铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗抗氧化酶活性的影响

李树斌，翁 闲，王士亚，林思祖，曹光球

（1.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建福州350002;2.福建农林大学林学院，福建福州350002;3.福建省顺昌埔上国有林场，福建顺昌 353208）

铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗抗氧化酶活性的影响

李树斌1，2，翁 闲3，王士亚2，林思祖1，2，曹光球1，2

（1.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建福州350002;2.福建农林大学林学院，福建福州350002;3.福建省顺昌埔上国有林场，福建顺昌 353208）

以1年生杉木实生苗为材料，采用盆栽模拟生物培养方法，分析铝胁迫与养分复合作用对杉木幼苗抗氧化酶活性的影响.结果表明:一定含量的外源养分可以显著提高杉木幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT、PPO的活性，降低铝胁迫对幼苗抗氧化系统的损伤.低铝胁迫下，低养分处理显著提高SOD、POD及CAT酶活性（P＜0.05），对CAT活性影响不显著.中铝胁迫下，中养分处理显著提高POD酶活性（P＜0.05）;高养分处理显著提高CAT酶活性（P＜0.05）;中、高养分处理对SOD和PPO酶活性影响不显著.高铝胁迫下，高养分处理可以提高SOD、CAT及PPO酶活性，其中PPO酶活性达到显著水平（P＜0.05），但对POD酶活性无显著影响.

杉木;铝胁迫;营养;复合作用;抗氧化酶

杉木（Cunninghamia lanceolate）是我国南方重要的商品材树种之一，分布在我国南方十几个省区，具有速生丰产、结构均匀、材质轻韧、抗腐抗虫性强、经济价值高等优点［1］，近年来社会对杉木木材的需求量与日俱增.但是，酸性土壤遍及我国南方15个省区，占全国总土地面积的21%［2］.工业化造成的酸雨以及杉木人工林不合理的经营措施造成杉木铝毒害，铝毒害已成为影响杉木正常生长及林地可持续经营的限制性因子之一.

研究［3－5］表明，铝毒害可以抑制植物细胞的有丝分裂及DNA的合成，破坏生物膜的结构和功能，影响激素平衡和养分的吸收与代谢［5］.王晓丽等［6］和曹光球等［7］研究结果表明，铝胁迫抑制杉木根部DNA合成，影响各器官中的Al含量分配，使叶片的质膜透性增大.为了缓解铝毒害，将钙离子、抗坏血酸、草酸、菌根真菌等［8－11］引入到铝毒害的缓解研究中，并在提高土壤pH值和抗氧化酶活性，降低活性铝含量及其毒害方面取得了一定的效果.林思祖等［12］研究表明，当pH值、活性铝及营养液浓度一定时，NR的活性随DL-异柠檬酸-γ-内酯浓度的提高而显著上升.但是目前关于通过调控N、P、K营养浓度，利用铝胁迫及营养复合作用达到缓解杉木铝毒害的研究还少见报道.

本研究以1年生杉木实生苗为试验材料，采用盆栽模拟生物培养方法，分析高铝、中铝和低铝胁迫下不同养分含量处理对杉木幼苗多个抗氧化酶活性的影响，为防治杉木人工林的铝毒害，以及杉木人工林林地的可持续经营提供依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

选择福建尤溪国有林场杉木3代种子园同一家系种子培育的长势较一致的1年生实生苗，苗木平均地径0.5 cm，平均苗高 25.05 cm.

1.2 试验设计

在国家林业局杉木工程技术研究中心温室内，采用土培方式，每个塑料盆（高35 cm，口径25 cm）装入黄心土7.5 kg，测定初始N、P、K养分含量;并进行铝含量和养分含量双因素多水平完全随机化试验，铝含量设为30、60、120 mg·kg－13个胁迫梯度，分别记为低、中、高铝胁迫;盆栽土壤养分根据每千克土中N、P、K含量分别设置3个梯度，记为高、中、低含量养分，N、P、K 肥分别由 CO（NH2）2、（NH4）2HPO4、KCl提供（表1）.以每个铝胁迫梯度下不加养分的处理作为对照，分别记为CK1、CK2、CK3.试验共计12个处理组合，每个处理设3个重复.

