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《農業環境科學學報》2014年第八期

1材料與方法

1.1供試材料供試西瓜品種為市售超甜地雷王（DL）、早佳84-24（ZJ）、早蜜王（ZM）、早春紅玉（HY）。供試試劑為十八水合硫酸鋁[分子式Al2（SO4）3•18H2O]，分析純。

1.2試驗設計挑選大小均勻、健康飽滿的西瓜種子，55℃熱水浸種，自然冷卻后繼續浸種6h，將種子用濕紗布包好在恒溫箱內（28℃，濕度90%）催芽至露白，然后播種在裝有珍珠巖的育苗盤里。待各品種幼苗第一片真葉完全展開后分別選長勢一致的幼苗移栽到裝有珍珠巖的塑料盆里，每盆3株，用1/3Hoagland營養液澆灌。幼苗進入五葉期后將各品種幼苗分成5個處理組，每8盆為一個處理，每個處理3次重復。以1/3Hoagland營養液為母液，用硫酸鋁[Al2（SO4）3•18H2O，分析純]配制鋁濃度為0、250、500、1000、1500μmol•L-1的處理液，用H2SO4和NaOH調節溶液pH=4.5±0.3（模擬酸性土壤pH條件，使添加鋁主要以A13+形態存在）。用各濃度的處理液分別澆灌各組西瓜幼苗，每日一次，每次每盆澆灌150mL。鋁處理后第5、10、15d分別進行各項指標測定，根據鋁處理第15d所測4種不同基因型西瓜根長、干重、根系活力指標，篩選耐鋁性差異明顯的2種不同基因型的西瓜，對比分析此2種不同基因型西瓜隨鋁處理濃度升高、時間延長其膜脂傷害及滲透調節相關指標和抗氧化酶指標的變化規律。

1.3測定項目及方法根長用直尺測量；將地下部與地上部分開后在105℃烘箱中殺青30min后轉入80℃下烘干至恒重，分別稱地上部和地下部干重；根系活力用TTC法測定[11]；脯氨酸（Pro）含量用酸性茚三酮法測定[11]；丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法測定[11]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法[11]，520nm波長下測定吸光度；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定[11]，以單位質量新鮮樣品1min吸光度變化值表示酶活性大小，單位為Δ470•g-1FW•min-1；用分光光度法測定過氧化氫酶（CAT）活性[12]，以Δ240=0.1為一個活力單位（U），以新鮮樣品每分鐘活力變化表示CAT活性，單位為U•g-1FW•min-1。

1.4數據統計采用SPSS進行單因素方差分析，選擇最小顯著性差異法（LSD法）進行均值多重比較，用Excel作圖。

2結果與分析

2.1西瓜不同品種耐鋁性差異的篩選表1是4個西瓜品種在鋁處理后15d的生長情況。隨Al3+濃度升高，DL、ZJ、ZM、HY4個西瓜品種的根長都呈先增后減的趨勢。DL在1500μmol•L-1的鋁處理下根長顯著低于對照，ZM在Al3+≥500μmol•L-1時根長顯著低于對照，而ZJ和HY各處理組根長與對照差異不顯著。從根長來看，4個西瓜品種的耐鋁性依次為HY≈ZJ＞DL＞ZM。鋁處理對4個西瓜品種地下部和地上部的干重影響不同：鋁處理后HY地下部和地上部干重均增加，而且各處理均顯著高于對照；各濃度鋁處理下ZM的生物量顯著減小，可見鋁抑制了ZM生長；鋁濃度為500μmol•L-1時DL、ZJ生物量較對照均增加，高濃度的鋁（1000~1500μmol•L-1）處理DL、ZJ地下部以及ZJ地上部干重均減小，僅DL地上部干重略有增加，但與對照差異不顯著。從生物量來看，耐鋁性依次為HY＞DL≈ZJ＞ZM。250μmol•L-1鋁處理下4個西瓜品種的根系活力均有所降低，其中ZM根系活力與對照達顯著水平。鋁濃度為1500μmol•L-1時，DL、ZJ、ZM的根系活力均低于對照，其中ZJ、ZM與對照差異顯著，而HY根系活力升高并顯著高于對照和其他各濃度處理。從根系活力來看，耐鋁性依次為HY＞DL≈ZJ＞ZM。綜合根長、干重、根系活力來看，ZM對鋁最敏感，HY耐鋁性最強，DL、ZJ介于二者之間。因此，以下選用西瓜品種ZM、HY，對其葉片相關生理指標進行對比分析，探討鋁處理下此二者生理變化的差異。

