鄭陽(yáng)霞，趙善梅，向前，雷鳳蕓，李欽鳳

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611130；2.雷波縣教育和科技局，四川 雷波 616550)

我國(guó)酸性土壤占全國(guó)土壤面積的21%，主要分布在南方15個(gè)省區(qū)，鋁毒害是酸性土壤中制約作物生產(chǎn)的重要障礙因子[1-2].酸性條件下，從土壤礦物上釋放到土壤溶液中的鋁含量增加、形態(tài)發(fā)生變化，隨著pH值的降低，土壤中活性鋁的含量和比例上升[1-2].蔬菜作物在鋁脅迫下根系生長(zhǎng)受到抑制，影響植株對(duì)土壤中礦質(zhì)元素的吸收運(yùn)輸；同時(shí)，植株遭受鋁毒害時(shí)，能通過(guò)多種途徑不斷產(chǎn)生活性氧(ROS)，造成細(xì)胞膜損傷[3-5].許多蔬菜作物會(huì)富集環(huán)境中的鋁，而在植株體內(nèi)Al3+能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)離子結(jié)合位點(diǎn)，阻塞離子通道等方式抑制礦質(zhì)元素的吸收，導(dǎo)致植株缺素，影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育[4-5].設(shè)施蔬菜生產(chǎn)由于復(fù)種指數(shù)高、施肥量大等特點(diǎn)，易出現(xiàn)土壤退化，土壤酸化導(dǎo)致的活性鋁含量升高[6].在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水旱輪作為主要的土壤改良技術(shù)，淹水能有效改善土壤理化性質(zhì)，使土壤pH趨于中性[6-7].豆瓣菜(NasturtiumofficinaleR.Br.)，又名西洋菜、水田芥，屬多年生十字花科(Brassicaceae)豆瓣菜屬(Nasturtium)挺水草本植物，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，在中國(guó)南方各地均能栽培[8].已有研究者在生產(chǎn)上對(duì)水生蔬菜-旱生蔬菜輪作模式改良土壤進(jìn)行了探索[9-10]，本試驗(yàn)旨在探索豆瓣菜對(duì)鋁脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，對(duì)利用豆瓣菜進(jìn)行水旱輪作的可行性進(jìn)行探討，為土壤酸化改良和豆瓣菜的耐鋁機(jī)理提供參考依據(jù).

1 試驗(yàn)方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)所用豆瓣菜采自四川省雅安市.采集自然生長(zhǎng)健壯的豆瓣菜幼苗，扦插繁殖兩次馴化幼苗，選取第2次繁殖后長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗扦插進(jìn)行鋁處理盆栽控制性試驗(yàn).試驗(yàn)試劑：十八水合硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O，分析純)水溶液.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州實(shí)驗(yàn)基地，土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量1.65 g/kg，全氮(N)1.15 g/kg，全磷(P)0.45 g/kg，全鉀(K)23.78 g/kg.將土壤風(fēng)干壓碎、過(guò)5 mm篩后，稱取2.5 kg裝于15 cm×25 cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi)，分別加入0、750、1 500、2 250、3 000 mg/L的Al2(SO4)3·18H2O水溶液1 L，與土壤充分混勻，使土壤中加入的Al3+質(zhì)量濃度分別為0、300、600、900、1 200 mg/kg，保持淹水狀態(tài)，自然放置平衡15 d后再次混勻備用.將所選長(zhǎng)勢(shì)一致(株高約5 cm，葉片5～7片)的幼苗分別扦插至盆中，每盆種植10株，每個(gè)處理重復(fù)3盆.在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中不定期的交換盆與盆的位置以減弱邊際效應(yīng)的影響，并及時(shí)去除雜草.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

種植后分別在第10、20、30天隨機(jī)采集長(zhǎng)勢(shì)相近的葉片(每盆取10片葉，取樣范圍為從上至下第5～10片葉)測(cè)定生理生化指標(biāo)，采樣時(shí)間為上午10點(diǎn)前.丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定；脯氨酸(Pro)含量用酸性茚三酮比色法測(cè)定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法；過(guò)氧化物酶(POD)采用分光光度法；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光光度法測(cè)定；抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)采用紫外分光光度法[11-12].

