全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 24(1)：77— 80 2004年 1月
铝对水稻幼苗生长和生理的影响
石贵玉
(广西师范大学生命科学学院，广西桂林 541004)
摘 要：以不同浓度的铝处理水稻幼苗，研究铝对水稻幼苗的生理生化效应。结果表明，50 mo1．L一1的铝对
水稻幼苗生长有促进作用，高于 50／~mol·L 后，随着铝浓度的增加，植株生长明显受到抑制，株高、根长、鲜
重和干重均下降；叶片叶绿素含量和 SOD活性下降，POD活性先上升后下降，细胞膜透性增大。表明高浓度
铝的毒害，导致体内保护酶活性受到抑制，膜系统受到伤害，从而影响水稻幼苗的生长。
关键词：铝；杂交水稻 ；保护酶；生长
中国分类号 ：Q945 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(2004)01—0077—04
Effect 0f Aluminium 0n growth and s0me
physiological function 0f rice seedlings
SHI Gui—yu
(College of Life Science，Guangxi Normal University，Guilin 54 1 004，China)
Abstract：The effect of growth and physiological functions of different concentration A1 on the hybrid rice
seedling was studied．The results showed that the growth of rice seedling was promoted at 50Ⅱmol·L-X of
A1．But the seedling height，root length，fresh weight and dry weight decreased，rice growth distinct was in—
hibited，and the content of chlorophyll，activity of superoxide dismutase(SOD)decreased．Peroxidase(POD)
had a resistant peak and decreased afterward，and cel membrane permeability increased when the concentra-
tion of A1 were increased，which indicated that activity of protective enzyme such as SOD、POD decreased．The
membrane system had been damaged by toxic of A1，SO rice seedling growth was inhibited．
Key words：Aluminium(A1)；hybrid rice；protective enzyme；growth
水稻是我国主要的粮食作物 ，而杂交水稻 2001
年种植面积就达 2．7亿 hm。，增产粮食近 4亿 t，产
量占水稻总产量 58 (袁隆平，2002)。但近年来我
国南方广大地区普遍出现酸雨，从而使酸性的土壤
和水体中水溶性铝的含量显著提高，导致林木、作物
等受到铝毒的危害 (刘厚君等，1988；秦瑞君等，
1999；赫鲁宁等，1989)，同样杂交水稻的种植，不可
避免地受到铝毒的危害。因此，研究铝对水稻的毒
害机理，具有重要的现实意义。关于铝对植物生理
功能的影响，国内外有不少的研究，但研究多见于小
麦、大豆、花生、玉米、水稻、林木等(刘厚君等，1988；
秦瑞君等，1999；赫鲁宁等，1989；杨庆等，2000；彭嘉
桂等，1995)的报道，而铝对杂交水稻的研究报道较
少。本文以杂交水稻为材料，研究了铝对杂交水稻
幼苗生长和叶绿素含量、细胞膜透性及抗氧化酶活
性的影响，以探讨铝对植物的毒害机理，积累有价值
的资料。
1 材料与方法
1．1材料培养与处理
供试水稻 (Oryza sativa L．)为杂交品种“优 I
收稿 日期 ：2003-04-16 修订 日期 ：2003—06—02
