铝氟交互处理对茶树生理特性的影响

王小平,刘 鹏

1

1*

,罗 虹,谢忠雷,徐根娣,姚建东,陈可宝

12111

(1浙江师范大学生态研究所,浙江金华321004;2吉林大学环境与资源学院,长春130026)

摘 要:通过-白茶.和-智仁早茶.在不同铝氟浓度交互处理的水培试验,研究了茶树的根系活力、叶片的游离脯氨酸含量、质膜透性、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物岐化酶活性(SOD)。结果表明:

(1)低浓度铝(30mg#L-1)能够增强茶树根系活力和SOD活性,降低叶质膜透性以

(2)在氟浓度为4和12mg#L-1时,与对照相比,茶叶的酶活性增强,叶质膜透(3)铝氟交互处理中,在低铝低氟-低铝高氟交互过程中,POD、CAT和SOD

POD和

及POD和CAT酶活性;

性和根系活力均低于对照;

活性均呈上升趋势,可以推断这个铝氟比例范围增强茶树对活性氧的清除,但低铝高氟处理时,

CAT活性均比对照低;高铝低氟浓度下,游离脯氨酸含量、根系活力、POD、CAT和SOD活性均较单铝90mg#L-1处理低,可能铝与氟产生协同作用;高铝高氟浓度下,茶苗的POD、CAT和SOD活性较对照高,且叶质膜透性和根系活力比对照低,表明茶树受到一定伤害。这些结果说明,铝氟交互作用对茶树生理机制的影响显著优于单铝和单氟处理,且其作用存在一定比例范围,两个品种间并不一致。

关键词:茶树;铝;氟;铝氟交互;生理特性中图分类号:

S57111 文献标识码:A 文章编号:

0513-353X(2009)09-1359-06

EffectofAlandFInteractiononPhysiologicalCharacteristicsofTeaPlants

WANGXiao-ping,LIUPeng,LUOHong,XIEZhong-lei,XUGen-di,YAOJian-dong,andCHEN

1

Ke-bao

(1InstituteofEcology,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua,Zhejiang321004,China;JilinUniversity,Changchun130026,China)

2

11*1211

CollegeofEnvironmentandResources,

Abstract:Thephysiologicalresponsesofteaplantstoaluminum(Al)andfluorine(F)interaction

stressingwerestudied,andsixphysiologicalindiceswereinvestigatedintowvarietiesBaichaandZhirenzaochaat30d,includingthemembranepermeabilityofleafcells(MP),therootsystemactivity(RA),freeproline(Pro)conten,ttheactivityofcatalase(CAT),peroxidase(POD)andsuperoxidedismutase(SOD).Tea

-1

plantswasculturedinnutrientsolutionwhichcontainedAl(0,30,90mg#L)and/orF(0,4,12mg#-1

L).Theresultsweresummarizedasfollows:(1)RAinrootsandtheactivityofSODinleaveswere

-1

enhancedwith30mg#LofAlalone,butMPandactivityofPODandCATinleavesdeclined;(2)When

-1-1

theconcentrationofFalonewas4mg#Land12mg#L,enzymesoftealeavesincreasedandMPandRA

-1-1

inrootsdecreasecomparedwithcontrol(0mg#LAland0mg#LF);(3)RA,contentofProandthe

-1

activityofPOD,CATandSODwerelowerunderhighAlandlowFinteractioncomparedwith90mg#LAlalone.MaybeAlandFcooperatedwitheachotherduringgrowthofteaplants.WhenproportionofAlandFwerefrom30/4to30/12,activityofPOD,CATandSODshowedanobviousupwardtendency,aswasinferredthattherangeofproportionstrengthenedtheabilityofreactiveoxygenspecies(ROS)scavenging.Incomparisonwithcontro,lactivityofPOD,CATandSODofteaplantsincreased,butMPandRAfellunderhighAlandhighFinteraction,indicatingthatteaplantsinjuredinsomedegree.Therefore,AlandFinterac-收稿日期:2009-05-05;修回日期:2009-07-13

基金项目:国家自然科学基金项目(4057305);浙江省自然科学基金项目(305151,*通讯作者Authorforcorrespondence(E-mai:l

sky79@zjnu1cn)

304135)

1360园 艺 学 报36卷

tionhasasignificanteffectonphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsofyoungteaplants,andthepro-portionofinteractionexistsomerange.ThesensibilitiesbetweenBaichaandZhirenzaochaaredifferentresu-ltingfromAlandFinteractionandorderisZhirenzaocha>Baicha,whichissuggestedthattheremaybecorre-lationwithvariety.

