土壤酸度及鋁脅迫對接種AMF茶苗活性氧代謝的影響

胡方潔 翟秀明 鄧敏 楊海濱 盛忠雷

摘 要 為了研究接種叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhiza fungi，AMF）摩西球囊霉（Glomus mosseae）的茶苗在土壤酸度及鋁復合脅迫下，茶苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性的變化特征，探索不同梯度酸鋁脅迫下AMF對茶樹的保護機制，以1年生盆栽茶苗為試驗材料，向盆土中接種叢枝菌根真菌，通過不同濃度配比的酸、鋁復合條件對其進行脅迫，測定其在脅迫下的葉綠素熒光參數，以評估其對酸鋁脅迫的耐受能力。結果表明：1）在各種水平的酸鋁脅迫下，接種AMF茶苗葉片的SOD、POD活性均高于空白處理;2）酸、鋁這兩種脅迫因子分別對接種AMF茶苗葉片POD活性都有明顯影響，其中當土壤鋁濃度達到0.48 g·kg-1時，影響達到極大（P<0.05）;3）土壤鋁含量高低顯著影響了茶苗葉片的CAT活性;4）鋁脅迫顯著影響了茶葉的SOD活性（P<0.05），茶苗葉片SOD活性隨著鋁濃度增高呈現增大的趨勢;5）在T1鋁濃度處理下不同土壤酸性茶苗茶葉SOD、POD、CAT活性變化趨勢相同，呈現先降低再升高的趨勢;6）酸鋁脅迫環境下，AMF能夠促進茶苗抗氧化酶保護系統的SOD、CAT和POD酶活性不同程度地提高，加強體內活性氧代謝，調節生理活性，提高茶苗的耐酸和耐鋁能力。

關鍵詞 叢枝菌根真菌（AMF）;摩西球囊霉;茶苗;酸鋁脅迫;抗氧化酶保護系統

中圖分類號：S571.1;S19 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.09.004

收稿日期：2022-02-21

基金項目：財政部和農業農村部國家現代農業產業技術體系;重慶市現代山地特色高效農業茶葉產業技術體系創新團隊（2021）;重慶市自然科學基金項目（cstc2019jcyj-msxmX0547）;重慶市永川區自然科學基金計劃（Ycstc，2019nb0104）。

作者簡介：胡方潔（1989—），女，四川瀘縣人，碩士，助理研究員，主要從事茶園生態栽培研究。E-mail： 574762949@qq.com。

*為通信作者，E-mail： mindeng111@she163.com。

茶樹[Camellia sinensis （Linn.） O. Kuntze]，多年生經濟作物，具有一定耐鋁聚酸的特性。當前，酸雨影響及化肥施用不合理等原因導致茶園土壤酸化問題日益嚴重，西南茶區在不同pH值區段內土壤酸化特征明顯，并呈現日趨嚴峻態勢。土壤過度酸化和活性鋁富集過量，會加速土壤營養元素流失，降低土壤的鹽基飽和度、陽離子交換量，減少茶樹根際有益微生物種群數量，抑制土壤中微生物的活性，影響植物根系發育和對養分的吸收。而我國南方紅黃壤具有脫硅富鋁化成土過程，Al2O3含量高，交換性Al3+占陽離子交換量的20%～80%，pH值4.5～6.0[1]。酸雨和鋁毒被認為是南方地區農作物減產的重要原因之一。目前，學界關于鋁脅迫對茶樹的影響研究主要集中在茶葉的生長發育、養分變化、鋁含量、葉綠素熒光等方面[2-3]，抗氧化酶保護系統的酶活性研究有少量報道[4-5]，而對于酸鋁復合脅迫下茶苗的活性氧代謝研究鮮有報道。

叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhiza fungi，AMF），可提高植物在酸化、鹽堿、洪澇、干旱等脅迫下的抗性，提高植物在逆境下的生存能力[6-7]。摩西球囊霉（Glomus mosseae）是目前國內外研究中采用較多的一種模式菌株。摩西球囊霉提高了拂子矛屬紅丁香（Calamagrostis villosa）和曲芒發草（Deschampsia flexuosa）耐酸性[8-9]。接種AMF能活化難溶態磷，提高土壤有效磷的含量，改善紫花苜蓿在酸性土壤中的生存環境[10]。AMF能夠提高植物抗逆性的研究已得到證實，但接種AMF茶樹的抗氧化酶保護系統對酸鋁脅迫的響應機制尚不清楚。因此，研究酸鋁脅迫對接種AMF茶苗抗氧化酶系統的影響，探究AMF摩西球囊霉在茶樹酸鋁脅迫過程中發揮的作用，以及AMF摩西球囊霉提高茶植株耐酸鋁脅迫的保護機制，可為緩解茶樹酸鋁脅迫尋找方法，對改善西南茶園土壤酸化問題有重要的理論和現實意義。

1? 材料與方法

1.1? 試驗地點

試驗地位于重慶市農業科學院茶葉研究所試驗基地（永川區茶山竹海），東經105°53′、北緯29°23′，海拔610 m，氣壓94 500 Pa，年平均氣溫17.9 ℃，降雨量1 034.9 mm。

1.2? 試驗材料

1）供試植株選取生長健壯、長勢一致的1年生無性系茶苗，品種為“福鼎大白”。2）AMF摩西球囊霉，由北京市農林科學院植物營養與資源研究所“叢枝菌根真菌種質資源庫”提供。3）盆栽容器為塑料盆，上口內徑41 cm、下口內徑27 cm、盆深31 cm，基質為6∶4的泥炭土和茶園原土，重量16 kg·盆-1。

1.3? 試驗方法

1.3.1? 酸、鋁脅迫試驗設置

采取盆栽法，將復合肥和AlCl3·6H2O混勻拌入基質并裝入盆中，設4個土壤酸度脅迫：pH3.5、pH4.0、pH4.5、pH5.0，土壤pH值調節參考陳雪嬌等[11]的方法。每種土壤酸度下再設置5個鋁濃度梯度（T1、T2、T3、T4、T5），土壤鋁的含量分別為：0、0.06、0.12、0.24、0.48 g·kg-1;空白設置1個處理：不接種叢枝菌根真菌、不設置酸鋁脅迫。共計21個處理，每個處理設置3個重復，每個重復1盆，每盆栽種長勢一致的茶苗5株，共計63盆。

1.3.2? 茶苗葉片抗性指標活性測定

試驗于2020年10月進行，定植1個月后在盆栽土壤中接種擴繁的摩西球囊霉，之后1周開始脅迫試驗。試驗期間，每隔10 d施加對應的處理液以保持相應酸鋁濃度。分別在脅迫后的120 d時，每盆固定選取當年生芽下第3片健康成熟葉片進行測定。所有指標測定均重復3次。

過氧化物酶（POD）采用酶標法測定[12-13]，每克組織（鮮重）在每毫升反應體系中每分鐘A470變化0.05為1個酶活力單位。

過氧化氫酶（CAT）采用鉬酸銨比色法測定[14]，以每克組織（鮮重）每分鐘催化1 μmol H2O2降解定義為1個酶活力單位。

超氧化物歧化酶（SOD）采用酶標法測定[15]，以每克組織（鮮重）在黃嘌呤氧化酶偶聯反應體系中抑制百分率為50%時的SOD酶活力定義為1個酶活力單位。

1.4? 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013軟件進行數據統計并作圖，利用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA），用LSD法進行多重比較。

