土沉香幼苗对硝普钠—酸铝互作的生理响应

付晓凤 钟铭隆 朱原 王凌晖 黄玲璞

摘要：【目的】分析土沉香幼苗對硝普钠（SNP）—酸铝（AlCl3）互作的生理响应，为探讨土沉香的耐AlCl3胁迫机理提供理论依据。【方法】采用完全随机设计，以不同浓度AlCl3胁迫土沉香幼苗并进行SNP-AlCl3互作处理，测定不同处理幼苗的光合色素和可溶性糖含量等生理指标，同时采用隶属函数模糊分析进行综合评价。【结果】土沉香幼苗叶片的光合色素、可溶性糖和可溶性蛋白含量在0.2 mmol/L AlCl3胁迫下均出现最大值，在0.8 mmol/L AlCl3胁迫下均出现最小值；丙二醛（MDA）含量在0.2 mmol/L AlCl3胁迫下最低，在0.8 mmol/L AlCl3胁迫下最高，而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性相反。添加SNP后，土沉香幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量及SOD、POD和CAT活性等均明显高于未添加SNP处理。相关性分析结果表明，叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量及SOD、POD和CAT活性等指标间均呈极显著正相关（P<0.01）。【结论】低浓度（0.2 mmol/L）AlCl3胁迫可促进土沉香幼苗生长，外源添加SNP对高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫土沉香幼苗产生的毒害具有一定缓解作用，可在土沉香幼苗培育及抗性研究等相关领域推广应用。

关键词： 土沉香；酸铝（AlCl3）胁迫；硝普钠（SNP）；生理指标

中图分类号： S723.13 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）04-0676-07

Physiological responses of Aquilaria sinensis seedlings under SNP-AlCl3 interaction stress

FU Xiao-feng1， ZHONG Ming-long2， ZHU Yuan3， WANG Ling-hui1*， HUANG Ling-pu1

（1Forestry College， Guangxi University， Nanning 530004， China； 2Guangxi State Owned Bobai Forest Farm，

Yulin，Guangxi 537600， China； 3College of Landscape Architecture， Sichuan Agricultural University，

Chengdu 611130， China）

Abstract：【Objective】The physiological response of Aquilaria sinensis seedlings to sodium nitroprusside（SNP）-acid aluminum（AlCl3） interaction stress were analyzed to provide theoretical basis for further studying the resistance mechanism of A. sinensis against AlCl3 stress. 【Method】A completely random design was applied，A. sinensis seedlings were stressed by different concentrations of AlCl3 and treated with SNP-AlCl3 interaction. Physiological indexes such as photosynthetic pigment and soluble sugar content of A. sinensis under different treatment were detected. Fuzzy analysis method of membership function was used for comprehensive evaluation. 【Result】Photosynthetic pigments，soluble sugar content and soluble protein content in the seedling leaves of A. sinensis reached the maximum under 0.2 mmol/L AlCl3 stress，and were the minimum under 0.8 mmol/L AlCl3 stress. Malondialdehyde（MDA） content were the lowest when under 0.2 mmol/L AlCl3 stress， and were the highest when under 0.8 mmol/L AlCl3 stress， while activities of superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD） and catalase（CAT） were on the contrary. After adding SNP the physiological indexes in A. sinensis seedling leaves such as contents of chlorophyll a，chlorophyll b，carotenoid，soluble sugar and soluble protein activities of SOD，POD，CAT were largely higher than those without SNP. Correlation analysis indicated that， for the indexes including contents of total chlorophyll， chlorophyll a，chlorophyll b，carotenoid，soluble sugar and soluble protein， activities of SOD， POD and CAT there were extremely significant positive correlation between one and another（P<0.01）. 【Conclusion】Applying low concentration（less than 0.2 mmol/L） AlCl3 solution promotes A. sinensis seedlings growth. Exogenous addition of SNP has obvious mitigative effects on the toxicity caused by high concentration（0.8 mmol/L） AlCl3 stress in A. sinensis seedlings， which can be applied in the related field such as cultivation and resistance research of A. sinensis seedlings.

