全 文 ：中国农业科学 2016,49(5):961-969
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.016

收稿日期：2015-04-20；接受日期：2015-08-12
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-28）、教育部长江学者和创新团队发展计划（IRT1155）
联系方式：尹承苗，E-mail：yinchengmiao@163. com。通信作者毛志泉，Tel：0538-8241984；E-mail：mzhiquan@sdau.edu.cn


苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响
尹承苗 1，胡艳丽 1，王功帅 1，张先富 1，周 慧 2，沈 向 1，陈学森 1，毛志泉 1
（1山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018；2蓬莱市果树工作总站，山东蓬莱 265600）

摘要：【目的】研究砂培条件下土壤实测浓度的酚酸及其混合物对平邑甜茶幼苗生物量以及根系相关指标的
影响，为研究苹果连作障碍的缓解措施及指导老果园的更新提供理论依据。【方法】试验包括对照（CK）、根皮素
（T1）、酚酸混合物（T2）、香草醛（T3）、根皮苷（T4）、水杨酸（T5）、苯甲酸（T6）共 7个处理，测定 5种酚酸
及其混合物对平邑甜茶幼苗生物量、根系线粒体相关指标、根系活力、根系超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶
（POD）、过氧化氢酶（CAT）以及三羧酸循环（TCA）相关酶等指标的影响。【结果】5种酚酸及其混合物均降低了
平邑甜茶幼苗的根、茎鲜重，以混合酚酸（T2）处理降低最明显，根鲜重、茎鲜重分别为对照的 27.3%、51.7%。
单个酚酸处理相比，以根皮苷（T4）对平邑甜茶幼苗伤害最大，根鲜重、茎鲜重分别为对照的 42.3%、60.6%。各
处理对平邑甜茶幼苗的伤害大小排序为：混合酚酸＞根皮苷＞根皮素＞香草醛＞水杨酸＞苯甲酸＞对照。不同酚
酸处理后均使平邑甜茶幼苗的根系活力下降，随着处理时间的延长，根系活力降低越显著；在处理后的第 1、3、
5天以 T2 处理降低最显著，分别为对照的 73.0%、71.7%和 76.1%；在处理后的第 10 天和 15 天，T4 处理的根系活
力降低最显著，由对照的 85.5%降为 54.4%。不同酚酸处理均可导致 MDA 含量显著升高，随着处理时间的延长，根
系 MDA 含量升高越显著，在处理后的第 1、3、5天，以 T2 处理升高最显著，分别为对照的 7.71、1.66 和 1.66 倍。
过氧化氢（H2O2）含量则呈现先升高后降低的趋势，在处理后的第 3 天，T1、T2、T3、T4、T5、T6 各处理根系线
粒体 H2O2含量的增幅最大，分别为对照的 2.50、2.36、2.58、2.59、2.40、2.58 倍。不同酚酸处理对平邑甜茶幼
苗根系 TCA 循环相关的顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶活性具有抑制作用，这与不同酚酸处理后的根系活力下降的
结果相一致，但不同酚酸对延胡索酸酶的活性没有影响。不同酚酸处理后根系线粒体膜通透性转换孔（MPTP）开
放程度增大，细胞色素 Cyt c/a 比值下降，其中在处理后的第 1、3、5、10、15 天，以 T2 处理的细胞色素 Cyt c/a
比值下降最显著，分别为对照的 76.0%、76.9%、69.1%、66.4%和 64.2%，其次为 T4 处理；在处理后的第 15 天，
各处理的根系线粒体 Cyt c/a 由低到高为：混合酚酸＞根皮苷＞香草醛＞水杨酸＞根皮素＞苯甲酸＞对照。【结论】
酚酸混合物、根皮苷和根皮素对平邑甜茶幼苗的生长发育总体表现的抑制作用更大，表明根皮苷、根皮素是引起
苹果园连作障碍的关键酚酸类物质。在老果园的更新工作时，可首先考虑采用多种措施来降解根皮苷和根皮素以
缓解苹果连作障碍中酚酸带来的危害。
关键词：苹果连作障碍；酚酸类物质；线粒体相关指标；TCA 相关酶

Effect of Main Phenolic Acids of the Apple Replanted Soil on the
Roots of Malus hupehensis Rehd. Seedlings
YIN Cheng-miao1, HU Yan-li1, WANG Gong-shuai1, ZHANG Xian-fu1, ZHOU Hui2,
SHEN Xiang1, CHEN Xue-sen1, MAO Zhi-quan1
(1College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an
271018, Shandong; 2Fruit Trees Work Station of Penglai City, Penglai 265600, Shandong)