作者简介：石贵玉(1953一)，男，广西百色人，教授，主要从事植物生理生化教学和科研工作。
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207”。选用饱满的种子以漂 白粉消毒 ，用蒸馏水浸
泡 48 h后 ，置于 3O℃培养箱中催芽 ，萌芽后均匀播
在内置吸水纸的小方盆中，置于 30℃光照培养箱中
每天光照 10 h(2 000 Ix)，以 Hoagland营养液培养。
幼苗 1叶龄时 ，用含 AlSO 的 Hoagland营养液培
养，处理浓 度为 50／~mol·L 、100／zmol·L 、200
／~mol·L- 和对照(Hoagland培养液)，处理 10 d后
分别测定各项生理指标。
1．2测定方法
1．2．1植株生长量测定 测定铝处理前与处理 10 d
秧苗的高度和根长度变化，以秧苗高度、根长度增加
量及 1O株秧苗的鲜重 、干重表示植株生长量 。
1．2．2叶绿素含量测定 采用分光光度法，以 8O
丙酮研磨测定，用 Arnon法计算Ⅱ十绿素含量(张志
良，1990)
1．2．3细胞 膜透 性 测 定 采 用 电导 法 (张志 良，
1990)，以电导率 ／zl~／cm 表示膜透性的大小。
1．2．4 SOD(超氧物歧化酶)活性测定 按 Giannop—
olitis和 Ries(1997)的方法 ，以每单位时间内抑制光
化还原 50 的氮蓝四唑(NBT)为一个酶活性单位 。
1．2．5 POD(过氧化物酶)活性测定 用愈伤木酚氧
化法(张志良，1990)，以 470 nn!波长下每 1 nlin每
1 g材料的光密度变化表示酶活性大小 。
2 结果与分析
2．1不同浓度铝处理对水稻幼苗株高和根长的影响
表 1反映，水稻幼苗用不同浓度的铝处理，低浓
度铝对水稻株高、根长表现出不同的结果，在 5O
／~mol·L 的浓度时，铝处理对水稻幼苗株高有促进
作用，增长率为对照的 24．3 ，相反对根长有抑制
作用，抑制率为 8．7 ；高浓度铝处理，对水稻株高
和根长均呈抑制作用 ，且随着浓度的增 加抑制作用
愈明显，统计分析反映两者差异极显著到显著。秦
瑞君等(1999)指出，少量铝的存在可刺激植物的生
长。本实验也反映低浓度铝处理时，水稻幼苗的株
高明显高 于对 照。孔繁翔 等 (2000)、郝 鲁宁等
(1989)认为 ，铝对植物毒 害作用最 明显的特征是铝
抑制了根尖细胞伸长和细胞分裂；根比地上部分对
铝更敏感。本实验也证实了这一观点。
2．2不同浓度铝处理对水稻幼苗鲜重和干重的影响
植株鲜重和干重的变化，反映植株生长速率的
快慢和积累干物质 的能力大小 。表 2反映 50／~mol
· 的铝处理对水稻干重 和鲜重均表现为促进作
用 ，两者 与对 照相 比较 ，促进 率分 别为 l1．8 和
38．5 9／6，但随着 Al浓度增加，水稻的干重和鲜重均
受到抑制，浓度愈高抑制作用愈明显。
表 1 铝对水稻株高和根长的影响
Table 1 Effect of A1 on seedling height
and root length of rice
*差异显著性为 0．05；A差异显著性为0．01；括号内数据为相对
百分率。
*Significant test at 0．05；A Significant test at 0．01；Figures in
parenthesis are relative percentage．
表 2 铝对水稻幼苗鲜重和干重的影响
Table 2 Effect of A1 on fresh weight
and dry weight of rice
2．3不同浓度铝处理对水稻叶片叶绿素含量的影响
表 3显示，铝在 5O～200 gmol· 浓度下，对
水稻幼苗的影响均表现为叶绿素含量下降，且随着
浓度的提高，下降的幅度愈大。如在 50 gmol·U 、
100 gmol·L- 和 200 gmol·L- 的浓度下，它们下
降率分别为 6．4 、I6．I 和 41．2 。这与徐勤松
等(2002)以铬处理水车前，随着铬浓度的增大，叶绿
素含量下降愈明显的结果类似。本材料在外观上亦
见在 50／~mol·L 的铝处理下，水稻幼苗株高虽然
比对照高，但叶色 比对照淡绿 。
2．4不同铝浓度处理对水稻幼苗细胞膜透性的影响
膜透性增加是膜系统损伤的表现之一。从表 3
可知，水稻幼苗 用铝处 理后 ，表现为随着浓度的增
加，细胞膜透性值亦上升，且高浓度铝影响膜透性极
