解影响较小。

通过研究可知,在中氮高磷低钾的施肥配比下最有利于巨尾桉有机酸生理代谢,即N2P3K1的配比下巨尾桉叶片及根系有机酸积累较少,遭受的养分胁迫最小,且是生长表现最好的配比。植物通过调节体内有机酸的种类、质量分数来应对养分丰缺这一观点,目前,只有缺P胁迫诱导根系有机酸分泌方面的研究,而有关其他营养元素的研究相对不足;养分胁迫引起植物有机酸的合成与分泌的机制是直接作用还是通过其他物质间接作用还有待进一步研究。植物有机酸的合成、转运、积累与分解是一个极其复杂的生理过程,其与植物营养状况的相关性机理需要进一步探讨。

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EucalyptusgrandisE.; NPK formula; Organic acids; Organic acid-metabolizing enzyme

1)国家自然科学基金项目(31360174)。

胡厚臻,男,1989年8月生,广西大学林学院,硕士研究生;现工作于广西壮族自治区林业勘测设计院。E-mail:814593602@qq.com。

王凌晖,广西大学林学院,教授。E-mail:wanglinghui97@163.com。

2016年4月27日。

S723.7

责任编辑:任 俐。

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