962 中 国 农 业 科 学 49卷

Abstract: 【Objective】Effect of soil measured concentrations of phenolic acids and their mixture on the biomass and root
system related indexes of Malus hupehensis Rehd. seedlings was studied to provide theoretical basis for the research of the mitigation
measures of apple continuous cropping obstacle and the guidance of the old orchard. 【Method】 The test includes the control (CK),
T1 (phloretin), T2 (mixture of phenolic acids), T3 (vanillic aldehyde), T4 (phlorizin), T5 (salicylic acid), and T6 (benzoic acid), a
total of 7 treatments. Effects of soil concentration of five phenolic acids and their mixture on the biomass, root mitochondria-related
indicators, root activity, root antioxidant related enzymes (SOD, POD, CAT), and changes of the tricarboxylic acid cycle (TCA)
related aconitase enzymes on seedlings of Malus hupehensis Rehd. 【Result】 Five phenolic acids and their mixture reduced the root
and stem fresh weight of the Malus hupehensis Rehd. seedlings and the mixture of phenolic acids (T2) had the most inhibitory effect,
which fresh weight were 27.3% and 51.7% as control, respectively. Compared to a single phenolic acid treatment, the largest damage
treatment was phloridzin (T4), and the root and stem fresh weight were 27.3% and 51.7% as control, respectively. Treatments that
caused damage to the biomass of Malus hupehensis Rehd. seedlings were sorted as: Mixed phenolic acids＞Phlorizin＞Phloretin＞
Vanillic aldehyde＞Salicylic acid＞Benzoic acid＞Control. Different phenolic acids treatments reduced the root activity of the Malus
hupehensis Rehd. seedlings. With the extension of treatment time, the root activity decreased more significantly. Root activity of T2
reduced the most significant after treatment of 1, 3, 5 d, which were 73.0%, 71.7% and 76.1% as control, respectively. Root activity
of T4 reduced the most significant after treatment of 10, 15 d, which reduced from 85.5% to 54.4% as control. Different phenolic
acids treatments also reduced the root activity of SOD, POD and CAT. Different phenolic acids treatments could significantly
increase the content of malondialdehyde (MDA). With the extension of treatment time, the content of MDA increased more
significantly. The MDA of T2 increased the most significant after treatment of 1, 3, 5 d, which were 7.71, 1.66, and 1.66 times as
control, respectively. The content of hydrogen peroxide (H2O2) increased first and then decreased. The H2O2 of T1, T2, T3, T4, T5,
T6 increased the most significant after treatment of 3 d, which were 2.50, 2.36, 2.58, 2.59, 2.40 and 2.58 times as control,
respectively. Different phenolic acids treatments inhibited the TCA cycle related activity of aconitase and isocitrate dehydrogenase,
which consistent declined in root activity. However, different phenolic acids treatments had no effect on fumaric acid enzyme activity.
The phenolic acids increased the opening of mitochondrial permeability transition pores, decreased the membrane electric potential
and cytochrome c/a. The cytochrome c/a of T2 reduced the most significant after treatment of 1, 3, 5, 10, 15 d, which were 76.0%,
76.9%, 69.1%, 66.4%, 64.2% as control, respectively. Followed by T4 treatment, the cytochrome c/a of T4 at 15 d varied from low to
high: Mixed phenolic acids＞Phlorizin＞Phloretin＞Vanillic aldehyde＞Salicylic acid＞Benzoic acid＞Control.【Conclusion】
Phenolic acids mixtures, phlorizin and phloretin had greater inhibition effect on the growth of Malus hupehensis Rehd. seedlings. The
results showed that phlorizin and phloretin were the main phenolic acids in the replanted apple orchards. When updating the old
orchard, a variety of measures can be used to degrade phlorizin and phloretin primarily to ease harm caused by phenolic acids in the
apple replant disease.
Key words: apple replant disease; phenolic acids; mitochondria related index; TCA related enzymes

0 引言
【研究意义】由于土地资源有限，在对老果园更
新时，苹果树重茬栽培无法避免，导致连作障碍的发
生具有普遍性[1-2]。苹果连作障碍又称苹果再植病、重
茬病，是在苹果树重茬栽培时普遍发生的一种综合病，
具体病症表现为再植苹果幼树的生长发育迟缓、抗性
降低、病虫害加重，植株死亡现象普遍发生，导致再
植果园的寿命缩短，严重阻碍了中国苹果产业的可持
续发展[3]。苹果连作障碍的发病原因较为复杂，前人
研究认为酚酸类物质是引起苹果连作障碍的一个重要
原因[2,4-5]。因此，研究连作苹果园土壤实测浓度的酚
酸类物质对苹果砧木的伤害程度，对于研究苹果连作
障碍的缓解措施以及指导老果园的更新具有重要意
义。【前人研究进展】酚酸类物质的作用强度会因酚
酸种类的不同而有所不同，但会随着浓度的升高而加
强[6]。Bubna等[7]研究发现外源施入一定浓度咖啡酸，
可显著抑制大豆生长。一定浓度的香草酸、p-香豆酸、
咖啡酸和丁香酸对菜豆主根和次生根的生长都具有抑
制作用，根系细胞的分裂显著受抑[8]。高相彬等[9]研究
发现，肉桂酸在一定范围内能够抑制平邑甜茶幼苗根
系基础呼吸速率。张兆波等[10]研究发现一定浓度对羟
基苯甲酸、间苯三酚、丁香酸、苯甲酸、咖啡酸和阿
魏酸均不同程度抑制了苹果砧木平邑甜茶抗氧化酶的
活性和线粒体功能。高相彬等[11]研究发现，苯甲酸在
一定范围内能够抑制平邑甜茶幼苗根系抗氧化酶活
性，降低根系中巯基含量。王青青等[12]研究证明一定
浓度根皮苷可降低 TCA循环中相关酶活性，导致苹果
5期 尹承苗等：苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响 963

