论文部分内容阅读
近年来土壤酸化现象日益严重,其溶出的大量活性铝离子能抑制植物根系生长,使叶色失绿叶缘卷曲;破坏植物体内氧化系统的动态平衡,诱导细胞脂质过氧化;抑制植物光合作用的进行,影响植物呼吸系统,对植物体造成伤害。马尾松作为我国亚热带地区分布较广的木本植物,其适应性强,是荒山造林先锋树种,也是重要的林产工业和造纸工业树种之一,但由于土壤中活性铝的毒害作用导致其大面积衰亡,极大限制其产业持续发展。因此如何有效缓解马尾松铝毒,提高其耐铝性,保障马尾松林在南方酸性土壤上正常生长是亟需解决的现实问题。根系分泌有机酸一直以来被认为是植物耐铝的重要机制之一,主要通过分泌多种有机酸来调节根际土壤理化性质、螯合与沉淀土壤中活性铝等途径来降低铝毒害。虽然目前关于草本植物的铝毒害研究已取得较大进展,但对木本植物的相关研究较少,尤其是对马尾松这一酸性土壤上典型木本植物的耐铝及铝毒害缓解机制知之甚少。因此,本研究以耐铝型（FJ5）和铝敏感型（GD20）2种基因型马尾松幼苗为试验材料,采用水培法,通过研究有机酸对铝胁迫下马尾松根尖TCA相关酶活性、根叶抗氧化特性、针叶光合特性等影响,比较2种基因型的差异,揭示根系分泌的有机酸参与缓解马尾松铝毒害的生理机制。旨在为在酸性土壤下马尾松栽培及其产业的可持续发展提供了理论依据。主要研究结果如下:1、适量有机酸能抑制铝在马尾松根系的累积,从而缓解铝毒害,对铝敏感型GD20的缓解效果更佳;但高浓度有机酸对马尾松铝毒害缓解作用较弱。铝胁迫下马尾松幼苗根系中铝主要集中在根尖最顶部（0-1cm）,随生物上端方向根系铝含量逐渐降低;苏木精染色后铝敏感型GD20根系颜色更深,其根系铝含量高于耐铝型FJ5,所受铝毒更严重。随有机酸处理浓度增大,马尾松根系苏木精染色程度呈现深-浅-深的变化,即根系铝积累量为多-少-多,其中在柠檬酸（30μmol/L）、草酸（15μmol/L）、苹果酸（4μmol/L）、酒石酸（2μmol/L）、丙二酸（1μmol/L）混合的有机酸处理下能使2种马尾松幼苗根尖铝含量明显降低,有效缓解铝毒,且对铝敏感型GD20缓解效果更佳;同时高浓度有机酸缓解马尾松根系铝累积的效果不显著。这表明马尾松根系铝积累并不是随环境中有机酸浓度升高而始终减少,而是存在一个适宜的有机酸缓解浓度。由此可推断有机酸参与缓解马尾松铝毒害机制可能不是在体外将活性铝螯合。此外,马尾松可通过自身的细胞壁外排机制来缓解铝毒,但效果不大;施加有机酸后马尾松根尖细胞壁果胶去甲基化受到抑制,结合活性铝能力降低,但结合铝含量试验结果中适宜浓度有机酸加入后,铝含量明显降低,由此也可推断有机酸可能是通过调控体内各种生理代谢系统进行铝毒害缓解作用。2、适量有机酸能通过缓解铝对马尾松根系体内TCA的破坏来减轻铝敏感型马尾松的铝毒害,通过促进磷代谢来减轻耐铝型马尾松的铝毒害。铝胁迫能增强铝敏感型GD20根系PEPCase活性,降低MDH和ICDH活性;适宜浓度的有机酸能降低铝敏感型GD20根系PEPCase活性,增强MDH和ICDH活性,但对耐铝型FJ5根系相应酶活性均无明显作用。同时,铝胁迫能降低耐铝型FJ5根系ACP活性;适宜浓度的有机酸又增强耐铝型FJ5根系ACP活性,且对铝敏感型根系ACP活性无明显作用。这说明有机酸对铝敏感型GD20的缓解作用主要表现在通过调控PEPCase、MDH和ICDH活性,主动平衡其根系内部的TCA循环,促进其体内苹果酸和柠檬酸的合成进而螯合进入根系内部的活性铝,从而缓解铝敏感型GD20的铝毒害;而对耐铝型FJ5的缓解机制可能并不是通过调控TCA来实现的,而是从促进有机磷转化成无机磷用以结合活性铝来实现的。3、适量有机酸能平衡铝对马尾松抗氧化系统的失衡。铝胁迫增强2种马尾松根叶内SOD、POD和CAT活性,适宜浓度的有机酸使针叶内SOD、POD和CAT活性继续增强,但对根系各抗氧化酶活性无明显影响,这表明有机酸通过调节马尾松氧化系统的动态平衡来达到缓解作用的这一途径主要表现在其针叶里,而对根系无明显作用。有机酸能降低铝胁迫下马尾松体内累积的脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量,使马尾松针叶和根系内渗透系统恢复动态平衡;同时缓解针叶内膜脂过氧化进而减轻铝毒,但对根系无明显作用。4、适量有机酸能缓解铝对马尾松幼苗光合作用的抑制。铝胁迫降低2种马尾松幼苗针叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾作用,降低叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。有机酸的施加使马尾松幼苗的各光合参数、叶绿素含量升高,有效地缓解铝毒对马尾松幼苗光合作用的抑制作用,且对铝敏感型GD20的缓解效果强于耐铝型FJ5。综上所述,有机酸主要是通过调控对马尾松幼苗体内TCA、抗氧化系统、光合系统等生理生化系统从而缓解活性铝的毒害作用,且对铝敏感型GD20的缓解效果更佳。本研究主要关注有机酸分泌参与缓解马尾松铝毒害的生理机制,但后续研究中应进一步揭示有机酸参与缓解马尾松铝毒害的分子机制,旨在为利用分子手段改良马尾松耐铝性状提供依据。