Key words： Aquilaria sinensis；acid aluminum（AlCl3） stress； sodium nitroprusside（SNP）； physiological indicator

0 引言

【研究意义】土沉香（Aquilaria sinensis）为瑞香科（Thymelaeaceae）沉香属（Aquilaria）常绿乔木，是传统药材和香料的制作原料。该树种喜温暖湿润气候，多生长于雨量较丰富的山地，用于园林配景易成形，具有极高的观赏价值。酸铝（AlCl3）胁迫会引起植物根尖受害，进而影响根系对营养和水分的吸收，导致植物正常生理活动受抑制。以硝普钠（SNP）为供应源的外源NO作为植物胁迫信号传导信使，可与活性氧（ROS）发生互动，缓解或消除逆境胁迫对植物产生的毒害作用（Wu and Wu，2007）。植物的AlCl3胁迫毒害作用呈全球性危害，针对其毒害作用及植物忍耐机制的研究主要集中于禾本科作物（何龙飞和王爱勤，2002；Jian，2004）和豆科植物（胡蕾等，2004），针对经济用材林木毒害作用的研究较少。因此，分析SNP-AlCl3互作下的土沉香幼苗生理特性，对土沉香高效栽培与综合利用均具有重要意义。【前人研究进展】近年来关于土沉香的研究较多，如黄智慧（2006）、欧芷阳等（2006）分析其生长状况及栽培技术、牛焕琼等（2010）探讨其扦插繁殖技术、万文生等（2012a，2012b）对其进行盐分和Cd胁迫机理探究、Tamuli等（2014）进行结香机理探讨等，但对其抗逆性方面的研究较少，对某些胁迫影响也尚未探明缓解方法。王冉等（2011）研究发现，氮处理条件下马来沉香与土沉香苗木的根长和根系表面积、根平均直径均显著提高，可为苗木在来年或短期胁迫环境下生长提供充足养分。原慧芳等（2013）研究发现，4个土沉香种源幼苗叶片的可溶性蛋白、可溶性糖、蔗糖、叶绿素、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量、叶绿素a/b及质膜相对透性在不同光处理下存在显著差异。杨振德等（2014）的研究结果显示，水分胁迫条件下，土沉香幼苗的总根长、总根表面积、平均根系直径、根尖数和根分支数等均降低，说明其耐旱能力非常有限。【本研究切入点】目前，关于缓解AlCl3胁迫对土沉香幼苗产生毒害作用的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】采用不同浓度AlCl3胁迫土沉香幼苗并进行SNP-AlCl3互作处理，分析外源SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗生理特性的影响，为探讨土沉香的耐AlCl3胁迫机理提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验在广西玉林国有六万林场科研所苗圃塑料大棚内进行，该试验地处于广西东南部（东经109°39′～110°18′、北纬22°19′～23°01′），属典型的亚热带季风气候，气候温和，年均温22 ℃，雨量充沛，光热充足，无霜期长。

1. 2 试验材料

于2015年5月15日选取2月苗龄土沉香幼苗（株高32.55±3.94 cm，地径6.17±0.52 mm）移栽至装有经灭菌灵消毒土壤的多孔塑料花盆中，花盆规格200 mm×250 mm，移栽后每天浇水。改良Hoagland营养液购自山东招远拓普生物工程有限公司；SNP为亚硝基铁氰化钠，购自天津市大茂化学试剂厂；AlCl3为结晶氯化铝，购自广东光华科技股份有限公司。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 参照任晓燕等（2014）的方法，采用完全随机设计，共设10个处理，每处理10个重复，每盆1株为1个重复。盆苗历经2个月缓苗后，于2015年7月开始每周浇1次pH 4.1～4.2的改良Hoagland营养液，并进行AlCl3胁迫和添加SNP处理，用AlCl3配成溶液作为Al3+供应源，用SNP配成溶液作为NO供应源。参考杨林通（2011）的方法设SNP和AlCl3浓度梯度（表1），每隔5 d浇1次，每盆每次浇250 mL，处理持续20周。

1. 3. 2 指标测定 2015年12月试验结束后，随机从每处理长势均匀的植株上选取不同生长方向的成熟功能叶，去除主脉，用混合采样法测定叶绿素（丙酮—乙醇混合提取法）、游离脯氨酸（酸性茚三酮法）、可溶性糖（蒽酮比色法）、可溶性蛋白（考马斯亮蓝G-250染色法）和MDA（硫代巴比妥酸法）含量及超氧化物歧化酶（SOD）（NBT光化还原法）、过氧化物酶（POD）（愈创木酚比色法）和过氧化氢酶（CAT）（紫外光吸收法）活性，每处理重复测定3次。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2016进行统计、整理和绘制图表，采用DPS 7.05和SPSS 18.0进行方差分析和相关性分析，以Duncans进行多重比较；运用隶属函数法综合评价土沉香幼苗对SNP-AlCl3互作的生理响应，以U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）计算隶属函数值U（Xi），式中，Xi为某个测定指标，Xmax和Xmin分别为该指标内的最大值和最小值。

