酸性环境中铝可对植物产生毒害作用，这已被很多研究所证实(王建林等，1991；肖祥希等，2002；2003a；2005；应小芳等，2005；张帆等，2005)。铝对植物的毒害首先是对根系产生危害，主要表现为抑制植物根尖细胞伸长和分裂，使植物根尖变短变粗(Clarkson，1996;孔繁翔等，2000; Macklon et al., 1992; Samuels et al., 1997; 田仁生等，1990; 肖祥希等，2002；2003b)。但根区分泌物的变化也是植物对铝毒的主要反应之一。植物根区可通过pH的升高，降低铝的溶解度，从而达到降低铝毒性的目的(Foy et al.，1965;孔繁翔等，2000; Taylor et al., 1985)；也可通过分泌有机酸、磷酸、多肽以螯合Al³⁺从而降低铝的毒性(Basu et al., 1994; Pellet et al., 1995; 1996; Ryan et al., 1995)。铝胁迫下龙眼(Dimocarpus longana)根区分泌物含量的变化目前尚不清楚，因此本文研究铝胁迫下龙眼幼苗根区分泌物的变化，探讨根区分泌物对铝胁迫的反应。

1 材料与方法 1.1 材料

供试的材料为乌龙岭龙眼2个月实生小苗，铝处理之前把小苗移植于装有河砂的塑料桶(桶的规格为上部直径30 cm，下部直径20 cm，高23 cm)，植苗前河砂经过清水充分洗净，每桶植苗6株，桶底钻有3~4个小孔，把装有小苗的塑料桶置于装有营养液的塑料盆中，控制桶的下端泡在营养液中2~5 cm，恢复培养2周，营养液采用王仁玑等(1981)的配方，用1/4浓度进行培养，每盆装营养液2 L，每14 d更换1次培养液，更换培养液时调节pH至4.2，每天定时通气3次、每次20 min。铝胁迫在2002年1月22日进行，采用营养液中加AlCl₃·6H₂O，试验采用随机区组设计，铝处理设置0 (CK)、0.074、0.185、0.370、0.740、1.110、1.850、3.70 mmol·L^-1共8个处理，每个处理3盆，共24盆，胁迫30 d后收集分泌物供氨基酸、糖、有机酸、电导率等的测定。

1.2 方法 1.2.1 根系分泌物测定

将苗从砂中取出，用去离子水清洗根系和盆中的砂，收集液过滤后，在65~70 ℃下减压浓缩，定容至100 mL，其中一部分用于电导率和离子渗漏值的测定，另一部分用于氨基酸、糖类和有机酸的测定。

1.2.2 氨基酸、糖类和有机酸的测定

氨基酸直接在日立835-50型氨基酸自动分析仪上测定。还原糖含量采用酚-硫酸比色法测定(宁正祥，1998)，蔗糖含量采用於新建等(1999)的方法测定，可溶性总糖为还原糖与蔗糖之和。有机酸直接用SHIMAD U离子色谱测定(柱恒温箱为CTO-10A;检出器为电导检出器CDD-6A)，柱子为Shim-pack I C-A1，移动相采用1.2 mmol·L^-1邻苯二甲酸钾(pH4.2)，流量为1.5 mL·min ^-1，柱温40 ℃。每个处理测定3盆。

1.2.3 电导率测定

收集液在室温下用DDS-11型电导仪测定其电导率，每次测定10次取平均值，每个处理测定3盆，取平均值。

1.2.4 离子渗漏

K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺直接用HITACHI Z-6 100原子吸收分光光度计测定，每个处理测定3盆，取平均值。

1.2.5 数据分析

数据处理和统计分析用Microsoft Office Excel 200 3，多重比较和显著性分析用LSD检验。

2 结果与分析 2.1 铝胁迫对龙眼根系电解质外渗的影响

铝胁迫下龙眼根系K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的渗漏增加，电解质外渗率明显提高(表 1)。与对照相比较，单株K⁺渗漏增加13.7%~94.9%，Ca²⁺渗漏增加26.9%~ 2 088.5%，Mg²⁺渗漏增加89.5%~871.1%，电导率增加14.6%~109.9%，增加幅度随铝胁迫浓度的提高而提高。

2.2 铝胁迫对龙眼根系氨基酸分泌的影响

在低浓度铝胁迫时，龙眼根系氨基酸的分泌量随铝胁迫浓度的增加而增加(表 2)，在0.07 4 mmol·L^-1铝处理时单株分泌的氨基酸总量、氨基酸种类、各氨基酸量都达到最大值，氨基酸总量比对照增加了42.7%，种类增加了3种，分别是天门冬氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸。当铝处理浓度大于0.074 mmol·L^-1时，氨基酸分泌总量、各氨基酸量和种类则随铝胁迫浓度的增加而呈不断减少的趋势，氨基酸种类比对照减少了2~4种，氨基酸总量除0.185 mmol·L^-1铝处理比对照增加2.6%外，其余各处理(0.370~3.700 mmo l·L^-1)比对照减少了35.3%~58.0%。可见低浓度(≤0.185 mmol·L^-1)铝胁迫促进龙眼根系氨基酸的分泌，高浓度的铝胁迫(＞0.185 mmol·L^-1)则使得氨基酸分泌量减少。