砧木平邑甜茶根系呼吸速率下降。【本研究切入点】
上述研究中的酚酸浓度都是人为设定，且都是使用单
个酚酸对作物进行伤害试验，而在实际生产中，酚酸
类物质是以其土壤实测浓度对作物起伤害作用，且多
种酚酸类物质是共同对植物起伤害作用。目前，关于
连作苹果园土壤中实际浓度的酚酸类物质是否对作物
伤害达到伤害阈值以及土壤实测浓度酚酸的复合效应
未见报道。【拟解决的关键问题】选取连作果园土壤
中浓度较高的 5种酚酸类物质及其混合物进行砂培试
验，按照连作苹果园土壤实测的酚酸浓度处理平邑甜
茶幼苗，通过研究其对平邑甜茶幼苗根系 TCA相关酶
活性、根系活力、根系线粒体功能、根系抗氧化性酶
活性等生理指标的影响，确定各酚酸类物质对平邑甜
茶幼苗的伤害程度，为探索苹果连作障碍的缓解措施
及指导老果园的更新提供理论依据。
1 材料与方法
试验于 2013 年在山东农业大学园艺科学与工程
学院根系实验室和苹果重茬与微生物实验室进行。
1.1 试验材料
供试材料为平邑甜茶（Malus hupehensis Rehd.），
4℃层积 30 d，待种子露白后播种。5种酚酸试剂包括
根皮苷、根皮素、苯甲酸、香草醛和水杨酸（分析纯）。
栽培基质为砂石，装盆之前，砂石用水淘洗干净。
1.2 试验设计
在山东省内选取3片20年生红富士苹果园进行更
新重建，砧木为八棱海棠（M. micromalus），三片苹
果园土壤理化性状见文献[13]。再植苹果幼树为富士/
平邑甜茶二年生嫁接苗，并按照原树穴、原树株间、
原树行间的布局进行栽植。连续两年按照原树穴、原
行间和原株间处理在幼树周围半径 0.5 m范围内进行
采样，3次重复，挖直径 40 cm、深 60 cm的土坑，分
0—30 cm和 30—60 cm两层采集土样，将土样过筛、
装入封口袋，室温风干后用 ASE-HPLC方法测定酚酸
类物质的含量。酚酸类物质的含量如下：根皮苷 15.94
mg·kg-1、苯甲酸 6.67 mg·kg-1、根皮素 4.44 mg·kg-1、
香草醛 2.12 mg·kg-1、水杨酸 5.87 mg·kg-1 [14-15]。根据
所测酚酸类物质含量，用小于 0.2%（v/v）无水乙醇
溶液配制相应浓度的根皮苷、苯甲酸、根皮素、香草
醛、水杨酸及 5种酚酸的混合液（v/v：1﹕1﹕1﹕1﹕
1），备用。
将平邑甜茶种子层积、催芽后播种于直径 12 cm、
高 10 cm的塑料花盆中，并将同一处理的塑料花盆摆
放在一个托盘内，每 3 d浇灌一次 Hoagland营养液，
待幼苗长至 12—15片功能叶时，对其进行处理，试验
处理为：根皮素（T1）、5 种酚酸混合液（T2）、香
草醛（T3）、根皮苷（T4）、水杨酸（T5）、苯甲酸
（T6），将 5种酚酸及混合物按所测的土壤实测浓度
分别施入盆中，并以 0.2%无水乙醇溶液为对照（CK），
每处理施入量为 60 mL，若有流出则将托盘中的流出
液倒回花盆，如此反复操作，使处理花盆中的酚酸浓
度与测得连作果园土壤中的浓度相一致。每处理 30
个重复，共 210 盆，并在处理后的第 1、3、5、10、
15天取样进行各项生理指标的测定。
1.3 指标测定
1.3.1 根系活力 采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法
测定[16]，用四氮唑的还原强度（μg·g-1·h-1FW）表示根
系活力。
1.3.2 线粒体相关指标 线粒体的提取方法按照文
献[17]所述方法进行，提取完成的线粒体需进行冰浴
保存。按照马怀宇等[18]的方法测定线粒体悬浮液在
540 nm 处的吸光度变化，线粒体膜通透性转换孔
（MPTP）的开放程度以单位质量根系线粒体引起的
每分钟吸光度变化表示。
将线粒体提取液轻轻颠倒摇匀后，按照 Tonshin
等[19]的方法测定 550 nm和 630 nm处的吸收值。细胞
色素 Cyt c/a以单位质量根系线粒体的 550 nm、630 nm
两种波长的吸收值之比来计算。
H2O2含量测定采用硫酸钛沉淀法[16]，采用硫代巴
比妥酸法测定 MDA 的含量[20]，采用考马斯亮蓝法测
定样品蛋白质含量[16]。
1.3.3 保护性酶活性 超氧化物歧化酶（SOD）活性
采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定[16]；过氧化物酶
（POD）的活性测定按 Omran[21]的方法测定；过氧化
氢酶（CAT）的活性按照赵世杰等[16]的方法测定。
1.3.4 TCA相关酶 根据 Jenner等[22]和Navarre等[23]
的方法，分别测定平邑甜茶根系的顺乌头酸酶、异柠
檬酸脱氢酶以及延胡索酸酶的活性。
1.4 数据处理与分析
试验数据采用 SPSS 19.0软件进行方差和显著性
检测分析。
2 结果
2.1 不同处理对平邑甜茶幼苗干鲜重的影响
由图 1可以看出，各处理均降低了平邑甜茶幼苗的
地上和地下部干鲜重，以混合酚酸（T2）处理降低最明
964 中 国 农 业 科 学 49卷

