全 文 ：第 30 卷 第 6 期
2011 年 12 月
大 豆 科 学
SOYBEAN SCIENCE
Vol． 30 No． 6
Dec． 2011
酸性土壤胁迫下丹波黑大豆和云南小黑豆生理特性研究
钱绍方1，陈丽梅1，陈宣钦1，玉永雄2，李昆志1
(1．昆明理工大学 生物工程技术研究中心，云南 昆明 650500;2．西南大学 动物科技学院，重庆 400716)
摘 要:以酸性土壤耐受能力差异明显的 2 个大豆品种丹波黑大豆和云南小黑豆为材料，分别在 pH 4． 55 的黄壤、pH
5． 60 的红壤和 pH 7． 14 的正常土壤上盆栽种植，于出苗后 50 d观察生长状况并测定根和叶的主要生理指标，研究大
豆对酸性土壤胁迫的耐受生理机理。结果表明:在弱酸和强酸性土壤上丹波黑大豆都能形成根瘤、生长良好，而云南
小黑豆则不能形成根瘤、长势差。2 个黑豆根中产生的活性氧簇(ROS)主要通过提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化
物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性来清除，其中云南小黑豆根中这些酶活性明显提高，受酸性土壤胁迫影响较大;
2个黑豆叶中则产生大量可溶性糖、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、蛋白质羰基(PC)和过氧化氢(H2O2)来维持较低水
平的渗透压与膜脂过氧化水平以提高对酸性土壤胁迫的耐受能力。结果证明丹波黑大豆耐酸性土壤胁迫能力明显
强于云南小黑豆。
关键词:黑大豆;丹波;云南小黑豆;酸性土壤胁迫;生理特性
中图分类号:S565． 1 文献标识码:A 文章编号:1000-9841(2011)06-0941-05
收稿日期:2011-08-26
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目资助(2007CB108901) ;云南省中青年学术技术带头人后备人才培养基金资助项目
(2006PY01-10)。
第一作者简介:钱绍方(1986-) ，男，在读硕士，研究方向为植物营养基因工程。E-mail:qsf0916@ 163． com。
通讯作者:李昆志(1963-) ，男，教授，从事植物生理学研究。E-mail:likunzhikm@ yahoo． com． cn。
Physiological Properties of Soybean(Glycine max)Tamba and Yunnanxiaoheidou
under Acid Soil Stress
QIAN Shao-fang1，CHEN Li-mei1，CHEN Xuan-qin1，YU Yong-xiong2，LI Kun-zhi1
(1． Biotechnology Research Center，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，Yunnan;2． College of Zoological Science and
Technology，Southwest University，Chongqing 400716，China)
Abstract:The acid tolerance mechanism of the soybean was studied using two black soybean(Glycine max)cultivars Tamba
and Yunnanxiaoheidou，both of which had significant differences in acid soil tolerance． Soybeans were pot planted in greenhouse
with yellow soil(pH 4． 55) ，red soil(pH 5． 60)and normal soil(pH 7． 14)． The main physiological indicators of the roots and
leaves were measured 50 days later after seedling． The results showed that Tamba grew well in three kinds of soil with nodules
while Yunnanxiaoheidou grew badly without nodules in yellow and red soil． Also the enzyme activities of superoxide dismutase
(SOD) ，peroxidase(POD)and catalase(CAT)were all increased in roots of both cultivars when grown in yellow and red soil，
