全 文 ：第 29卷　第 4期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol. 29　 No. 4
　 2009年 8月 Journal o f Central South Univ er sity o f Fo rest ry& Techno log y Aug. 2009　
文章编号: 1673- 923X ( 2009) 04- 0074- 05
接种根瘤菌对厚荚相思水分胁迫的响应
马海宾 ,康丽华 ,江业根 ,尚军红
(中国林业科学研究院热带林业研究所 ,广东广州 510520)
摘　要: 　以不同浓度的聚乙二醇 ( PEG- 600)溶液模拟水分胁迫条件 ,比较了不同程度水分胁迫下接种根瘤菌与不接种根瘤菌对
厚荚相思苗木的生理生化响应 ,分析了接种根瘤菌对厚荚相思的促进生长与结瘤效应 .结果表明:根瘤菌同厚荚相思具有良好的共生
固氮效应 ,接种根瘤菌使厚荚相思苗木生物量增加 ,促进结瘤 ,接种根瘤菌能够提高厚荚相思的抗旱能力 .
关键词: 　植物生理学 ;厚荚相思 ;根瘤菌 ;水分胁迫 ;抗旱生理
中图分类号: 　 Q945. 78　　　　　文献标志码: 　 A
Response of Acacia crass icarpa Seedlings Inoculated
With Rhizobia To Drought Stress
MA Hai-bin, KAN G Li-hua, JIAN G Ye-gen, SHANG Jun-hong
( Insti tute of Tropical Fores try, Chin ese Acad emy of Fores t ry, Guangzh ou 510520, Guangdong , China)
Abstract: By simulating water st res s condit ions in s olution of dif f erent concen t rat ions of PEG-600, th e paper made a compari son
betw een the physiological and biochemical responses of Acacia crassicarpa and inoculated wi th rhizobia, u nder di ff eren t d egrees of
water s tress. It fu rth er analyzed the grow th-promot ion and n odulation ef fects of rhizobia in oculation upon Acacia crassicarpa . Result s
show th at rhi zobium has good symbiotic and ni t rog en-fixing effect w i th Acacia crassica rpa , and that inoculation wi th rhizobium
enables Acacia crassica rpa to increase it s biomass , to promote i ts nod ulation and to s trengthen i ts d rough t tolerance.
Key words: plan t physiolog y; Acacia crassicarpa; rh izobium; w ater st ress; drough t tolerance
厚荚相思 Acacia crassicarpa为热带速生常绿乔木树种 ,原产澳大利亚 , 巴布亚新几内亚、印尼等国 [ 1] .该
树种喜光、喜温 ,不耐霜冻 ,根系发达 ,具有根瘤 ,能固定大气中的游离态氮 ,具有固氮改良土壤性能 .适应性强 ,
耐干旱、瘠薄 ,耐盐碱 .其木材耐久、纹理美丽 ,可做重型建筑材料、家具材、硬质纤维板、单板等 . 20世纪 80年代
初我国开始引种厚荚相思 ,现在广东、海南、广西、福建等省 (区 )均有栽培 ,生长良好 .经种源试验和林木改良 ,
厚荚相思已经成为我国南方短周期工业用材林的主要造林树种之一 .
厚荚相思是结瘤固氮树种 ,在沿海风沙地及石山地区等恶劣环境下也能生长优良 .短周期工业用材林的经
营要求高度集约化 ,需要较高的水肥条件来保证高生产力 .在气温高、土层薄、干旱、贫瘠等恶劣立地条件下 ,发
挥厚荚相思耐瘠薄、耐干旱的特性 ,提高造林效果成为重要的研究课题 .接种根瘤菌能够促进厚荚相思的生长、
改良土壤肥力并且可以促进其结瘤效应 [2～ 5 ] .厚荚相思在石山地区的引种试验及干热河谷地区的抗旱性能已
有报道 [6, 7 ] .曾小红等 [ 8]报道了模拟干旱胁迫下接种根瘤菌的台湾相思 Acacia conf usa叶片中游离脯氨酸、可溶
性糖、叶绿素积累 ,筛选出促进台湾相思抗旱潜力的根瘤菌株 .张卫华等 [9 ]对厚荚相思、马占相思和大叶相思幼
苗抗旱性进行了研究 ,发现厚荚相思的抗旱性高于大叶相思和马占相思 .笔者对比了接种与不接种根瘤菌的水
收稿日期: 2009-02-19
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 30371142) ;国家级星火计划项目 ( 2005EA169010) ;广东省自然科学基金项目 ( 32388) .