显，根鲜重、茎鲜重分别为对照的 27.3%、51.7%；单个
酚酸处理相比，根皮苷对平邑甜茶幼苗伤害最大，根鲜
重、茎鲜重分别为对照的 42.3%、60.6%；综合干、鲜重
分析，各处理对平邑甜茶幼苗的伤害大小排序为：混合
酚酸＞根皮苷＞根皮素＞香草醛＞水杨酸＞苯甲酸。
2.2 对平邑甜茶幼苗根系线粒体相关指标的影响
线粒体膜通透性转换孔（MPTP）的开放程度可
通过线粒体悬浮液在 540 nm处的吸光度变化来表示，
吸光度值与MPTP的开放程度呈反比。由图 2-A可以
看出，不同酚酸处理均降低了平邑甜茶根系线粒体悬

a
b
c
d
c
e
cd
e f
d d
c
b a
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
处理 Treatment
重
量
W
ei
gh
t (
g)
根鲜重 Root fresh weight 茎鲜重 Stem fresh weight
abcedfde
a
b
c
dde
d
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK
重
量
W
ei
gh
t (
g)
根干重 Root dry weight 茎干重 Stem dry weight


T1：根皮素 Phloretin，T2：5种酚酸混合液 Mixture of phenolic acids，T3：香草醛 Vanillic aldehyde，T4：根皮苷 Phlorizin，T5：水杨酸 Salicylic acid，
T6：苯甲酸 Benzoic acid，CK：对照 Control。下同 The same as below

图 1 不同处理对平邑甜茶幼苗干鲜重的影响
Fig. 1 Effect of different treatments on fresh and dry weight of Malus hupehensis Rehd.

线
粒
体
膜
的
吸
光
度
M
ito
ch
on
dr
ia
l a
bs
or
ba
nc
e
(ΔA
·g
-1
)
吸
光
度
C
yt
c
/a
(
O
D
)
丙
二
醛
M
D
A
(μ
m
ol
·g
-1
FW
)
H
2O
2
(u
m
ol
·g
-1
FW
)


图 2 不同处理对平邑甜茶幼苗根系（A）线粒体膜吸光度、（B）细胞色素 c/a、（C）MDA、（D）H2O2的影响
Fig. 2 Effect of different treatments on root (A) mitochondrial absorbance, (B) cytochrome c/a, (C) MDA and (D) H2O2 of Malus
hupehensis Rehd.
5期 尹承苗等：苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响 965

浮液的吸光度值，在处理后的第 1、3、5、10、15天
以 T2处理降低最显著，分别为对照的 30.3%、9.42%、
5.52%、1.19%和 0.59%；其次为 T4 处理，在处理后
的第 1、3、5、10、15天，分别为对照的 31.8%、10.9%、
1.11%、1.02%和 0.89%；在处理后的第 15天，各处理
的MPTP开放程度由高到低的顺序为：混合酚酸＞根
皮苷＞香草醛＞苯甲酸＞根皮素、水杨酸＞对照。
从图 2-B可以看出不同酚酸处理后根系线粒体细
胞色素 Cyt c/a呈下降趋势，其中在处理后的第 1、3、
5、10、15 天以 T2 处理降低最显著，分别为对照的
76.0%、76.9%、69.1%、66.4%和 64.2%；其次为 T4
处理，在处理后的第 1、3、5、10、15天，分别为对
照的 80.4%、80.8%、73.6%、72.3%和 67.0%；在处理
后的第 15天，各处理的根系线粒体 Cyt c/a由高到低
为：对照＞苯甲酸＞根皮素＞水杨酸＞香草醛＞根皮
苷＞混合酚酸。
由图 2-C可以看出，不同酚酸处理均可导致MDA
含量显著升高，随着处理时间的延长，根系 MDA 含
量升高越显著。在处理后的第 1、3、5 天以 T2 处理
升高最显著，分别为对照的 7.71、1.66和 1.66倍；在
处理后的第 15天，各处理的MDA含量按照从大到小
的顺序排列：根皮苷＞水杨酸＞混合酚酸＞根皮素＞
香草醛＞苯甲酸＞对照。
由图 2-D可以看出，不同酚酸处理后，平邑甜茶
根系线粒体 H2O2含量均呈现先升高后降低的趋势。在
处理后的第 3天，T1、T2、T3、T4、T5、T6各处理
根系线粒体 H2O2 含量的增幅最大，分别为对照的
2.50、2.36、2.58、2.59、2.40、2.58 倍；在处理后的
第 3 天，根系线粒体 H2O2含量由大到小的顺序依次
是：根皮苷＞香草醛、苯甲酸＞根皮素＞水杨酸＞混
合酚酸＞对照。
2.3 对平邑甜茶幼苗根系活力的影响
由图 3可以看出，不同酚酸处理均使平邑甜茶幼
苗的根系活力下降，随着处理时间的延长，根系活力
降低越显著，在处理后的第 1、3、5 天，以 T2 处理
降低最显著，分别为对照的 73.0%、71.7%和 76.1%；
在处理后的第 10天和 15天，T4处理的根系活力降低
最显著，由对照的 85.5%降为 54.4%。

0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 3 5 10 15
取样时间 Sample time (d)
T1 T2 T3 T4 T5 T6 CK


图 3 不同处理对平邑甜茶幼苗根系活力的影响
Fig. 3 Effect of different treatments on root activity of Malus
hupehensis Rehd.