Keywords:teaplants;aluminum;fluorine;AlandFinteraction;physiologicalcharacteristics

铝(Al)的毒害已成为植物生长最主要的限制因素(Ruaneta.l,2006)。茶树(CamelliasinensisL.)是一种可超积累铝,又可聚集氟(F)的植物。因茶树的强烈富集氟特性,导致茶叶,特别是砖茶中氟含量极高,使很多西部边疆居民因饮茶引致/氟斑牙0、/氟骨症0等氟中毒(Whyteeta.l,2005)。众多研究表明,在茶园土壤中大量的氟与铝形成络合物,并消除了氟和铝离子本身的毒性(Ding&Huang,1991);茶叶中氟优先与铝结合,茶树各个部位中的Al/F比值基本保持恒定(216~217)(刘晓静,2006);Morita等(2004)检测了茶树从根到茎的木质部汁液,表明铝并不是以单一形式的络合物被吸收。目前,对于铝氟交互作用对茶树生理机制的影响关注较少(向勤锃等,2005)。据此,本项试验中对其进行初步研究,以期为茶树的生长环境和生产提供科学依据。

1 材料与方法

供试茶苗为3年生-白茶.和-智仁早茶.,2007年3月购自浙江温州乐清茶场,试验时幼苗株高28~30cm,主干胸径016~018cm。

选择长势一致的茶苗,洗净原先根部的土壤,然后移植到外壁涂有黑漆的5L塑料桶中进行水培,每桶4株。基本营养液参考Hoagland培养液,添加不同浓度梯度的铝和氟进行交互处理。其中铝源为AlCl3#6H2O,处理浓度分别为0、30、90mg#L,氟源为NH4F,处理浓度分别为0、4、12mg#L,总共9组处理,每个处理3次重复。温室培养,每天通气两次,每次2h,每5d更换营养液。培养30d后摘取一芽二叶以及根,测定各生理指标。

根系活力采用TTC法(蒋卫杰等,2006);质膜透性采用电导法(李朝苏等,2006);游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法(李朝苏等,2006);过氧化物酶活性采用愈创木酚法(宋士清等,2006),用vA470#min

-1

-1

-1

-1

#gFW表示;过氧化氢酶的活性采用硫代硫酸钠滴定法(宋士清等,

-1

-1

2006),用U#gFW表示;超氧化物岐化酶活性采用核黄素法(宋士清等,2006),用U#mgPr表示。

采用Excel2003进行数据统计和SAS分析软件进行LSR显著性检验。

2 结果与分析

211 铝氟交互处理对茶叶质膜透性的影响

表1显示,只有单一铝(即T2、T3)存在时,低铝处理(T2)的质膜透性比无铝和氟的对照(T1)处理下降,白茶和智仁早茶的降幅分别为46166%和55172%,但是高铝处理(T3)质膜透性均较对照高。随着单氟浓度升高(即T4、T7),茶叶质膜透性均比对照低。这表明低铝和低氟促使茶叶质膜透性降低。铝氟交互处理时,在T6和T8处理下,两个品种质膜透性均较对照高,但是在T9处理下,白茶和智仁早茶的质膜透性分别较对照迅速下降了16172%和22162%,表明低铝高氟和高铝低氟交互极显著地互相拮抗对方的促进效应,使质膜透性显著上升。212 铝氟交互处理对茶树根系活力的影响

表1显示,随着单铝浓度升高,根系活力呈先升后降趋势,其中高铝(T3)处理下茶树根系活力受到严重抑制,智仁早茶较白茶表现显著;单氟处理时均比对照低,高氟(T7)处理较低氟(T4)

9期

王小平等:铝氟交互处理对茶树生理特性的影响

1361

处理下的根系活力有所上升,T4处理时为最小值,白茶和智仁早茶分别降低了10133%和19198%。铝氟交互过程中,无论是低氟(T5、T6)还是高氟(T8、T9)处理组,智仁早茶的根系活力均比对照低,其大小顺序为T5表1

铝氟交互处理对茶叶质膜透性和根系活力的影响

Table1EffectofAlandFinteractiononmembranepermeabilityofleafcellsandtheactivityofroot

代号CodeT1T2T3T4T5T6T7T8T9

处理/(mg#L-1)Treatments质膜透性/%MembranepermeabilityF000444121212

Al030900309003090

白茶Baicha8195?0163cBC4178?0127eE10121?0161bB6141?0142dD9121?0153bcB12185?0148aA8173?0133cBC10141?0179cB7146?0175dCD

