速生桉葉片對(duì)盆栽玉米抗性生理的影響

黃雁飛，陳桂芬，熊柳梅，黃玉溢，劉永賢，潘麗萍

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】桉樹原產(chǎn)地為澳大利亞，我國(guó)于20世紀(jì)60年代開始引種，目前我國(guó)桉樹人工林面積已經(jīng)超過390萬(wàn)hm2[1]，其中四川、福建、貴州和廣西等省(自治區(qū))種植面積較多。由于桉樹生產(chǎn)周期短，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益快，因此備受人們的青睞，但人工桉樹林也在一定程度上會(huì)導(dǎo)致土壤退化、水源污染、地力下降、生物多樣性減少、與其他作物存在水肥的競(jìng)爭(zhēng)等現(xiàn)象[2-3]。隨著研究的不斷深入，桉樹的化感作用危害也逐漸被大家所認(rèn)識(shí)，桉樹根系及桉葉分解其釋放的某些化感物質(zhì)是抑制其他植物生長(zhǎng)的重要因素[4]。因此，研究速生桉化感作用對(duì)作物生長(zhǎng)的影響及作物抗性生理反應(yīng)機(jī)制，對(duì)今后桉樹砍伐后合理利用桉葉和桉林土地具有重要的指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】桉樹的鮮活枝葉、枯落物及根系分泌物，均含有抑制其他作物生長(zhǎng)的化感物質(zhì)，其中桉樹葉分解是速生桉化感物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境的重要途徑[5]。高丹等[6]在對(duì)巨桉葉片中化感成份進(jìn)行測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)：巨桉葉片中存在8類35種化合物，其中烷烴、芳香烴和酚類物質(zhì)是桉葉中典型的主要化感物質(zhì)?；形镔|(zhì)通過作用于植物細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體、基因表達(dá)等，進(jìn)而影響到植物的生長(zhǎng)發(fā)育[7]。比如，化感物質(zhì)可通過改變?nèi)~綠素合成而影響到植物的光合作用，其次化感物質(zhì)會(huì)刺激植物產(chǎn)生超氧陰離子自由基、過氧化物羥自由基而引發(fā)膜脂過氧化。此外，化感物質(zhì)的作用強(qiáng)度將直接影響植物體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性變化—SOD和POD等保護(hù)酶系統(tǒng)活性的變化已被廣泛的作為植物抵御逆境傷害的指標(biāo)[8]。【本研究切入點(diǎn)】當(dāng)前，關(guān)于人工桉樹林對(duì)土壤環(huán)境退化，周邊水質(zhì)變化等的研究均有相關(guān)報(bào)道[9]，對(duì)桉樹葉化感作用的研究主要集中在對(duì)化感物質(zhì)的分離鑒定、生物活性測(cè)定等方面[10]，而模擬桉葉在土壤自然分解狀態(tài)下對(duì)其他作物化感作用的研究還鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以玉米為受體植物研究速生桉成熟葉片在自然分解過程中對(duì)玉米體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)及光合作用的影響，以期為桉樹砍伐后桉葉和桉林土壤的合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2015年3月從廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院人工速生桉林基地，分別收集3個(gè)月生和1年生樹齡的尾巨桉成熟葉片，葉片采集后風(fēng)干備用。供試的玉米品種為桂單0810。盆栽供試土壤為第四紀(jì)紅土，基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)不同樹齡桉葉化感物質(zhì)含量存在差異以及桉林葉片年生長(zhǎng)量(約9000 kg/hm2)[11]的特征，試驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)月生桉樹的成熟葉片添加量225 g/盆處理(T1)、添加量652 g/盆處理(T2)；1年生桉樹的成熟葉片添加量225 g/盆處理(F1)、添加量652 g/盆處理(F2)；；另設(shè)不添加桉樹葉處理(CK)為對(duì)照，共5個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共計(jì)15盆。添加桉葉方法為，稱取所需添加風(fēng)干桉葉(非粉碎，保持原狀)與土壤拌勻后轉(zhuǎn)到桶中。

于2015年在基地大棚中采用盆栽的方法進(jìn)行試驗(yàn)，盆栽塑料桶直徑30 cm、高50 cm，每桶裝16 kg過1 cm篩的風(fēng)干土，并于玉米播種前將所需添加的桉樹葉與桶內(nèi)土壤混勻備用。玉米于4月8日播種，每桶播種20穴，每穴1粒飽滿均勻玉米種子，播完種子后，每桶加入2.5 L水使土壤水分達(dá)到飽和狀態(tài)，玉米生長(zhǎng)過程中，每個(gè)處理均按玉米生產(chǎn)需求的水分和養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均衡一致地澆水、施肥與管理。7月19日，玉米成熟收獲。