2 结果与分析

2. 1 SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗光合色素含量的影响

从图1可看出，不同AlCl3濃度下土沉香幼苗的叶绿素总量（图1-A）、叶绿素a（图1-B）、叶绿素b（图1-C）和类胡萝卜素（图1-D）含量变化较明显，总体上随AlCl3浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势；0.2 mmol/L AlCl3处理下各光合色素含量均最高，而0.8 mmol/L AlCl3处理下其含量均最低，说明低浓度（0.2 mmol/L）AlCl3胁迫可促进土沉香幼苗光合色素合成，高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫则对光合色素合成具有抑制作用；相同AlCl3浓度下，添加SNP处理土沉香的叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量普遍高于未添加SNP处理，说明SNP对土沉香幼苗光合色素合成过程中所受的AlCl3胁迫有一定缓解作用。从图1-E可看出，不同AlCl3浓度下叶绿素a/b变化较明显，在未添加SNP时，总体上随AlCl3浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势，以0.6 mmol/L AlCl3处理下的叶绿素a/b最高，且显著高于0、0.2和0.8 mmol/L AlCl3处理（P<0.05，下同），说明AlCl3胁迫对土沉香叶绿素a合成的抑制作用强于叶绿素b；添加SNP后，叶绿素a/b下降明显，其中0.4和0.6 mmol/L AlCl3处理显著下降，而添加SNP各AlCl3处理间的叶绿素a/b差异不显著（P>0.05，下同）。

叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别在处理7（0.2 mmol/L AlCl3+0.1 mmol/L SNP）和处理5（0.8 mmol/L AlCl3+0 mmol/L SNP）出现最大值和最小值，说明低浓度（0.4 mmol/L以下）AlCl3胁迫对土沉香光合色素的合成具有一定促进作用（以0.2 mmol/L的作用最明显），但高浓度（0.6 mmol/L以上）AlCl3对其合成具有抑制作用，SNP对土沉香光合色素合成过程中的AlCl3胁迫有一定缓解作用。

2. 2 SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗MDA含量的影响

从图2可看出，相同AlCl3浓度下，添加SNP处理的土沉香幼苗MDA含量普遍低于未添加SNP处理；添加或未添加SNP处理的土沉香幼苗MDA含量均随AlCl3浓度的增加呈先下降后升高的变化趋势，其中以0.2 mmol/L AlCl3处理下的MDA含量最低，0.8 mmol/L AlCl3处理下的MDA含量最高。

MDA含量分别在处理7（0.2 mmol/L AlCl3+0.1 mmol/L SNP）和处理5（0.8 mmol/L AlCl3+0 mmol/L SNP）出现最小值和最大值，说明低浓度（0.4 mmol/L以下）AlCl3胁迫对土沉香幼苗生长有一定促进作用（以0.2 mmol/L的促进作用最明显），而高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3会促使MDA含量升高，抑制土沉香生长。

2. 3 SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗渗透调节物质含量的影响

从图3可看出，相同AlCl3浓度下，添加SNP处理的土沉香幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量均明显高于未添加SNP处理，而游离脯氨酸含量明显低于未添加SNP处理；在添加或未添加SNP情况下，不同AlCl3浓度下的可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量也存在明显差异，其中，可溶性糖和可溶性蛋白含量总体上随AlCl3浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势，游离脯胺酸含量呈先下降后上升的变化趋势。说明添加SNP对土沉香幼苗可溶性糖和可溶性蛋白的形成具有促进作用，对游离脯氨酸的形成则表现为抑制作用。其中，0.2 mmol/L AlCl3处理下的可溶性糖和可溶性蛋白含量最高，0.8 mmol/L AlCl3处理下的含量最低，而游离脯氨酸含量以0.2 mmol/L AlCl3处理的最低，0.8 mmol/L AlCl3处理的最高。

可溶性糖和可溶性蛋白含量分别在处理7（0.2 mmol/L AlCl3+0.1 mmol/L SNP）和处理5（0.8 mmol/L AlCl3+0 mmol/L SNP）出现最大值和最小值，游离脯氨酸含量分别在处理7和处理5出现最小值和最大值。说明低浓度（0.4 mmol/L以下）AlCl3胁迫对土沉香生长具有一定的促进作用（以0.2 mmol/L的促进作用最明显），而高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫对土沉香幼苗可溶性糖和可溶性蛋的形成具有抑制作用，不利于土沉香幼苗生长。

2. 4 SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗活性氧代谢的影响

从图4可看出，相同AlCl3浓度下，添加SNP处理的土沉香幼苗SOD（图4-A）、POD（图4-B）和CAT（图4-C）活性均明显高于未添加SNP处理，说明添加SNP对土沉香幼苗的SOD、POD和CAT活性具有明显促进作用，可缓解土沉香所受的AlCl3胁迫毒害；在添加或未添加SNP情况下，不同AlCl3浓度下的SOD、POD和CAT活性存在明显差异，总体上随AlCl3浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势，其中，以0.2 mmol/L AlCl3处理下的SOD、POD和CAT活性最高，0.8 mmol/L AlCl3处理下的活性最低。