2.3 铝胁迫对龙眼根系分泌糖类的影响

龙眼根系可溶性糖的分泌对铝胁迫反应相当敏感。铝胁迫下，龙眼根系可溶性糖、还原糖、蔗糖的分泌量增加(表 3)，分泌量随铝胁迫浓度增加而增加。与对照比，可溶性糖增加了2 5.9%~855.6%，还原糖增加了27.8%~847.9%，蔗糖增加了29.2%~921.9%。相关分析表明，可溶性糖、还原糖、蔗糖的分泌量与电导率之间呈极显著正相关，相关关系为：y(可溶性总糖)=0.004 2x(电导率)-1.842 6(R=0.98^**)，y(还原糖)=0.002 8x(电导率)-1.184 4(R=0.95^**)，y(蔗糖)=0.00 1 4x(电导率)-0.658 3(R=0.93^**)。可见铝胁迫下可溶性糖(包括还原糖和蔗糖)分泌量的增加与根系细胞膜透性的增加密切相关。

2.4 铝胁迫对龙眼根系分泌有机酸的影响

铝胁迫下，龙眼根系柠檬酸分泌量增加了21.4%~200.0%，苹果酸分泌量增加了14.3% ~142.9%，草酸分泌量增加了4.9%~97.6%，增加幅度柠檬酸＞苹果酸＞草酸，且随铝胁迫浓度的增加而增加(表 4)。相关分析表明，柠檬酸、苹果酸、草酸的分泌量与电导率之间呈极显著的正相关，相关关系为：y(柠檬酸)=1E-4x(电导率)-0.022 9(R= 0.9 8^**)，y(苹果酸)=5E-5x(电导率)-0.006 8(R=0.98 ^**)，y(草酸)=7E-6x(电导率)+0.000 3(R=0.97^**)。可见铝胁迫龙眼根系有机酸分泌量的增加与根系细胞膜透性增加有关。

3 结论与讨论

铝胁迫下龙眼幼苗根系细胞膜透性增加，细胞质成分外渗或分泌加重，主要表现为根系分泌物中K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的渗漏量、电导率、可溶性糖、还原糖、蔗糖、柠檬酸、苹果酸、草酸均比对照增加；氨基酸量和种类在低浓度铝胁迫(数量在≤0.185 mmol·L ^-1铝处理时、种类在≤0.074 mmol·L^-1铝处理时)时增加，随铝胁迫浓度的增大，根系分泌的氨基酸数量和种类都减少。相关分析表明，可溶性糖、有机酸的分泌量与电导率之间呈极显著的正相关，相关系数达到0.93~0.98，可见上述无机离子渗漏量和有机物分泌量的增加与铝胁迫下根系细胞膜系统受到伤害相关。这与胡红青等(1995)、黄巧云等(1994)对铝胁迫下小麦(Triticum aestivum)根系分泌物研究所得出的结论一致。铝胁迫下小麦根细胞膜受到损害，透性增加，铝浓度超过0.4~0.8 mmol·L^-1以后，小麦根系氨基酸分泌量显著增加，但种类减少，糖类的分泌量成倍增长。铝胁迫下龙眼根区系统K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子增加的可能原因：1)铝胁迫下活性氧增加，膜脂过氧化加剧，膜透性增加，电解质外渗加重(肖祥希等，2003a)。2)铝胁迫导致细胞壁结构和多糖组分含量的变化(肖祥希等，2003b；林咸永等，2005)，便于电解质的渗漏。铝结合在细胞壁上不仅影响细胞壁成分的合成，而且对细胞壁的结构和功能如细胞壁的伸展性、刚性、空隙度和酶活性等产生深刻影响(Le et al., 1994; Ma et al., 2004)。3)铝胁迫导致根系细胞线粒体结构、功能和酶系统的变化，影响了ATP的合成和利用以及能量的供给，进而影响电子传递和离子跨膜运输(肖祥希等，2003b；Yamamoto et al., 2002)。何虎翼等(2006)对黑麦(Secale cereale)和小麦的研究也证实了这一点，铝胁迫导致黑麦、小麦根系H⁺-ATP酶、K⁺-Na⁺-ATP酶、Ca²⁺-ATP酶和Mg²⁺-ATP酶的活性显著降低。铝胁迫导致龙眼根区系统有机酸分泌物量增加的可能原因：1)铝胁迫导致根系内部有机酸的累积(肖祥希，2002)。2)有机酸分泌与阴离子通道密切相关(凌桂芝等，2006)，铝可能通过激活阴离子通道而增加有机酸的分泌量。3)根区系统阳离子的增加可能激活阴离子通道而增加有机酸分泌，如细胞内外的Ca²⁺浓度的变化就可能是调节阴离子通道的信号因子(凌桂芝等，2006)，这也许就是有机酸分泌与膜系统伤害的相关点之一，另外膜透性的增加也有可能使有机酸外渗增加。至于高浓度铝胁迫下龙眼根系氨基酸分泌量和分泌种类减少的原因目前尚不清楚，有关这方面的机制和原因有待进一步研究。