處理后第30天，將豆瓣菜整株收獲.用直尺測(cè)量根系長(zhǎng)度；用TTC法測(cè)定根系活力[11]；將豆瓣菜地上部與地下部分開充分洗凈后，在105 ℃烘箱中殺青30 min后轉(zhuǎn)入80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，分別稱取干質(zhì)量.

將烘干后的植株研磨過(guò)篩，貯于干燥器中待測(cè).Al采用鋁試劑比色法；全N采用凱氏定氮法測(cè)定；全P用H2SO4-H2O2消煮，采用火焰光度法測(cè)定；全Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Zn、Cu先在250 ℃馬弗爐灼燒1 h后在500 ℃下灼燒8 h，制成灰分，倒入稀鹽酸溶解，用火焰原子吸收光譜法測(cè)定[13-14].礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)=地上部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量/根部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2013軟件作圖.使用LSD(最小顯著差異法)進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜生長(zhǎng)狀況的影響

由表1可知，豆瓣菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)在鋁脅迫下整體呈先增大后減小的趨勢(shì)，其中葉面積無(wú)顯著差異.300 mg/kg鋁處理下莖粗達(dá)到最大值，增幅為13.48%.根長(zhǎng)在600 mg/kg鋁處理下達(dá)到最大值，與對(duì)照差異顯著，增幅達(dá)到48.56%.地上部干質(zhì)量在300 mg/kg鋁處理下達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照，增幅為60.78%；地下部干質(zhì)量在600 mg/kg鋁處理下達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照，增幅為80%.300 mg/kg鋁處理下，根系活力達(dá)到最大值，增幅為24.33%，顯著高于其他處理.

表1 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜生長(zhǎng)狀況的影響

同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)小寫字母不同表示兩者差異達(dá)顯著水平(P<0.05).

The differences between the same column indicates with the difference small letters were significant(P<0.05).

2.2 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片丙二醛含量的影響

由圖1可知，僅在第30天，300 mg/kg鋁處理下MDA含量與對(duì)照差異不顯著，其余各處理下豆瓣菜葉片MDA含量均顯著高于同時(shí)期對(duì)照組，增幅為19.29%～267.88%；隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜葉片的MDA含量逐漸升高，在1 200 mg/kg鋁處理下達(dá)到最大，顯著高于其他各處理組；隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，300 mg/kg和600 mg/kg鋁處理下的豆瓣菜葉片MDA含量均呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，此時(shí)鋁脅迫對(duì)膜系統(tǒng)的傷害可能得到了一定程度的修復(fù)；900 mg/kg和1 200 mg/kg處理下的葉片MDA含量隨時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，均顯著高于對(duì)照，與對(duì)照相比，增幅為78.09%～267.88%，說(shuō)明高質(zhì)量濃度鋁脅迫破壞了植株體內(nèi)的活性氧清除系統(tǒng)平衡[15-17].

2.3 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸(Pro)是植物維持原生質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要分子，可以反映植物耐鋁的能力[15].由圖2可知，隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜葉片的Pro含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中，300 mg/kg和600 mg/kg鋁處理下的Pro含量均顯著高于對(duì)照，說(shuō)明此時(shí)Pro的合成得到一定的促進(jìn)；隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，300 mg/kg處理下的Pro含量先略微降低后升高；600 mg/kg鋁處理下的Pro含量持續(xù)升高；Al3+>600 mg/kg處理下，豆瓣菜葉片的Pro含量隨時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì).Pro的積累可能對(duì)豆瓣菜鋁脅迫有一定的緩解作用，鋁處理質(zhì)量濃度高于900 mg/kg時(shí)，可能豆瓣菜葉片的Pro合成能力即受到限制，而用于緩解鋁毒害的消耗過(guò)大，造成Pro含量降低.