选取长势一致的杉木实生苗，用纯净水洗净根部，并用0.5%（质量分数）NaClO溶液消毒，再用清水充分冲洗，然后将幼苗移栽入盆中，浇足水分.每盆1株，每个处理设置3个重复.培养1周，进行驯化培养，使苗木适应新的土培环境，避免因环境条件变化、根部受损伤等引起苗木死亡.驯化期结束后，分别将不同梯度的活性铝用相同体积的蒸馏水溶解，分2次浇到对应处理的土壤中，浇入时避免直接接触植株而引起烧苗.胁迫开始后，保持苗木生长的水分、光照等条件的一致性和适宜性，且分别在胁迫0、30、60、90 d，采幼苗上相同部位的叶片进行相关指标的测定.

1.3 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定

SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）比色法［13］测定.

1.4 过氧化物酶（POD）活性的测定

POD活性采用愈创木酚法［14］测定.

1.5 过氧化氢酶（CAT）活性的测定

CAT活性采用紫外吸收法［15］测定.

1.6 多酚氧化酶（PPO）活性的测定

PPO活性采用邻苯二酚法［16］测定.

1.7 数据处理

利用DPS统计分析软件进行差异显著性分析，利用LSD进行多重比较.

表1 养分梯度中各养分的含量Table 1 The content of each nutrient in each nutrient gradient

2 结果与分析

2.1 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗SOD活性的影响

铝胁迫及养分复合作用下，杉木幼苗叶片的SOD活性总体上高于对照，且呈升高、下降、升高的变化趋势，差异显著（P＜0.05）.相同含量铝胁迫下，不同养分含量处理间存在一定差异（表2）.胁迫30 d时，各铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片SOD活性均升高;低铝高、低养分含量下，幼苗SOD活性分别高出对照2.88%、4.83%，其中低养分处理与对照差异显著（P＜0.05）;中铝低、中含量养分下，幼苗SOD活性分别高于对照2.49%、3.73%;高铝低含量养分下，幼苗SOD活性超过对照0.93%.胁迫60 d时，不同含量铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片SOD活性均降低;低铝中养分含量下，幼苗的SOD活性高出对照11.60%;中铝高、中、低3个养分含量下的幼苗SOD活性分别高出对照16.70%、11.69%、10.22%，均与对照差异显著（P＜0.05）;高铝高、中、低3个养分含量下的幼苗SOD活性分别高出对照25.65%、10.42%、6.01%，其中高、中养分处理与对照差异显著.胁迫90 d时，不同含量铝胁迫下，高、中、低养分处理下的杉木幼苗的SOD活性开始不断上升，低铝高、中、低养分含量处理下的幼苗的SOD活性分别高出对照10.51%、24.43%、16.76%，均与对照差异显著（P＜0.05）;中铝低含量养分处理的幼苗的SOD活性高于对照3.26%;高铝高、中含量养分处理下幼苗的SOD活性分别高出对照1.44%、3.62%.

表2 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗SOD活性的影响1）Table 2 Effects of different nutrient concentration on SOD activity of Chinese fir seedlings under different aluminum concentrations

2.2 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗POD活性的影响

铝胁迫及养分复合作用下，杉木幼苗叶片的POD活性总体高于对照水平，且呈现降低、升高、降低的变化趋势，相同处理不同处理时间间总体差异显著（P＜0.05）.相同铝胁迫下，不同养分含量处理间差异明显（表3）.胁迫30 d时，各铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片POD活性均降低;低铝低养分含量下，幼苗的POD活性高于对照5.01%;中铝高养分含量下，幼苗的POD活性高于对照45.23%;高铝的高、中、低3个养分含量下，幼苗的POD活性分别高出对照130.00%、270.00%、20.00%，其中高、中养分处理与对照差异显著（P＜0.05）.胁迫60 d时，各铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片POD活性均迅速升高，低铝高、低养分处理幼苗POD活性分别高出对照133.78%、119.02%;中铝高、低养分处理分别高出对照132.00%、184.00%，均与对照差异显著（P＜0.05）;高铝高、中、低养分处理幼苗POD活性均高出对照且与对照差异显著（P＜0.05），其中中养分处理高出对照63.01%，与对照差异最大.胁迫90 d时，各铝胁迫下，高、低养分含量处理的幼苗的POD活性迅速降低，后者与对照接近;中养分含量处理的幼苗的POD活性仍缓慢上升，与对照间的差距不断增大，其中低铝高、低养分处理及中铝中养分处理与对照差异显著（P＜0.05）.

