邢安琪, 田志強(qiáng), 儲睿文, 徐曉寒, 尹 娟, 戴令聰, 林凡力, 楊亦揚(yáng), 王玉花

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,江蘇南京 210095; 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院休閑農(nóng)業(yè)研究所,江蘇南京 210014;3.江蘇茅山茶海有限公司,江蘇常州 213200)

茶樹[Camelliasinensis(L.) O. Kuntze]適合生長在pH值為4.5～6.5的酸性土壤。當(dāng)土壤的pH值<5時,穩(wěn)定的鋁鹽可轉(zhuǎn)化為易被植物吸收的游離鋁離子(Al3+)[1],從而影響植物的生長。鋁毒是當(dāng)前酸性土壤限制植物生長的一個主要因素。與其他植物相比,茶樹具有“喜酸耐鋁”的特性,其成熟葉片的鋁含量可高達(dá)30 000 mg/kg而不表現(xiàn)鋁毒害癥狀[2]。鋁(Al)也是茶樹根系生長的必需元素[3],在酸性條件下可促進(jìn)茶苗新根生長,但過量的Al3+又影響茶樹根系生長[4]。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化作用的終產(chǎn)物,在植物遭受Al3+脅迫時,其含量在植物體內(nèi)顯著增加。研究發(fā)現(xiàn),低濃度的鋁有利于茶葉細(xì)胞膜的穩(wěn)定性,但隨著Al3+濃度的增加,茶樹MDA含量也呈增加趨勢,進(jìn)而對茶樹造成傷害[5]。Al3+脅迫不僅對細(xì)胞質(zhì)膜有潛在傷害,并且對植物體內(nèi)的酶活性也會產(chǎn)生影響。植物在遭受Al3+脅迫時,其體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)能夠發(fā)揮保護(hù)作用[6]。茶樹也不例外,在Al3+脅迫下茶樹體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)發(fā)生變化,通過減少活性氧自由基等毒害物質(zhì)而增加茶樹的耐受性[7]。同時,Al3+脅迫也對茶葉的品質(zhì)成分如茶多酚、兒茶素、氨基酸、咖啡堿等物質(zhì)含量有一定的影響[8]。因此,探索茶樹降鋁措施對緩解茶樹鋁脅迫、減少茶葉中的鋁含量以及提高茶葉品質(zhì)具有非常重要的指導(dǎo)意義。

一氧化氮(NO)是一種廣譜信號分子,植物主要通過酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)生成內(nèi)源NO。其中,酶促反應(yīng)主要包括一氧化氮合酶(NOS)途徑和硝酸還原酶途徑[9]。NO廣泛存在于植物的各種生理生化活動中,近年來的研究表明,NO同樣是植物響應(yīng)生物脅迫和非生物脅迫的重要信號分子。外源添加NO可以顯著提高植物體內(nèi)抗氧化酶活性,改善根系形態(tài),促進(jìn)玉米對脅迫的適應(yīng)能力,有效緩解脅迫對玉米造成的損傷[10]。提前施用外源NO供體硝普鈉(SNP)可顯著緩解Al3+脅迫對根長的抑制并減少鋁在根尖的積累,NO清除劑cPTIO[2-(4-carboxy-2-phenyl)- 4,4,5,5-tetramethylinidazoline-1-oxyl-3-oxide]則可以在 Al3+存在下完全逆轉(zhuǎn)NO對根生長的影響[11]。此外,發(fā)現(xiàn)NO在小麥[12]和紅蕓豆[13]中均可以通過增強(qiáng)抗氧化酶活性進(jìn)而減少ROS積累,明顯緩解氧化脅迫。目前關(guān)于Al3+脅迫和NO信號分子關(guān)系的研究鮮有報道,并且缺少NO信號分子對茶樹耐Al3+作用的研究。