圖1 鋁脅迫對(duì)葉片丙二醛含量的影響Figure 1 Effect of aluminum stress on MDA content in leaves of watercress

圖2 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片脯氨酸含量的影響Figure 2 Effect of aluminum stress on Pro content in leaves of watercress

2.4 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片抗氧化酶活性的影響

鋁脅迫會(huì)引發(fā)氧化脅迫，在鋁脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧物質(zhì)會(huì)增多.SOD、POD、CAT、APX等是植物細(xì)胞抵御活性氧傷害的重要保護(hù)酶系統(tǒng)，能有效清除活性氧.由圖3可知，豆瓣菜葉片SOD的活性整體上呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì).隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，300 mg/kg鋁處理下的SOD活性呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且顯著高于對(duì)照；當(dāng)Al3+≥600 mg/kg時(shí)，SOD活性隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)；600 mg/kg處理下與對(duì)照差異不顯著，≥900 mg/kg的鋁處理下SOD活性在第30天均顯著低于對(duì)照，降幅分別為11.07%和13.16%.

由圖4可知，在處理后第10天，POD活性隨鋁質(zhì)量濃度升高逐漸升高，增幅為8.02%～29.26%；在處理20 d后，POD活性呈先升高后降低的趨勢(shì).隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，當(dāng)Al3+≥900 mg/kg時(shí)，POD活性急劇下降，在第30天降幅最大，分別為對(duì)照的10.8%和30.21%；300 mg/kg和600 mg/kg處理下的POD活性隨處理時(shí)長(zhǎng)呈現(xiàn)出了不同的變化趨勢(shì)，前者先增高后降低，后者持續(xù)增高，均顯著高于對(duì)照，增幅為8.02%～32.47%.

圖3 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片SOD活性的影響Figure 3 Effect of aluminum stress on SOD activity in leaves of watercress

圖4 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片POD活性的影響Figure 4 Effect of aluminum stress on POD activity in leaves of watercress

由圖5可知，鋁脅迫下豆瓣菜葉片CAT活性整體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，降幅為8.93%～41.13%.隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，300 mg/kg和1 200 mg/kg鋁處理下的CAT活性呈逐漸降低的趨勢(shì)，600 mg/kg鋁處理下的CAT活性呈先降低后升高的趨勢(shì)；在第30天時(shí)，1 200 mg/kg鋁處理下的CAT活性為最低值，顯著低于對(duì)照，降幅為41.13%.

由圖6可知，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，Al3+>300 mg/kg鋁處理下的APX活性均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì).在第10天時(shí)，豆瓣菜葉片的APX活性在鋁脅迫下逐漸升高，各處理下的APX活性均顯著高于對(duì)照，增幅為24.62%～48.99%；處理20 d后， APX活性呈先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)Al3+≥600 mg/kg時(shí)，顯著高于對(duì)照；在第30天時(shí)，1 200 mg/kg鋁處理下的APX活性達(dá)到處理最高值，增幅為75.39%.

圖5 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片CAT活性的影響Figure 5 Effect of aluminum stress on CAT activity in leaves of watercress

圖6 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜葉片APX活性的影響Figure 6 Effect of aluminum stress on APX activity in leaves of watercress

2.5 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株幾種常量元素含量的影響

由表2可知，隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜N含量整體呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢(shì).其中根系的N含量在Al3+>300 mg/kg時(shí)顯著低于對(duì)照，降幅為9%～27%，各處理之間差異顯著.地上部分的N含量在鋁脅迫下均顯著低于對(duì)照，其中1 200 mg/kg鋁處理下與900 mg/kg差異不顯著，其余各處理間差異顯著，降幅分別為16.85%～39.57%，是根系的1.39倍.

隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜地上部分P含量呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì).其中，Al3+≤600 mg/kg時(shí)與對(duì)照差異不顯著，Al3+≥900 mg/kg時(shí)與對(duì)照差異顯著，降幅為24.61%～33.35%.根系P含量在Al3+≤900 mg/kg時(shí)大致呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)，各處理均顯著高于對(duì)照，1 200 mg/kg處理下的P含量顯著低于其他各處理，與對(duì)照差異不顯著.

在鋁脅迫下，豆瓣菜地上部分K含量呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，各處理均顯著低于對(duì)照，降幅為7.33%～37.06%；根系隨著鋁質(zhì)量濃度升高的變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，300 mg/kg和900 mg/kg處理下顯著高于對(duì)照，增幅為17.29%和22.68%，其他處理下的K含量與對(duì)照差異不顯著.

表2 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株常量元素含量的影響

同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)小寫字母不同表示兩者差異達(dá)顯著水平(P<0.05).

The differences between the same column indicates with the difference small letters were significant(P<0.05).

地上部Ca含量在Al3+≥300 mg/kg時(shí)呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，其中300 mg/kg的鋁處理顯著高于其他各處理，Al3+≤600 mg/kg時(shí)，Ca含量與對(duì)照差異不顯著，Al3+>600 mg/kg時(shí)顯著低于對(duì)照，且各處理組間差異顯著，降幅為10.82%～53.19%.根系Ca含量在300 mg/kg的鋁處理下與對(duì)照差異不顯著，降幅達(dá)8.71%～56.34%.

在鋁脅迫下，豆瓣菜植株的地上部Mg含量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，300 mg/kg處理下達(dá)到最高值，顯著高于對(duì)照，增幅為10.72%，在1 200 mg/kg處理下顯著低于對(duì)照，降幅為21.58%.根系的Mg含量在鋁脅迫下總體呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，Al3+≥600 mg/kg時(shí)，Mg含量顯著低于對(duì)照，降幅為26.8%～41.46%.

豆瓣菜是一種喜鈉植物，鈉含量很高[14].由表2可知，在鋁脅迫下，豆瓣菜植株地上部Na含量呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)，當(dāng)Al3+≥600 mg/kg時(shí)，Na含量顯著高于對(duì)照，增幅為43.79%～111.89%.根系中的Na含量隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高呈現(xiàn)先下降后升高的變化趨勢(shì)，當(dāng)Al3+<1 200 mg/kg時(shí)，Na含量逐漸降低，600、900 mg/kg處理下顯著低于對(duì)照，1 200 mg/kg處理下與對(duì)照差異不顯著.

2.6 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株微量元素含量的影響

由表3可知，隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜地上部分和根系的Al含量均呈逐漸升高的變化趨勢(shì)，與對(duì)照相比，增幅分別為7.92%～46.04%、27.36%～193.41%；其中，當(dāng)鋁處理質(zhì)量濃度大于300 mg/kg時(shí)，根系A(chǔ)l含量隨鋁處理質(zhì)量濃度升高均顯著高于地上部分；鋁進(jìn)入豆瓣菜植株后，主要集中在根系，地上部分鋁含量增幅較小.

鋁脅迫下豆瓣菜根系中各微量元素含量整體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，其中300 mg/kg鋁處理下Fe含量顯著低于對(duì)照，600 mg/kg鋁處理下與對(duì)照差異不顯著；Al3+≤600 mg/kg時(shí)，Zn含量與對(duì)照差異不顯著，Al3+≥900 mg/kg時(shí)，根系Fe、Zn含量迅速下降，顯著低于對(duì)照.Al3+≥600 mg/kg時(shí)，Mn含量顯著低于對(duì)照；Cu含量遭受鋁脅迫就開始顯著降低，各處理均顯著低于對(duì)照.地上部Fe、Zn含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，各處理顯著低于對(duì)照；地上部 Mn含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，Al3+≤600 mg/kg時(shí)與對(duì)照差異不顯著，Al3+≥900 mg/kg時(shí)，顯著低于對(duì)照；Al3+<1 200 mg/kg時(shí)，各處理下地上部Cu含量與對(duì)照差異均不顯著，1200 mg/kg鋁處理下地上部Cu含量顯著高于對(duì)照，除顯著高于600 mg/kg外與其他各處理差異不顯著.