采樣方法：在玉米拔節(jié)期和收獲期，對(duì)玉米根及葉片進(jìn)行采樣。取新鮮玉米根和葉片樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，用去離子水洗凈，待測(cè)玉米酶活性和葉片中葉綠素含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

按相關(guān)方法[12]測(cè)定土壤理化性質(zhì)，根系和葉片酶活性采用試劑盒測(cè)定。準(zhǔn)確稱取1 g超純水清洗過的鮮樣品，研磨成勻漿待測(cè)，選用南京建成生物工程研究所提供的考馬斯亮藍(lán)蛋白試劑盒，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)試劑盒，過氧化物酶(Peroxidase，POD)試劑盒，過氧化氫酶(Catalase，CAT)試劑盒，分別測(cè)定玉米根、葉片蛋白質(zhì)含量SOD活性、POD活性以及CAT活性，按照給定的方法計(jì)算SOD、POD和CAT的活性。葉片葉綠素含量參考王磊的分光光度計(jì)法測(cè)定[13]。

計(jì)算公式為：

CA=12.7OD663-2.59OD645

CB=22.9OD645-4.67OD663

CA+B=20.3OD645+ 8.04OD663

式中，CA、CB分別為葉綠素a和b的濃度；CA+B為葉綠素a和b的總濃度，單位為mg·L-1。

表1 供試土壤基本理化性狀

表2 速生桉葉添加對(duì)玉米葉片葉綠素含量的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同的小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(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：葉綠素濃度(mg·L-1)；V：提取液總體積(mL)；W：葉片鮮重(g)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003、SPSS 19軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在a=0.05水平上進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 速生桉葉覆蓋對(duì)玉米葉綠素含量變化的影響

葉綠素含量變化整體趨勢(shì)隨著桉葉添加量、葉齡的增加而減少(表2)。拔節(jié)期，添加桉葉處理葉綠素a和總?cè)~綠素含量均有所降低，其中T2和F2處理降低效果較為明顯：與CK處理相比，葉綠素a含量分別降低了12.93 %和10.98 %，總?cè)~綠素含量分別降低了18.36 %和18.29 %。成熟期，與CK處理相比T2、F1和F2處理葉綠素a含量分別降低了31.76 %、25.29 %和38.23 %，葉綠素b含量分別降低了40.00 %、24.00 %和38.00 %，總?cè)~綠素含量分別降低了33.60 %、25.00 %和38.18 %。

2.2 速生桉葉添加對(duì)玉米SOD活性變化的影響

表3所示，拔節(jié)期，F(xiàn)1、F2處理玉米葉片SOD活性均顯著高于CK處理，其中F2處理增高幅度最大；成熟期，添加桉葉處理提高了玉米葉片SOD活性，其中T1、F1、F2處理處理均顯著高于CK處理。玉米根系SOD活性整體上隨玉米生長(zhǎng)時(shí)間、桉葉添加量及葉齡增加呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)。拔節(jié)期，不同桉葉添加處理均可提高玉米根系SOD活性，其中F2處理SOD活性最高，與CK處理相比提高了43.36 %；成熟期，各處理玉米根系SOD活性大小依次為F2>T2>T1>F1>CK ，其中F2、T2處理與CK處理相比分別提高了39.15 %和31.60 %。

2.3 速生桉葉添加對(duì)玉米POD活性變化的影響

表4所示，拔節(jié)期，玉米葉片POD活性隨桉葉添加量、葉齡的增加而增高，各處理POD活性的大小依次為F2>F1>CK>T2>T1；成熟期，各處理葉片POD活性大小為F2>T2>F1>T1>CK，添加桉葉處理均顯著高于CK處理；拔節(jié)期，玉米根系POD活性隨著桉葉添加量及葉齡的增加而增加，大小依次為F2>F1>T2>T1>CK；成熟期，桉葉添加處理玉米根系POD活性均顯著高于CK處理，其中T2處理較CK處理提高了33.14 %，桉葉添加量對(duì)POD活性的提高有促進(jìn)作用。