2.2耐鋁性差異明顯的2種基因型西瓜的生理指標對比分析

2.2.1鋁對西瓜葉片丙二醛含量的影響由圖1（a）可知，ZM葉片MDA含量僅在250μmol•L-1鋁處理下、第15d時低于對照，其余各處理下MDA含量均顯著高于對照；Al3+≥500μmol•L-1處理下MDA含量為對照的131.6%~171.1%，膜系統傷害嚴重。由圖1（b）可知，不同濃度鋁處理同樣導致HY葉片MDA含量的上升。Al3+≤1000μmol•L-1處理下，HY的MDA含量第5d時為對照的126.2%~152.3%，第10d為對照的93.2%~109%，第15d為對照的104.3%~128.7%，說明隨著鋁處理時間的延長HY膜系統傷害得到一定程度的恢復。1500μmol•L-1鋁處理下，HY葉片MDA含量在第5、10、15d均顯著高于對照，說明此時膜系統傷害不可恢復，分別為對照的162.1%、142.9%、140.1%。

2.2.2鋁對西瓜葉片脯氨酸含量的影響由圖2（a）可知，ZM葉片中Pro含量第5、10、15d均在250μmol•L-1鋁處理下達最大值且均顯著高于對照。第5d時，Al3+≥500μmo•lL-1處理下各組ZM葉片Pro含量與對照差異均不顯著；隨時間延長，第10d時在500、1000μmol•L-1的鋁處理下顯著高于對照，1500μmol•L-1鋁處理下顯著低于對照；第15d時在Al3+≥500μmol•L-1處理下均顯著低于對照。由圖2（b）可知，隨鋁濃度的升高，HY葉片Pro含量在第5d呈先升后降的趨勢，僅在1500μmol•L-1鋁處理下較對照有所降低；第10d也呈先升后降的趨勢，第15d時呈升高趨勢，第10、15d處理組Pro含量均顯著高于對照。HY處理組葉片Pro含量在第5、10、15d分別為對照的92.4%~115.9%、121.3%~176.4%、143.3%~165.4%。

2.3鋁對西瓜葉片抗氧化酶（SOD、POD、CAT）的影響由圖3（a）可知，在250μmol•L-1鋁處理下第5、10d和500、1000μmol•L-1鋁處理下第10、15d，ZM葉片SOD活性顯著高于對照，其中1000μmol•L-1鋁處理下第15d增幅最大，為對照的119.1%。1500μmol•L-1鋁處理下ZM葉片SOD活性在第5、10、15d均顯著低于對照。由圖3（b）可知，HY葉片SOD活性隨鋁處理濃度的升高呈先升后降的趨勢。隨時間的延長，相對SOD活性呈先降后升的趨勢，第5、15d時HY各處理組SOD活性均顯著高于對照，為對照的108.8%~163%。由圖4（a）可知，隨鋁濃度的升高，ZM葉片POD活性第5、10d均呈先升后降的趨勢，250μmol•L-1鋁處理下達最大值；第15d呈下降趨勢，各鋁濃度處理下均顯著小于對照。由圖4（b）可知，第5d時，HY葉片POD活性隨鋁濃度的升高呈先升后降的趨勢，1000μmol•L-1鋁處理下達最大值；第10、15d時，各處理組POD活性均顯著高于對照。從升降幅度來看，鋁處理下ZM葉片POD活性升幅較小，降幅較大，為對照的50.4%~136.6%；HY葉片POD活性升幅較大，降幅較小，為對照的89.7%~254.5%。由圖5可知，不同濃度鋁處理下ZM葉片CAT活性為對照的93.5%~106.9%，HY葉片CAT活性為對照的70.7%~113.8%。HY各濃度處理第5、10d時CAT活性均小于對照，且第10dAl3+≥500μmol•L-1處理下與對照達顯著水平；第15d時，Al3+≤1000μmol•L-1處理下HY葉片CAT活性高于對照，且250、500μmol•L-1處理下達顯著水平。說明HY在低濃度的鋁處理下隨著時間的延長，CAT活性得到恢復。