2.4 对平邑甜茶幼苗根系 TCA循环酶的影响
由表 1可以看出，不同酚酸处理均显著降低了顺
乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶的活性。混合酚酸处理后，
根系顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶的活性分别为对照
的 46.7%和 58.9%；根皮苷处理后，两种酶活性分别
为对照的 85.7%和 88.9%；不同处理对平邑甜茶幼苗
根系 TCA 循环相关的顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶

表 1 不同处理对平邑甜茶根系 TCA 循环酶活性的影响
Table 1 Effect of different treatments on the root tricarboxylic acid cycle enzymes of Malus hupehensis Rehd.
处理 Treament TCA循环酶活性 Activity of TCA (U·min-1·g-1)
顺乌头酸活性 Cis-aconitate 异柠檬酸脱氢酶 Isocitrate dehydrogenase 延胡索酸酶活性 Fumaric acid
T1 105.02±2.75cd 125.02±1.74c 11.05±0.67a
T2 55.31±4.11e 84.65±2.30d 11.37±0.55a
T3 104.32±1.78bcd 130.77±2.63bc 11.12±0.89a
T4 101.44±0.22d 127.77±2.95bc 12.34±0.57a
T5 108.40±1.42bc 133.40±1.50b 11.78±0.90a
T6 110.98±4.27b 141.65±2.68a 10.54±0.58a
CK 118.33±4.10a 143.65±3.20a 10.73±0.59a
Duncan’s检测，同列不同小写字母表示 0.05水平上差异显著。下同
Duncan’s new multiple range test, values followed by different letters in a column are significant at the 5% level. The same as below
966 中 国 农 业 科 学 49卷

活性具抑制作用，这与不同酚酸处理后根系活力下降
相一致，但不同酚酸处理的根系延胡索酸酶活性没有
显著性差异。
2.5 对平邑甜茶幼苗根系保护性酶的影响
由表 2可以看出，不同酚酸处理降低了根系保护
性酶活性。各种酚酸处理后，根系 SOD活性按照从小
到大的顺序排列：混合酚酸＜根皮素＜根皮苷＜香草
醛＜水杨酸＜苯甲酸＜对照； POD 按照从小到大的
顺序排列：混合酚酸＜根皮苷＜根皮素＜香草醛＜苯
甲酸＜水杨酸＜对照；CAT 按照从小到大的顺序排
列：混合酚酸、根皮苷、根皮素＜香草醛＜水杨酸＜
苯甲酸＜对照；混合酚酸处理后根系 SOD、POD和

表 2 不同处理对平邑甜茶根系 SOD、POD 和 CAT 活性的影响
Table 2 Effect of different treatments on SOD, POD, and CAT activities in root of Malus hupehensis Rehd.
处理 Treament SOD活性 SOD activity (U·g-1) POD活性 POD activity (U·min-1·g-1FW) CAT活性 CAT activity (U·min-1·g-1FW)
T1 199.44±0.49d 0.0613±0.0035d 0.344±0.008d
T2 156.31±2.09e 0.0380±0.0031e 0.367±0.032d
T3 202.43±0.97bcd 0.0753±0.0064bc 0.454±0.013c
T4 200.02±1.74cd 0.0647±0.0062de 0.379±0.008d
T5 208.40±1.50bc 0.0943±0.0041a 0.451±0.015c
T6 209.98±5.27b 0.0873±0.0012ab 0.536±0.012b
CK 218.65±3.20a 0.1003±0.0026a 0.727±0.033a