上述所谓的根区分泌物，K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、可溶性糖、还原糖、蔗糖、柠檬酸、苹果酸、草酸、氨基酸等物质是由于膜伤害而机械性外渗的产物，还是龙眼植株对铝胁迫主动地防御性反应的产物，即主动分泌物，或者二者兼而有之?笔者认为，上述物质无论文中称“渗漏物”或“分泌物”，实际是机械外渗产物和主动分泌物的总和。因为本试验中铝胁迫造成膜伤害已成事实，而上述物质属于离子或小分子物质，膜透性的增加导致其机械渗漏不可避免，另一方面任何植物在逆境条件下都有不同的防御性反应，这已被许多研究所证实，铝胁迫时，植物会调整体内的多种生理生化反应，建立内部忍耐机制和外部排斥机制(Kochian，1995；Taylor，1998)。内部忍耐机制主要包括：细胞质中的有机酸、可溶性蛋白及其他有机配合体对铝的螯合、液泡的区室化、诱导酶活性等；外部排斥机制主要是分泌有机酸、氨基酸、可溶性糖、酚类化合物等物质来适应环境胁迫(刘尼歌等，2007)。至于主动分泌或机械外渗何时占主导地位，分泌量、外渗量各占多少比例，目前尚不清楚。

应该指出，铝胁迫下龙眼根区分泌物或外渗物的增加有积极的生理意义。根区系统K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子增加，有助于龙眼根系阳离子交换量的下降。低阳离子交换量可减少根系交换位点上的铝；低阳离子交换量可使根系吸收阳离子的量低于其阴离子的吸收量，可降低介质的酸化程度，从而减少铝与细胞膜的结合或阻止铝进入共质体；低阳离子交换量可使细胞壁果胶甲基化程度提高，使结合在果胶质的铝减少，从而减轻铝毒害(刘尼歌等，2007)。有机酸是一种带有一个或多个羧基功能团的低分子量的碳氢氧化合物，易与金属离子发生络合或螯合作用，根区系统中有机酸的增加可将离子态的铝变成螯合态铝，从而降低或解除铝毒。根尖分泌的磷酸能与Al³⁺形成毒性较低的磷酸-铝络合物或者磷酸铝沉淀(Pellet et al., 1996)。Pellet等(1995)发现，铝胁迫下耐铝玉米(Zea mays)品种分泌的柠檬酸量比敏感品种高出7倍；Miyasaka等(1991)、刘强等(2004) 研究报道，铝胁迫下菜豆(Phaseolus vulgaris)耐铝品种分泌的柠檬酸比敏感品种高7倍；沈宏等(2002)、刘强等(2004)研究也表明，柠檬酸的分泌与积累是菜豆抗铝毒胁迫的重要生理反应。Ryan等(1995)认为根尖苹果酸的分泌是小麦抗铝的主要机制；Delhaize等(1993)研究发现小麦铝抗性基因系分泌的苹果酸是铝敏感基因系的5~10倍。Ma等(1997)、Zheng等(1998)发现耐铝的荞麦(Fagopyrum esculenta)品种在铝胁迫下根尖会分泌草酸。这些分泌在根际的柠檬酸、苹果酸、草酸等有机酸可以与根际的Al³⁺络合形成毒性较低的有机酸-铝络合物(曹享云，1994；孔繁祥等，2000)。植物根区还可通过多肽(Basu et al., 1994)、糖类(黄巧云等，1994；胡红青等，1995；Moody et al., 1988)的分泌，而达到降低铝毒的目的。糖分子上的游离羧基具有结合铝的能力(Li et al., 2000；Moody et al., 1988；Osborn et al., 1999)，根系分泌的多肽可在较低浓度下与铝结合(Basu et al., 1994)。因此，铝胁迫下龙眼根区柠檬酸、苹果酸、草酸、可溶性糖、氨基酸分泌量的增加，可能是龙眼根系对铝胁迫的一种自我保护的反应。