本試驗通過研究外源施加不同處理(對照、Al3+處理、Al3++NO釋放劑DEA NONOate復(fù)合處理、Al3++NO清除劑cPTIO復(fù)合處理)對茶苗不同組織的影響,初步探索外源NO在茶樹不同組織響應(yīng)Al3+脅迫生理過程中發(fā)揮的作用,為進(jìn)一步研究緩解茶樹Al3+脅迫、降低茶樹Al3+累積提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2021年6—7月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室進(jìn)行。供試材料為茶樹品種龍井43的二年生扦插苗,由江蘇省高淳市南京雅潤茶業(yè)有限公司提供。將茶苗根部泥土清洗后轉(zhuǎn)移到清水中預(yù)培養(yǎng) 3 d,之后參照小西茂毅營養(yǎng)液配方[14]在1/8、1/4、1/2濃度下各培養(yǎng)5 d,直至全營養(yǎng)液培養(yǎng),營養(yǎng)液pH 值為5.5。最后在含有不同處理培養(yǎng)液的50 mL錐形瓶(錫紙包裹)中處理15 d,每瓶2株茶苗。每3 d更換1次處理液,并保持通氣。培養(yǎng)光照度約230 μmol/(m2·s),晝/夜時長16 h/8 h,溫度 25 ℃,空氣濕度65%～80%。

1.2 測定方法

1.2.1 茶樹不同組織Al3+含量的測定 對處理茶葉的各組織進(jìn)行烘干、研磨后,稱取0.1 g樣品到消解管中,再添加2.5 mL濃硝酸,隨后利用微波消解儀(MARS 6,美國CEM公司)進(jìn)行樣品消煮,最后使用ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(Optima 8000,美國珀金埃爾默儀器有限公司)測定不同處理下茶樹各組織的Al3+含量。

1.2.2 茶樹不同組織NO含量以及NOS活性的測定 茶樹不同組織總NO含量參照一氧化氮(NO)測定試劑盒(A013-2-1,南京建成生物工程研究所)說明書進(jìn)行測定。NOS活性的測定參照NOS檢測試劑盒(A014-2-2,南京建成生物工程研究所)說明書進(jìn)行檢測。

1.2.3 茶樹不同組織丙二醛、脯氨酸及抗氧化酶活性的測定 茶樹不同組織內(nèi)丙二醛含量的測定參照MDA檢測試劑盒(A003-1-2,南京建成生物工程研究所,中國)說明書進(jìn)行。茶樹不同器官的脯氨酸(Pro)含量以及抗氧化酶活性測定參考李合生《植物生理生化試驗原理和技術(shù)》的方法[16]。

茶樹不同器官的脯氨酸(Pro)含量測定參考李合生的方法[16]。稱取新鮮植物組織0.5 g,加入 5 mL 3%磺基水楊酸,沸水浴10 min后,冷卻至室溫。取上清液2 mL轉(zhuǎn)移至另一試管,加入2 mL冰乙酸和3 mL酸性茚三酮,搖勻后沸水浴40 min,取出冷卻后加入5 mL甲苯溶液,充分振蕩后使其靜置分層,吸取甲苯層在520 nm波長下比色。

茶樹不同器官的抗氧化酶活性測定參考李合生的方法[16]。稱取0.5 g新鮮植物組織,用提前預(yù)冷的62.5 mmol/L pH值7.8的磷酸鹽緩沖液研磨勻漿;在4 ℃下,10 000 r/min離心30 min。取上清液保存于4 ℃以待測抗氧化酶活性。

超氧化物歧化酶(SOD)活性測定:將2.1 mL 62.5 mmol/L pH值7.8的磷酸緩沖液、0.1 mL 60 mmol/L 核黃素、0.3 mL 130 mmol/L甲硫氨酸(Met)、0.1 mL 0.3 mmol/L EDTA-Na2、0.2 mL 1.125 mmol/L四氮唑藍(lán)(NBT)以及0.2 mL待測酶液混勻,置于4 000 lx光照下,反應(yīng)30 min,于 560 nm 下比色。設(shè)置2個對照管,不照光為空白管。