SOD、POD、CAT活性分别在处理7（0.2 mmol/L AlCl3+0.1 mmol/L SNP）和处理5（0.8 mmol/L AlCl3+0 mmol/L SNP）出现最大值和最小值，说明低浓度（0.4 mmol/L）AlCl3胁迫对土沉香幼苗活性氧代谢具有一定的促进作用（以0.2 mmol/L的促进作用最明显），而高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫对土沉香幼苗的活性氧代谢起抑制作用，添加SNP可缓解AlCl3胁迫对土沉香幼苗产生的毒害作用。

2. 5 土沉香部分生理指标的相关性

由表2可知，叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量及SOD、POD和CAT活性等指标间均呈极显著正相关（P<0.01，下同），以上指标均与MDA和游离脯氨酸含量呈极显著负相关，而MDA含量与游离脯氨酸含量呈极显著正相关。说明土沉香幼苗的光合色素与渗透调节物质含量及活性氧代谢间密切相关，当植株受到胁迫时，叶绿素合成受阻，膜脂过氧化作用产物增加，清除氧化自由基的保护酶活性增强，细胞膜透性遭到破坏，糖类和可溶性蛋白等物质外渗或合成受阻。

2. 6 SNP-AlCl3互作对土沉香幼苗生理指标影响的综合评价

由表3可知，各处理平均隶属值排序为处理7>处理2>处理8>处理6>处理3>处理1>处理9>处理4>处理10>处理5，表明处理7（AlCl3和SNP浓度分别为0.2和0.1 mmol/L）土沉香幼苗的生長状况最佳，而处理5（AlCl3和SNP浓度分别为0.8和0 mmol/L）幼苗的生长状况最差，说明施用较低浓度（0.2 mmol/L）AlCl3并添加SNP对土沉香幼苗生长具有一定的促进作用，但AlCl3浓度增加时，即使添加SNP进行处理，其幼苗生长仍受到胁迫，AlCl3胁迫产生的毒害作用仍然存在。

3 讨论

辜夕容等（2005）研究认为，植物受到胁迫后其体内ROS含量增加，会引起氧化胁迫，严重影响其叶片生理生化作用。本研究结果表明，高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫下土沉香幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性均较低浓度处理有所降低，添加SNP处理后各种酶活性虽高于不添加SNP处理，但幼苗生长状况差；AlCl3浓度较低（0.2 mmol/L）时酶的活性升高且高于正常状态；添加SNP处理后各种酶活性均高于未添加SNP处理，幼苗生长状况最佳，说明土沉香幼苗在较低浓度（0.2 mmol/L）AlCl3胁迫及添加SNP处理下抗氧化酶（SOD、POD、CAT）系统活性升高、清除氧自由基能力提高以抵御AlCl3的胁迫，与陈阳等（2014）对甘薯的研究结果一致，但与苟本富（2008）对蚕豆幼苗的研究结果存在差异，其研究认为高浓度AlCl3胁迫导致POD活性极大增加，可能是不同植物对AlCl3胁迫的耐受性不同所致。

本研究中，0.2 mmol/L AlCl3处理下土沉香幼苗的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均最高，0.8 mmol/L AlCl3处理下均最低，说明低浓度AlCl3胁迫可促进光合色素合成，而高浓度AlCl3胁迫可抑制光合色素合成，与侯文娟等（2016）对尾巨桉（Eucalyptus urophylla）的研究结果存在差异，可能与植物对AlCl3胁迫下有关指标阈值的表现不同及不同植物耐AlCl3胁迫机制存在差异有关（李茹等，2017）；添加SNP后，AlCl3胁迫得到缓解，MDA和游离脯氨酸含量相应降低，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量等生理指标相对未添加SNP的处理明显提高，可能与胁迫条件下SNP通过缓解细胞质膜的损伤而保护细胞质膜透性和完整性，从而提高叶片的抗逆性有关（高俊杰，2017）。

本研究结果表明，SNP与AlCl3相互作用可提高土沉香幼苗耐受AlCl3脅迫的能力，但高浓度AlCl3胁迫依然能破坏土沉香幼苗的生理平衡，对其叶片抗氧化系统产生毒害作用，严重影响植株生长和代谢水平，与有关学者对柑橘（Citrus reticulata）（Gebauer et al.，2004）、白蜡（Fraxinus velutina）（李淑娟等，2010）、车前（Plantago asiatica）（胡雪华等，2014）的研究结果基本一致。

4 结论

低浓度（0.2 mmol/L）AlCl3胁迫可促进土沉香幼苗生长，外源添加SNP对高浓度（0.8 mmol/L）AlCl3胁迫土沉香幼苗产生的毒害具有一定缓解作用，可在土沉香幼苗培育及抗性研究等相关领域推广应用。

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（責任编辑 思利华）