酸碱处理对棱枝山矾生长和生理的影响

李文明，张 岳，辛建攀，田如男

(南京林业大学 风景园林学院，江苏 南京 210037)

棱枝山矾(Symplocostetragona)属山矾科(Symplocaceae)山矾属(Symplocos)植物，又名棱角山矾、留春树、山桂花，树形优美，四季青翠，具有耐阴、耐寒、耐干旱、抗病虫、抗污染、隔音防噪等优点，是有应用前景的观赏生态环保型常绿阔叶树种，值得在城市绿化中大力推广[1]。土壤pH是影响植物推广的关键因素，适宜的土壤条件有助于植物生长。因此，研究棱枝山矾耐酸碱性对推广应用具有重要意义。近年来，有关棱枝山矾的研究取得了一定进展。田如男[2]等以棱枝山矾叶片为外植体进行愈伤组织的诱导，发现叶基和叶中为最佳部位。朱碧华[3]等研究发现，棱枝山矾对SO2具有较强的抗性和吸收能力，其抗性机理可能与树体受污染后超氧化物歧化酶活性上升和细胞液pH缓冲能力有关。另外，有关学者对棱枝山矾的播种繁殖[4]、扦插繁殖[5]、在荒漠化治理中的应用[6]以及抗污染能力和机理[7]进行了研究，但有关棱枝山矾耐酸碱性研究鲜有报道。因此，本研究以2年生棱枝山矾实生苗为材料，研究不同强度酸碱(pH：4.5、5.5、6.5、7.5和8.5)处理对其株高、生物量、伤害指数、细胞膜透性、叶绿素含量、抗氧化酶活性和渗透调节物含量的影响，初步分析酸碱处理对棱枝山矾的毒害，以及棱枝山矾的耐酸碱原因，为棱枝山矾的推广应用和耐酸碱生理机制研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以江苏扬子江林业科技有限公司提供的2年生棱枝山矾实生苗为材料。

1.2 试验设计

3月初，将购买的2年生棱枝山矾实生苗根部清洗干净，放置在12孔泡沫定植板上，每孔1株，用脱脂棉包茎。然后，将定植板放在盛有20 L清水的培养箱(640 mm×440 mm×160 mm)，确保部分根在水面以上。培养10 d后，将清水换成1/4浓度园氏营养液[8](表1)，然后每7 d更换1次。为了避免根部缺氧，在培养箱中安装充气式增氧器(鱼亭牌ACO-003)，每天充气10次，每次15 min。另外，每天用酸碱仪(赛多利斯Sartorius PB-10)测定培养箱中营养液的pH值，并用1 N NaOH或1 N H2SO4将营养液的pH值调至6.5。

表1 园式营养液配方

3月20日，选取生长良好、大小相近的幼苗，用pH值为4.5、5.5、6.5、7.5和8.5的1/4浓度园氏营养液进行酸碱处理，以pH6.5处理作为对照。试验设计为随机区组设计，每个处理12株，重复3次。酸碱处理时，将试验材料置于玻璃温室，温度保持在20～25℃，用透光率为50%的遮阳网遮光，每天用1 N NaOH或1 N H2SO4将营养液的pH值调至设定数值，使营养液的pH值保持恒定。在处理10 d时，第1次取样，然后每7 d取1次，共取5次。取样时间为8:00-9:00，从幼苗顶端取完全展开的成熟叶，进行各项指标的测定。在试验开始和结束时，测定植株的高度和生物量。

1.3 指标测定

1.3.1 伤害指数测定 在取样时，观察生长状况，记录伤害等级和相应株数。根据叶片伤害状况分为4级：0级，无伤害症状；1级，轻度伤害，叶色变浅绿，叶尖、叶缘出现黑斑；2级，中度伤害，叶尖、叶缘焦枯；3级，重度伤害，根部腐烂、植株死亡。然后，计算棱枝山矾的伤害指数[9]：