過氧化物酶(POD)活性測定:將4 mL反應(yīng)混合液[3 mL愈創(chuàng)木酚反應(yīng)混合液、0.8 mL pH值7.0磷酸緩沖液與H2O2混合液(500 ∶1)、0.2 mL待測酶液]混勻。隨后在470 nm波長下比色,從0開始計時,30 s讀數(shù)1次,連續(xù)讀取3 min。

公司的一次聯(lián)誼會上，周啟明剛好坐在錢海燕身邊，兩人一聊，還挺投機(jī)。而那天正好趕上寧波下大雨，他主動送她到公寓樓下。后來聊得多了，愛情也就來得順理成章。

過氧化氫酶(CAT)活性測定:將1.5 mL pH值7.8的磷酸緩沖液、1.0 mL蒸餾水、0.2 mL待測酶液混勻,25 ℃條件下反應(yīng)20 min。反應(yīng)結(jié)束后,迅速加入0.3 mL 0.1 mol/L的 H2O2終止反應(yīng),在 240 nm 波長下進(jìn)行測定,從0開始計時,30 s讀數(shù)1次,連續(xù)讀取3 min。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010、GraphPad Prism 8.0.1、IBM SPSS Statistics 20對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理。以Duncan’s新復(fù)極差法分析數(shù)據(jù),使用不同字母表示數(shù)據(jù)間的顯著差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 一氧化氮對茶樹Al3+含量、NO含量以及NOS活性的影響

2.1.1 不同處理對茶苗各組織Al3+含量的影響 茶苗根系的Al3+含量在不同處理間具有顯著性差異(P< 0.05)(圖1-A)。其中,對照組根系的Al3+含量最低,為5.38 mg/L。Al3++NO處理組在茶樹根系內(nèi)的Al3+含量最高,為9.61 mg/L,相對于對照組顯著升高了78.63%。其次是Al3+處理組的Al3+含量,為8.69 mg/L,與對照組相比顯著提升了61.53%,而Al3++cPTIO處理組的Al3+含量顯著低于Al3+處理組和Al3++NO處理組,但顯著高于對照組。

茶苗莖部的Al3+含量在不同處理間具有一定差異(圖1-B)。4組處理的莖部Al3+含量由高到底依次是Al3++NO處理組(1.81 mg/L)、Al3+處理組(1.39 mg/L)、Al3++cPTIO處理組(1.18 mg/L)、對照組(1.05 mg/L),其中Al3++NO處理組、Al3+處理組的Al3+含量均顯著高于對照組,并且相較于對照組分別增加72.38%、32.38%。Al3++cPTIO處理組的Al3+含量雖然高于對照組,但無顯著性差異(P>0.05)。

茶苗葉片內(nèi)的Al3+含量在不同處理下的變化如圖1-C所示,4個處理組之間均具有顯著性差異。與根系A(chǔ)l3+含量變化類似,Al3++NO處理下的Al3+含量為3.88 mg/L,顯著高于其他3組處理。并且與Al3+含量最低的對照組(2.06 mg/L)相比顯著增加88.35%,與Al3+處理組(3.19 mg/L)相比顯著增加21.63%,與Al3++cPTIO處理組(2.88 mg/L)相比顯著增加34.72%。