作者简介: 马海宾 ( 1976- ) ,男 ,山东济南人 ,助理研究员 ,从事林木应用微生物及森林保护学研究 .
培厚荚相思苗木水分胁迫后的生理生化差异 ,对根瘤菌促进厚荚相思生长及结瘤效应进行了分析 ,以期为推广
应用厚荚相思接种根瘤菌 ,提高厚荚相思的造林质量提供技术支持和理论依据 .
1　材料与方法
1. 1　试验材料
厚荚相思种子经过表面消毒后 ,按常规方法播种、育苗 ,幼苗生长高至 5 cm左右移入 1 /2Hoag land培养液
中水培 .接种用根瘤菌菌株前期分离自热林所苗圃地厚荚相思 ,分离、纯化及回接后验证的纯化菌株 ,活化后使
用 .根瘤菌接入 YM A培养基中 , 28℃摇床培养 5 d菌液备用 .
1. 2　试验方法
1. 2. 1　水分胁迫及接菌处理
接菌处理的苗木移入营养液前于根瘤菌液中浸泡根部 3 h. 5个月后选取生长健壮长势基本一致的厚荚相
思幼苗进行水分胁迫 ,每处理 10株幼苗 ,重复 3次 .用 1 /2Hoag land营养液和汕头华大公司进口分装的聚乙二
醇 6000( Poly ethylene g lycol 6000)配制不同渗透势的溶液: 0 M Pa( PEG- 6000含量 0% ) , - 0. 5 M Pa ( PEG-
6000含量 15% ) , - 2. 0 M Pa( PEG- 6000含量 30% ).幼苗冲洗干净后放于不同渗透势的 PEG溶液中进行胁
迫处理 ,处理时间 48 h.处理条件室温 25℃左右 ,相对湿度 75%～ 85% .各处理如下:
Ⅰ :不接种根瘤菌 , 0 M Pa (无胁迫 ) ;Ⅱ : 不接种根瘤菌 , - 0. 5 M Pa (中度胁迫 ) ;Ⅲ : 不接种根瘤菌 ,
- 2. 0 M Pa (重度胁迫 ) ;Ⅳ :接种根瘤菌 , 0 M Pa (无胁迫 ) ;Ⅴ : 接种根瘤菌 , - 0. 5 M Pa (中度胁迫 ) ;Ⅵ : 接种根
瘤菌 , - 2. 0 M Pa (重度胁迫 ) .
1. 2. 2　质膜相对透性测定
以相对电导率表示质膜相对透性 ,参照张卫华等 [9 ]方法有改进 .取幼苗第 2片展开叶 (自上而下 ) ,先后用
自来水和去离子水冲洗叶片表面 ,再用滤纸轻轻吸干表面水分 .避开叶脉 ,用打孔器打 4个直径为 1 cm的圆片 ,
用去离子水冲洗 2次 ,放入内有 20 mL去离子水的三角瓶中 ,室温放置 24 h后测电导率 ( EC0 ) ;盖上瓶盖 ,在水
浴箱内沸水浴 30 min,自然冷却到室温测电导率 ( EC1 ) .相对电导率计算公式为:
　　rEC= (rEC 0 /rEC1 )× 100% .
1. 2. 3　含水量 (WC)、相对含水量 ( RWC)、相对水分亏缺 ( RWD)和叶片保水力 ( Wk)测定
采用新鲜叶片 ,称取质量后蒸馏水中浸泡 24 h,再称取饱和鲜质量 , 105℃下烘30 min杀青 , 80℃下烘干至
恒重 .计算方法如下:
　　WWC= [ (初始鲜质量 -干质量 ) /初始鲜质量 ]× 100% ;
　　W RWC= [1- (饱和鲜质量 -初始鲜质量 ) / (饱和鲜质量 -干质量 ) ]× 100% ;
　　W RWD= [ (饱和鲜质量 -初始鲜质量 ) /(饱和鲜质量重 -干质量 ) ]× 100% ;
　　W k= (散失水量 /总水量 )× 100% = [(鲜质量- 室温恒质量 ) /(鲜质量- 干质量 ) ]× 100% .
