劉 冰, 郭榮琨, 石茂鑫, 羅義山, 蔣豐璟, 滕維超*

(1. 廣西大學(xué) 林學(xué)院, 南寧 530004; 2. 廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530004; 3. 亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530004; 4. 國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530004; 5. 廣西高等學(xué)校林業(yè)科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530004; 6. 廣西壯族自治區(qū)國有東門林場, 廣西 崇左 532108 )

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素,鋁毒害能夠誘導(dǎo)植物體生成大量活性氧(reactive oxygen species,ROS),從而使細(xì)胞發(fā)生氧化脅迫,導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大(Pereira et al., 2011)。如何解決植物鋁毒害,有效利用酸性土壤資源已成為土壤和植物科學(xué)家們重視的問題。桉樹(Eucalyptusspp.)是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyptus)植物的統(tǒng)稱(謝耀堅(jiān),2015),種植歷史較長、生長迅速、適應(yīng)性廣、產(chǎn)量高,在我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)中占有重要地位(韋宜慧等,2021; 黃麗平等,2022)。桉樹栽植區(qū)域主要在我國南方地區(qū),土壤偏酸性且風(fēng)化程度較高,土壤中鋁鐵含量較豐富(黃倩倩,2021),抑制桉樹的生長發(fā)育,嚴(yán)重影響桉樹的產(chǎn)量和品質(zhì)。 一氧化氮(NO) 是一種重要的氧化還原信號分子,能夠調(diào)控植物生長發(fā)育,在植物受到脅迫時傳導(dǎo)信息以提高植株抗逆性,但也可能作為一種活性氮在植物體內(nèi)大量積累,引起硝化脅迫從而對植物造成損害(李焱,2017)。近年來,前人已開展了一些NO 緩解植物鋁毒害方面的研究,NO緩解金屬脅迫主要有3種機(jī)制:(1)增強(qiáng)抗氧化能力(González et al., 2012);(2)減少重金屬在植物體內(nèi)的積累(Xiong et al., 2009);(3)調(diào)控與金屬抗性相關(guān)的基因表達(dá)(Xiong et al., 2010)。有研究表明,NO通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透物質(zhì)和增加抗氧化酶活性來降低鋁對閩楠(Phoebebournei)、大豆(Glycinemax)、煙草(Nicotianatabacum)等植物的氧化損傷,提高抗鋁性(劉強(qiáng)等,2017; 王華華等,2019; 李琳,2020)。過氧化氫(H2O2)和NO都屬于小分子信號物質(zhì),均具有毒害和保護(hù)細(xì)胞這兩種相反的生理功能(Yu et al., 2014)。逆境脅迫條件下,植物體內(nèi)H2O2和外源添加NO對抗氧化系統(tǒng)代謝的影響在植物響應(yīng)逆境脅迫中至關(guān)重要(Yin et al., 2010)。鋁脅迫下,桉樹外源添加NO對體內(nèi)H2O2代謝和植物抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)方面尚未見報(bào)道,值得深入研究。為更好地了解NO對不同耐鋁性桉樹的抗鋁性影響機(jī)制,我們選取課題組前期研究發(fā)現(xiàn)的耐鋁性顯著差異的4種桉樹 [純種桉樹巨桉(Eucalyptusgrandis)、圓角桉(E.tereticornis)、尾葉桉(E.urophylla)和雜交種桉樹尾巨桉(E.urophylla×E.grandis) ]為研究對象(黎湯侃,2020; 梁艷紅,2022),其中,巨桉和圓角桉為鋁敏感型桉樹,尾葉桉和尾巨桉為耐鋁型桉樹。采用水培方式培養(yǎng),通過測定并分析不同NO濃度對鋁脅迫下桉樹幼苗ROS、抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及膜脂過氧化性等指標(biāo)的影響,擬探討:(1)鋁脅迫下不同耐鋁性桉樹葉片的生理指標(biāo)變化及其與耐鋁性的關(guān)系;(2)外源NO處理對4種桉樹的耐鋁性差異的影響;(3)有利于提高4種桉樹抗鋁性的NO濃度范圍。本研究結(jié)果將為提高酸性土壤下桉樹幼苗的耐鋁性以及耐鋁桉樹種質(zhì)資源的選育與利用提供理論參考,為鋁毒污染的土壤區(qū)桉樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為廣西國有東門林場林業(yè)科學(xué)研究所(107°84′ E、 22°17′ N)提供的生長健康、長勢均勻的3月生桉樹實(shí)生幼苗(巨桉、尾葉桉、圓角桉、雜交種尾巨桉)。將苗木運(yùn)回廣西大學(xué)林學(xué)院(108°17′09.00″ E、 22°50′28.41″ N,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫22.6 ℃,年降雨量1 100～1 300 mm)后,在室外進(jìn)行水培,培養(yǎng)期從 2022年 4 月 10 日開始,至 2022 年 4 月 24 日結(jié)束。水培方法按照陸明英(2014)的方法進(jìn)行。首先將試驗(yàn)苗根部的土質(zhì)輕輕去除,并用自來水沖洗干凈后,浸入1‰多菌靈溶液消毒20 min,其次用自來水沖洗干凈,再次用全黑不透光的珍珠棉泡沫板固定植株,每塊泡沫板按照黑色塑料桶桶口直徑的大小切割成圓形(塑料桶規(guī)格:17.8 cm × 17.9 cm),將桉樹幼苗均勻固定在珍珠棉泡沫板上,之后移入盛有2.5 L含0.5 mmol·L-1CaCl2的pH=5.5霍格蘭德(Hoagland)營養(yǎng)液的黑色塑料桶中(營養(yǎng)液配方如表1),最后接通氧氣泵,保證氧氣泵24 h不間斷供氧(整體裝置見圖1)。培養(yǎng)期間,每3 d更換一次培養(yǎng)液,水培一周后,更換的營養(yǎng)液用1 mol·L-1的HCl和1 mol·L-1NaOH溶液逐漸調(diào)節(jié)pH至4.5,待苗木水培14 d后取長勢優(yōu)良、大小一致的桉樹幼苗進(jìn)行處理。