but the former varied little，which indicated that the reactive oxygen species(ROS)produced from the root were cleavaged by
these three enzymes． Meanwhile，the soluble sugars，proline(Pro) ，malondialdehyde(MDA) ，protein carbony(PC)and H2 O2
which could form low levels of both osmotic pressure and lipid peroxidation level and then were responsible for their acid stress
tolerance，were abundant in the leaves of both soybeans． These results suggest that the acid soil stress tolerance of Tamba is su-
perior to Yunnanxiaoheidou．
Key words:Black soybean(Glycine max) ;Tamba;Yunnanxiaoheidou;Acid soil stress;Physiological property
全世界约有 39． 5 亿 hm2酸性土壤，其中可耕地
面积为 1． 79 亿 hm2，主要分布在热带、亚热带及温
带地区［1］。在中国，酸性土壤的分布遍及 15 个省
区，总面积达 2 030 万 hm2，约占全国耕地面积的
21%［2］，而云南的酸性土壤占全省土壤总面积的
70%以上［3］。
酸性土壤是一个非常复杂的系统，植物在酸性
土壤中生长受到铝、低磷等多种障碍因子的胁迫，
它们需要克服多种逆境胁迫才能正常生长，铝是酸
性土壤中限制作物生长的主要因素［4］。在进化过
程中，很多适应酸性土壤生长的植物都有其耐铝毒
机制。大豆是酸性土壤中的先锋作物，在酸铝刺激
下大豆根系只分泌单一的有机酸———柠檬酸，并且
分泌柠檬酸是其耐铝毒的重要作用机制［5-8］。铝胁
942 大 豆 科 学 6 期
迫下大豆还积累大量的可溶性糖、脯氨酸和丙二
醛［6］，以增加大豆对外界胁迫的抗性。透射电镜-X-
射线能谱的研究表明:铝处理大豆时，铝最先在细
胞壁中积累，铝处理浓度增加时，铝逐渐在部分细
胞器和细胞核中积累，而且其在细胞中的分布亦由
外向里呈递减趋势［9-11］。
如果只是解决植物生长的单个障碍因子的胁
迫，最终可能还是无法克服酸性土壤中其它障碍因
子的胁迫。农业上通常施用生石灰来改良酸性土
壤，然而这种方法只对表层土壤有效，而且成本高，
对环境污染严重。因此，在改良土壤的同时，充分
挖掘利用植物的潜力，筛选耐酸铝能力较强的植物
品种，是解决土壤酸化的一个有效途径。
由于土壤结构破坏、水土流失严重和土壤酸化
加剧等诸多因素导致云南本土栽培的云南小黑豆
减产严重，不适应在云南红壤上栽培。而引种的日
本丹波黑大豆在红壤上生长良好。该研究通过测
定酸性土壤胁迫下丹波黑大豆和云南小黑豆的主
要生理指标，探讨 2 种黑豆对不同酸度土壤的耐受
生理机理，为耐酸铝大豆品种的选育奠定一定的理
论基础。
1 材料与方法
1． 1 试验设计
选用丹波黑大豆和云南小黑豆作为研究材料，
丹波黑大豆是从日本引进的品种，云南小黑豆为当
地栽培品种。供试土壤为黄壤(pH 4． 55，为强酸性
土壤，采自广西)、红壤(pH 5． 60，为酸性土壤，采自
昆明市呈贡县郊外)和正常土壤(pH 7． 14，为中性
土壤即当地菜园土，采自昆明市呈贡县郊外)。采
用盆栽试验，选用直径为 16 cm，高 15 cm的塑料盆
进行大豆盆栽。每盆装风干土 1． 0 kg，然后把盆放
置在塑料托盘上。分别在 3 种土壤上种植 2 种黑
豆，3 次重复。每盆播种 5 ～ 8 粒种子，播种深 1 cm，
然后灌水于托盘上，通过土壤毛细管作用吸水湿润
整盆土壤，在温室中自然光照下培养，出苗 50 d 后
取样测定有关指标。
1． 2 测定项目与方法
1． 2． 1 植株形态指标测定 分别在每个处理中选
取长势适中的植株，将根部的泥土洗净后，剪掉其
根部，分别对地上部和根系拍照。
1． 2． 2 生理指标测定方法 取幼根和新全展叶的
中间小叶各 0． 5 g，液氮速冻后保存于-80℃冰箱。
测定时加液氮研磨，加入 1． 5 mL的 1 mol·L －1 Tris-
HCl(pH 7． 4) ，转移到 2 mL EP 管中，12 000
r·min －1离心 15 min，转移上清至新 EP管用于分析。
蛋白质含量:采用 Bradfold法进行测定，800 μL
ddH2O + 200 μL Bradfold Solution + 2 μL 样品提取