2　结果与分析
2. 1　对厚荚相思苗木生长的影响及其结瘤效应
接种根瘤菌对厚荚相思苗木生长的影响结果如表 1所示 .接种 5个月后 ,接种根瘤菌的厚荚相思苗木平均
苗高为 44. 33 cm ,不接种对照苗木高为 41. 67 cm ,接种苗木苗高增长 6. 38% .接种根瘤菌苗木的地上部分干质
量和地下部分干质量分别为 7. 70 g /株和 2. 19 g /株 ,分别比不接种对照增加了 31. 18%和 42. 77% .接种根瘤菌
苗木的单株根瘤数和根瘤质量也分别比对照增加 14. 59%和 550% .其中 ,接种根瘤菌的厚荚相思苗木的地上部
分干质量、地下部分干重和根瘤重同不接菌对照差异达到显著水平 .结果表明 ,接种根瘤菌对厚荚相思有明显
的促进生长作用及促进结瘤效应 .
2. 2　对厚荚相思苗木保水能力的影响
植物组织的相对含水量和相对水分亏缺是植物生理状态的重要指标 ,也是衡量植物体内水分状况及植物抗
75第 4期 马海宾等:接种根瘤菌对厚荚相思水分胁迫的响应
表 1　接种根瘤菌对厚荚相思生长及结瘤的影响†
Table 1　 Ef fect of Rhizobia inoculation on the growth and root nodules of Acacia crassicarpa
处理 苗高 /cm平均 增加
地上干重 /( g·株 - 1 )
平均 增加
地下干重 / ( g· 株 - 1 )
平均 增加
根瘤数 / (个·株 - 1 )
平均 增加
根瘤重 / ( g· 株 - 1)
平均 增加
接菌 44. 33 6. 38% 7. 70* 31. 18% 2. 19* 42. 77% 2. 67 14. 59% 0. 026* * 550. 0%
不接菌 41. 67 5. 87 1. 54 2. 33 0. 004
　　† 　* 表示差异显著 ( P= 0. 05) ,* * 表示差异极显著 ( P= 0. 01) .
表 2　接种根瘤菌对厚荚相思保水能力的影响
Table 2　 Ef fect of Rhizobia inoculation on
water retaining capacity of Acacia
crassicarpa
处理 WWC /% WRWC /% W RWD /% WWk /%
Ⅰ 79. 98 90. 08 9. 92 97. 59
Ⅱ 60. 35 40. 99 59. 01 94. 13
Ⅲ 63. 51 54. 13 45. 87 94. 88
Ⅳ 79. 76 82. 03 17. 97 97. 65
Ⅴ 69. 07 51. 27 48. 73 97. 04
Ⅵ 65. 92 57. 08 42. 92 94. 91
旱性的重要指标之一 .由表 2可知 ,无论接种根瘤菌与否 ,厚荚
相思苗木发生干旱胁迫后叶片相对含水量均表现下降趋势 ,叶
片相对水分亏缺均表现上升趋势 .接种根瘤菌时 ,厚荚相思苗木
在重度干旱胁迫下叶片相对含水量比对照仅下降了 24. 95% ,不
接种根瘤菌苗木的叶片相对含水量比对照下降了 35. 95% .苗木
的相对水分亏缺也呈现同样趋势 .接种根瘤菌的厚荚相思叶片
保水力高于不接种对照叶片保水力 ,在中度干旱胁迫条件下 ,厚
荚相思叶片保水力比无胁迫对照仅下降了 0. 61% ,中度干旱胁
迫时下降 2. 74% .
图 1　水分胁迫对厚荚相思叶片电导率的影响
Fig. 1　 Ef fect of water stress on electrical conductivity
of Acacia crassicarpa
图 2　水分胁迫对厚荚相思叶片可溶性蛋白的影响
Fig. 2　 Ef fect of water stress on soluble protein of
Acacia crassicarpa
2. 3　对厚荚相思叶片质膜相对透性的影响
植物组织受到不利条件影响 (如干旱、寒冷或伤害
等 ) ,细胞膜结构和功能遭受破坏 ,细胞膜的透性增大 ,
细胞内溶质溢出 ,胞外组织液的电解质含量增加 .电导
率越高 ,说明受损伤越严重 .试验结果表明 (图 1) ,不接
种根瘤菌的厚荚相思受到中度和重度干旱胁迫后 ,叶
片质膜相对透性分别比对照增加了 38. 08%和
60. 98% ;接种根瘤菌的厚荚相思受到中度和重度干旱
胁迫后 ,叶片质膜相对透性分别比对照增加了 39. 93%
和 33. 27% .接种根瘤菌能够降低干旱胁迫对厚荚相思
叶片质膜相对透性的影响 ,提高厚荚相思的抗旱能力 .