(1)

1.3.2 生物量测定 采用全株收获法计算生物量，用自来水将植株冲洗干净，并用滤纸和吸水纸吸干，再将根、茎、叶分装在牛皮信封，放入105℃烘箱中杀青，20 min后降温至80℃，烘干至恒重，用电子天平称量不同部位的生物量。

1.3.3 生理指标测定 参考郝建军[10]的方法，细胞膜透性采用电导法测定，叶绿素含量采用丙酮乙醇混合液法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定。

1.4 数据分析

试验数据用Microsoft Excel 2010和SPSS17.0统计软件进行计算和方差分析。

2 结果与分析

2.1 酸碱处理对棱枝山矾株高的影响

由表2可知，在处理10 d时，5种处理的株高差异不显著；17 d和24 d时，pH4.5和pH8.5处理的株高显著<对照处理(P<0.05)，其他处理与对照差异不显著；31 d时，pH8.5处理的株高最小，为对照的80.50%；38 d时，pH4.5、7.5和pH8.5处理的株高显著<对照处理(P<0.05)，分别为对照的87.94%、89.63%和79.14%。

2.2 酸碱处理对棱枝山矾伤害指数的影响

由表3可知，在处理10 d时，5种处理的植株生长正常，未出现伤害症状；17 d时，对照处理的植株生长正常，有7%的植株长出水生根，其他处理的植株出现伤害症状；24 d时，pH8.5处理的植株伤害症状最明显，部分植株叶缘干枯，伤害指数为22.47%；31 d时，对照处理的植株伤害症状不明显，有40%的植株长出水生根，pH8.5处理的部分植株出现叶片脱落和枝条焦枯症状，伤害指数为49.26%；38 d时，对照处理有65%的植株长出水生根，pH4.5和pH8.5处理分别有15%和40%的植株死亡。

表2 酸碱处理下棱枝山矾的株高

注：表中数值为平均值±标准差；同列不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

表3 酸碱处理下棱枝山矾的伤害指数

2.3 酸碱处理对棱枝山矾生物量的影响

由表4可知，随着酸碱性的增强，棱枝山矾根、茎、叶及全株生物量均表现为减小趋势(P<0.05)；pH8.5处理的生物量最小，显著<其他处理。对照处理的生物量增长率最大，为59.12%；其次是pH4.5处理，生物量增长率为58.01%；pH8.5处理的生物量增长率最小，为10.39%，表明酸碱处理抑制棱枝山矾生物量积累。

表4 酸碱处理下棱枝山矾的生物量

2.4 酸碱处理对棱枝山矾相对电导率的影响

由表5可知，在处理10 d时，pH4.5和pH8.5处理的相对电导率显著>对照(P<0.05)；在17 d时，pH8.5处理的相对电导率最大，为对照的123.50%；24 d时，pH4.5处理的相对电导率最大，其次是pH7.5处理，均与对照处理差异显著(P<0.05)；31 d时，pH4.5和pH8.5处理的相对电导率与对照处理差异显著(P<0.05)，与其他处理差异不显著；在处理38 d时，pH4.5、pH7.5和pH8.5处理的相对电导率显著>对照处理(P<0.05)，分别为对照处理的134.10%、119.98%和130.81%，表明酸碱处理增大了棱枝山矾的细胞膜透性。

表5 酸碱处理下棱枝山矾的相对电导率

2.5 酸碱处理对棱枝山矾叶绿素含量的影响

由表6可知，5种处理的叶绿素含量随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势。在处理10 d时，pH4.5和pH7.5处理的叶绿素含量与对照处理差异显著(P<0.05)，其他处理与对照处理差异不显著；17 d时，对照处理的叶绿素含量最高，显著>其他处理(P<0.05)；24 d和31 d时，pH5.5和pH7.5处理的叶绿素含量显著<对照(P<0.05)，其他处理与对照差异不显著；38 d时，对照处理的叶绿素含量最高，pH8.5处理最低，为对照处理的73.23%。