3討論

根尖是遭受鋁毒害的最初部位，根長測定是植物耐鋁毒鑒定的通用方法[13]。生物量是可以直觀反應植株生長狀況、也是篩選植物耐鋁品種的重要指標[14]。國內外根據這些形態指標對小麥、油菜、大麥、大豆等的耐鋁性都進行過多次篩選[14-17]。本研究中，從根長變化來看，HY根長變化最小，ZM根長生長受抑制最為嚴重；從生物量變化來看，ZM在Al3+≥500μmol•L-1時地上部、地下部干重均顯著低于對照；HY地上部、地下部干重在鋁處理下均表現為促進作用；DL、ZJ根長、生物量變化介于二者之間。綜合根長、生物量兩個指標可以篩選出對鋁敏感的西瓜品種ZM和耐鋁性較強的西瓜品種HY。根系活力可以客觀反映植物根系生命活動的強弱，也和植物耐鋁性存在密切關系[3，18]。ZM根系活力隨鋁濃度升高顯著下降，說明隨鋁處理濃度的升高所受脅迫不斷加深。HY在Al3+≤1000μmol•L-1的鋁處理有很強的適應性，根系活力變化不明顯；鋁濃度升高至1500μmol•L-1時促使根系活力顯著升高，這與周媛等研究中高濃度（1000μmol•L-1）鋁處理下栝樓根系活力變化的研究結果相一致[19]，可能是HY西瓜品種可通過提高代謝水平、增強根系活力，從而緩解鋁脅迫。對比ZM和HY兩個西瓜品種根系活力變化，可以說明根系TTC相對還原強度與植物的耐鋁性有很好的一致性[20]，根系活力的分析結果再次說明4個西瓜品種中ZM對鋁最為敏感，HY耐鋁性最強。本試驗結果表明，通過根長和生物量對西瓜耐鋁性進行篩選，然后再根據根系活力進行驗證，可以對西瓜耐鋁性進行有效的鑒定。本試驗還對鋁敏感性西瓜ZM和耐鋁性西瓜HY在鋁脅迫下內部生理特性的變化進行了研究。鋁脅迫會導致植物膜脂過氧化破壞膜結構，這是植物受鋁毒害的重要原因之一[21-23]。MDA是膜脂過氧化的產物，可以反映膜脂過氧化程度和膜脂傷害程度。本試驗表明，鋁處理均提高了ZM和HY葉片內的MDA含量，已經對西瓜細胞膜結構的穩定性造成不利的影響。ZM在Al3+≥500μmol•L-1時，MDA含量維持較高水平，細胞膜傷害嚴重且不可恢復，而HY在Al3+≤1000μmol•L-1下，隨著處理時間的延長膜系統傷害可得到一定程度的恢復。說明在一定濃度和時間范圍內，西瓜可通過自身調節使膜系統所受鋁毒害得到一定程度恢復，且耐性品種HY對鋁濃度的耐受范圍大于鋁敏感品種ZM。因此，MDA含量的變化可以作為判斷不同基因型西瓜的耐鋁程度的生理指標之一。脯氨酸是重要的滲透調節物質和抗氧化物質，具有防御膜脂過氧化傷害的功能，與植物清除活性氧也有密切關系，因此脯氨酸常被作為反應植物耐鋁性的一個重要生理指標[24]。本研究中ZM在最低鋁濃度250μmol•L-1處理下積累Pro較多；在Al3+≥500μmol•L-1，鋁處理第15d時Pro含量均顯著小于對照。