圖1 桉樹水培裝置簡圖Fig. 1 Schematic illustration of Eucalyptus hydroponic device

表1 霍格蘭德營養(yǎng)液配方Table 1 Hoagland nutrient solution formula

1.2 設(shè)計(jì)

在廣西大學(xué)林學(xué)院室外進(jìn)行試驗(yàn)處理,采用完全隨機(jī)試驗(yàn),從2022年4月24日(培養(yǎng)期結(jié)束)開始試驗(yàn)處理,至2022年4月26日結(jié)束。水培期結(jié)束后篩選出生長良好、長勢基本一致[株高(30±10) cm,地徑(5±2) mm]的桉樹幼苗,以AlCl3·7H2O作為Al3+供體,硝普鈉(sodium nitroproside, SNP)作為NO的供體,對桉樹幼苗設(shè)置7個處理(表2),其中鋁濃度120 mg·L-1是根據(jù)課題組前期實(shí)驗(yàn)獲得 (黎湯侃,2020; 梁君霞,2020; 梁艷紅,2022; Liang et al., 2022)。每處理3個重復(fù)(3盆),每個重復(fù)6株(每盆6株),每種桉樹126株,4種共計(jì)504株。接通氧氣泵處理48 h后,分別采集幼苗中間位置葉片置于-80 ℃冰箱中保存以用于后續(xù)指標(biāo)測定。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與各組處理明細(xì)表Table 2 Experimental design and treatment list of each group

1.3 指標(biāo)測定方法

丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法,可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法,可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法,抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定采用維生素C氧化法(王學(xué)奎,2000; 李合生,2000);超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑法,過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法,過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外吸收法(陳建勛和王曉峰,2006);超氧陰離子(O2-)產(chǎn)生速率測定采用羥胺氧化反應(yīng)法(孔祥生和易現(xiàn)峰,2008);過氧化氫(H2O2)含量測定采用硫酸鈦比色法(Yi et al., 2015)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)取平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,并用SPSS 26.0軟件進(jìn)行Duncan多重比較分析(P<0.05),柱狀圖采用Sigmaplot 12.0軟件進(jìn)行繪制,主成分分析采用R軟件進(jìn)行計(jì)算和繪制。在進(jìn)行主成分分析時,為了更好地比較4種桉樹對Al和SNP處理的響應(yīng)程度差異,必須平衡它們在原始狀態(tài)(CK,無Al或SNP處理)下的差異,故使用相對生理指標(biāo)來反映它們對Al和SNP處理的響應(yīng)程度,計(jì)算公式如下(Liang et al., 2022):