2. 4　对可溶性蛋白含量的影响
接种根瘤菌的厚荚相思苗木在干旱胁迫下可溶性
蛋白含量的变化如图 2所示 .结果表明 ,不接菌时 ,随
着干旱胁迫程度加重 ,厚荚相思叶片中可溶性蛋白含
量呈现上升趋势 ;接种根瘤菌的厚荚相思叶片中可溶
性蛋白含量呈现先上升后下降的趋势 .尤其是在重度
干旱胁迫条件下 ,可溶性蛋白含量仅比对照增加了
0. 01% .植物组织中可溶性蛋白含量变化模式同植物
抗旱性并不一定呈线性关系 [15 ] ,胁迫强度或时间达到
一定值时可溶性蛋白质明显增加 [16 ] .接种根瘤菌可以
稳定干旱胁迫下厚荚相思叶片组织内蛋白质水平 ,一
定程度上减轻干旱造成的损伤 .
2. 5　对渗透调节物质的影响
植物组织细胞内的可溶性糖可以调节原生质的渗透势 ,有利于细胞与外界环境中水势的相对平衡 ,维持正
常的代谢活动 .图 3所示为厚荚相思遭受干旱胁迫后叶片可溶性糖含量的变化 .结果表明 ,无论是否接种根瘤
菌 ,厚荚相思受到中度和重度干旱胁迫时 ,叶片可溶性糖含量均表现先上升后下降的趋势 .接种根瘤菌后 ,叶片
可溶性糖含量变化趋势趋于平缓 ,同无胁迫对照差异不大 .接种根瘤菌后厚荚相思对干旱胁迫的敏感性降低 .
大量研究证明 ,干旱条件下植物体内游离脯氨酸大量累积 .脯氨酸是无毒的中性溶质 ,是水溶性最大的氨
76 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第 29卷
图 3　水分胁迫对厚荚相思叶片可溶性糖的影响
Fig. 3　 Effect of water stress on soluble sugar of Acacia
crassicarpa
图 4　水分胁迫对厚荚相思叶片游离脯氨酸的影响
Fig. 4　 Effect of water stress on free proline of Acacia
crassicarpa
图 5　水分胁迫对厚荚相思叶片丙二醛的影响
Fig. 5　 Ef fect of water stress on MDA of Acacia crassicarpa
基酸 ,具有易于水合的趋势或具有较强的水合能力 ,是
细胞中的一种防脱水剂 [12 ] .接种根瘤菌的厚荚相思受
到干旱胁迫后 ,叶片游离脯氨酸含量呈现急剧上升趋
势 ;未接种根瘤菌的厚荚相思叶片游离脯氨酸含量呈
现先上升后下降趋势 (图 4) .植物受旱时游离脯氨酸的
的增加有利于细胞或组织的持水 ,防止脱水 .同时逆境
条件下游离脯氨酸累积也是植物解除氨毒害的有效途
径之一 .
2. 6　对丙二醛含量的影响
丙二醛是膜质过氧化的产物 ,能够引起蛋白质、核
酸等生命大分子的交联聚合 ,产生细胞毒性 .如图 5所
示 ,未接种根瘤菌的厚荚相思叶片丙二醛含量随胁迫
程度加深而降低 ;不同胁迫条件下 ,接种根瘤菌的厚荚
相思叶片丙二醛含量呈先急剧升高后急剧降低现象 ,
并且受干旱胁迫的厚荚相思叶片中丙二醛含量均高于
无胁迫对照 .在无干旱胁迫和重度干旱胁迫时 ,接种根
瘤菌的厚荚相思叶片中丙二醛含量均低于不接种根瘤
菌的厚荚相思叶片中丙二醛含量 .
2. 7　对防御酶活性的影响
正常情况下 ,植物体内的活性氧和抗氧化系统是
处于平衡状态的 ,但是在土壤水分亏缺时 ,该平衡会遭
到破坏 ,体内通常伴随着活性氧中间产物的生成 .这些
有毒的分子对细胞膜和一些大分子物质造成破坏 ,尤
其是对线粒体和叶绿体的破坏 ,使细胞受到氧化胁迫 .
