李春雷+倪德江

摘要：采用水培法研究鋁對茶樹（Camellia sinensis L.）葉片葉綠素含量、凈光合速率、葉片超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，隨著鋁濃度的增大，茶樹葉片葉綠素含量和凈光合速率均是先升高后降低。通過透射電鏡發(fā)現(xiàn)，在中低濃度鋁處理下，茶樹葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)破壞較輕，只是脂質(zhì)球增多，淀粉粒變大，但在高濃度（12 mg/L）鋁處理下，葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，如葉綠體膜溶解、類囊體片層扭曲加重。以上結(jié)果表明茶樹對鋁有一定耐性，但高濃度的鋁將對茶樹產(chǎn)生傷害。

關(guān)鍵詞：茶樹（Camellia sinensis L.）；光合特性；超微結(jié)構(gòu)；鋁

中圖分類號：S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0604-03

鋁元素是地殼中含量最豐富的金屬元素，在pH小于5.5的土壤中，當(dāng)Al3+的濃度超過2 mg/kg許多植物就出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，因此，過量的鋁被認(rèn)為是酸性土壤中限制植物生長的主要因素[1]。鋁對植物的毒害主要表現(xiàn)在促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生以及膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致DNA的損壞和細(xì)胞死亡，抑制植物生長[2-4]。茶樹是喜酸性植物，適宜的pH為4.5～5.5，茶園土壤中總鋁濃度有的高達(dá)20 000 mg/kg[5]，茶樹葉片中的鋁含量可達(dá)250～9 000 mg/kg[6]，老葉中甚至達(dá)到了30 000 mg/kg[7]。目前關(guān)于環(huán)境及茶樹葉片中高含量的鋁對茶樹光合特性及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響鮮見報道，為此以福鼎大白茶為材料，采用水培法研究不同濃度鋁處理下茶樹葉片光合作用和細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，以期為進(jìn)一步探討茶樹對鋁的耐性機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試茶樹品種為福鼎大白茶，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所提供的一年生扦插苗。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)在溫室中進(jìn)行，栽植前先用自來水充分清洗茶苗根部，再用去離子水洗凈，將長勢、大小一致的茶苗在1/2 Hogland+Arnon培養(yǎng)液中培養(yǎng)10 d，然后進(jìn)行鋁處理，每5 d換一次營養(yǎng)液，pH 5.5，每隔1d用NaOH或HCl調(diào)一次pH，每隔3 h通氣1 h。所用鋁為硫酸鋁[Al2（SO4）3·18H2O]，設(shè)置4個鋁處理濃度，Al3+濃度分別為2、4、8、12 mg/L，以不進(jìn)行鋁處理的作對照，處理30 d后進(jìn)行各項指標(biāo)的測定。

1.3 葉綠素含量及凈光合速率的測定

鋁處理30 d后，采集第三葉序處完全展開的功能葉片進(jìn)行葉綠素含量的測定。葉綠素含量采用丙酮萃取分光光度法測定[8]。

早上將茶苗置于室外，于13：00采用TPS-1便攜式光合測定儀（PP SYSTEMS，MA，USA）測定各處理葉片的凈光合速率。每處理測6株，每株取第三葉序處的功能葉，共6次重復(fù)。

1.4 透射電鏡分析細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)

采集第三葉序處功能葉的中部近主脈0.5 mm處葉片，再切成1 mm×1 mm的樣品塊，然后用預(yù)冷的2.5%戊二醛前固定，在pH 7.4、0.1 mol/L的磷酸緩沖液中沖洗3次，用1%的鋨酸后固定2 h，再用丙酮梯度脫水，SPI-812樹脂滲透、包埋。Leica UC6超薄切片機(jī)切成60 nm超薄切片，醋酸鈾、檸檬酸鉛染色后，80 kV下用日立H-7650型透射電鏡進(jìn)行觀察，Gatan832數(shù)字成像系統(tǒng)（Gatan，美國）記錄、拍照。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Excel和SAS統(tǒng)計軟件包進(jìn)行處理， 方差分析采用LSD檢驗(yàn)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁對茶樹葉片葉綠素含量及凈光合速率的影響