CAT活性分别为对照的 71.5%、37.9%和 50.5%；根皮
苷处理后，根系 SOD、POD和 CAT活性分别为对照
的 91.5%、64.5%和 52.1%。
3 讨论
苹果园连作障碍的发病原因较为复杂，前人研
究认为酚酸类物质是引起苹果连作障碍的一个重要
原因[2,4-5]。土壤酚酸类物质积累到一定浓度会对作物
根系造成逆境胁迫[10,24]，酚酸类物质不仅对作物地下
部的生长发育产生抑制作用，而且对地上部的生长发
育也起到阻碍作用[25-27]。本试验结果显示，连作果园
土壤实测浓度的 5种酚酸混合物均使平邑甜茶幼苗的
生物量降低，根鲜重、茎鲜重分别为对照的 27.3%、
51.7%；单个酚酸处理相比，根皮苷对平邑甜茶幼苗
伤害最大，根鲜重、茎鲜重分别为对照的 42.3%、
60.6%；而 5 种酚酸的混合物对平邑甜茶幼苗的伤害
大于单个酚酸的伤害，酚酸对平邑甜茶根系的伤害要
大于对地上部的伤害，主要是因为根系是直接接触酚
酸的器官，是最先受到伤害的器官，且不同酚酸处理
后平邑甜茶幼苗的根系活力显著下降，根系活力下降
导致平邑甜茶幼苗根系因得不到充足的能量而直接影
响到矿质营养吸收[28-30]，从而使平邑甜茶幼苗生长受
到抑制。前人研究发现人为添加一定浓度的酚酸类物
质如根皮苷、苯甲酸、肉桂酸等可抑制平邑甜茶幼苗
生长[31]，人为添加一定浓度的肉桂酸可使平邑甜茶幼
苗的根系呼吸速率受到抑制，根系活力下降，将最终
抑制植株生长发育，表现在生物量降低、干物质的积
累量减少[32]。
正常环境条件下的植物细胞内自由基的产生与清
除处在动态平衡状态，但植物在遭受逆境胁迫时这种
平衡就会被破坏，有害的自由基就会大量积累，膜内
的不饱和脂肪酸就会被氧化分解，最终导致细胞膜遭
到破坏[33]。在逆境条件下植物自身有保护酶系统来清
除产生的自由基以减轻伤害。POD、CAT、SOD是保
护酶系统的主要酶，在植物遭受逆境时，SOD、POD
和 CAT 等保护酶可通过清除活性氧等自由基来减轻
对植物细胞膜的伤害作用，进而提高植物细胞对逆境
胁迫的抵抗力[34-35]。本试验中，不同酚酸处理均降低
了平邑甜茶幼苗的根系 SOD、POD和 CAT活性。这
表明土壤实测浓度的各酚酸类物质对平邑甜茶幼苗的
伤害程度已经超出了它的自身保护能力范围，严重抑
制了平邑甜茶幼苗的正常生长发育。
严重的逆境胁迫使得植物抗氧化系统受到破坏[36]，
不能有效清除自由基，线粒体MPTP相关蛋白质中的
巯基可能会被过量的自由基氧化成二硫键，使 MPTP
的开放程度增大[37]。MPTP 的开放程度增大会导致
呼吸链解耦联，基质 Ca2+外流，线粒体膜电位下降
等[38-39]。MPTP 的增大能够使线粒体膜通透性增大，
导致线粒体膜电位降低、ATP 衰竭、内外膜间大量释
放促凋亡因子等不利因素，最终导致细胞发生凋亡或
5期 尹承苗等：苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响 967

坏死[38]。本研究发现，不同酚酸处理使平邑甜茶幼苗
的根系线粒体膜的 MDA 和 H2O2 含量升高，使得
MPTP 过度开放。随着处理时间的延长，线粒体的吸
光度值持续降低，说明MPTP开放程度越来越大，混
合酚酸和根皮苷处理的线粒体的吸光度值下降较大，
表明这两个处理的线粒体功能受损更严重。随着
MPTP的不断增大，Cytc就会从内膜上脱落可能会穿
过线粒体膜进入细胞质，线粒体膜的完整性被破坏。
随着处理时间的延长，线粒体内膜上的 Cytc 也在不
断流失，说明线粒体膜的完整性被破坏，最终使得线
粒体的结构和功能遭到破坏，平邑甜茶幼苗的生长发
育受到抑制。植物根系细胞的能量供应来自于线粒
体，TCA 循环过程是在线粒体中完成的，酚酸类物
质可通过破坏线粒体结构和功能而使根系呼吸作用
受到影响[10-11]。本试验中，与 TCA 循环相关的顺乌
头酸酶、异柠檬酸脱氢酶活性的下降与根系线粒体结
构和功能遭到破坏有关。
4 结论
土壤实测浓度的根皮苷、根皮素、苯甲酸、香草
醛、水杨酸及 5种酚酸混合物对平邑甜茶幼苗的生长
发育总体表现为抑制作用，其中 5种酚酸混合物、根
皮苷和根皮素抑制作用更大，说明根皮苷、根皮素是
引起苹果园连作障碍的关键酚酸类物质。在老果园的
更新工作时，可首先考虑采用多种措施来降解根皮苷
和根皮素以缓解苹果连作障碍中酚酸带来的危害。