植物在抵御氧化胁迫时会形成一些能清除活性氧的酶
系和抗氧化物质 ,如超氧化物歧化酶 ( SOD)、过氧化物
酶 ( POD)、过氧化氢酶 ( CA T)和抗坏血酸 ( As A)等 .
它们协同起作用共同抵抗胁迫诱导的氧化伤害 .图 6
表明 ,无论是否接种根瘤菌 ,厚荚相思在受到干旱胁迫
时叶片 SOD酶活性均表现逐渐下降趋势 ,但接种根瘤
菌的厚荚相思叶片中 SOD酶活性在不同胁迫条件下
下降幅度不同 .重度干旱胁迫下接种根瘤菌的厚荚相
思叶片中 SOD酶活性比无胁迫下 SOD酶活性下降了
30. 25% ,而比中度胁迫下 SOD酶活性仅下降了3. 29% . POD酶活性在接种根瘤菌的厚荚相思与不接种根瘤菌
的厚荚相思叶片中表现相同趋势 ,即先上升后下降 .但接种根瘤菌的厚荚相思叶片 POD酶活性上升和下降的
趋势均比不接种厚荚相思 POD酶活性表现剧烈 .
3　小结与讨论
( 1)试验结果表明 ,厚荚相思苗木同根瘤菌有很好的共生结瘤固氮效应 .接种根瘤菌的厚荚相思苗木的苗
高、地上部分干重、地下部分干重、单株根瘤数和单株根瘤重均比不接菌对照增加 ,并且地上部分干重、地下部
分干重和单株根瘤重同不接菌对照差异达到显著水平 .根瘤菌能够促进厚荚相思苗木生长 ,增加苗木生物量和
结瘤效应 ,与前人部分研究结果基本一致 [2, 5, 13 ] .
77第 4期 马海宾等:接种根瘤菌对厚荚相思水分胁迫的响应
图 6　水分胁迫对厚荚相思叶片 SOD活性的影响
Fig. 6　 Ef fect of water stress on SOD act ivity of
Acacia crassicarpa
图 7　水分胁迫对厚荚相思叶片 POD活性的影响
Fig. 7　 Effect of water stress on POD activity of
Acacia crassicarpa
　　 ( 2)接种根瘤菌可以提高厚荚相思的抗旱性 .本次测定的各项生理生化指标 ,如叶片相对含水量、质膜相对
透性、渗透调节物质如可溶性糖和游离脯氨酸含量、防御酶如 SOD和 POD酶活性及丙二醛含量等结果均证实
了这一点 .张卫华等 [ 14]通过主成分分析 ,把厚荚相思抗旱相关的 9个生理指标归并为维持膜稳定的水分生理指
标、参与渗透调节的生化指标和清除或减弱活性氧对膜的伤害的酶系统指标 ,且水分生理指标是厚荚相思抗旱
性测定的主要选择对策 .本研究接种根瘤菌的厚荚相思苗木在重度干旱胁迫下叶片相对含水量比对照仅下降
了 24. 95% ,不接种根瘤菌苗木的叶片相对含水量比对照下降了 35. 95% .接种根瘤菌的厚荚相思叶片保水力高
于不接种对照叶片保水力 ,在中度干旱胁迫条件下 ,厚荚相思叶片保水力比无胁迫对照仅下降了 0. 61% ,重度
干旱胁迫时下降 2. 74% .试验结果亦表明接种根瘤菌能够降低干旱胁迫对厚荚相思叶片质膜相对透性的影响 ,
提高厚荚相思的抗旱能力 .
( 3)根瘤菌与宿主植物的共生固氮效应亦会受外界环境条件的影响 ,土壤干旱和高盐及 pH值偏高都是重
要的限制因子 [15 ] .根瘤菌的抗旱性及其抗旱机制的研究为在干旱条件下利用根瘤菌的固氮效应提高了理论依
据 .因此 ,利用接种根瘤菌提高厚荚相思的抗旱能力 ,需要进一步研究接种用根瘤菌的耐旱性 ,乃至筛选具有更
高耐旱能力的根瘤菌菌株 ,从而提高厚荚相思在干旱条件下的造林成活率 ,增加厚荚相思在干旱瘠薄立地上的
造林效果 .
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[本文编校:吴　毅 ]
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