2? 結果與分析

2.1? 酸鋁脅迫對茶苗POD活性的影響

POD作為植物抗逆境保護體系中一種適應性酶，在防御細胞膜過氧化、降低細胞受傷害程度中發揮重要作用。在酸鋁脅迫下，茶苗葉片中POD活性存在較大差異。本研究中，空白處理下的茶葉POD活性為11.06 U·g-1FW，接種過AMF的茶苗葉片POD活性均高于空白組。從圖1可以看到隨著土壤pH值從3.5升高5.0時，在相同的鋁濃度T1處理下，茶苗葉片中POD活性呈現出先下降再升高的趨勢，其中在pH值為4.5時，此時POD活性顯著低于其余三種pH處理（P<0.05）;在鋁濃度T2處理下，POD活性在土壤pH值為3.5時最低;在鋁濃度T3處理下，POD活性在土壤pH值為4.5時最低;在鋁濃度T4處理下，POD活性在土壤pH值為5時最低;在鋁濃度T5處理下，POD活性隨著土壤酸性降低呈現先增大后減小，其中在土壤pH值為4.5時最低。而在相同土壤酸度條件下，POD活性受鋁脅迫的程度差異較大。在T1、T2、T3、T4處理下，POD活性均遠遠小于T5水平，差異顯著（P<0.05）。除T1處理外，T2、T3、T4、T5處理下POD活性隨著土壤酸性下降均呈現出先略有升高再降低最后大幅升高的趨勢。由此說明，酸、鋁這兩種脅迫因子分別對茶苗葉片POD活性都有明顯影響，其中當土壤鋁濃度達到0.48 g·kg-1時，影響達到極大（P<0.05）;而酸脅迫在3.5～4.0的范圍時對茶苗葉片POD活性影響最大。

2.2? 酸鋁脅迫對茶苗CAT活性的影響

CAT是植物體內的一種抗逆境脅迫的氧化還原酶，能維持活性氧代謝的平衡狀態。本研究中，空白處理的茶苗葉片的CAT活性為16.12 μmol·min-1·g-1FW。從圖2看出接種AMF后，隨著土壤酸性和鋁含量的增加，茶苗葉片的CAT活性發生了明顯的變化。其中，在T1和T4處理下，當土壤pH值逐步增大時，CAT活性表現出逐步降低然后再升高的趨勢;而T2和T3處理下，CAT活性表現的規律呈現相反的趨勢;而在T5處理下，CAT活性則呈現先升高后降低的趨勢。從圖2得出，pH值在3.5和4.0時，在最高濃度的鋁脅迫下CAT活性達到最大，顯著高于其余的4個處理（P<0.05）;pH值在4.5時，T3處理下的CAT活性達到最大，顯著高于另外4個處理（P<0.05）;pH值在5.0時，T1處理下的CAT活性達到最大。從圖2還可以得知，當土壤pH值在4.0且土壤鋁含量在0.48 g·kg-1時，CAT活性最大，顯著高于其余處理（P<0.05）;而在當土壤pH值在5.0且土壤鋁含量在0.24 g·kg-1時，CAT活性最小，顯著低于其余處理（P<0.05）。綜上可見，在土壤酸性較強的情況下，土壤鋁含量高低顯著影響了茶苗葉片的CAT活性，表現為高濃度的鋁脅迫顯著提高了茶苗葉片的CAT活性;在土壤酸性較弱的情況下，高濃度的鋁脅迫對茶苗葉片的CAT活性影響程度低于低濃度鋁脅迫。

2.3? 酸鋁脅迫對茶苗SOD活性的影響

逆境中，SOD可以清除植物受脅迫產生的多余O2·-，并將活性氧歧化反應成H2O和O2來維持細胞體正常的生理[16]。本研究中空白處理茶葉SOD活性值為151.13 U·g-1FW，均低于接種AMF處理。從圖3得知接種AMF后，土壤的pH值和鋁含量對茶苗茶葉的SOD活性有著十分重要的影響。在T1和T2處理下，SOD活性隨著土壤酸性的降低呈現先下降再逐步升高的趨勢;在T3處理下，SOD活性在土壤pH值為4.0時達到最大;在T4處理下，SOD活性在土壤pH值為4.5時達到最大;在T5處理下，SOD活性在土壤pH值為3.5時達到最大。而在不同土壤pH值影響下，SOD活性均隨著土壤鋁濃度的增加呈現增大趨勢，其中pH值為3.5、4.0、5.0時，SOD活性均在最高濃度鋁脅迫下達到最大，顯著高于另外4個處理（P<0.05）。綜上可見，鋁脅迫顯著影響了茶葉的SOD活性（P<0.05），隨著土壤鋁濃度增高茶苗葉片SOD活性隨之增大的趨勢;而酸脅迫對茶葉的SOD活性有一定程度的影響，但影響趨勢規律不明顯。