由表1可知，隨著鋁濃度的增大，葉綠素含量和凈光合速率均是先升高后降低。鋁濃度為2、4、8 mg/L時，葉綠素含量和凈光合速率均顯著高于對照，葉綠素含量在鋁濃度為4 mg/L時達(dá)到最大值，與其他濃度處理的差異顯著，凈光合速率在鋁濃度為2 mg/L時達(dá)到最大值，與鋁濃度為4 mg/L時的差異不顯著，但與其他濃度處理的差異均顯著，而當(dāng)鋁濃度達(dá)到12 mg/L時，葉綠素含量和凈光合速率均顯著下降，低于其他的處理。這說明一定濃度的鋁促進(jìn)了茶樹葉片中葉綠素的合成和提高了凈光合速率，表明茶樹對鋁有一定的耐性，但過高濃度的鋁將會阻礙葉綠素的合成和降低光合作用。

2.2 鋁對茶樹葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

鋁對茶樹葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響見圖1。從圖1可以看出，對照細(xì)胞中葉綠體完整，呈橢圓形，緊貼細(xì)胞壁，葉綠體的雙層被膜及細(xì)胞壁、細(xì)胞膜清晰可見。經(jīng)2、4 mg/L鋁處理的茶樹葉片中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)仍然完整，只是葉綠體略微變形，葉綠體中脂質(zhì)球明顯增多（圖1a中的黑色小點(diǎn)），出現(xiàn)較大的淀粉粒（圖1b）；線粒體呈圓形，結(jié)構(gòu)完整，線粒體膜和嵴清晰。經(jīng)8 mg/L鋁處理的茶樹葉片中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，葉綠體向細(xì)胞中間聚攏，質(zhì)壁分離現(xiàn)象嚴(yán)重，細(xì)胞膜斷裂溶解，淀粉粒增多變大，脂質(zhì)球增多，類囊體片層出現(xiàn)輕微膨脹；線粒體呈圓形，線粒體膜和嵴仍然清晰（圖1c、圖1d）。在12 mg/L鋁處理下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，葉綠體嚴(yán)重變形，被膜已經(jīng)溶解，類囊體片層扭曲加重，線粒體膜仍然可見，但嵴變得模糊甚至消失（圖1e）。由此可見，經(jīng)鋁處理的茶樹葉片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)在中、低濃度下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)雖有損傷，但是并不嚴(yán)重，只是在高濃度下，細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞較明顯。說明茶樹對中、低濃度的鋁有一定的耐性。

3 小結(jié)與討論

脂質(zhì)球是由于葉綠體中類囊體膜結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致大量的脂類和蛋白質(zhì)積累而形成的產(chǎn)物[9]。試驗(yàn)中，在低濃度鋁處理下，茶樹葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)除了脂質(zhì)球增多并無其他破壞，說明鋁最先攻擊的是細(xì)胞的類囊體膜結(jié)構(gòu)。在8 mg/L鋁處理下，葉綠體開始向細(xì)胞中間聚攏，膜結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，葉綠體一個很明顯的特點(diǎn)就是淀粉粒的大量積累，這可能是因?yàn)殇X參與了細(xì)胞代謝，導(dǎo)致細(xì)胞代謝水平降低，生理活性降低，同化物的運(yùn)輸系統(tǒng)遭到破壞，造成淀粉粒大量積累。當(dāng)鋁濃度達(dá)到12 mg/L時，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重破壞。這些結(jié)果表明，在中、低濃度的鋁處理下，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞并不明顯，只是在高濃度下細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重破壞，這一現(xiàn)象證實(shí)了茶樹對鋁具有一定的耐性。主要原因可能是因?yàn)椴铇湮珍X后主要在葉片細(xì)胞壁中積聚[7，10]，遠(yuǎn)離代謝中心，避免了對細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的傷害，當(dāng)鋁濃度增大時，可能將鋁運(yùn)至液泡中儲存。一旦鋁濃度超過一定極限就破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。