2.7 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株元素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是用來(lái)評(píng)價(jià)植物將金屬?gòu)牡叵虏肯虻厣喜窟\(yùn)輸?shù)母患芰Φ囊环N指標(biāo).從表4來(lái)看，隨著鋁質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜對(duì)鋁的轉(zhuǎn)運(yùn)能力逐漸降低；在鋁脅迫下N、P、K、Ca、Fe、Mn、Zn等營(yíng)養(yǎng)元素向上轉(zhuǎn)運(yùn)受到了不同程度的抑制；Mg、Na、Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)能力整體上隨鋁質(zhì)量濃度升高而增加，其中Na和Cu元素轉(zhuǎn)運(yùn)能力增幅最大，當(dāng)鋁質(zhì)量濃度為1 200 mg/kg時(shí)，Na的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是對(duì)照的2.3倍，Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是對(duì)照的2.6倍.

表3 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株微量元素含量的影響

同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)小寫字母不同表示兩者差異達(dá)顯著水平(P<0.05).

The differences between the same column indicates with the difference small letters were significant(P<0.05).

表4 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜植株元素轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

3 討論

3.1 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜生長(zhǎng)狀況的影響

植物根系是最先感受到環(huán)境脅迫的器官，所以植株的生物量和根系狀態(tài)是判斷植株受脅迫情況的重要指標(biāo).通過(guò)測(cè)定鋁處理下豆瓣菜植株的生物量、莖粗、根長(zhǎng)和根系活力等指標(biāo)能明顯看出，Al3+≤300 mg/kg時(shí)，根系伸長(zhǎng)，根系活力增大，有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的效率較高，豆瓣菜的生長(zhǎng)得到一定的促進(jìn)；Al3+≥600 mg/kg時(shí)，植株根系生長(zhǎng)受到抑制，生物量減少，處理濃度越高，植株生長(zhǎng)受到的抑制越大，這與黨甲軍[16]對(duì)油菜在鋁脅迫下生長(zhǎng)影響的研究結(jié)果相符.

3.2 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜生理生化特性的影響

植物遭受脅迫時(shí)，植株體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)失衡，細(xì)胞膜的穩(wěn)定性下降，細(xì)胞代謝的產(chǎn)物O2-、羥自由基(OH·)和H2O2等過(guò)度積累，引起膜脂過(guò)氧化作用等，影響植株正常生長(zhǎng)[16-18].SOD、CAT、POD和APX等酶類是細(xì)胞抵御活性氧傷害的重要保護(hù)酶系統(tǒng)，它們?cè)谇宄踝杂苫?、過(guò)氧化氫和過(guò)氧化物以及減少羥基自由基形成等方面起著重要作用[16-20].本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：低鋁處理(≤300 mg/kg)下，豆瓣菜的SOD活性顯著高于對(duì)照，說(shuō)明低質(zhì)量濃度的鋁處理激發(fā)了自身的保護(hù)酶系統(tǒng)，促使SOD大量合成，使細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)植株的生長(zhǎng)并無(wú)顯著影響；當(dāng)Al3+>600 mg/kg時(shí)，SOD活性開始低于對(duì)照，推測(cè)600 mg/kg可能是豆瓣菜活性氧自由基清除系統(tǒng)對(duì)鋁的最大耐受點(diǎn)；隨著鋁處理質(zhì)量濃度的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基超出SOD的清除能力，其活性降低[18-20].POD和CAT在清除H2O2的過(guò)程中協(xié)同工作，他們將H2O2還原為H2O，從而維持細(xì)胞內(nèi)的ROS處于正常水平[18-20].在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，CAT活性逐漸下降；而在鋁脅迫初期第10天時(shí)，POD活性有所上升，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，POD活性的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，與SOD基本一致，這與張盛楠等[21]對(duì)馬尾松幼苗在鋁脅迫下生理變化的研究結(jié)果相同.由此推測(cè)，豆瓣菜葉片的CAT對(duì)鋁脅迫較為敏感，植株一旦遭受鋁脅迫，CAT活性即受到影響，迅速下降； POD與SOD在低質(zhì)量濃度鋁處理下活性升高，能有效維持細(xì)胞內(nèi)活性氧的清除效率，從而保持活性氧清除系統(tǒng)的正常運(yùn)行[19-21].而在高質(zhì)量濃度鋁脅迫下，3種抗氧化酶的活性均受到強(qiáng)烈抑制，推測(cè)此時(shí)活性氧清除系統(tǒng)已經(jīng)遭到破壞，細(xì)胞內(nèi)ROS含量上升，植株受到嚴(yán)重的氧化脅迫.鋁脅迫下，葉綠體內(nèi)H2O2的大量積累，APX通過(guò)催化AsA與H2O2反應(yīng)將H2O2分解，從而緩解氧化脅迫[22].本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Al3+>300 mg/kg時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，APX活性逐漸升高，且顯著高于對(duì)照，說(shuō)明在葉綠體中APX與H2O2的動(dòng)態(tài)平衡并未被打破，表現(xiàn)出了豆瓣菜的耐鋁機(jī)制.