2.6 酸碱处理对棱枝山矾可溶性糖含量的影响

由表7可知，5种处理的可溶性糖含量随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势。在处理10 d时，4个处理的可溶性糖含量与对照处理差异不显著；17 d时，pH8.5处理的可溶性糖含量最高，其次是pH4.5，分别为对照处理的118.18%和112.12%；24 d时，pH8.5处理的可溶性糖含量与对照差异显著(P<0.05)，其他处理与对照差异不显著；31 d和38 d时，pH8.5处理的可溶性糖含量最低，分别为对照的89.19%和85.71%。

表6 酸碱处理下棱枝山矾的叶绿素含量

表7 酸碱处理下棱枝山矾的可溶性糖含量

2.7 酸碱处理对棱枝山矾游离脯氨酸含量的影响

由表8可知，5种处理的游离脯氨酸含量随着处理时间的延长呈“上升”趋势。在处理10 d时，pH4.5和pH5.5处理的游离脯氨酸含量显著>对照(P<0.05)，pH7.5和pH8.5处理显著<对照(P<0.05)；17 d时，pH5.5处理的游离脯氨酸含量最高，其次是pH4.5处理，分别为对照的125.75%和118.62%；24 d时，pH4.5和pH8.5处理的游离脯氨酸含量显著>对照(P<0.05)，分别为对照的115.60%和130.42%；31 d和38 d时，pH4.5和pH8.5处理的游离脯氨酸含量显著>对照(P<0.05)，其他处理与对照处理差异不显著。

表8 酸碱处理下棱枝山矾的游离脯氨酸含量

2.8 酸碱处理对棱枝山矾超氧化物歧化酶活性的影响

由图1可知，5种处理的SOD活性随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势(P<0.05)。在处理10 d时，pH4.5处理的SOD活性显著>对照(P<0.05)，其他与对照差异不显著；17 d时，pH8.5处理的SOD活性最高，为对照的123.60%；24 d时，pH4.5处理的SOD活性显著>对照(P<0.05)，其他处理的SOD活性显著<对照(P<0.05)；31 d时，对照处理的SOD活性最高，显著>其他(P<0.05)；38 d时，pH4.5、7.5和pH8.5处理的SOD活性与对照处理差异显著(P<0.05)，分别为对照处理的65.22%、91.23%和58.97%。

2.9 酸碱处理对棱枝山矾过氧化物酶活性的影响

由图1可知，5个处理的POD活性随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势(P<0.05)。在处理10 d时，pH8.5处理的POD活性最高，显著>其他处理(P<0.05)；17 d时，pH4.5和pH8.5处理的POD活性显著>对照(P<0.05)，分别为对照的129.52%和116.97%；24 d和31 d时，4个处理的POD活性与对照处理差异不显著；38 d时，pH4.5、7.5和pH8.5处理的POD活性显著<对照(P<0.05)，分别为对照的68.62%、73.42%和82.25%。

图1 酸碱处理下棱枝山矾抗氧化酶活性

3 结论与讨论

植物生长需要适宜的酸碱度，否则会影响正常生长，严重时枯萎死亡。非洲菊(Gerberajamesonii)在pH6.0营养液中生长正常，但在pH8.0和pH9.0碱性环境下叶片发黄、根系变黑、生长受抑制[11]。香菇草(Vetiveriazizanioides)在pH4.0～9.0水培环境下基本能正常生长，但在强酸或强碱环境下生长明显受抑制[12]。紫花苜蓿(Medicagosativa)在pH5.0～6.0土壤中生长较好，但在低于pH4.0的土壤中无法生长[13]。柳枝稷(Panicumvirgatum)在pH5.0～9.0水培环境下生长正常，但在pH值<5.0或>9.0时生长受抑制[14]。本研究发现，棱枝山矾在pH5.5处理下生长正常，其株高和生物量与对照差异不显著，其他处理与对照差异显著(P<0.05)；随着酸性或碱性的增强以及处理时间的延长，伤害指数和细胞膜透性增大；在pH5.5～7.5环境下基本能正常生长，但在pH值<5.5或>7.5环境下植株的高度生长和生物量积累明显受抑制。因此，植物生长需要适宜的酸碱度。