試驗(yàn)中茶樹葉片葉綠素含量及凈光合速率隨著鋁濃度的增大均是先升高后降低，兩者在2、4、8 mg/L的處理中均高于對照，而當(dāng)鋁濃度達(dá)到12 mg/L時均低于對照。表明低濃度的鋁促進(jìn)了茶樹葉片葉綠素的合成和光合作用，說明茶樹對鋁有一定的耐性，這也與細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化基本一致。葉綠體是葉綠素合成和光合作用的主要部位，并且光合作用的光化學(xué)過程主要在基粒膜和基質(zhì)膜上進(jìn)行，正常的類囊體的排列方式能保證其最大的光面積和光合速率[11]。在中低濃度的鋁處理下，茶樹葉片細(xì)胞葉綠體只是遭到了輕微的破壞，未影響光合作用，而高濃度時葉綠體破壞嚴(yán)重，類囊體扭曲膨脹，基粒膜和基質(zhì)膜溶解，基粒減少，這必將減少茶樹對光的吸收，嚴(yán)重影響茶樹的光合作用。

線粒體被認(rèn)為是真核細(xì)胞的“動力站”，是細(xì)胞呼吸作用的主要地點(diǎn)，含有大量的酶，其中三羧酸循環(huán)的酶系主要集中在線粒體的可溶性襯質(zhì)中，而電子傳遞和氧化磷酸化的酶存在于內(nèi)膜上，因此是細(xì)胞內(nèi)能量代謝中心。試驗(yàn)中高濃度的鋁使茶樹葉片細(xì)胞線粒體遭到破壞，這必將影響酶分子附著表面的面積，使細(xì)胞呼吸減弱，從而導(dǎo)致植物有氧糖代謝受阻，使以ATP形式提供的能量減少。

參考文獻(xiàn)：

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試驗(yàn)中茶樹葉片葉綠素含量及凈光合速率隨著鋁濃度的增大均是先升高后降低，兩者在2、4、8 mg/L的處理中均高于對照，而當(dāng)鋁濃度達(dá)到12 mg/L時均低于對照。表明低濃度的鋁促進(jìn)了茶樹葉片葉綠素的合成和光合作用，說明茶樹對鋁有一定的耐性，這也與細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化基本一致。葉綠體是葉綠素合成和光合作用的主要部位，并且光合作用的光化學(xué)過程主要在基粒膜和基質(zhì)膜上進(jìn)行，正常的類囊體的排列方式能保證其最大的光面積和光合速率[11]。在中低濃度的鋁處理下，茶樹葉片細(xì)胞葉綠體只是遭到了輕微的破壞，未影響光合作用，而高濃度時葉綠體破壞嚴(yán)重，類囊體扭曲膨脹，基粒膜和基質(zhì)膜溶解，基粒減少，這必將減少茶樹對光的吸收，嚴(yán)重影響茶樹的光合作用。

線粒體被認(rèn)為是真核細(xì)胞的“動力站”，是細(xì)胞呼吸作用的主要地點(diǎn)，含有大量的酶，其中三羧酸循環(huán)的酶系主要集中在線粒體的可溶性襯質(zhì)中，而電子傳遞和氧化磷酸化的酶存在于內(nèi)膜上，因此是細(xì)胞內(nèi)能量代謝中心。試驗(yàn)中高濃度的鋁使茶樹葉片細(xì)胞線粒體遭到破壞，這必將影響酶分子附著表面的面積，使細(xì)胞呼吸減弱，從而導(dǎo)致植物有氧糖代謝受阻，使以ATP形式提供的能量減少。

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線粒體被認(rèn)為是真核細(xì)胞的“動力站”，是細(xì)胞呼吸作用的主要地點(diǎn)，含有大量的酶，其中三羧酸循環(huán)的酶系主要集中在線粒體的可溶性襯質(zhì)中，而電子傳遞和氧化磷酸化的酶存在于內(nèi)膜上，因此是細(xì)胞內(nèi)能量代謝中心。試驗(yàn)中高濃度的鋁使茶樹葉片細(xì)胞線粒體遭到破壞，這必將影響酶分子附著表面的面積，使細(xì)胞呼吸減弱，從而導(dǎo)致植物有氧糖代謝受阻，使以ATP形式提供的能量減少。

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