智仁早茶Zhirenzaocha12126?0194bA5143?1100eC12159?0132bA5139?0159eC7195?0180dB14136?0186aA9156?0150cB13154?0140abA9148?0162bC

根系活力/(Lg#g-1#h-1FW)Rootactivity白茶Baicha2137?0110abcAB2147?0107aA2123?0101fE2113?0102efDE2127?0104cdBCD2114?0101efDE2118?0102deCDE2139?0102abAB2133?0106bcBC

智仁早茶Zhirenzaocha2152?0105bB2167?0105aA2108?0102deDE2102?0101eE2109?0102deDE2115?0102cdCD2122?0109cC2112?0101cCD2110?0101deCD

注:同列不同小写和大写字母分别表示差异达显著(P<0105)和极显著(P<0101)水平。

Note:ThedifferentsmallandcapitallettersindicatethesignificantdifferenceatP<0105andP<0101levels,respectively.

213 铝氟交互处理对茶树游离脯氨酸含量的影响

如表2所示,白茶和智仁早茶的游离脯氨酸(Pro)含量明显比对照高(除智仁早茶的T3处理),且两个品种均在T9处理为最高,为对照3163和5116倍。在单铝处理下,白茶和智仁早茶的游离Pro含量在T2处理时高于对照,升幅分别为71132%、8110%;随着单氟浓度上升,游离Pro含量逐渐提高。铝氟交互处理下,无论是低铝(T5、T8)还是高铝(T6、T9)处理组,两个品种游离Pro含量的变化规律均呈现上升趋势,其中在T4、T5和T6处理下,白茶的游离Pro含量一直上升,而智仁早茶在T5处理出现小幅度下降,可能低铝低氟对智仁早茶的游离Pro产生协同效应。

表2

铝氟交互处理对茶树游离脯氨酸的影响

/(Lg#g

-1FW

Table2EffectofAlandFinteractiononfreeProlinecontent

代号Code

T1T2T3T4T5T6T7T8T9

处理/(mg#L-1)TreatmentFAl000444121212

030900309003090

白茶Baicha010022?010004cB010038?010011bcAB010046?010015abcAB010030?010005bcAB010045?010016abcAB010066?010027abAB010040?010006bcAB010054?010013abcAB010081?010032aA

)

智仁早茶Zhirenzaocha010025?010001cC010027?010004cBC010024?010003cC010054?010017bcBC010050?010007bcBC010058?010002bBC010062?010015bBC010069?010003bBC010128?010032aA

214 铝氟交互处理对茶树过氧化氢酶活性的影响

从图1可直观地看出白茶的过氧化氢酶(CAT)活性变化幅度小于智仁早茶,进一步说明物种之间的差异。单铝处理时,在低铝(T2)处理下,嫩叶中CAT活性降低,其中智仁早茶较对照骤降了

1362园 艺 学 报36卷

45173%,而在高铝(T3)处理下,CAT活性上升,智仁早茶达到最高峰;单氟处理时变化趋势与单铝相似,表现为低浓度的降低和高浓度的升高。铝氟交互处理时,白茶的高铝处理(T6、T9)组CAT活性比低铝处理组(T5、T8)高,而智仁早茶的低铝和高铝处理组CAT活性均比T3(单铝90mg#L

-1

)低;在同一铝处理水平下,随着氟浓度升高,嫩叶中CAT活性均呈上升趋势,高铝高氟

交互处理表现了相互拮抗对方的促进效应。

图1铝氟交互处理对茶树过氧化氢酶活性的影响

T1~T9见表1。

Fig.1 EffectofAlandFinteractiononCAT

SeeTable1forT1-T9.

215 铝氟交互处理对茶树过氧化物酶活性的影响

如图2所示,和CAT活性变化相似,智仁早茶的过氧化物酶(POD)活性变化幅度比白茶大,其变化范围:32197%~79137%,但POD活性均比白茶低(除T8处理)。从单铝处理来看,白茶和智仁早茶的POD活性随着铝浓度上升,呈现先升后降趋势,在低铝(T2)处理下分别较对照下降24151%和21124%;单氟处理时,POD活性表现出和单铝一致的变化趋势,智仁早茶在低氟(T4)处理时较对照骤降78187%,说明高铝或高氟使茶叶产生更多的过氧化物,加剧了对茶树的毒害;铝氟交互处理中,两个品种的POD活性均比对照低,且比单独处理的高铝、氟处理组低(除了白茶T9处理),表明铝氟交互产生一定的正效应,白茶的POD活性大小为T5图2Fig.