表3 速生桉葉添加對(duì)玉米葉片、根系SOD活性的影響

表4 速生桉葉添加對(duì)玉米葉片、根系POD活性的影響

表5 速生桉葉添加對(duì)玉米葉片、根系CAT活性的影響

2.4 速生桉葉添加對(duì)玉米CAT活性變化的影響

表5所示，拔節(jié)期，玉米葉片CAT活性以CK處理最高，各添加處理間差異不顯著；成熟期，T2、F1、F2處理玉米葉片的CAT活性均顯著高于CK處理，其中F2處理的增加幅度最為明顯；玉米根系CAT活性在拔節(jié)期和成熟期，均呈隨桉葉添加量及葉齡的增加而增加的趨勢(shì)，其大小依次為F2>F1>T2>T1>CK。

3 討 論

桉樹在生長(zhǎng)和凋落分解過程中都會(huì)產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)，如巨桉葉片、根系中存在芳香酸醋，長(zhǎng)鏈脂肪酸，烷烴類等[14]，這些化感物質(zhì)均可在不同程度上影響受體植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

光合作用是植物合成碳水化合物及獲得營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)，也是植物體內(nèi)代謝的重要過程，同時(shí)也是判斷植物抗逆性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[15]。葉綠素是植物光合作用過程中的重要因子，是將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的中介，其中葉綠素a是光合反應(yīng)中心執(zhí)行能量轉(zhuǎn)換的重要載體，葉綠素b是捕獲和傳遞光能的重要部分[16]。葉綠素含量的高低直接影響到植物光合作用的強(qiáng)度?；形镔|(zhì)通過作用于受體植物根系細(xì)胞膜，通過膜將脅迫信號(hào)傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，影響植物細(xì)胞內(nèi)水、離子濃度及激素分泌水平[17]，Singh等[18]研究報(bào)道檸檬桉葉片揮發(fā)性物質(zhì)能夠抑制銀膠菊幼苗生長(zhǎng)、降低葉綠素含量。本研究結(jié)果表明：添加桉葉處理后玉米葉片葉綠素a和葉綠素b含量隨著桉葉添加量、葉齡及玉米生長(zhǎng)時(shí)間的增加而減少，桉葉分解過程中釋放的化感物質(zhì)顯著降低了玉米葉片中的葉綠素a和葉綠素b的合成量，且化感作用隨葉齡和添加量的增加而變強(qiáng)，這與陳良華等[5]以小白菜和李羿橋[19]采用假儉草、狗尾草和菊苣三種草為受體研究巨桉葉分解化感作用的結(jié)果類似，即隨著桉葉添加量的增加，受體植物葉綠素a、葉綠素b含量均顯著降低。

本研究結(jié)果，桉葉添加處理后，玉米(葉片、根系)SOD活性明顯增強(qiáng)，且隨桉葉添加量及葉齡的增加而不斷增強(qiáng)。添加處理后，玉米(葉片、根系)POD活性顯著高于對(duì)照處理，且隨添加量、葉齡的增加而增強(qiáng)。隨著玉米的生長(zhǎng)，葉片POD活性逐漸下降、根系POD活性卻顯著提高。添加處理的玉米根系CAT活性顯著高于對(duì)照處理，且隨添加量、葉齡及玉米生長(zhǎng)時(shí)間的增加而不斷增高。說(shuō)明桉葉分解釋放的化感作用激發(fā)了玉米體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)，且隨著桉葉添加量的提高化感物質(zhì)的釋放量累積越多，玉米受到的脅迫越強(qiáng)烈，這與前人使用其它植物開展研究得出的結(jié)果相似，即在較低凋落葉含量處理下化感作用較小，對(duì)過氧化物酶活性變化影響不顯著，但隨著凋落葉含量的上升和處理時(shí)間的加長(zhǎng)化感效應(yīng)顯著增強(qiáng)[22-23]。桉樹種植年限的延長(zhǎng)明顯影響到土壤微生物的數(shù)量及多樣性[24]，連作會(huì)增加化感物質(zhì)在土壤的累積[25]，本研究結(jié)果顯示1年生桉樹葉添加處理比3個(gè)月生的桉葉添加處理化感作用更為強(qiáng)烈，說(shuō)明桉樹種植年限對(duì)桉葉化感物質(zhì)含量的釋放有著一定的影響作用，其影響強(qiáng)烈程度還有待于進(jìn)一步的研究探討。

4 結(jié) 論

桉葉在土壤腐解過程中對(duì)玉米的抗性生理產(chǎn)生了化感作用，桉葉化感作用降低了玉米葉片葉綠素a和葉綠素b含量進(jìn)而影響光合作用機(jī)能；桉葉分解的化感物質(zhì)激發(fā)了玉米體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)，玉米通過調(diào)節(jié)體內(nèi)抗氧化物酶活性變化來(lái)緩解桉葉在分解過程中產(chǎn)生的化感脅迫。

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