2.1.2 不同處理對茶苗各組織NO含量以及NOS活性的影響 茶苗不同組織的NO含量在4組處理中產(chǎn)生不同的變化(圖2-A、圖2-B、圖2-C)。其中,茶根系A(chǔ)l3++NO處理組的NO含量最高,為71.68 μmol/g,且顯著高于Al3++cPTIO處理組(31.61 μmol/g)、Al3+處理組(57.40 μmol/g)和對照組(49.91 μmol/g)的NO含量。與NO含量最低的Al3++cPTIO處理組相比,Al3++NO處理組、Al3+處理組、對照組的NO含量分別增加了126.76%、81.59%、57.89%。此外,研究結(jié)果表明Al3+處理組和對照組之間無顯著性差異(圖2-A)。由圖2-B可知,不同處理下茶苗莖部的NO含量以Al3++NO處理組的最高,為21.07 μmol/g,且比對照組(7.21 μmol/g)、Al3+處理組(9.98 μmol/g)、Al3++cPTIO處理組(5.82 μmol/g)顯著升高192.23%、111.12%、262.03%。此外,發(fā)現(xiàn)對照、Al3+處理和Al3++cPTIO處理的莖部NO含量無顯著性差異。由圖2-C可知,不同處理組的茶苗葉片NO含量均存在顯著性差異。在Al3++NO處理下,茶樹葉片的NO含量為16.36 μmol/g最高,并顯著高于對照組(6.38 μmol/g)、Al3+處理組(9.98 μmol/g)、Al3++cPTIO處理組(3.05 μmol/g)的NO含量。此外,與Al3++cPTIO處理組相比,其他3組的NO含量由高到低依次升高了436.39%、227.21%、109.18%。

茶苗根系的NOS相對活性在4組處理之間均具有顯著性差異(圖2-D、圖2-E、圖2-F)。由圖2-D可知,茶苗根部對照組的NOS相對活性最低,而Al3++NO處理組、Al3+處理組、Al3++cPTIO處理組的NOS相對活性與對照組相比,分別升高了306.12%、183.68%、48.98%。由圖2-E可知,茶苗莖部的NOS相對活性在不同處理下存在顯著性差異。NOS相對活性在不同處理莖中由高到低依次為Al3++NO處理、Al3+處理、Al3++cPTIO處理、對照處理。與NOS相對活性最低的對照組相比,其余3組由高到低分別提高384.85%、193.94%、90.91%。由圖 2-F 可知,茶苗葉片的NOS相對活性在4組處理中存在顯著性差異。葉片NOS相對活性由高到低依次為Al3++NO處理組、Al3+處理組、Al3++cPTIO處理組、對照組。并且與NOS相對活性最低的對照組相比,其他3組分別提高了282.61%、193.48%、47.83%。

2.2 不同處理對茶苗各組織丙二醛及脯氨酸含量的影響

不同處理下茶苗不同組織的丙二醛(MDA)含量有一定的差異(圖3-A、圖3-B、圖3-C)。由圖3-A可知,對照組茶苗根部的MDA含量為 47.04 nmol/g,與其他處理組相比含量最低;Al3++cPTIO處理組茶苗根部MDA含量與對照組相比無顯著性差異;Al3+處理組的MDA含量比對照組顯著提高了27.18%,Al3++NO處理組的MDA含量最高,為68.52 nmol/g,相比對照組顯著增加45.66%。由圖3-B可知,茶苗莖部的MDA含量在對照組中最低,為9.71 nmol/g。Al3++NO處理組的MDA含量最高,顯著高于對照組,比對照組增加約57.96%。Al3+處理組、Al3++cPTIO處理組莖部的MDA含量相對于對照組略有增加,但無顯著性差異。由圖3-C可知,不同處理下,茶苗葉片的MDA含量具有顯著差異。其中對照組、Al3++cPTIO處理組的MDA含量相對較低,分別為4.09、7.16 nmol/g。Al3+處理組、Al3++NO處理組的MDA含量顯著高于其他2組,其含量分別為11.25、14.83 nmol/g,并且與對照組相比,MDA含量分別升高了175.06%、262.59%。

