6-BA对铝胁迫杉木幼苗抗氧化酶活性的研究

吕蒙蒙 陈 宇 林思祖

（福建农林大学林学院，国家林业和草原局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002）

杉木（Cunninghamia lanceolata），又名沙木、沙树等，亚热带地区优质速生针叶树种，林业价值高，且分布广阔，杉木的主要栽培区遍及包括台湾省在内的南方17个省区，而我国南方土壤以酸性红壤为主，加之近几十年来工业化发展和人类活动等，导致我国大面积受到酸雨的侵害，进而加剧土壤酸化[1-2]。土壤酸化往往与铝毒相伴而生，酸性条件下土壤中的固定铝不断溶出，活性铝不断增加，对植物的生长造成严重的抑制作用。随着杉木人工林连载代数增加，土壤pH值下降，将进一步加剧土壤的铝毒害[3-6]。

植物体内存在着清除活性氧（ROS）的抗氧化系统，可以减轻逆境胁迫对植物的氧化伤害，对提高植物抗逆性有着重要的作用。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化最重要的产物之一，可以间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性。过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）作为最重要的抗氧化酶，在抗氧化系统起到至关重要的作用[7-8]。6-卡氨基腺嘌呤（6-BA）是第1个人工合成的细胞分裂素，主要作用是诱导芽的分化和诱导愈伤组织发生，促进细胞分裂，具有抑制衰老、保绿作用[9-10]。此外，外源6-BA在缓解植物逆境胁迫，提高植物抗逆性方面也具有重要作用[11-13]。有研究[7]表明，叶面喷施一定浓度的6-BA可以提高Hg2＋胁迫下小麦幼苗叶片的POD、超氧化物歧化酶（SOD）活性及抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）含量，有效减轻Hg2＋胁迫对小麦的伤害；刘清玮[14]等发现，适当浓度的6-BA处理菘蓝种子，可明显提高其在盐碱胁迫环境下的萌发。研究表明，适宜浓度的6-BA有利于高温胁迫下抗氧化酶活性的升高，降低有害物质MDA积累[15]。铝胁迫对杉木生长、生理等方面的影响已有大量研究，但外源6-BA对杉木铝胁迫的研究鲜有报道。本研究以杉木实生苗为材料，探究不同浓度的6-BA对铝胁迫下杉木幼苗不同组织MDA含量及抗氧化酶活性的影响，为进一步提高杉木耐铝机制的研究提供参考依据[16]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以福建尤溪国有林场提供的杉木3代种子园种子为原始材料，经培育后获得的长势较一致的实生苗，试验地点位于福建农林大学林学楼，地 处119°19′E，26°07′N，试 验于2019年9月开始。

1.2 试验处理

杉木种子用去离子水将种子清洗3遍后，置于初始温度为45 ℃的超纯水中浸泡24 h，期间用玻璃棒搅动。然后去掉浮于水面的瘪粒和涩粒，用0.3% KMnO4消毒0.5 h，再用去离子水清洗干净，静置待用。将浸泡好的种子放在滤纸板上，置于光照14 h（25 ℃）、黑暗10 h（22 ℃），光强110 μmol/(m2·s)，相对湿度75%的气候箱中。萌发15 d后，挑选长势良好的幼苗移栽至盛有Hoagland-Arnon营养液（pH为5.5）的培养框中，置于温室进行水培。控制温度25 ℃，光照时间12 h/d，光照强度为12 000 lx。每7 d更换1次营养液，培养1个月后选取长势一致的幼苗进行处理[17]。参考黄鹏[18]及马志慧[19]的研究成果，以1 mmol/L Al3+（铝源为AlCl3·6H2O），pH 4.5的Hoagland-Arnon营养液作为CK，6-BA浓度设为0、10、30、50 mg/L，胁迫开始后pH均为4.5，在胁迫结束后分别采集根、茎、叶测定各指标。

1.3 测定指标

MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法测定，POD活性采用愈创木酚法测定，CAT活性采用紫外吸收法测定，PPO活性采用邻苯二酚法测定[20-21]。