铝氟交互处理对茶树过氧化物酶活性的影响

T1~T9见表1。

2 EffectofAlandFinteractiononPOD

SeeTable1forT1-T9.

9期

王小平等:铝氟交互处理对茶树生理特性的影响

1363

216 铝氟交互处理对茶树超氧化物岐化酶活性的影响

从图3明显可以看出智仁早茶超氧化物岐化酶(SOD)活性变化比白茶显著,较对照增幅最大为82115%。无论是单铝,还是单氟处理,白茶的SOD活性均随着毒素浓度的增加而逐渐增加,可见白茶的超氧化物歧化酶活性在单一的铝、氟浓度升高时表现出良好的抗逆性。铝氟交互过程中,在T5、T6和T8、T9处理时,白茶的SOD活性逐渐上升,而智仁早茶则表现为下降,尤其是在T6处理下迅速较对照下降81108%,表明此交互浓度对茶树的毒害较小,而智仁早茶在T8处理时骤升,分别是T3和T7处理的2194和3104倍,此时茶树产生较多活性氧。

图3 铝氟交互处理对茶树超氧化物岐化酶活性的影响

T1~T9见表1。

Fig.3 EffectofAlandFinteractiononSOD

SeeTable1forT1-T9.

3 讨论

本试验结果表明高铝高氟抑制茶树生长,铝氟交互处理下,茶树生理响应比较显著。低铝、氟浓度刺激茶苗生长,高铝、氟浓度抑制茶树幼苗生长,表现为叶的枯黄甚至死亡掉落。值得关注的是茶树在铝氟交互作用下,出现一定量新的须根,这与Ghanati等(2005)研究结果一致。

单铝、单氟条件下两个品种的叶膜透性呈现先降后升趋势,可能在铝浓度30~90mg#L和氟浓度4~12mg#L之间存在最适浓度,有待进一步探究。智仁早茶的游离脯氨酸含量在单铝处理下表现为先升后降,有可能是较早地适应逆境的一种表现,而两个品种的游离脯氨酸含量在单氟处理时一致上升,大量的游离脯氨酸可提高原生质的渗透压,防止水分散失,说明氟胁迫下积累脯氨酸是茶树对氟毒胁迫的一种保护反应。茶苗的根系活力表现为低铝提高,高铝下降,而在单氟浓度为4~12mg#L,根系活力呈先降后升趋势,进一步说明氟4mg#L并不是最适生长浓度。在低铝时,加入一定量氟,两个品种的叶膜透性、根系活力和Pro含量均上升,但在高铝中加入不同量氟,叶膜透性、根系活力和Pro含量的变化趋势并不一致,两个品种的叶膜透性降低,Pro含量升高,智仁早茶的根系活力有小幅度下降,说明这个过程中茶树受到一定损害。由此可见,铝氟交互处理的缓解作用要求一定比例,这与刘晓静(2006)研究结果一致,同时可以推断智仁早茶较白茶能更迅速反应其在生理上所受的毒害。

CAT催化分解组织中高浓度的H2O2,从而使H2O2控制在较低水平;POD催化组织中低浓度的H2O2氧化其它底物,从而清除H2O2;SOD能在组织衰老过程中清除组织中的活性氧,维持其代谢平衡,从而延缓组织衰老。在单铝和单氟处理过程中,茶苗叶子中的SOD活性一直升高,POD和CAT

-1

-1

-1

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1364

-1

园 艺 学 报

-1

36卷

活性则先降后升,表明在铝30mg#L和氟4mg#L处理下茶树体内的H2O2浓度较低,而铝、氟素的增加提高了茶树体内3种保护酶较高的合成速度,可能因为在处理浓度之间存在临界值(罗亮等,2006),这在铝毒对不同植物影响中普遍存在。从两个角度分析铝氟交互处理,在低铝低氟)低铝高氟和高铝低氟)高铝高氟交互过程中,白茶和智仁早茶的POD、CAT和SOD活性均呈上升趋势,可以推断30/4~30/12和90/4~90/12的Al/F比例范围增强茶树对活性氧的清除活性;而在低氟低铝)低氟高铝和高氟低铝)高氟高铝交互处理下,白茶的POD、CAT和SOD活性均上升,而智仁早茶的CAT和SOD活性在F/Al比例为12/30~12/90时呈现下降趋势,尤其是SOD活性的骤降,推测茶树的活性氧代谢平衡在这个比例范围开始被破坏,而且可能由于两个品种的基因差异,智仁早茶对铝氟交互作用更具敏感地反映。References

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