3? 結論與討論

抗氧化酶保護系統由SOD、CAT和POD等抗氧化酶組成[17]。在逆境下，植物會通過調動抗氧化酶保護系統來對抗脅迫，它們在植物體內協同作用下清除體內的超氧陰離子自由基、羥自由基和過氧化氫來減少活性氧累積，防止膜質過氧化，減輕細胞膜的損傷，降低了細胞內膜系統的破壞程度，其活性的高低可以衡量植物對脅迫的耐受程度[18-20]。相關研究表明，植物SOD在抵御單一金屬脅迫時能起到一定的保護作用，表現出隨著金屬濃度的提高，SOD活性呈先升后降趨勢[21-22]。本研究中，pH值為4.5時，茶苗葉片SOD活性隨著土壤鋁含量的增加呈先升后降趨勢，這與曹林等[16]、李西等[23]研究趨勢相似。當pH值為3.5、4.0、5.0時，此時茶苗葉片SOD活性隨著土壤鋁含量的增加幾乎呈一直增大趨勢，出現這種趨勢的原因可能是本研究中的鋁脅迫濃度還遠未達到茶苗的最大耐受性。羅亮等[4]研究發現低濃度的鋁處理（10 mg·L-1）促進茶樹POD、CAT活性增加，而高濃度的鋁處理（100 mg·L-1）降低POD、CAT活性。本研究中，不同pH值下茶苗POD活性均在土壤鋁含量為0.48 g·kg-1時達到最大值，原因可能是叢枝菌根真菌減弱了茶苗受到酸鋁2個因子脅迫的程度，進而導致POD活性得到進一步提升，在同一水平的酸脅迫下茶苗葉片POD活性隨鋁濃度增大呈現先降低再升高再降低的趨勢，這與葉錦培等[5]的研究結果十分相似;Cakmak等發現，大豆根中的CAT活性在鋁脅迫下呈下降趨勢[17]，而葉錦培等發現隨鋁濃度增大，茶苗葉片CAT活性表現為先降低再升高再降低再升高[5]。本研究中，在pH值為3.5和4.0較強酸性的脅迫下，茶苗葉片CAT活性在鋁脅迫增大下呈先增大的趨勢，而且效果明顯;在pH值為4.5時，茶苗葉片CAT活性在鋁脅迫下的變化趨勢與葉錦培等的研究結果一致。叢枝菌根真菌與部分植物構成互惠共生體系，促進了宿主植物在逆境中的存活與生長，提高了植物的抗脅迫能力。覃圣峰等的研究結果顯示，AMF能促進玉米在酸性土壤中生長，增強玉米耐鋁性[24]。張爽等認為在一定的鋁脅迫條件下，接種叢枝菌根真菌能提高植物的抗鋁毒能力，還能緩解和改善過酸對植物的毒害，這可能是叢枝菌根真菌利用菌根侵染結構豐度的改變忍耐酸鋁毒害[25]。李信茹等的研究發現，接種叢枝菌根真菌后，水稻葉片SOD、POD、CAT活性均升高[26]。沈亞琴等[27]的研究結果也證實，叢枝菌根真菌能有效增加水稻葉片SOD、POD、CAT的活性，進而提高植物抗氧化酶系活性來緩解重金屬毒害作用，增強植物抗逆性。從本研究的結果來看，在茶苗接種AMF后，茶苗葉片抗氧化酶保護系統的SOD和POD活性相比對照得到不同程度的提高;多數處理中，CAT活性也較對照有明顯提高，在較強酸脅迫時茶苗葉片SOD、CAT和POD活性比較弱酸脅迫時高，在較高濃度或高濃度鋁脅迫時茶苗葉片的SOD、CAT和POD活性也比低濃度時高，這表明接種AMF后在一定程度上能提高茶苗的酸、鋁耐受性。

接種AMF后茶苗對逆境脅迫的耐受性有一定提高。本文僅對抗氧化酶保護系統的部分酶活性進行研究分析，下一步將對接種AMF茶苗的生長特征如株高、地徑、葉面積、生物量、葉綠素熒光及光合作用等方面進行分析，以期更深刻、更全面地闡述AMF提高茶苗耐受酸鋁脅迫的機制。

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（責任編輯：敬廷桃）