全 文 ：第 22卷第 4期 西　南　农　业　大　学　学　报 Vol.22 ,No.4
2000年 8月 Journal of Southwest Agricultural University Aug.2000
文章编号:1000-2642(2000)04-0362-03
酸铝对杉木根DNA合成的影响＊

王晓丽 ,杨婉身 ,陈　惠 ,张　健
(四川农业大学 基础部 , 四川 雅安　625014)
摘要:通过杉木水培试验 , 研究酸性条件下不同铝浓度对 1 年生杉木根 DNA合成的影响。结果表明:在相同 pH 条件
下 ,随着水溶液中 AL3+含量的增加 ,杉木新根 DNA水解液中 AL3+含量增加 , DNA合成减慢 ,根重降低;在相同 AL3+浓
度条件下 ,随 pH 升高 , DNA水解液中 AL3+含量降低 , DNA 合成加快 ,根重增加。
关键词:酸铝;杉木;DNA;合成
中图分类号:Q 945.3;Q 949.66+6　　　　　　文献标识码:A
INFLUENCE OF ACID ALUMINUM ON DNA COMPOUND IN CHINESE FIR ROOT
WANG Xiao-li , YANG Wan-shen, CHEN Hui , ZHANG Jian
(Sichuan Agricultural University , Yaan 625014 , China)
Abstract:The influence of acid-aluminum on DNA compound of the one-year Chinese fir root was studied by water culture.The results showed
that that the more alumimum was in culture fluid , the more aluminum was in DNA of Chinese fir root in same pH.The DNA compound slowed
down , and the root weight decreased.With pH rising the aluminum in DNA of Chinese fir root decreased in same alumimum.The DNA was com-
pounded fast , and the root weight increased.
Key words:acid-aluminum;fir;DNA;compound
　　人工林地力退化 ,以及由此引起的生产力锐减 ,
是一个困扰世界林业界 、生态学界的重大难题[ 1～ 3] 。
自70 年代以来 ,杉木人工林地力退化 、杉木黄化病
等 ,一直严重地制约着中国南方林业生产。因此 ,这
不仅是理论探讨的学术问题 ,而且已成为我国南方主
要用材树种———杉木生产的技术难题。杉木生长的
适宜土壤 pH 值为 6.0左右[ 4] ,而我国杉木产区的森
林土壤 ,大多呈酸性反应。土壤酸化时 ,不但土壤中
一些营养元素的形态和溶解度发生变化 ,而且诸如铝
和一些重金属及酚类物质之类的潜在毒性物质的形
态和溶解度也发生变化。当酸化到一定程度时 ,势必
诱发铝毒害 ,而铝毒害对养分循环 、林木生理 、生化反
应 、微生物种群数量 、土壤酶活性等 ,都有很大影响。
近年来 ,人们对铝的毒害和耐性的基础及应用方面已
作了大量研究[ 5] ,对酸性土壤铝毒问题在农业 、林业
和经济上的重要性已有一定认识 ,但对植物铝毒和耐
性的生理 、生化机制仍缺乏清晰的认识 ,特别是针对
林木的研究很少见报道。该文报道通过水培试验 ,探
讨酸性条件下不同浓度的铝对杉木幼苗根中 DNA 复
制合成的影响 ,旨在揭示杉木在酸性土壤中受铝毒害
的情况及其生理生化机制 ,为探索杉木纯林更新困难
和地力衰退的根本原因 ,解决这一问题提供理论依
据 。
1　材料和方法
1.1　材料
1.1.1　供试杉木　1年生杉木苗 ,取自雅安林场。
1.1.2　水培营养液　每 L 母液中含 Ca(NO3)2·4H2O
100g , KH2PO4 25g , MgSO4·7H2O 25g , Kcl 12.5g , Ca-
SO4·2H2O 100g ,用时稀释 100倍 ,每 L稀释液中加含
收稿日期:2000-01-30作者简介:王晓丽(1965-),女 ,四川崇庆人 ,四川农业大学讲师 ,从事生物化学教学和研究。
DOI :10.13718/j.cnki.xdzk.2000.04.025
有Fe ,Mn ,Zn ,Cu等微量元素的混合液 1ml。
1.2　方法
1.2.1　水培试验　在容积为 1.4L 的长方形玻璃缸
中盛稀释后的营养液300ml ,每缸插栽 4株杉木苗 ,试
验设计 pH3 , pH4和 pH5 3个大组 ,每组设对照和 15
×10-4%(W/V),30×10-4%(W/V),50×10-4%(W/
V)4个铝处理(向缸中加入AlCl3溶液 ,使营养液中铝
达到所需浓度)。把杉木幼苗培养在含铝营养液中 ,
生长周期为30天 ,幼苗生长期间严格控制生长条件 ,
每天调定培养液 pH 值 ,每 7天更换一次含铝营养液。
1.2.2　取样　用自来水反复冲洗根部 ,然后分别取
各个处理的新根 ,称重 、剪碎并研磨成匀浆。
1.2.3　样品提取　采用植物组织中 DNA的提取方