T1相對值=T1實(shí)測值/CK實(shí)測值;

(T2-T6)相對值= (T2-T6)實(shí)測值/T1實(shí)測值。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對桉樹幼苗O2-產(chǎn)生速率、H2O2和MDA含量的影響

由圖2可知,與CK相比,鋁脅迫處理(T1)對巨桉O2-產(chǎn)生速率無顯著影響,而顯著增加了其余3種桉樹幼苗O2-的產(chǎn)生速率。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片O2-的產(chǎn)生速率均呈現(xiàn)先降后升的趨勢,巨桉在T2時最低,較T1顯著下降3.48%(P<0.05),尾葉桉在T3時最低,較T1顯著下降3.79%(P<0.05),圓角桉在T4時最低,較T1顯著下降5.67%(P<0.05),尾巨桉在T2時最低,較T1顯著下降1.94%(P<0.05),4種桉樹在T2、T3和T4普遍較低,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于降低桉樹體內(nèi)O2-的產(chǎn)生速率。

不同小寫字母表示相同指標(biāo)處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences between treatments of the same index (P<0.05). The same below.圖2 各處理對桉樹幼苗O2-、H2O2及MDA含量的影響Fig. 2 Effects of different treatments on O2-, H2O2 and MDA contents in Eucalyptus seedlings

與CK相比, T1顯著增加了尾葉桉幼苗葉片H2O2含量的累積,而對其余3種桉樹幼苗的H2O2含量無顯著影響。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片H2O2含量均呈現(xiàn)先降后升的趨勢,巨桉在T3時最低,較T1顯著下降13.50%(P<0.05),尾葉桉在T5時最低,較T1顯著下降23.77%(P<0.05),圓角桉在T4時最低,較T1顯著下降4.69%(P<0.05),尾巨桉在T4時最低,較T1顯著下降13.32%(P<0.05),4種桉樹在T3、T4和T5時普遍較低,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于降低桉樹體內(nèi)的H2O2含量。

與CK相比,鋁脅迫下尾葉桉T1處理的MDA含量無顯著變化,其余3種桉樹幼苗T1處理的MDA含量顯著增加。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片MDA含量普遍呈現(xiàn)先降后升的趨勢,巨桉幼苗在T3時最低,較T1顯著下降54.29%(P<0.05),尾葉桉在T3時最低,較T1顯著下降36.03%(P<0.05),圓角桉在T4時最低,較T1顯著下降40.81%(P<0.05),尾巨桉在T3時最低,較T1顯著下降65.57%(P<0.05),4種桉樹分別在T3或者T4達(dá)到最低值,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于降低桉樹體內(nèi)的MDA含量。

2.2 各處理對桉樹幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖3可知,與CK相比,T1顯著提升了圓角桉幼苗葉片SOD活性。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片SOD活性普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T3時活性最大,較T1顯著提高9.14%(P<0.05),尾葉桉在T5時活性最大,是T1的2.22倍,圓角桉在T4時活性最大,是T1的1.82倍,尾巨桉在T4時活性最大,是T1的1.86倍,4種桉樹普遍在T3、T4或者T5達(dá)到最大值,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高SOD活性。

圖3 各處理對桉樹幼苗抗氧化酶活性的影響Fig. 3 Effects of different treatments on antioxidant enzyme activities in Eucalyptus seedlings

與CK相比,T1顯著提升了巨桉和圓角桉幼苗葉片POD活性,而對尾葉桉和尾巨桉的POD活性無顯著影響。隨著SNP濃度的上升,尾巨桉POD活性無明顯變化,其余3種桉樹幼苗葉片POD活性普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T3時活性最大,較T1顯著提高53.06%(P<0.05),尾葉桉在T5時活性最大,較T1顯著提高66.04%(P<0.05),圓角桉在T4時活性最大,較T1顯著提高50.00%(P<0.05),尾巨桉在T6時活性最大,與T1相比無顯著影響(P>0.05),表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高POD活性。

與CK相比, T1顯著提升了圓角桉幼苗葉片CAT活性。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片CAT活性普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T3時活性最大,與T1相比無顯著影響(P>0.05),尾葉桉在T2時活性最大,是T1的3.72倍,圓角桉在T6時活性最大,較T1顯著提高41.11%(P<0.05),尾巨桉在T3時活性最大,是T1的3.08倍,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高CAT活性。