不同處理下茶苗根部的脯氨酸含量差異顯著(圖3-D),與根部丙二醛含量變化趨勢基本相同,均為Al3++NO處理組的脯氨酸含量最高,對照組的脯氨酸含量最低,分別為51.89、38.65 μg/g。Al3+處理組、Al3++cPTIO處理組的脯氨酸含量也比對照組顯著增加。在不同處理下,茶苗莖部的脯氨酸含量也會發(fā)生顯著性變化(圖3-E)。其中,Al3+處理組、Al3++NO處理組的脯氨酸含量分別為11.22 、14.32 μg/g,顯著高于對照組,而Al3++cPTIO處理組的脯氨酸含量略高于對照組,兩者之間無顯著性差異。由圖3-F可知,茶苗葉片的脯氨酸含量在不同處理下具有顯著性差異。脯氨酸含量由高到低依次是Al3++NO處理組(62.84 μg/g)、Al3+處理組(52.16 μg/g)、Al3++cPTIO處理組(46.76 μg/g)、對照組(40.27 μg/g)。與對照組相比,Al3+處理組的脯氨酸含量升高29.53%,Al3++NO處理組的脯氨酸含量升高了56.05%,Al3++cPTIO處理組的脯氨酸含量升高了16.12%。

2.3 不同處理對茶苗各組織抗氧化酶活性的影響

茶苗根系的超氧化物歧化酶活性在不同處理之間差異顯著(圖4-A、圖4-B、圖4-C)。由圖 4-A 可知,Al3++NO處理時茶苗根系的SOD活性最高,其次為Al3+處理組、Al3++cPTIO處理組,對照組根系SOD活性最低。并且與對照組根部的SOD活性相比,Al3+處理組、Al3++NO處理組、Al3++cPTIO處理組的SOD活性分別升高了72.52%、113.31%、41.64%。由圖4-B可知,茶苗莖部的SOD活性在4組處理中具有一定差異,由高到低依次為Al3++NO處理組(107.35 U/g)、Al3+處理組(96.22 U/g)、Al3++cPTIO處理組(65.45 U/g)、對照組(60.87 U/g)。其中,Al3+處理組、Al3++NO處理組的SOD活性顯著高于對照組、Al3++cPTIO處理組。Al3+處理組、Al3++NO 處理組與對照組相比,顯著提高了58.07%、76.36%,而Al3++cPTIO處理組的SOD活性與對照組無顯著性差異。由圖4-C可知,茶苗葉片的SOD活性在不同處理組間差異顯著,在 Al3++NO 處理下達(dá)到最高值145.31 U/g,且顯著高于其他3組處理的SOD活性。此外,對照組的SOD活性最低,為 86.40 U/g。Al3++NO處理、Al3+處理(121.96 U/g)、Al3++cPTIO 處理(110.18 U/g)與對照組的SOD活性相比,分別顯著提高68.18%、41.16%、27.52%。

研究發(fā)現(xiàn)茶苗根系的過氧化物酶活性與SOD活性的變化趨勢相同,4組處理間均具有顯著性差異(圖4-D、圖4-E、圖4-F)。由圖4-D可知,Al3++NO處理下茶苗根系的POD活性最高,為405.09 U/g,相對于對照組(198.50 U/g)提高104.08%,而Al3+處理組(359.38 U/g)、Al3++cPTIO處理組(309.03 U/g)與對照組相比分別提高81.05%、55.68%。茶苗莖部的POD活性在4組處理中均具有顯著性差異(圖4-B)。由圖4-E可知,Al3++NO處理下的POD活性最高,為 134.84 U/g,相比對照組(74.07 U/g)POD活性提高82.04%;Al3+處理(107.06 U/g)、Al3++cPTIO處理(88.54 U/g)比對照組分別提高44.53%、19.53%。茶苗葉片的POD活性在4組處理中均具有顯著性差異(圖4-F)。Al3++NO處理下的POD活性最高,為319.44 U/g,比對照組(196.18 U/g)提高62.83%。Al3+處理(280.09 U/g)、Al3++cPTIO處理(243.63 U/g)的POD活性也顯著高于對照處理,并且分別提高了42.77%、24.19%。