叶绿素与植物的光能吸收和转化有关，影响植物的光合作用和生物量积累。在逆境胁迫下，与叶绿素合成相关酶的活性发生改变，从而影响叶绿素合成，因此可以根据叶绿素含量的变化来鉴定植物的抗逆性[15]。本研究发现，5个处理的叶绿素含量随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势，叶绿素含量上升可能是为了降低酸碱处理带来的生理紊乱[16]，或者可能是酸碱处理导致叶片轻微脱水而叶绿素含量相对上升[15]；叶绿素含量下降可能是酸碱处理抑制了与叶绿素合成相关酶的活性，或者可能是叶绿素酶活性增强促使叶绿素分解[17]，或者可能是叶绿素与叶绿体蛋白间结合变得松弛导致叶绿素遭到破坏[18]。在pH5.5处理下，叶绿素含量与对照处理差异不显著；在其他处理下，叶绿素含量与对照差异显著(P<0.05)；在处理38 d时，pH4.5和pH8.5处理的叶绿素含量显著<对照(P<0.05)，表明酸碱处理导致叶绿素含量下降[19]。

在逆境胁迫下，植物体内与渗透调节相关的基因表达，积累可溶性糖和游离脯氨酸等渗透调节物，能够降低渗透势，稳定细胞膜结构，提高细胞渗透吸水和保水能力，清除活性氧自由基，增强植物的抗逆性[20-22]。可溶性糖是植物在逆境胁迫下的主要渗透调节剂，也是合成其他有机溶质的碳架和能量来源，其积累量越多，植物抗逆性越强[23]。本研究发现，5种处理的可溶性糖含量随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势，赵锐明[24]也得到相同的变化趋势。可溶性糖含量上升可能是酸碱处理初期与渗透调节相关的基因表达增强，可溶性糖含量下降可能是酸碱处理加强导致与渗透调剂相关基因表达受抑制或遭到破坏。游离脯氨酸含量上升是植物在逆境胁迫下的自卫反应，不仅可以维持细胞的膨压，还可以保护酶和膜系统免受毒害[25]。本研究发现，酸碱性越强，处理时间越长，游离脯氨酸含量越高，表明酸碱处理导致游离脯氨酸的积累，以防止细胞脱水，这与朱红霞[26]等研究的结果一致。

抗氧化酶系统是植物应对逆境胁迫的重要防御体系，能够减轻逆境胁迫对植物的伤害，从而对植物起到保护作用[27]。在逆境胁迫下，抗氧化酶能够有效地清除过量积累的活性氧自由基，其活性越高，清除活性氧自由基能力越强，植物的抗逆性也越强[28-29]。本研究发现，5种处理的SOD和POD活性随着处理时间的延长呈“上升—下降”趋势；抗氧化酶活性上升可能是酸碱处理初期植物体内活性氧清除系统被激活；随着酸碱处理时间的延长，抗氧化酶活性下降可能是2种酶受抑制或遭破坏；酸碱性越强，抗氧化酶活性下降幅度越大，这与蔓绿绒(Philodendronmartianum)、合果芋(Syngoniumpodophyllum)、绿萝(Scindapsusaureum)的抗逆性研究结果一致[30]。

通过以上分析发现，棱枝山矾对酸性环境具有一定的适应性，在酸性土壤环境中具有较大的应用潜力，值得进一步深入研究。本试验是在温室营养液培养条件进行，与自然条件有一定差异。在推广应用时，应综合考虑种植地的土壤和气候等条件。

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