與CK相比,T1顯著提升了巨桉和尾葉桉幼苗葉片APX活性,而對圓角桉和尾巨桉的APX活性無顯著影響。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片APX活性普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T3時活性最大,較T1顯著提高25.33%(P<0.05),尾葉桉在T5時活性最大,較T1顯著提高33.59%(P<0.05),圓角桉在T5時活性最大,較T1顯著提高54.24%(P<0.05),尾巨桉在T4時活性最大,是T1的2.36倍,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高APX活性。

2.3 各處理對桉樹幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖4可知,與CK相比, T1顯著提升尾葉桉幼苗葉片可溶性蛋白含量。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片可溶性蛋白含量普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T5時活性最大,較T1顯著提高8.04%(P<0.05),尾葉桉在T5時活性最大,較T1顯著提高15.37%(P<0.05),圓角桉在T5時活性最大,較T1顯著提高10.96%(P<0.05),尾巨桉在T2時活性最大,較T1顯著提高5.02%,4種桉樹分別在T2或T5達(dá)到最大值,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高桉樹幼苗葉片可溶性蛋白含量。

圖4 各處理對桉樹幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig. 4 Effects of different treatments on contents of osmotic regulatory substances in Eucalyptus seedlings

與CK相比,T1顯著提升了尾葉桉和圓角桉的可溶性糖含量,而對巨桉和尾巨桉幼苗葉片可溶性糖含量影響效果不顯著。隨著SNP濃度的上升,4種桉樹幼苗葉片可溶性糖含量普遍呈現(xiàn)先升后降的趨勢,巨桉幼苗在T3時活性最大,較T1顯著提高13.51%(P<0.05),尾葉桉在T2時活性最大,較T1顯著提高33.20%(P<0.05),圓角桉在T3時活性最大,較T1顯著提高31.11%(P<0.05),尾巨桉在T4時活性最大,較T1顯著提高8.21%,4種桉樹分別在T2、T3或T4達(dá)到最大值,表明適當(dāng)濃度的SNP有助于提高桉樹幼苗葉片可溶性糖含量。

2.4 4種桉樹主成分分析

為了解9個生理指標(biāo)在4種桉樹間的差異,我們使用主成分分析來減少響應(yīng)變量的維數(shù)。由表3可知,在單一鋁脅迫下保留了2個主成分,主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率分別為42.90%、37.11%,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)80.01%。主成分1主要受SOD、MDA和CAT影響。主成分2主要受O2-產(chǎn)生速率、可溶性糖和可溶性蛋白影響。在SNP處理下,主成分1、主成分2和主成分3的貢獻(xiàn)率分別為27.96%、21.58%和15.20%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)64.74%。主成分1主要受APX、SOD、CAT和可溶性糖影響,主成分2主要受O2-產(chǎn)生速率、MDA和可溶性蛋白影響,主成分3主要受H2O2影響。

表3 桉樹幼苗主成分特征值矩陣Table 3 Eigenvalue matrix of principal components of Eucalyptus seedlings

由圖5可知,在單一鋁脅迫下,4種桉樹的點(diǎn)彼此分離(圖5:A),尾葉桉的抗鋁性最強(qiáng), 其次是尾巨桉和巨桉,圓角桉的抗鋁性最弱。在鋁脅迫添加SNP處理下,4種桉樹的點(diǎn)相對集中(圖5:B,C,D),表明在添加NO時4種桉樹的抗鋁性趨于一致。

處理A為單一鋁脅迫處理; 處理B、C、D為鋁脅迫下添加SNP處理; SS和SP分別代表和可溶性糖和可溶性蛋白。Treatment A is treated with single aluminum stress; treatment B, C and D are treated with SNP added to aluminum stress; SS and SP represent soluble sugar and soluble protein, respectively.圖5 4種桉樹的9個生理變量的主成分分析Fig. 5 Principal component analysis of nine physiological variables of four Eucalyptus species