HY在鋁處理第5、10、15d相比對照均有較多Pro積累，可見西瓜可通過提高Pro含量抵御鋁脅迫，而HY即使在較高鋁濃度處理下仍可維持較高Pro含量。綜合MDA、Pro分析，鋁脅迫下HY葉片Pro含量的升高與其在較高鋁濃度下膜系統的維持有密切關系，推測脯氨酸積累是西瓜緩解鋁毒害的生理原因之一。活性氧自由基的產生是鋁毒害的原因之一，非生物脅迫導致植物體內活性氧含量上升[25]。活性氧升高會導致抗氧化酶活性升高，植物抗氧化酶系統對于及時清除細胞內活性氧自由基、保護細胞膜的結構穩定性具有重要意義。抗氧化酶系統中SOD專一清除O-2•，其產物H2O2則由POD和CAT清除[26]。許多研究都表明鋁脅迫可以激發植物SOD酶活性的升高[27-28]。本研究中，鋁處理下ZM葉片SOD活性增幅較小，HY葉片SOD活性在鋁處理5、15d時均有較大增幅，可見耐鋁性西瓜品種HY在鋁處理下對SOD酶活的激發強于鋁敏感西瓜品種ZM。一定濃度及時間的鋁處理下，ZM、HY葉片POD活性均可升高，對小麥、水稻等作物的諸多研究中也都發現鋁脅迫會導致POD活性上升[29-31]，而在長時間及高濃度的鋁處理下ZM葉片POD活性較對照下降明顯，HY則在鋁處理第10、15d時各處理POD活性均顯著高于對照，可見ZM和HY的POD酶活性在對鋁的反應上存在差異。本研究中ZM、HY在鋁處理下葉片CAT活性較對照變化均較小，可能在鋁脅迫條件下西瓜活性氧清除體系中CAT作用相對較小。因此CAT不適合單獨作為鑒定西瓜耐鋁性指標。此外值得注意的是第10d時，隨鋁處理濃度升高HY葉片SOD、CAT活性均有所降低，表現為負協同作用，POD活性反而升高，可能是三種酶發揮效應的時間階段不同，與韋冬萍對油菜鋁脅迫研究的結果相一致[32]。很多逆境脅迫的研究表明，SOD、CAT在植物抵抗逆境中確實存在協同的作用[33-34]，已有研究通過轉基因手段同時提高煙草SOD、CAT活性，從而使植物抵抗逆境脅迫能力增加[35]。然而抗氧化酶的表達機制十分復雜，遺傳信息、生長期及處理條件等內外因素的差異均會造成結果的差異，因此對于西瓜鋁脅迫中抗氧化酶清除活性氧的機制有待進一步進行全面而深入的研究與探討。

4結論

不同基因型的西瓜在鋁處理下的反應有一定的差異性，根據根長、地上部及地下部干重、根系活力可以從4個不同基因型西瓜中選出鋁敏感品種ZM和耐鋁品種HY。隨鋁處理濃度、時間的變化，鋁敏感品種ZM膜脂傷害指標MDA含量升高較HY更明顯且膜脂傷害更難恢復；耐鋁品種HY在鋁處理下Pro可以維持在較高水平，SOD、POD酶活性可受更大激發。因此，MDA、Pro、SOD、POD是反映西瓜耐鋁性的重要生理指標。此外，CAT不適合單獨作為西瓜耐鋁指標。

作者：賈松濤鄭陽霞邱爽張偉偉單位：四川農業大學園藝學院