References
[1] Mazzola M, Manici L M. Apple replant disease: role of microbial
ecology in cause and control. Annual Review of Phytopathology, 2012,
50: 45-65.
[2] Bai R, Ma F W, Liang D, Zhao X. Phthalic acid induces oxidative
stress and alters the activity of some antioxidant enzymes in roots of
Malus prunifolia. Journal of Chemical Ecology, 2009, 35: 488-494.
[3] St Laurent A, Merwin I A, Fazio G, Thies J E, Brown M G. Rootstock
genotype succession influences apple replant disease and root-zone
microbial community composition in all orchard soil. Plant and Soil,
2010, 337: 259-272.
[4] Ye S, Yu J, Peng Y, Zheng J, Zou L. Incidence of Fusarium wilt in
Cucumis sativus L. is promoted by cinnamic acid, an autotoxin in root
exudates. Plant and Soil, 2004, 263: 143-150.
[5] 张江红. 酚类物质对苹果的化感作用及重茬障碍影响机理的研究
[D]. 山东泰安: 山东农业大学, 2005.
Zhang J H. Allelopathic effect of phenolics and its role on apple
replant disease mechanism [D]. Taian, Shandong: Shandong Agricultural
University, 2005. (in Chinese)
[6] 陈遂中, 谢慧琴. 藨草水提液酚酸物质含量及化感作用. 石河子大
学学报: 自然科学版, 2010, 28(3): 299-302.
Chen S Z, Xie H Q. Quantification and allelopathic effect of phenolic
acids in aqueous extracts of triquetet. Journal of Shihezi University:
Natural Science Edition, 2010, 28(3): 299-302. (in Chinese)
[7] Bubna G A, Lima R B, Zanardo D Y L, Dos Santos W D, Ferrarese M
L L, Ferrarese-Filho O. Exogenous caffeic acid inhibits the growth
and enhances the lignification of the roots of soybean (Glycine max).
Journal of Plant Physiology, 2011, 168: 1627-1633.
[8] Syuntaro H, Sayaka Ma, Akihiro F, Yoshiharu F, Jiro H. Plant growth
inhibition by Cis-cinnamoyl glucosides and Cis-cinnamic acid.
Journal of Chemical Ecology, 2005, 31: 591-601.
[9] 高相彬, 赵凤霞, 沈向, 胡艳丽, 郝云红, 杨树泉, 苏立涛, 毛志泉.
肉桂酸对平邑甜茶幼苗根系呼吸速率及相关酶活性的影响. 中国
农业科学, 2009, 42(12): 4308-4314.
Gao X B, Zhao F X, Shen X, Hu Y L, Hao Y H, Yang S Q, Su L T,
Mao Z Q. Effects of cinnamon acid on respiratory rate and its related
enzymes activity in roots of seedlings of Malus hupehensis Rehd.
Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(12): 4308-4314. (in Chinese)
[10] 张兆波, 毛志泉, 朱树华. 6 种酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系线
粒体及抗氧化酶活性的影响 . 中国农业科学 , 2011, 44(15):
3177-3184.
Zhang Z B, Mao Z Q, Zhu S H. Effects of phenolic acids on
mitochondria and the activity of antioxidant enzymes in roots of
seedlings of Malus hupehensis Rehd. Scientia Agricultura Sinica,
2011, 44(15): 3177-3184. (in Chinese)
[11] 高相彬, 胡艳丽, 赵凤霞, 毛志泉, 沈向, 杨树泉, 苏立涛. 外源苯
甲酸对平邑甜茶幼苗根系膜脂过氧化的影响. 林业科学, 2009,
45(12): 129-134.
Gao X B, Hu Y L, Zhao F X, Mao Z Q, Shen X, Yang S Q, Su L T.
Effects of benzoic acid application on membrance lipid peroxidation
in roots of Malus hupehensis seedlings. Scientia Silvae Sinica, 2009,
45(12): 129-134. (in Chinese)
[12] 王青青, 胡艳丽, 周慧, 展星, 毛志泉, 朱树华. 根皮苷对平邑甜
茶根系 TCA 循环酶的影响 . 中国农业科学 , 2012, 45(15):
3108-3114.
Wang Q Q, Hu Y L, Zhou H, Zhan X, Mao Z Q, Zhu S H. Effects of
phloridzin on the tri-carboxylic acid cycle enzymes of roots of Malus
hupehensis Rehd. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(15):
3108-3114. (in Chinese)
968 中 国 农 业 科 学 49卷