液，以 μmol·g －1FW表示。
可溶性糖含量:采用蒽酮法［12］进行测定，以
μmol·g －1FW表示。
脯氨酸(Pro)含量:采用磺基水杨酸法［13］进行
测定，以 μmol·g －1FW表示。
过氧化氢(H2O2)含量:采用二甲酚橙法
［15］进
行测定，以 μmol·g －1FW表示。
丙二醛(MDA)含量:采用硫代巴比妥法［12］进
行测定，以 μmol·g －1FW表示。
蛋白质羰基(PC)含量:采用 2，4-二硝基苯肼
(DNPH)法［14］进行测定，以 μmol·g －1FW表示。
超氧化物歧化酶(SOD)活性:采用氮蓝四唑
(NBT)光还原法进行测定［12］，以抑制氮蓝四唑
(NBT)光氧化还原 50%的酶量为 1 个活力单位，以
U·mg －1protein表示。
过氧化物酶(POD)活性:采用愈创木酚法［12］进
行测定，以△OD470·min
－1·mg-1protein表示。
过氧化氢酶(CAT)活性:采用 Acbi 等［16］的方
法进行测定，以 1 min酶解 1 μmol H2O2为 1 个活性
单位，以 U·mg －1protein表示。
2 结果与分析
2． 1 酸性土壤胁迫对不同黑豆植株形态的影响
丹波黑大豆在酸性土壤上生长与在正常土壤
生长相比较无明显差异，表现出比较一致的株型和
长势(图 1A) ，其地下部分根系生长量和根瘤数量
酸性土壤比正常土壤多(图 1C) ，表明丹波黑大豆
喜酸性土壤，酸性土壤有利于丹波黑大豆根系生长
和根瘤的形成。云南小黑豆在不同酸度土壤上的
生长表现出明显的差异，黄壤上生长的云南小黑豆
植株矮小瘦弱，红壤上生长的云南小黑豆生长也比
正常土壤弱(图 1B) ;酸性土壤上的云南小黑豆则
不能形成根瘤、长势差(图 1D)。因此，丹波黑大豆
对酸性土壤的耐受能力明显强于云南小黑豆，即丹
波黑大豆为酸性土壤耐受型品种，云南小黑豆为酸
性土壤敏感型品种。
6 期 钱绍方等:酸性土壤胁迫下丹波黑大豆和云南小黑豆生理特性研究 943
A和 C为丹波黑大豆的植株和根系;B和 D为云南小黑豆的植株和根系;每个图从左至右依次为黄壤、红壤和正常土壤上的表现。
A and C are above ground parts and roots of Tamba，respectively;B and D are above ground parts and roots of
Yunnanxiaoheidou，respectively． From left to right are yellow soil，red soil and normal soil，respectively．
图 1 酸性土壤胁迫对不同黑豆植株形态的影响
Fig． 1 Effect of the acid soil stress on plant morphology of both black soybeans
2． 2 酸性土壤胁迫对不同黑豆生理生化指标的
影响
2． 2． 1 可溶性糖、脯氨酸(Pro)含量 从表 1 可以
看出，酸性土壤胁迫对云南小黑豆可溶性糖和 Pro
含量都有显著影响，酸性土壤上丹波黑大豆根中可
溶性糖含量比正常土壤的低，Pro 含量比正常土壤
的高，可能是由于丹波黑大豆适应酸性土壤生长;
而酸性土壤上云南小黑豆可溶性糖含量则比正常
土壤高，其中红壤上的云南小黑豆根和叶中可溶性
糖含量分别是正常土壤的 1． 3 和 1． 1 倍，黄壤上的
云南小黑豆根和叶中可溶性糖含量分别是正常土
壤的 1． 5 和 1． 2 倍。而且在酸性土壤上，云南小黑
豆根和叶的可溶性糖与 Pro 含量均比丹波黑大豆
高，叶中的含量高于根。说明云南小黑豆在黄壤上
受到的渗透胁迫比红壤的严重，它可能通过调节体
内可溶性糖和 Pro含量来适应酸性土壤环境。
表 1 酸性土壤胁迫对不同黑豆可溶性糖、脯氨酸含量的影响
Table 1 Effect of acid soil stress on soluble sugar content and proline content of both black soybeans
品种
Cultivar
土壤类型
Soil type
可溶性糖含量
Soluble sugar content /μmol·g － 1 FW
脯氨酸含量
Proline content /μmol·g － 1 FW
根 Root 叶 Leaf 根 Root 叶 Leaf
丹波黑大豆
Tamba
黄壤 Yellow soil 0． 4157 ± 0． 0217c 0． 2528 ± 0． 0379c 2． 3692 ± 0． 5002b 5． 4709 ± 2． 2808d
红壤 Red soil 0． 4520 ± 0． 0223b 0． 0423 ± 0． 0148e 2． 2197 ± 0． 6360b 5． 3109 ± 2． 1295e