MDA是細(xì)胞質(zhì)膜不飽和脂肪酸過(guò)氧化的產(chǎn)物，逆境下的膜脂過(guò)氧化導(dǎo)致MDA大量積累，MDA是植物遭受脅迫傷害的重要指標(biāo)[19].Pro作為一種重要的滲透保護(hù)物質(zhì)，其代謝中間產(chǎn)物具有誘導(dǎo)基因表達(dá)作用及降低滲透脅迫所造成的氧傷害作用，也常被作為反應(yīng)植物逆境抗性的一個(gè)重要指標(biāo)[17-19].本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高， MDA的含量均呈升高趨勢(shì)，處理時(shí)間越長(zhǎng)，MDA含量積累量更大，說(shuō)明鋁脅迫下豆瓣菜的膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重，細(xì)胞膜受到嚴(yán)重?fù)p傷.Pro隨鋁處理質(zhì)量濃度升高，呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，說(shuō)明較低質(zhì)量濃度(≤600 mg/kg)的鋁處理下豆瓣菜激發(fā)了自身的保護(hù)機(jī)制，大量合成脯氨酸，而高質(zhì)量濃度鋁處理下，Pro顯著低于對(duì)照，推測(cè)此時(shí)Pro消耗過(guò)量或者其合成機(jī)制遭到破壞.

3.3 鋁脅迫對(duì)豆瓣菜營(yíng)養(yǎng)元素吸收的影響

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，植物面對(duì)鋁毒害有共質(zhì)體內(nèi)外兩種解鋁毒途徑，前者包括胞質(zhì)中的螯合效應(yīng)、液泡的區(qū)域化隔離和耐鋁型酶的進(jìn)化等，后者包括鋁在細(xì)胞壁上固定、質(zhì)膜的選擇透性、螯合物的分泌以及根際pH障礙層等[23-26].本試驗(yàn)中，Al處理下豆瓣菜根系A(chǔ)l含量遠(yuǎn)高于地上部，表明豆瓣菜吸收的鋁主要集中在根系，莖葉吸收量較小，推測(cè)豆瓣菜對(duì)鋁的耐性以通過(guò)在根系外排和細(xì)胞壁固定為主，具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究證明[18,26].

高濃度的鋁可能會(huì)抑制根際固氮微生物和酶的活性，降低土壤有效氮的供應(yīng)，導(dǎo)致植株體內(nèi)的總N量逐漸降低[27].本試驗(yàn)中豆瓣菜植株的P含量分布隨鋁質(zhì)量濃度的升高發(fā)生了顯著變化，地上部的P含量逐漸降低，根系的P含量先升高后降低，在1 200 mg/kg鋁處理下與對(duì)照差異不顯著，但仍顯著高于地上部，這與章愛群等[28]對(duì)鋁脅迫下玉米地上部分和根系營(yíng)養(yǎng)元素含量變化的研究結(jié)果一致.