法[ 6]提取各个处理的新根的 DNA ,然后进行 DNA 酸
水解 ,使Al3+从 DNA的磷酸基上解离下来 ,用等离子
发射光谱测各处理中的铝含量 。
Al含量的数据由成都市卫生防疫站中心室提
供。
2　结果与分析
2.1　酸铝对杉木新根生长的影响
表1 、图 1表明 ,酸铝对杉木新根生长有影响 ,pH
低时 ,影响较大 ,pH 高时 ,影响不显著。在 pH=5时 ,
表 1　酸铝对杉木根重及根DNA铝含量的影响
pH
处理水培液
Al3+(10-4%)
新根鲜重
(g/苗)
根 DNA 中Al含量
(10-7%)
　　　　0 　　0.332(100)＊ 　　　6348.0
3.0 15 0.297(89) 15740.0
30 0.274(82) 24280.0
50 0.250(75) 24400.0
0 0.352(100) 1970.0
4.0 15 0.342(97) 2556.0
30 0.340(96) 13160.0
50 0.320(91) 17380.0
0 0.410(100) 716.8
5.0 15 0.401(98) 1359.0
30 0.398(97) 1882.0
50 0.395(96) 3355.0
　　＊处理和对照之比率。
铝处理对杉木新根根重影响不大 , 基本上都在
0.400g/苗左右 。但是在 pH =3条件下进行铝处理 ,
杉木新根显著降低 ,分别减少到对照的 89%,82%和
75%,在 pH=4时 ,铝处理对杉木根重影响介于 pH3
和 5之间 。很多试验证明 ,进入细胞的铝在核和线粒
体中积累最多 ,核中的铝主要结合在 DNA 的磷酸基
部位[ 7] 。铝与 DNA 结合 ,增加 DNA 双螺旋的刚性 ,
降低模板的活性 ,使 DNA 解链复制困难 , 由于 DNA
模板功能受到影响 ,降低 DNA的合成速度 ,导致植物
根尖细胞分裂受抑制和根系发育受阻。在试验中 ,
pH低时 ,铝毒害严重得多 ,因为 pH 低时 ,铝溶解度增
大 ,从而导致铝毒发生 。
2.2　在相同 pH 条件下不同铝浓度对杉木根系
DNA中铝含量的影响
表 1 、图 2表明在相同 pH 条件下 ,随着水培液中
Al
3+含量呈增加趋势。pH =3时 , CK 铝含量为 6348
×10-7%,随着水培液中 Al3+浓度增加 ,杉木幼苗根
DNA水解液中铝含量增加到 24400×10-7%。pH=4
时 ,CK铝含量为 1970×10-7%,随着水培液中 Al3+
浓度增加 ,杉木幼苗根 DNA 水解液中铝含量增加到
17380×10-7%。pH =5 时 , CK 铝含量为 716.8 ×
10-7%,随着水培液中 Al3+浓度增加 , 杉木幼苗根
363第 22卷第 4期　　　　　　　　　王晓丽　酸铝对杉木根 DNA合成的影响
DNA水解液中铝含量增加到 3355×10-7%。试验可
看出 ,pH越低 ,铝溶解度愈大 ,进入杉木细胞中的铝
愈多 ,从而导致铝毒发生 。
2.3　不同 pH条件下相同铝浓度对杉木根系 DNA中
铝含量的影响
表1 、图 2表明在相同的 Al3+浓度不同的 pH 条
件下 ,随着 pH 升高 , DNA水解液中 Al3+含量降低。
当水培液Al3+浓度为 15×10-4%时 ,pH=3条件下的
杉木根 DNA铝含量为 15740×10-7%,pH =4条件下
的杉木根 DNA 铝含量为 2556×10-7%, pH =5条件
下 ,杉木根 DNA铝含量为 1359×10-7%。当水培液
Al3+浓度为 50×10-4%时 , pH =3 条件下的杉木根
DNA铝含量为 24400×10-7%,pH=4条件下杉木根
DNA铝含量为 17380×10-7%。可见 ,pH 升高 ,降低
铝的溶解性 ,故进入 DNA的量减少。
2.4　杉木根中 DNA铝含量对杉木新根生长的影响
由表 1可知 ,杉木根中 DNA的铝含量与杉木新
根生长呈负相关 ,即杉木根中 DNA 的铝含量愈高 ,杉
木新根生长愈差 。因为Al3+与杉木根中 DNA的磷酸
基结合 ,增加DNA双螺旋结构的刚性 ,使双链不能打
开 ,从而 DNA合成速度减慢 ,新形成的 DNA少 ,导致
植物根尖细胞分裂受抑制和根系发育受阻 ,这是铝对
植物毒害的生理生化机制之一 。
3　结语
各种形态铝中 Al3+毒性最大 ,pH 对铝毒性的大
小有很大的影响 ,随着 pH 降低 ,Al3+溶解度增加 ,pH
<4时 ,Al3+成主要形态[ 8] 。在 pH=5条件下 ,铝对
杉木根 DNA合成的影响尚不明显 ,但在 pH=3条件
下 ,铝对杉木根 DNA合成的影响显著 。因此 ,控制土
壤酸化进程 ,可大大减少铝的毒害 ,也是遏止人工杉
木林地力衰退的重要措施之一 。
该试验通过探讨酸铝对遗传物质 DNA 合成的影
响 ,从分子水平提示了普遍存在的杉木幼苗铝中毒的
生理生化机制。但因是水培模拟试验 ,与土壤的实际
状况相比较 ,无疑还有一定距离 。土壤中铝形态很复
杂 ,而不同形态的铝 ,生态毒性又不同。现有的检测
方法 ,大多是检出 Al3+的含量 ,或者笼统地检出铝的
总量 ,不涉及它的形态 。为使研究向纵深方向发展 ,
并与野外条件下的实际状况逼近 ,有待加强相关森林
土壤研究方法的研究 。
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