茶苗根系的過氧化氫酶活性在4組處理的不同組織中均表現(xiàn)為Al3++NO處理下達(dá)到最高值(圖 4-G、圖4-H、圖4-I)。由圖4-G可知,根系的CAT活性同樣也在Al3++NO處理下達(dá)到最高值,并顯著高于其他3組處理,由高到低依次是Al3++NO處理組(144.57 U/g)、Al3+處理組(94.73 U/g)、Al3++cPTIO處理組(76.11 U/g)、對照組(48.31 U/g)。由圖4-H可知,茶苗莖部的CAT活性在4組處理中也均具有顯著性差異,并且在Al3++NO處理中達(dá)到最高值(102.27 U/g),比對照組(28.75 U/g)顯著提高255.72%。此外,Al3+處理組(83.18 U/g)、Al3++cPTIO處理組(55.14 U/g)也分別比對照顯著提高了189.32%、91.79%。由圖4-I可知,茶苗葉片的CAT活性在4組處理中也均具有顯著性差異,且4組處理中CAT活性從高到低依次為Al3++NO處理組(128.31 U/g)、Al3+處理組(87.66 U/g)、Al3++cPTIO處理組(67.63 U/g)、對照組(40.06 U/g)。與對照組相比,其他3組處理的CAT活性由高到低依次提高220.29%、118.82%、68.82%。

3 討論與結(jié)論

觀察不同處理下茶樹不同組織Al3+含量的變化,發(fā)現(xiàn)外源添加Al3+促進(jìn)了茶樹根、莖、葉各器官的Al3+累積。馬小雪等的研究也表明,外源添加Al3+處理可以不同程度地提高茶葉中的Al3+含量[17]。黃春瓊等通過Al3+脅迫處理狗牙根發(fā)現(xiàn),其體內(nèi)的Al3+含量顯著增加,且主要集中在根系[18]。Al3+首先通過抑制植物根尖細(xì)胞的伸長和細(xì)胞分裂,進(jìn)而損害根系發(fā)育,使植物根系對水分和營養(yǎng)元素的吸收受到限制[19-20]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)茶樹根部的Al3+累積量比莖、葉片的更多。此外,外源添加NO顯著促進(jìn)了茶苗各組織對Al3+的吸收,而添加cPTIO均抑制了其對Al3+的吸收。目前有學(xué)者發(fā)現(xiàn),無Al3+施加時,外源施加NO對桉樹根中Al3+含量沒有顯著影響,而在Al3+施加的情況下,桉樹根系的Al3+含量會隨外源NO濃度的增加而不斷增加[21]?？梢?NO信號分子通過某種途徑加重了茶樹的Al3+脅迫,而NO清除劑cPTIO則會緩解該脅迫。

NO作為重要的信號分子,在植物種子萌發(fā)、葉片生長、根系伸長等生理過程以及生物和非生物脅迫下的病理過程中具有不同的功能[22]。植物在受到生物或非生物脅迫時,均伴隨著NO的產(chǎn)生和NOS活性的增加。研究表明,超聲波能誘導(dǎo)紫杉細(xì)胞積累H2O2和啟動程序性死亡,此過程可被NO供體SNP加強(qiáng),而被NO清除劑cPTIO和NOS清除劑 L-NNA 部分阻斷[23]。外源添加NO釋放劑確實能大幅度提升茶苗不同組織的NO含量,NOS的活性也得到顯著提高;而添加cPTIO會降低不同器官內(nèi)的NO含量,同時也降低了NOS的活性。但在單獨(dú)Al3+處理下,除茶苗葉片的NO含量比對照顯著增加外,根和莖的NO含量增加量不顯著;NOS活性則在不同組織內(nèi)均有顯著提高,這也表明NO含量的升高部分依賴于NOS活性的提高。同時說明,單獨(dú)Al3+處理雖然顯著影響了NOS活性,但只有茶苗葉片NO含量有顯著性變化,幾乎不影響茶苗根和莖的NO含量;反而是增加NO提高了NOS活性的同時,茶苗Al3+含量增加,使得茶苗遭受的Al3+脅迫加重,因此推測NO通過某種途徑影響了Al3+對茶樹的脅迫作用。