3 討論

3.1 添加NO對桉樹響應(yīng)鋁脅迫的影響

桉樹幼苗對鋁脅迫的響應(yīng)主要表現(xiàn)在細(xì)胞膜系統(tǒng)、保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和代謝活性等方面(黎湯侃,2020),本研究從上述3個方面分別選取具有代表性的指標(biāo),探討鋁脅迫下施加外源物質(zhì)SNP對4種桉樹幼苗的保護(hù)效果。鋁脅迫下植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量活性氧,引起氧化脅迫,破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子,使細(xì)胞死亡,從而影響植物生理狀態(tài)(郭朋,2018)。其中O2-和H2O2是植物氧化損傷的主要指標(biāo),MDA是質(zhì)膜過氧化的產(chǎn)物,它們常作為反映植物質(zhì)膜氧化脅迫水平的重要生理指標(biāo),其含量多少與細(xì)胞膜的氧化損傷呈正相關(guān)(Yamamoto, 2019)。當(dāng)植物體內(nèi)積累大量ROS時,就會激活抗氧化系統(tǒng)進(jìn)行清除,從而維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原的穩(wěn)態(tài)。本研究中,與對照組相比,鋁脅迫處理顯著加劇4種桉樹的O2-產(chǎn)生速率和MDA含量的累積,添加適量SNP(巨桉和尾葉桉SNP添加量在50～100 μmol·L-1之間,圓角桉在100～200 μmol·L-1之間,尾巨桉在50～200 μmol·L-1之間)能有效提高鋁脅迫下桉樹幼苗的SOD、POD、CAT、APX酶活性和可溶性蛋白、可溶性糖的含量,并降低O2-產(chǎn)生速率和MDA含量,減輕質(zhì)膜過氧化損傷,表明鋁脅迫下適當(dāng)濃度的SNP可以提高抗氧化酶活性,增強(qiáng)植物體消除ROS能力以提高植物耐鋁性,這與侯文娟等(2019)的研究結(jié)果類似。但施加800 μmol·L-1SNP導(dǎo)致4種桉樹葉片O2-產(chǎn)生速率和可溶性蛋白含量提高,同時4種桉樹可溶性糖含量以及巨桉的SOD等抗氧化酶活性降低,這可能是因?yàn)镹O 除了作為信號分子參與調(diào)控植物生理代謝過程外,還可能是因?yàn)镹O是一種活性氮,高濃度的SNP施加后活性氮在植物體內(nèi)過量積累導(dǎo)致硝化脅迫,鋁脅迫和硝化脅迫的雙重脅迫,這嚴(yán)重破壞抗氧化系統(tǒng),抑制抗氧化酶活性。由此可見,NO這種重要的氣體信號分子具有雙重性,適當(dāng)外施NO能緩解鋁脅迫下桉樹幼苗的生理損傷,而高濃度則產(chǎn)生抑制作用,該研究結(jié)果與西瓜(肖家昶等,2021)、尾巨桉DH3229 (侯文娟等,2019)以及紅錐(李琳等,2020)等的研究結(jié)果一致。為驗(yàn)證硝化脅迫的影響程度,后續(xù)我們將測定并分析硝化脅迫特有的生理指標(biāo)[谷胱甘肽還原酶(GSNOR)活性、過氧亞硝基陰離子(ONOO-)和一氧化氮(NO)在植物組織中的分布],完善試驗(yàn)結(jié)論。

3.2 表征桉樹耐鋁性強(qiáng)弱的主要指標(biāo)

在單一鋁脅迫下,PC1主要表征抗氧化能力和膜脂過氧化程度,PC2主要表征滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量。在鋁脅迫下添加NO,PC1主要表征抗氧化能力,PC2主要表征膜脂過氧化程度,PC3主要表征活性氧積累程度。綜上可知,SOD、MDA、CAT、O2-、可溶性蛋白和可溶性糖這些指標(biāo)可作為評判桉樹耐鋁性強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)。桉樹在受到鋁脅迫時,大量的活性氧(包括O2-和H2O2等)在體內(nèi)累積,主要通過提高抗氧化酶活性來清除活性氧,此外還可以生物合成可溶性化合物(包括可溶性糖和可溶性蛋白等),以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透情況,保持膜的完整性和功能(Benzarti et al., 2014)。

