速生桉叶片对盆栽玉米抗性生理的影响

黄雁飞，陈桂芬，熊柳梅，黄玉溢，刘永贤，潘丽萍

(广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】桉树原产地为澳大利亚，我国于20世纪60年代开始引种，目前我国桉树人工林面积已经超过390万hm2[1]，其中四川、福建、贵州和广西等省(自治区)种植面积较多。由于桉树生产周期短，产生的经济效益快，因此备受人们的青睐，但人工桉树林也在一定程度上会导致土壤退化、水源污染、地力下降、生物多样性减少、与其他作物存在水肥的竞争等现象[2-3]。随着研究的不断深入，桉树的化感作用危害也逐渐被大家所认识，桉树根系及桉叶分解其释放的某些化感物质是抑制其他植物生长的重要因素[4]。因此，研究速生桉化感作用对作物生长的影响及作物抗性生理反应机制，对今后桉树砍伐后合理利用桉叶和桉林土地具有重要的指导意义。【前人研究进展】桉树的鲜活枝叶、枯落物及根系分泌物，均含有抑制其他作物生长的化感物质，其中桉树叶分解是速生桉化感物质进入环境的重要途径[5]。高丹等[6]在对巨桉叶片中化感成份进行测定时发现：巨桉叶片中存在8类35种化合物，其中烷烃、芳香烃和酚类物质是桉叶中典型的主要化感物质。化感物质通过作用于植物细胞膜、线粒体、叶绿体、基因表达等，进而影响到植物的生长发育[7]。比如，化感物质可通过改变叶绿素合成而影响到植物的光合作用，其次化感物质会刺激植物产生超氧阴离子自由基、过氧化物羟自由基而引发膜脂过氧化。此外，化感物质的作用强度将直接影响植物体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化—SOD和POD等保护酶系统活性的变化已被广泛的作为植物抵御逆境伤害的指标[8]。【本研究切入点】当前，关于人工桉树林对土壤环境退化，周边水质变化等的研究均有相关报道[9]，对桉树叶化感作用的研究主要集中在对化感物质的分离鉴定、生物活性测定等方面[10]，而模拟桉叶在土壤自然分解状态下对其他作物化感作用的研究还鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究以玉米为受体植物研究速生桉成熟叶片在自然分解过程中对玉米体内保护酶系统及光合作用的影响，以期为桉树砍伐后桉叶和桉林土壤的合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2015年3月从广西农业科学院人工速生桉林基地，分别收集3个月生和1年生树龄的尾巨桉成熟叶片，叶片采集后风干备用。供试的玉米品种为桂单0810。盆栽供试土壤为第四纪红土，基本理化性状见表1。

1.2 试验方法

根据不同树龄桉叶化感物质含量存在差异以及桉林叶片年生长量(约9000 kg/hm2)[11]的特征，试验设置了3个月生桉树的成熟叶片添加量225 g/盆处理(T1)、添加量652 g/盆处理(T2)；1年生桉树的成熟叶片添加量225 g/盆处理(F1)、添加量652 g/盆处理(F2)；；另设不添加桉树叶处理(CK)为对照，共5个处理，每个处理设3个重复，共计15盆。添加桉叶方法为，称取所需添加风干桉叶(非粉碎，保持原状)与土壤拌匀后转到桶中。

于2015年在基地大棚中采用盆栽的方法进行试验，盆栽塑料桶直径30 cm、高50 cm，每桶装16 kg过1 cm筛的风干土，并于玉米播种前将所需添加的桉树叶与桶内土壤混匀备用。玉米于4月8日播种，每桶播种20穴，每穴1粒饱满均匀玉米种子，播完种子后，每桶加入2.5 L水使土壤水分达到饱和状态，玉米生长过程中，每个处理均按玉米生产需求的水分和养分标准进行均衡一致地浇水、施肥与管理。7月19日，玉米成熟收获。