植物對鋁毒性的反應(yīng)之一是氧化應(yīng)激,這會導(dǎo)致植物的質(zhì)膜脂質(zhì)過氧化,丙二醛是膜脂過氧化的終產(chǎn)物,其含量高低可以反映植物細(xì)胞在脅迫中受損害的程度[24-25]。疏再發(fā)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Al3+濃度大于0.4 mmol/L時,茶樹葉片的MDA含量隨Al3+濃度的增加而顯著增加[26]。低濃度的鋁處理有利于茶樹的生長,可以降低茶樹葉片的MDA含量,但高濃度的鋁處理則增加了MDA含量[5]。本研究發(fā)現(xiàn),不僅茶苗葉片的MDA含量在Al3+處理下顯著升高,其莖部和根系的MDA含量也在添加外源Al3+處理后增加。同時,發(fā)現(xiàn)Al3++NO處理下,茶樹根系、莖部、葉片的MDA含量較Al3+處理顯著增加。這與周圓的研究結(jié)果一致,即與單一鋁處理相比,外源添加NO會使飯豆的MDA含量進(jìn)一步升高[27]。這表明NO信號分子對Al3+脅迫有正向調(diào)控作用,也意味著清除NO能夠有效緩解外源Al3+對茶樹細(xì)胞膜脂的氧化損傷。此外,脯氨酸作為植物逆境脅迫的產(chǎn)物,在逆境脅迫下植物體內(nèi)游離脯氨酸的增加是一個普遍現(xiàn)象,并且脯氨酸的增加有利于植物對逆境脅迫的抵抗,從而在一定條件下增強(qiáng)植物對環(huán)境的適應(yīng)性[28]。已有研究發(fā)現(xiàn)鋁處理茶樹的游離脯氨酸積累濃度是對照含量的2倍[29]。與本試驗的結(jié)果一致,外源添加Al3+會導(dǎo)致茶苗不同組織的游離脯氨酸含量增加,并且外源添加NO能夠?qū)е赂彼岷吭俣壬仙?而外源添加cPTIO能夠降低脯氨酸的含量。脯氨酸含量的多少在一定程度上反映了植物的抗逆性,因此茶苗能通過積累游離脯氨酸減輕Al3+毒害,提高其耐鋁性。

植物體內(nèi)的SOD、POD、CAT活性增加是植物應(yīng)對外界環(huán)境變化時的一種應(yīng)急解毒措施[30],可以緩解逆境對植物細(xì)胞的傷害。已有研究表明,Al3+濃度在 0～0.4 mmol/L范圍內(nèi),茶樹根系的SOD、CAT、POD等酶活性均顯著提高[31]。黃丹娟等發(fā)現(xiàn),茶樹在鋁處理時抗氧化系統(tǒng)的變化一般是提高保護(hù)酶的活性,以清除代謝過程中產(chǎn)生的活性氧自由基等毒害物質(zhì)[32]。本試驗同樣發(fā)現(xiàn)外源添加Al3+顯著提高了茶樹各組織的抗氧化酶活性,并且發(fā)現(xiàn)添加cPTIO能夠有效減輕鋁對茶樹細(xì)胞的傷害,因此Al3++cPTIO處理雖然降低了茶樹的抗氧化酶活性,但足以應(yīng)對Al3+脅迫對茶苗帶來的氧化損傷。

綜上所述,Al3+脅迫對茶苗累積NO的影響小,但NO水平明顯可以通過調(diào)控茶苗在Al3+脅迫下茶樹的Al3+累積、膜脂過氧化程度等介導(dǎo)植株鋁積累,加重Al3+毒害。cPTIO則可以在減少NO水平的同時減少植株的Al3+累積。因此,可以考慮通過降低茶樹生長環(huán)境中的NO而緩解Al3+脅迫對植物的不利影響,但NO清除劑緩解茶樹Al3+脅迫的機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。

致謝:感謝馬月花老師對多功能酶標(biāo)儀及張盼盼老師對微波消解系統(tǒng)儀器(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院中心實驗室)使用的幫助。