正常土壤 Normal soil 0． 5384 ± 0． 0215a 0． 1643 ± 0． 0258d 2． 1973 ± 0． 3127b 7． 6173 ± 4． 0382b
云南小黑豆
Yunnanxiaoheidou
黄壤 Yellow soil 0． 5118 ± 0． 0208a 0． 6209 ± 0． 0199a 2． 2407 ± 0． 6839b 6． 5800 ± 2． 1302c
红壤 Red soil 0． 4536 ± 0． 0224b 0． 5943 ± 0． 0195a 2． 2975 ± 0． 1972b 7． 7773 ± 6． 2471a
正常土壤 Normal soil 0． 3470 ± 0． 0116d 0． 5371 ± 0． 0214b 5． 1091 ± 2． 4861a 4． 1480 ± 1． 3026f
表中不同字母表示差异达显著水平(P ＜ 0． 05) ，下同。
Values within a column followed by different letters are significantly different at 0． 05 probability level，the same follows．
2． 2． 2 膜脂过氧化水平 从表 2 可以看出，酸性土
壤胁迫对 2 种黑豆 PC 含量有显著影响，酸性土壤
上云南小黑豆 PC 含量比正常土壤低，而且 2 种黑
豆叶中的膜脂过氧化产物水平高于根，说明 2 个黑
944 大 豆 科 学 6 期
豆中的膜脂过氧化产物可能主要在叶中积累。
2． 2． 3 抗氧化酶活性 从表 3 可以看出，酸性土壤
上特别是黄壤上云南小黑豆根中的 3 种抗氧化酶
活性远高于正常土壤。黄壤上云南小黑豆根中
SOD、POD 和 CAT 3 种酶活性分别是正常土壤的
7． 2、12． 4 和 5． 6 倍。2 个黑豆根中抗氧化酶活性均
高于叶，而且丹波黑大豆中 3 种抗氧化酶活性的变
化不如云南小黑豆剧烈，这说明酸性土壤胁迫下 2
个黑豆中的 ROS主要在根中积累，通过提高根中的
抗氧化酶活性来清除酸性土壤胁迫产生的 ROS。
表 2 酸性土壤胁迫对不同黑豆膜脂过氧化水平的影响
Table 2 Effect of acid soil stress on level of lipid peroxidation of both black soybeans
品种
Cultivar
土壤类型
Soil type
过氧化氢含量
H2O2 content /μmol·g － 1FW
丙二醛含量
MDA content /μmol·g － 1FW
蛋白质羰基含量
PC content /μmol·g － 1FW
根 Root 叶 Leaf 根 Root 叶 Leaf 根 Root 叶 Leaf
丹波黑大豆
Tamba
黄壤 Yellow soil 0． 0189 ± 0． 0054b 0． 0400 ± 0． 0050ab 0． 0427 ± 0． 0115ab 0． 0484 ± 0． 0084a 0． 1989 ± 0． 1116b 2． 0506 ± 0． 1777c
红壤 Red soil 0． 0246 ± 0． 0023ab 0． 0414 ± 0． 0121ab 0． 0374 ± 0． 0124ab 0． 0851 ± 0． 0376a 0． 5764 ± 0． 2157a 2． 0688 ± 0． 1390c
正常土壤 Normal soil 0． 0200 ± 0． 0021ab 0． 0295 ± 0． 0018b 0． 0331 ± 0． 0215ab 0． 0668 ± 0． 0327a 0． 3521 ± 0． 1115ab 1． 7020 ± 0． 1069d
云南小黑豆
Yunnanxiaoheidou
黄壤 Yellow soil 0． 0185 ± 0． 0045b 0． 0568 ± 0． 0080a 0． 0251 ± 0． 0080b 0． 0772 ± 0． 0328a 0． 1661 ± 0． 0748b 2． 1380 ± 0． 2596c
红壤 Red soil 0． 0312 ± 0． 0113ab 0． 0409 ± 0． 0170ab 0． 0491 ± 0． 0071a 0． 0741 ± 0． 0297a 0． 4136 ± 0． 2512ab 2． 8438 ± 0． 0819b
正常土壤 Normal soil 0． 0233 ± 0． 0082ab 0． 0512 ± 0． 0064a 0． 0191 ± 0． 0080b 0． 0810 ± 0． 0328a 0． 5758 ± 0． 1584a 3． 2461 ± 0． 2137a
表 3 酸性土壤胁迫对不同黑豆抗氧化酶活性的影响
Table 3 Effect of acid soil stress on antioxidant enzyme activities of both black soybeans
品种
Cultivar
土壤类型