3.3 種間耐鋁性差異及NO對鋁脅迫的影響效益

在單一鋁脅迫下,尾葉桉的抗鋁性最強(qiáng),其次是尾巨桉和巨桉,圓角桉的抗鋁性最弱,主要是因?yàn)殇X脅迫下尾葉桉的APX活性提升幅度較大,抗氧化能力提高,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提升幅度較大,對細(xì)胞膜有更好的保護(hù)作用,膜脂過氧化程度較低。圓角桉雖然具有較高的抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)能力,但是MDA含量也很高,這可能由于圓角桉對鋁脅迫的響應(yīng)較敏感,抗性響應(yīng)積極,然而受限于自身的不足,膜脂過氧化程度較高,因此抗性較弱。這與課題組前期研究結(jié)果大致相當(dāng)(Liang et al., 2022)。桉樹種間耐鋁性差異可能與它們的適應(yīng)性進(jìn)化歷史有關(guān)。尾葉桉原生長在印尼東部島嶼(7°30′—10°0′ S)的火山衍生土壤上(Sein &Mitl?hner, 2011),那里的土壤富含鋁礬土、鐵礬土和鋁/鐵腐殖質(zhì)復(fù)合體(Ugolini &Dahlgren, 2002; Yatno &Zauyah, 2008),長期的富鋁環(huán)境導(dǎo)致尾葉桉進(jìn)化出較強(qiáng)的抗鋁性(Steane et al., 2011)。巨桉原產(chǎn)于澳大利亞東部(17°—32° S)(Burgess, 1988)。圓角桉的自然分布范圍最廣,從巴布亞新幾內(nèi)亞到南澳大利亞(6°—38° S)(González et al., 2021),巨大的緯度差異引起人為和環(huán)境因素直接或間接影響土壤環(huán)境(如pH值),可能導(dǎo)致圓角桉較強(qiáng)的抗逆可塑性,本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圓角桉的抗鋁能力最弱,但是在前期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)圓角桉的耐鋁性位于尾葉桉和巨桉之間(Liang et al., 2022),這可能是由于不同批次苗木的個體差異?？偟膩碚f,巨桉、尾葉桉和圓角桉這3種桉樹之間的耐鋁性差異可能歸因于它們不同的棲息地,而尾巨桉作為尾葉桉和巨桉的雜交種,其抗鋁性介于尾葉桉和巨桉之間。尾巨桉具有與其母本物種(尾葉桉)相似的特性,表明抗鋁脅迫的能力是可遺傳的,由少數(shù)基因調(diào)控,并在很大程度上由雜交物種遺傳。在許多植物中發(fā)現(xiàn)了耐鋁的遺傳控制機(jī)理,一些作物的耐鋁品種已被選育(Zhao et al., 2018; Coelho et al., 2019; Sara et al., 2020; Miftahudin et al., 2021)。許多國家都開展了桉樹雜交改良品種選育和種植的相關(guān)研究,選育出了一批高產(chǎn)、高抗、高適應(yīng)性的改良品種(Zhu et al., 2018)。這表明桉樹耐鋁基因型的選育是可行的和有前景的。值得注意的是,雖然本研究發(fā)現(xiàn)雜交品種具有與母本品種相似的強(qiáng)耐鋁能力,但是父本品種的耐鋁能力較低。因此,需要進(jìn)行反交試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證桉樹的耐鋁能力的遺傳特性。

本研究結(jié)果表明外源NO可以通過激活桉樹體內(nèi)抗氧化酶活性和增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低鋁脅迫的危害,提高耐鋁性。有研究發(fā)現(xiàn),在黑麥草(吳亞,2019)、煙草(劉強(qiáng)等,2016)植物中,外源NO對鋁脅迫下敏感型黑麥草Nagahahikari、敏感基因型煙草云煙105的緩解效果分別比耐鋁型更明顯,表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鋁性。本研究也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果,在外源NO作用下,4種桉樹耐鋁性相對集中,這可能是因?yàn)镹O有類似緩沖劑的平衡作用,即提高原本較弱的巨桉和圓角桉(敏感型)的抗鋁性,對原本抗鋁性較強(qiáng)的尾葉桉(耐受型)影響不大,所以在NO的作用下4種桉樹的抗鋁性最終趨于一致。

4 結(jié)論

適量的NO濃度(50～200 μmol·L-1)可通過提高鋁脅迫下桉樹抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量,降低MDA含量來提高桉樹抗鋁性。而濃度過高(≥800 μmol·L-1)的NO會對桉樹產(chǎn)生脅迫作用。NO對于敏感型桉樹的耐鋁性有較強(qiáng)的提升作用,對耐受型桉樹的耐鋁性提升不明顯,在NO的作用下4種桉樹的抗鋁性最終趨于一致。SOD、MDA、CAT、O2-、可溶性蛋白和可溶性糖這些指標(biāo)可作為評判桉樹耐鋁性強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)。