采样方法：在玉米拔节期和收获期，对玉米根及叶片进行采样。取新鲜玉米根和叶片样品带回实验室，用去离子水洗净，待测玉米酶活性和叶片中叶绿素含量。

1.3 测定项目及方法

按相关方法[12]测定土壤理化性质，根系和叶片酶活性采用试剂盒测定。准确称取1 g超纯水清洗过的鲜样品，研磨成匀浆待测，选用南京建成生物工程研究所提供的考马斯亮蓝蛋白试剂盒，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)试剂盒，过氧化物酶(Peroxidase，POD)试剂盒，过氧化氢酶(Catalase，CAT)试剂盒，分别测定玉米根、叶片蛋白质含量SOD活性、POD活性以及CAT活性，按照给定的方法计算SOD、POD和CAT的活性。叶片叶绿素含量参考王磊的分光光度计法测定[13]。

计算公式为：

CA=12.7OD663-2.59OD645

CB=22.9OD645-4.67OD663

CA+B=20.3OD645+ 8.04OD663

式中，CA、CB分别为叶绿素a和b的浓度；CA+B为叶绿素a和b的总浓度，单位为mg·L-1。

表1 供试土壤基本理化性状

表2 速生桉叶添加对玉米叶片叶绿素含量的影响

注：表中同列数据后不同的小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase in the same column indicate significant difference at the 0.05 level，the same as below.

式中，C：叶绿素浓度(mg·L-1)；V：提取液总体积(mL)；W：叶片鲜重(g)。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003、SPSS 19软件进行统计分析，在a=0.05水平上进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 速生桉叶覆盖对玉米叶绿素含量变化的影响

叶绿素含量变化整体趋势随着桉叶添加量、叶龄的增加而减少(表2)。拔节期，添加桉叶处理叶绿素a和总叶绿素含量均有所降低，其中T2和F2处理降低效果较为明显：与CK处理相比，叶绿素a含量分别降低了12.93 %和10.98 %，总叶绿素含量分别降低了18.36 %和18.29 %。成熟期，与CK处理相比T2、F1和F2处理叶绿素a含量分别降低了31.76 %、25.29 %和38.23 %，叶绿素b含量分别降低了40.00 %、24.00 %和38.00 %，总叶绿素含量分别降低了33.60 %、25.00 %和38.18 %。

2.2 速生桉叶添加对玉米SOD活性变化的影响

表3所示，拔节期，F1、F2处理玉米叶片SOD活性均显著高于CK处理，其中F2处理增高幅度最大；成熟期，添加桉叶处理提高了玉米叶片SOD活性，其中T1、F1、F2处理处理均显著高于CK处理。玉米根系SOD活性整体上随玉米生长时间、桉叶添加量及叶龄增加呈现逐渐增高的趋势。拔节期，不同桉叶添加处理均可提高玉米根系SOD活性，其中F2处理SOD活性最高，与CK处理相比提高了43.36 %；成熟期，各处理玉米根系SOD活性大小依次为F2>T2>T1>F1>CK ，其中F2、T2处理与CK处理相比分别提高了39.15 %和31.60 %。

2.3 速生桉叶添加对玉米POD活性变化的影响

表4所示，拔节期，玉米叶片POD活性随桉叶添加量、叶龄的增加而增高，各处理POD活性的大小依次为F2>F1>CK>T2>T1；成熟期，各处理叶片POD活性大小为F2>T2>F1>T1>CK，添加桉叶处理均显著高于CK处理；拔节期，玉米根系POD活性随着桉叶添加量及叶龄的增加而增加，大小依次为F2>F1>T2>T1>CK；成熟期，桉叶添加处理玉米根系POD活性均显著高于CK处理，其中T2处理较CK处理提高了33.14 %，桉叶添加量对POD活性的提高有促进作用。