K在植物體內(nèi)主要以離子形式存在，雖然細(xì)胞中K的濃度很高，但K不參與任何代謝物的組成，K在細(xì)胞中主要與等濃度的無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì)[29].Na只對(duì)某些植物種類是必需的礦質(zhì)元素，孫曉慧等[30]的研究表明，豆瓣菜是一種特殊的喜鈉植物，植株體內(nèi)的鈉含量很高.在某些情況下，Na+可以以很高的濃度在液泡中代替K+的作用調(diào)節(jié)滲透勢(shì).從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在鋁脅迫下，豆瓣菜的K、Na含量表現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性.隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，地上部的K含量迅速降低，而Na含量與之對(duì)應(yīng)的上升，說(shuō)明在鋁脅迫下，豆瓣菜地上部分K和Na的含量聯(lián)系緊密，Na可以在某種程度上彌補(bǔ)細(xì)胞內(nèi)K含量的缺失，推測(cè)這可能是豆瓣菜植株內(nèi)K、Na之間可能存在某種平衡機(jī)制，以聯(lián)合對(duì)抗外界的脅迫因素，具體機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究試驗(yàn).

鋁毒對(duì)植物的危害不僅僅體現(xiàn)在對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制，鋁毒影響植物生長(zhǎng)的另一種方式是抑制礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收誘發(fā)缺素癥[28,31].本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在鋁脅迫下豆瓣菜對(duì)部分營(yíng)養(yǎng)元素(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)受到了不同程度的抑制作用，推測(cè)其部分原因是由于酸性土壤中溶出不同形態(tài)的活性鋁阻塞了陽(yáng)離子通道，降低了多價(jià)陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+)在根皮層細(xì)胞質(zhì)外體的負(fù)載量，同時(shí)高濃度的Al3+強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)質(zhì)外體上多價(jià)陽(yáng)離子的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致植株對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子的運(yùn)載量減少[25].如鋁通過(guò)阻塞Ca2+離子通道而降低Ca2+的吸收量，通過(guò)封閉轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上的Mg2+的結(jié)合位點(diǎn)而抑制Mg2+吸收等[32].

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豆瓣菜會(huì)富集土壤中的鋁，且隨著鋁處理質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜地上部和根系的Al含量均逐漸升高，而每人每周可耐受的鋁攝入量為2 mg/kg[33]，食用富鋁土壤中種植的豆瓣菜有鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；基于豆瓣菜對(duì)環(huán)境中的鋁有富集能力，且在較低濃度鋁處理下生長(zhǎng)良好，可以考慮將其用于吸附凈化鋁污染土地.

4 結(jié)論

1) 綜合來(lái)看，豆瓣菜對(duì)較低質(zhì)量濃度的鋁處理(≤300 mg/kg)有較好的耐受性，隨著鋁質(zhì)量濃度的升高，豆瓣菜的生長(zhǎng)受到抑制，鋁處理對(duì)其生長(zhǎng)的影響整體呈現(xiàn)“低促高抑”的變化趨勢(shì).

2) 當(dāng)豆瓣菜遭受鋁脅迫時(shí)，植株對(duì)N、P、K、Ca、Mg等常量元素以及Fe、Zn、Cu等微量元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)均有不同程度的影響，其中主要表現(xiàn)為抑制營(yíng)養(yǎng)元素(N、Ca、Mg)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn).

3) 鋁質(zhì)量濃度>600 mg/kg時(shí)，植株自由氧清除系統(tǒng)就會(huì)遭受破壞，細(xì)胞膜受到損傷，鋁處理濃度越大，處理時(shí)間越長(zhǎng)，豆瓣菜受到的傷害越大.