1.4 数据整理分析

原始数据采用SPSS 17.0进行单因素方差分析，采用WPS 2019软件作图。

2 结果与分析

2.1 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗MDA含量的影响

由图1可知，与CK相比，杉木幼苗根部的MDA含量随着浓度的增加呈逐渐降低的趋势，各浓度处理均低于CK，当浓度为50 mg/L时MDA含量达到最低值，相比CK降低了60.7%；杉木茎部的MDA含量随着浓度的增加先降低后升高，且30 mg/L时达到最低值，与CK相比降低了30.2%；杉木叶片的MDA含量随着浓度的增加变化趋势与茎相一致，且30 mg/L时达到最低值，与CK相比降低了33.8%。总的来说，在同一处理水平下的MDA含量，叶片中含量最高，茎次之，根部含量最低。

图1 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗MDA含量的影响Fig. 1 Effects of 6-BA on MDA content in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表1可知，就同一组织不同浓度而言，杉木根中的MDA含量在CK和50 mg/L时存在显著差异（P＜0.05），其他处理水平差异不显著；茎部在CK和10 mg/L、CK和30 mg/L、CK和50 mg/L间存在显著差异（P＜0.05），其他处理水平上差异不显著；叶片在CK和10 mg/L、CK和30 mg/L、CK和50 mg/L、10 mg/L和30 mg/L、10 mg/L和50 mg/L、30 mg/L和50 mg/L 间存在显著差异（P＜0.05），其他处理水平差异不显著。就同一浓度不同组织而言，杉木幼苗根茎叶的MDA含量均存在显著差异（P＜0.05）。

2.2 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗CAT活性的影响

由图2可知，杉木根部的CAT活性随着浓度的增加呈现逐渐降低的趋势，当浓度为10 mg/L时活性最高，与CK相比提高了33.2%；杉木茎部的CAT活性随着浓度的增加先升高后降低，当浓度为30 mg/L时活性最高，相比CK提高了36.2%；杉木叶片的CAT活性对的变化趋势与根部相同，当浓度为10 mg/L时活性最高，相比CK提高了36.6%。总的来说，在同一处理水平上，根部CAT活性最高，茎次之，叶片活性最低。

图2 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗CAT活性的影响Fig. 2 Effects of 6-BA on CAT activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表2可知，就同一组织不同浓度水平而言，杉木幼苗根、茎、叶的CAT活性在各浓度处理水平上的差异均不显著。就同一浓度不同组织而言，当6-BA浓度为10 mg/L时，根和茎之间的CAT活性存在显著差异（P＜0.05），其他各部位之间差异不显著。

表2 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗CAT活性的多重比较Table 2 Multiple comparison of CAT activity of 6-BA in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

2.3 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗PPO活性的影响

由图3可知，杉木根部的PPO活性随着浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，各浓度处理下的PPO活性均低于CK，且当浓度为30 mg/L时达最低值，相比CK降低了31.8%；杉木茎部的PPO活性随着浓度的增加先升高后降低，且当浓度为30 mg/L时活性最高，相比CK提高了125.3%；杉木叶片的PPO活性随着浓度的增加逐渐升高，且50 mg/L时达到最高值，相比CK提高了76.3%。总的来说，同一处理水平上，茎部的PPO活性最高，根次之，叶片活性最低。

图3 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗PPO活性的影响Fig. 3 Effects of 6-BA on PPO activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表3可知，就同一组织不同浓度而言，杉木幼苗根部的PPO活性在CK和50 mg/L间存在显著差异（P＜0.05），其他处理水平上差异不显著；茎部的PPO活性在CK和30 mg/L间存在显著差异（P＜0.05），其他处理水平上差异不显著；叶片中的PPO活性均差异不显著。就同一浓度不同组织而言，当6-BA浓度为0 mg/L时，根和叶之间PPO活性存在显著差异（P＜0.05）；当浓度为30 mg/L时，根和茎、茎和叶之间存在显著差异，其他各组织之间差异不显著。