表3 速生桉叶添加对玉米叶片、根系SOD活性的影响

表4 速生桉叶添加对玉米叶片、根系POD活性的影响

表5 速生桉叶添加对玉米叶片、根系CAT活性的影响

2.4 速生桉叶添加对玉米CAT活性变化的影响

表5所示，拔节期，玉米叶片CAT活性以CK处理最高，各添加处理间差异不显著；成熟期，T2、F1、F2处理玉米叶片的CAT活性均显著高于CK处理，其中F2处理的增加幅度最为明显；玉米根系CAT活性在拔节期和成熟期，均呈随桉叶添加量及叶龄的增加而增加的趋势，其大小依次为F2>F1>T2>T1>CK。

3 讨 论

桉树在生长和凋落分解过程中都会产生一些化学物质，如巨桉叶片、根系中存在芳香酸醋，长链脂肪酸，烷烃类等[14]，这些化感物质均可在不同程度上影响受体植物的生长发育。

光合作用是植物合成碳水化合物及获得营养的基础，也是植物体内代谢的重要过程，同时也是判断植物抗逆性强弱的重要指标[15]。叶绿素是植物光合作用过程中的重要因子，是将光能转换为化学能的中介，其中叶绿素a是光合反应中心执行能量转换的重要载体，叶绿素b是捕获和传递光能的重要部分[16]。叶绿素含量的高低直接影响到植物光合作用的强度。化感物质通过作用于受体植物根系细胞膜，通过膜将胁迫信号传导到细胞内，影响植物细胞内水、离子浓度及激素分泌水平[17]，Singh等[18]研究报道柠檬桉叶片挥发性物质能够抑制银胶菊幼苗生长、降低叶绿素含量。本研究结果表明：添加桉叶处理后玉米叶片叶绿素a和叶绿素b含量随着桉叶添加量、叶龄及玉米生长时间的增加而减少，桉叶分解过程中释放的化感物质显著降低了玉米叶片中的叶绿素a和叶绿素b的合成量，且化感作用随叶龄和添加量的增加而变强，这与陈良华等[5]以小白菜和李羿桥[19]采用假俭草、狗尾草和菊苣三种草为受体研究巨桉叶分解化感作用的结果类似，即随着桉叶添加量的增加，受体植物叶绿素a、叶绿素b含量均显著降低。

本研究结果，桉叶添加处理后，玉米(叶片、根系)SOD活性明显增强，且随桉叶添加量及叶龄的增加而不断增强。添加处理后，玉米(叶片、根系)POD活性显著高于对照处理，且随添加量、叶龄的增加而增强。随着玉米的生长，叶片POD活性逐渐下降、根系POD活性却显著提高。添加处理的玉米根系CAT活性显著高于对照处理，且随添加量、叶龄及玉米生长时间的增加而不断增高。说明桉叶分解释放的化感作用激发了玉米体内的保护酶系统，且随着桉叶添加量的提高化感物质的释放量累积越多，玉米受到的胁迫越强烈，这与前人使用其它植物开展研究得出的结果相似，即在较低凋落叶含量处理下化感作用较小，对过氧化物酶活性变化影响不显著，但随着凋落叶含量的上升和处理时间的加长化感效应显著增强[22-23]。桉树种植年限的延长明显影响到土壤微生物的数量及多样性[24]，连作会增加化感物质在土壤的累积[25]，本研究结果显示1年生桉树叶添加处理比3个月生的桉叶添加处理化感作用更为强烈，说明桉树种植年限对桉叶化感物质含量的释放有着一定的影响作用，其影响强烈程度还有待于进一步的研究探讨。

4 结 论

桉叶在土壤腐解过程中对玉米的抗性生理产生了化感作用，桉叶化感作用降低了玉米叶片叶绿素a和叶绿素b含量进而影响光合作用机能；桉叶分解的化感物质激发了玉米体内的保护酶系统，玉米通过调节体内抗氧化物酶活性变化来缓解桉叶在分解过程中产生的化感胁迫。

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