2.3 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗CAT活性的影响

铝胁迫及养分复合作用下，杉木幼苗叶片的CAT活性总体高于对照水平，且呈现先降低后升高的变化趋势，差异显著（P＜0.05）.相同铝胁迫下，不同养分含量处理间差异明显（表4）.胁迫30 d时，各铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片CAT活性均降低，低铝3个养分含量处理的幼苗的CAT活性分别低于对照11.11%、39.05%、0.95%;中铝3个养分含量处理幼苗的 CAT活性分别高出对照75.55%、68.88%、79.25%;高铝高、低养分含量处理的幼苗的CAT活性远大于对照，且高养分处理与对照差异显著（P＜0.05）;中含量养分处理的幼苗的CAT活性低于对照33.33%.胁迫60 d时，低、中铝胁迫的各养分处理及高铝中养分幼苗CAT活性不断上升，高铝高、低养分处理幼苗CAT活性不断降低，其中中铝高养分、高铝中养分分别高出对照234.19%、75.66%，且均与对照差异显著（P＜0.05）.胁迫90 d时，各铝胁迫下，高、中、低3个养分含量下杉木幼苗叶片CAT活性均升高，低铝低养分处理高出对照36.28%，与对照差异显著（P＜0.05）;中铝3个养分处理均高出对照，且其与对照间的差距与养分含量成正比;高养分含量处理高出对照86.70%;低养分含量处理高出对照33.52%;高铝低养分处理的幼苗的CAT活性最大，高出对照48.57%，与对照差异显著（P＜0.05）.

表3 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗POD活性的影响1）Table 3 Effects of different nutrient concentration on POD activity of Chinese fir seedlings under different aluminum concentrations

表4 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗CAT活性的影响1）Table4 Effects of different nutrient concentration on CAT activity of Chinese fir seedlings under different aluminum concentrations

2.4 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗PPO活性的影响

铝胁迫及养分复合作用下，杉木幼苗叶片的PPO活性总体上高于对照，且呈先升高后降低的变化趋势，差异显著（P＜0.05）.相同铝胁迫下，不同含量养分处理间差异明显（表5）.

胁迫30 d时，低铝高、低养分下，幼苗PPO活性分别高出对照92.90%、28.57%;中养分处理下幼苗PPO活性最弱，低于对照35.71%;中铝高、中、低养分处理下幼苗 PPO活性分别高出对照33.40%、62.20%、48.88%.其中，中、低养分处理与对照差异显著（P＜0.05）;高铝高、中、低养分处理下幼苗 PPO活性分别高出对照 60.49% 、35.80% 、48.14% .

胁迫60 d时，低铝高、低养分处理PPO活性不断降低，其中高养分处理高出对照45.7%，与对照差异显著（P＜0.05）;中养分处理PPO活性不断升高，高出对照157.10%，且差异显著（P＜0.05）;中铝高、中、低含量养分处理的杉木幼苗的PPO活性开始降低，但仍分别高出对照113.33%、135.00%、90.00%，均与对照差异显著（P＜0.05）;高铝高、低养分含量处理的杉木幼苗的PPO活性开始降低，但仍分别高出对照59.57%、6.38%;而中养分含量处理的杉木幼苗的PPO活性持续上升，与对照间的差距达到最大，高出对照 123.40% .

胁迫90 d时，低铝中、低养分处理的幼苗的PPO活性均迅速降低，最终均低于对照，其中中养分含量与对照间的差距较大，比对照降低66.70%;低养分含量与对照间的差距较小，比对照降低33.33%;高养分处理的幼苗PPO活性开始不断升高，最终高出对照122.21%;中铝3个养分处理的幼苗的PPO活性均迅速降低，最终均低于对照.其中，中养分处理与对照间的差距最小，比对照降低10.00%;低养分处理与对照间的差距最大，比对照降低52.01%;高铝高养分含量处理的幼苗的PPO活性开始上升，但上升幅度低于胁迫30 d;中、低养分含量处理的杉木幼苗的PPO活性均不断降低，最终低养分处理高出对照15.00%;中养分处理与对照持平.