Soil type
超氧化物歧化酶活性
SOD activity /U·mg －1protein
过氧化物酶活性 POD activity
/△OD470·min － 1·mg-1protein
过氧化氢酶活性
CAT activity /U·mg －1protein
根 Root 叶 Leaf 根 Root 叶 Leaf 根 Root 叶 Leaf
丹波黑大豆
Tamba
黄壤 Yellow soil 27． 5984 ± 14． 3815b 43． 6227 ± 29． 1425a 0． 3673 ± 0． 0957cd 0． 0182 ± 0． 0101b 16． 9822 ± 6． 5206bc 5． 7273 ± 0． 6454a
红壤 Red soil 86． 4700 ± 93． 1074b 44． 0045 ± 28． 7410a 0． 4405 ± 0． 2213c 0． 0292 ± 0． 0022b 18． 8885 ± 7． 6585bc 4． 4827 ± 0． 4386b
正常土壤 Normal soil 59． 2895 ± 31． 2460b 40． 1984 ± 27． 9070a 0． 4488 ± 0． 1343c 0． 0087 ± 0． 0012b 23． 3186 ± 0． 1733b 6． 2485 ± 1． 0570a
云南小黑豆
Yunnanxiaoheidou
黄壤 Yellow soil 227． 5153 ± 120． 0750a 54． 5819 ± 33． 8454a 1． 5028 ± 0． 1135a 0． 0860 ± 0． 0157a 74． 9217 ± 3． 3472a 5． 9460 ± 0． 7012a
红壤 Red soil 74． 3901 ± 68． 3249b 25． 0434 ± 14． 8073a 0． 7970 ± 0． 3295b 0． 0235 ± 0． 0024b 17． 1371 ± 5． 7310bc 5． 3821 ± 0． 5789ab
正常土壤 Normal soil 31． 4093 ± 13． 5660b 41． 5402 ± 25． 4680a 0． 1204 ± 0． 0266d 0． 0306 ± 0． 0007b 13． 4117 ± 3． 4967c 3． 8235 ± 0． 1934b
3 结论与讨论
关于植物受逆境胁迫伤害的机理研究，目前较
为接受的是生物自由基伤害学说。植物在正常情
况下的酶促反应和一些低分子有机物的自氧化反
应中，氧消耗的 1% ～ 3%不可避免地形成部分超氧
阴离子自由基(O2·)、羟自由基(OH·)和过氧化氢
(H2O2)等 ROS
［17］。在正常的生理状态下，ROS 的
产生和清除之间存在动态平衡，ROS 可以被细胞器
中的抗氧化系统清除［18］，不会对植物产生毒害;但
处于逆境胁迫时，这种平衡遭到破坏，植物通过多
种途径、激活各种氧化酶和过氧化物酶产生各种
ROS［19-20］，从而引起体内与清除 ROS 有关的抗氧化
酶活性的提高以及氧化胁迫的产生［21］，且当 ROS
产生和积累超过一定阈值时会导致膜脂质过氧化，
甚至导致植物死亡［22-25］。李荣峰等［26］研究发现大
豆通过增加根边缘细胞数目、提高根尖蛋白质含
量，维持较高水平的 POD、CAT 和 SOD 活性来对抗
铝毒胁迫，是大豆耐铝毒的一个重要机制。
通过对酸性土壤胁迫下丹波黑大豆和云南小
黑豆主要胁迫生理指标的测定，发现云南小黑豆的
各项生理指标均高于丹波黑大豆，其中叶的可溶性
糖、MDA、PC、Pro、H2 O2含量高于根，而根的 SOD、
POD、CAT活性则高于叶。特别是丹波黑大豆的根
中 MDA、Pro 含量以及 SOD、POD、CAT 活性的变化
明显不如云南小黑豆剧烈，从而说明云南小黑豆受
酸性土壤的伤害的程度高于丹波黑大豆，即云南小
黑豆对酸性土壤的耐受性明显低于丹波黑大豆。
这些生理指标进一步说明了丹波黑大豆为酸性土
壤耐受型品种，云南小黑豆为酸性土壤敏感型品
种。此外，酸性土壤胁迫下 2 种黑豆叶中的可溶性
糖、MDA、PC、Pro、H2O2含量明显高于根，说明渗透
胁迫和膜脂过氧化物质主要在叶中积累，而根中
SOD、POD、CAT活性明显高于叶，说明 2 种黑豆中
的 ROS主要在根中积累。以上结果表明在酸性土
壤胁迫下云南小黑豆根中产生大量的 ROS，主要通
过提高 SOD、POD、CAT 活性来清除，而叶中则通过
产生大量可溶性糖、Pro、MDA、PC、H2O2来维持较低
水平的渗透压和膜脂过氧化水平以提高其对酸性
土壤胁迫的耐受能力。
致谢:在论文写作以及数据处理过程中得到实验室
张晓东、王玉英和唐丽娟同学无私的帮助，在此表
示感谢!
6 期 钱绍方等:酸性土壤胁迫下丹波黑大豆和云南小黑豆生理特性研究 945
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