大。如在 50 gmol· 时，膜 透 性 比对 照 高
47．4 ，而 在 200／~mol·L- 时，则 比对 照 高
237．6 9／6，说明铝处理超过一定 浓度后 ，细胞膜迅速
受到破坏。孔繁翔等(2000)认为铝可与细胞膜的膜
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1期 石贵玉：铝对水稻幼苗生长和生理的影响 79
脂和膜蛋白结合，改变膜的结构和功能，而增加膜的
渗透性。本实验结果也证实了这个观点 。
2．5不同浓度铝处理对水稻幼苗 SOD、POD活性的
影响
从表 4可以看 出，水稻幼苗经不同浓度铝处理
后 ，SOD活性均随着 铝浓度 的上升呈下 降趋势 ，在
100 vrnol·L- 时，SOD活性比对照下降了 14．5 。
但 POD活性则随铝浓度的增加有明显的上升，如在
i00~rnol·L- 时，酶 活性比对照上升 16．0 ，当Al
浓度高于 100 trnol·L- ，即在 200 trnol·L 时则
比对照下降 36．1 。陈平(2002)、孔祥生(1999)等
用重金属镉处理水稻和玉米幼苗，亦发现有类似情
况 。
表 3 铝对水稻叶绿素含量和膜透性的影响
Table 3 Efect of A1 on chlorophyl content and
membrane permeability of rice
表 4 铝对水稻 SOD和 POD活性的影响
Table 4 Effect of AI on activity
of SOD and P0D of rice
3 讨 论
本实验结果说明，金属铝在低浓度时对水稻幼
苗的生长有一定的促进作用，但高浓度的铝毒害使
水稻植株矮小，叶片失绿，植株鲜重、干重下降，同时
抗氧化酶活性下降，细胞膜透性增加。
植物体内叶绿素含量的高低与光合作用水平的
强弱密切相关。金属铝毒害引起的植株失绿，叶绿
素总量下降，可能是金属离子抑制原叶绿素酸酯还
原酶活性，影响了叶绿素的合成(Van和 Clijsters，
1990)和铝毒害使叶绿体内的类囊体降解(刘东华
等，1995)引起的；同时，赫鲁宁等(1989)认为铝毒害
使叶绿体内的光合 Hil反应和光合磷酸化系统受
到抑制。从而抑制光合作用的光反应过程，最终严
重影响植物的正常生长。本实验所见铝毒害使水稻
生长受抑制，叶绿素含量和植株鲜重、干重下降，可
能与此有关 。
活性氧是机体代谢过程中产生的重要自由基，
在生物体内具有很强的毒害作用。正常条件下，植
物体内活性氧的产生和清除处于相对动态平衡中，
但在逆境下体内活性氧自由基产生的速度超出了植
物清除自由基的能力，就会引起伤害。植物体内清
除自由基主要由SOD、POD和 CAT等酶系统和抗
氧化物质来完成，SOD能消除 O ，CAT催化 H。O2
分解成水和氧，POD催化 H O 与酚类反应(徐勤
松等，2002)，SOD、POD和 CAT的共同作用能有效
地阻止 O_和 H。0 在 体内积累(罗广华等 ，1989)。
据本实验结果，我们认为铝毒害破坏了水稻体内的
保护酶系统，最终使 Oi和 H。O。活性氧在体内积
累，引起膜结构受到损伤，因而透性增大，细胞代谢
失调，生长受阻，严重时会导致植物中毒死亡。
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材料，较成功的建立了快速的无性繁殖系。在初代
和继代培养中，使用较高 BA浓度，尽管有较高的小
芽增殖率，但小植株矮化明显，表现为植株矮胖，与
自然百合生长状态相比，鳞片叶化，生长受到明显的
抑制，有时芽基部还产生大量的愈伤组织。另外，
BA的诱导活性明显高于KT，但在含有 BA的培养
基中，几乎所有的小植株的鳞片叶化，而 KT培养基
中的小植株生长健壮，鳞茎呈紫色与 自然生长的植
株一致，尽管增殖率较低，但能一次成苗，简化了培
养程序，降低了成本，而且可保持较低的变异率，对
品种优良性状的保持有利。
有关百合组织培养的文章很多，但以东方百合
系为材料的组织培养尚未见报道，不同于其它百合
组织培养，在实验中，我们分别选择了鳞片、茎尖及
茎段为初代培养材料，筛选了继代增殖培养基，建立
了2种简单有效的无性繁殖途径：
茎段1
鳞片} 芽或芽丛 芽丛 完整植株
茎尖J
鳞片 再生植株 丛生小苗
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