表5 不同含量铝胁迫及营养复合作用对杉木幼苗PPO活性的影响1）Table 5 Effects of different nutrient concentration on PPO activity of Chinese fir seedlings under different aluminum concentrations

3 小结

本研究对N、P、K肥进行不同配比，研究复合养分对铝胁迫的缓解作用，结果表明，外源养分可以提高杉木幼苗抗氧化酶活性，降低铝毒害对杉木幼苗抗氧化系统的损伤.不同铝胁迫下不同养分含量的缓解作用存在较大差异.高铝胁迫下，高养分处理有利于SOD、CAT和PPO活性的增强，且对PPO酶活性的影响达到显著水平;中铝胁迫下，中养分和高养分可分别显著提高POD和CAT酶的活性，但是对SOD和PPO酶活性的影响较小;低铝胁迫下，低养分作用显著，可显著提高SOD、POD及CAT酶活性的影响，但对CAT酶活性影响较小.刘强等［17］对铝毒土壤上生长的油菜进行研究，结果表明，施用稻草和园林废弃物堆肥能不同程度地缓解铝毒害，其中又以稻草效果更好.其原因可能是稻草在分解过程中释放的元素种类及元素间的配比与其它园林废弃物存在差异.王宁等［18］以荞麦为材料研究铝毒胁迫下磷对荞麦根系总铝和单核2种形态以及Al在根尖和细胞壁中的分布情况的影响，结果表明外源磷供应可降低根系总Al和单核Al含量，使毒性形态的铝转化为无毒形态，并减少Al在根尖以及细胞壁的积累，以缓解Al对根伸长的抑制，提高荞麦根系的抗铝毒害能力.本研究中，不同养分含量对铝毒害下杉木幼苗的抗氧化酶活性影响存在差异的内在机理还有待研究.

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（责任编辑:叶济蓉）

Combined effects of alum inum and nutrient on the antioxidant enzymes of Chinese fir seed lings

LIShu-bin1，2，WENG Xian3，WANG Shi-ya1，LIN Si-zu1，2，CAO Guang-qiu1，2
（1.State Forestry Administration Engineering Research Center of Chinese Fir，Fuzhou，Fujian 350002，China;
2.College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China;
3.Fujian Shunchang Pushang National Forest Farm，Shunchang，Fujian 353208，China）

The combined effects of aluminum and nutrienton the antioxidantenzyme activity of Chinese firwere analyzed，with oneyear old Chinese fir seedlings using potted simulation cultivationmethod.The results showed that certain nutrient concentration could significantly improve antioxidant enzyme activity of seedlings and reduce the damage of aluminum stress on antioxidant system.Under low aluminum stress，the treatment of low nutrient concentration significantly enhanced SOD，POD and CAT activity（P＜0.05），but had no apparenteffecton CAT activity.Undermedium aluminum stress，the treatmentofmedium nutrient concentration significantly enhanced POD activity（P＜0.05），and high nutrient concentration significantly increased CAT activity（P＜0.05），butmedium and high nutrient concentration had no obvious effecton SOD and PPO activity.Under high aluminum stress，the treatment of high nutrient concentration significantly increased SOD，CAT and PPO activity，and the increment of PPO activity was significant（P＜ 0.05），but the effect on POD activity was not significant.

Chinese fir;aluminum stress;nutrient;combined effect;antioxidant enzyme

S791.27;S718.43

A

1671-5470（2015）03-0264-06

10.13323/j.cnki.j.fafu（nat.sci.）.2015.03.008

2014－06－24

2014－12－18

国家自然科学基金资助项目（30972358）;福建省科技厅重大专项资助项目（2012NZ0001）.

李树斌（1986－），男，硕士.研究方向:森林培育理论与技术.Email:fjlishubin@126.com.通讯作者曹光球（1974－），男，副研究员，博士.研究方向:森林培育理论与技术.Email:cncgq@126.com.