表3 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗PPO活性的多重比较Table 3 Multiple comparison of PPO activity of 6-BA in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

2.4 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗POD活性的影响

由图4可知，杉木根部的POD活性随着浓度的增加呈现先降低再升高的趋势，且浓度为10 mg/L时达最高值，相比CK提高了34.7%；杉木茎部的POD活性的变化趋势与根部相一致，且10 mg/L时达最高值，相比CK提高了37.2%；杉木叶片的POD活性的变化趋势与根、茎相一致，且10 mg/L时达最高值，相比CK提高了26.1%。总的来说，同一处理水平上，叶片的POD活性最高，茎部次之，根系活性最低。

图4 铝胁迫下6-BA对杉木幼苗POD活性的影响Fig. 4 Effects of 6-BA on POD activity in C. lanceolata seedlings under aluminum stress

由表4可知，就同一组织不同浓度而言，杉木幼苗根、茎、叶的POD活性在各浓度处理水平上的差异均不显著。就同一浓度不同组织而言，当6-BA浓度为30 mg/L时，根和茎、根和叶之间POD活性存在显著差异（P＜0.05）；当浓度为50 mg/L时，根和叶之间存在显著差异（P＜0.05）；其他各组织之间差异不显著。

3 结论与讨论

MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，它的产生能加剧膜的损伤，因此可通过MDA了解膜脂过氧化的程度，可以间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性，一般受到逆境胁迫时，植物体内MDA含量会增加[22-24]。有研究表明，铝胁迫使白苦瓜幼苗的膜脂过氧化程度逐渐增强，MDA含量显著升高，从而对植物的生长产生抑制作用[25]。本研究发现，铝胁迫下添加一定浓度的6-BA，可以减少杉木幼苗根茎叶中MDA含量的积累，减轻膜脂过氧化程度，从而缓解铝毒对杉木的伤害。

抗氧化系统是植物体内主要的防御系统，POD和CAT是植物抗氧化酶系统中的关键酶，可以消除ROS，减轻脂质过氧化物作用，因此其活性的高低正影响着植株本身的抗逆性的强弱[26-29]。PPO在植物组织受伤时活性会明显增强，且PPO活性和增长速率越高其抗性越强，对于杉木不同家系来说，PPO活性的强弱代表着其抗性的强弱[21,30]。徐莉莉等[31]的研究发现，喷施6-BA降低了叶片MDA含量，促进了叶片POD和CAT活性的升高，说明6-BA对镉胁迫玉米幼苗的伤害有一定缓解作用。吴雪霞等[32]也发现，外源6-BA可通过提高茄子幼苗的抗氧化酶活性（POD、CAT和SOD），来缓解Cd胁迫对茄子的毒害作用。这与本研究结果基本一致，添加外源6-BA可以有效提高杉木幼苗根、茎、叶中的CAT、PPO以及POD活性，表明一定浓度6-BA可以通过提高杉木幼苗抗氧化酶活性，进而增强其清除ROS的能力，缓解铝对杉木幼苗生长的抑制作用。

综上所述，与CK相比，随着6-BA浓度的增加，杉木幼苗根、茎、叶中的MDA含量及抗氧化酶活性呈现出不同的变化规律；具体而言，在6-BA处理下，叶片中的MDA含量和POD活性最高，其次是茎和根；CAT活性在根中最强，其次是茎和叶；PPO活性在叶片中最弱，其次是根和茎。总的来说，6-BA降低了不同组织中MDA的含量，提高了CAT，PPO和POD的活性，表明6-BA可以在一定程度上减轻铝对杉木的毒害，本研究可为丰富杉木耐铝机制的研究提供一定的理论基础。目前，关于6-BA对于杉木铝胁迫的研究，在设计和方法还可能存在一些不足，有关外源6-BA对杉木铝胁迫抗氧化酶活性影响的内在机理还有待研究，以期在之后的研究中进一步完善。