[13] 尹承苗, 王功帅, 李园园, 陈学森, 吴树敬, 毛志泉. 连作苹果园
土壤真菌的 T-RFLP分析. 生态学报, 2014, 34(4): 837-846.
Yin C M, Wang G S, Li Y Y, Chen X S, Wu S J, Mao Z Q. Assessment
of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T-RFLP
analysis. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(4): 837-846. (in Chinese)
[14] 尹承苗, 王功帅, 李园园, 车金水, 沈向, 陈学森, 毛志泉, 吴树敬.
一种分析土壤中酚酸类物质含量的新方法—以连作苹果园土壤为
试材. 中国农业科学, 2013, 46(21): 4612-4619.
Yin C M, Wang G S, Li Y Y, Che J S, Shen X, Chen X S, Mao Z Q,
Wu S J. A new method for analysis of phenolic acids in the soil-soil
from replanted apple orchards was investigated. Scientia Agricultura
Sinica, 2013, 46(21): 4612-4619. (in Chinese)
[15] 尹承苗. 连作苹果园土壤酚酸类物质的分布及其对真菌的影响[D].
山东泰安: 山东农业大学, 2014.
Yin C M. Distribution of phenolic acids in apple replanted orchard
soil and effects of phenolic acids on the fungi [D]. Tai’an, Shandong:
Shandong Agricultural University, 2014. (in Chinese)
[16] 赵世杰, 史国安, 董新纯. 植物生理学实验指导. 北京: 中国农业
科技出版社, 2002.
Zhao S J, Shi G A, Dong X C. Techniques of Plant Physiological
Experimental. Beijing: Chinese Agricultural Science and Technology
Press, 2002. (in Chinese)
[17] 杨玖英, 谭艳平, 夏春皎, 朱英国, 刘学群. 红莲型细胞质雄性不
育性与线粒体渗透性转换. 武汉植物学研究, 2004, 22(5): 385-390.
Yang J Y, Tan Y P, Xia C J, Zhu Y G, Liu X Q. Honglian cytoplasmic
male sterility in relation to its mitochondrial permeability transition.
Journal of Wuhan Botanical Research, 2004, 22(5): 385-390. (in
Chinese)
[18] 马怀宇, 吕德国, 杨洪强. NaCl 胁迫下平邑甜茶根系线粒体特性
和细胞死亡特征. 植物生态学报, 2010, 34(12): 1448-1453．
Ma H Y, Lü D G, Yang H Q. Characteristics of mitochondria and cell
death in roots of Malus hupehensis var. pingyiensis under NaCl stress.
Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(12): 1448-1453. (in
Chinese)
[19] Tonshin A A, Saprunova V B, Solodovnikova I M, Bakeeva L E,
Yaguzhinsky L S. Functional activity and ultrastructure of
mitochondria isolated from myocardial apoptotic tissue. Biochemistry
(Moscow), 2003, 68(8): 875-881.
[20] 钱琼秋, 宰文姗, 何勇, 王永传, 朱祝军. 外源硅和辅酶 Q10 对盐
胁迫下黄瓜根系线粒体的保护作用. 中国农业科学, 2006, 39(6):
1208-1214.
Qian Q Q, Zai W S, He Y, Wang Y C, Zhu Z J. Protection of
exogenous silicon and CoQ10 on mitochondria in cucumber (Cucumis
sativus L.) roots under salt stress. Scientia Agricultura Sinica, 2006,
39(6): 1208-1214. (in Chinese)
[21] Omran R G. Peroxide levels and the activities of catalase, peroxidase,
and indoleacetic acid oxidase during and after chilling cucumber
seedlings. Plant Physiology, 1980, 65(2): 407-408.
[22] Jenner H L, Winning B M, MillarA H, Tomlinson K L, Leaver C J,
Hill S A. NAD malic enzyme and the control of carbohydrate
metabolism in potato tubers. American Society of Plant Biologists,
2001, 126: 1139-1149.
[23] Navarre D A, Wendehenne D, Durner J, Noad R, Klessig D F. Nitric
oxide modulates the activity of tobacco aconitase. Plant Physiology,
2000, 122: 573-582.
[24] Han C M, Li C L, Ye S P, Wang H, Pan K W, Wu N, Wang Y J, Li W,
Zhang L. Autotoxic effects of aqueous extracts of ginger on growth of
ginger seedings and on antioxidant enzymes, membrane permeability
and lipid peroxidation in leaves. Allelopathy Journal, 2012, 30(2):
259-270.
[25] Liu X B, Herbert S J. Fifteen years of research examining cultivation
of continuous soybean in northeast China: A review. Field Crops
Research, 2002, 79: 1-7.
[26] Asao T, Hasegawa K, Sueda Y, Tomita K, Taniguchi K, Hosoki T,
Pramanik M H R, Matsui Y. Autotoxicity of root exudates from taro.
Scientia Horticulturae, 2003, 97: 389-396.
[27] Seal A N, Pratley J E, Haig T, An M. Identification and quantitation of
compounds in a series of allelopathic and non-allelopathic rice root
exudates. Journal of Chemical Ecology, 2004, 30: 1647-1662.
[28] Abenavoli M R, De Santis C, Sidari M, Sorgonà A, Badiani M, Cacco
G. Influence of coumarin on the net nitrate uptake in durum wheat.
New Phytologist, 2001, 3: 619-627.
[29] Cesco S, Mimmo T, Tonon G, Tomasi N, Pinton R, Terzano R,
Neumann G, Weisskopf L, Renella G, Landi L, Nannipieri P.
Plant-borne flavonoids released into the rhizosphere: impact on soil
bio-activities related to plant nutrition: A review. Biology Fertility of
Soils, 2012, 48(2): 123-149.
[30] Cesco S, Neumann G, Tomasi N, Pinton R, Weisskopf L. Release of
plant-borne flavonoids into the rhizosphere and their role in plant
nutrition. Plant and Soil, 2010, 329: 1- 25.
[31] Gao X B, Zhao F X, Shen X, Hu Y L, Hao Y H, Yang S Q, Su L T,
Mao Z Q. Effects of cinnamon acid on respiratory rate and its related
enzymes activity in roots of seedlings of Malus hupehensis Rehd.
Agricultural Sciences in China, 2010, 9(6): 833-839.
[32] 张江红, 毛志泉, 王丽琴, 束怀瑞. 根皮苷对平邑甜茶幼苗生理特
性的影响. 中国农业科学, 2007, 40(3): 492-498.
5期 尹承苗等：苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响 969

Zhang J H, Mao Z Q, Wang L Q, Shu H R. Effect of phloridzin on
physiological characteristics of Malus hupehensis Rehd. seedlings.
Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(3): 492-498. (in Chinese)
[33] Blokhina O, Virolainen E, Fagerstedt K V. Antioxidants, oxidative
damage and oxygen deprivation stress: A review. Annals of Botany,
2003, 91(2): 179-194.
[34] Ahmad P, Jaleel C A, Salem M A, Nabi G, Sharma S. Roles of
enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic
stress. Critical Reviews in Biotechnology, 2010, 30(3): 161-175.
[35] Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in
Plant Science, 2002, 7(9): 405-410.
[36] Hiradate S, Morita S, Furubayashi A, Fujii Y, Harada J. Plant growth
inhibition by Cis-cinnamoyl glucosides and Cis-cinnamic acid.
Journal of Chemical Ecology, 2005, 31(3): 591-601.
[37] Halestrap A P. What is the mitochondrial permeability transition pore.
Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 2009, 46(6): 821-831.
[38] Zhu Y, Xu H, Huang K. Mitochondrial permeability transition and
cytochrome C release induced by selenite. Journal of Inorganic
Biochemistry, 2002, 90: 43-50.
[39] Cande C, Cohen I, Daugas E. Apoptosis inducing factor (AIF): A
novel castase independent death effector released from mitochondria.
Biochimie, 2002, 84: 215-222.

（责任编辑 赵伶俐）