全 文 ：盐胁迫对杨树形成层过氧化物酶活性
及其效应的影响 3
李国旗1 ,2 3 3 　安树青1 　张纪林3 　李　瑾1 　王云静1 　孙经林4
(1 南京大学生物科学与技术系 ,南京 210093 ;2 宁夏大学生命科学院 ,银川 750021 ;
3 江苏省林业科学研究所 ,南京 211153 ;4 江苏省如东县林业局 ,如东 226400)
【摘要】　研究了盐胁迫对杨树形成层中过氧化物酶 ( POD) 活性和杨树次生木质部解剖特征的影响 ,结果
表明 ,POD 活性受盐胁迫影响在休眠期和生长期有不同的表现. 处于休眠期的杨树 ,在较低的土壤含盐量
下 ,随着含盐量的升高 , POD 活性呈现出先升高后降低的趋势 ,即含盐量 0. 024 % →0. 094 % →0. 145 % ,
POD 活性的变化 83. 7 →132. 1 →63. 2 units·min - 1·g - 1 FW ;而生长期的杨树 ,POD 活性受到盐胁迫的抑制
而降低 ,当含盐量 0. 036 % →0. 289 %逐步升高时 ,POD 活性 405. 2 →107. 2 units·min - 1·g - 1 FW 逐步降低.
盐胁迫下杨树的解剖特征呈现规律性变化 , 当含盐量 0. 036 % →0. 125 % →0. 289 %升高 ,早材和晚材导管
直径变化分别为 41. 8 →56. 6 →43. 4μm 和 29. 1 →33. 1 →33. 1μm ;早材和晚材导管频率的变化分别为
141. 8 →113. 8 →144. 2 个·mm - 2和 160. 0 →134. 8 →206. 7 个·mm - 2 . 含盐量 0. 0365 →0. 289 %升高 ,纤维
长度和宽度的变化分别为 693. 8 →570. 4μm 和 14. 9 →13. 5μm.
关键词 　土壤盐度 　过氧化物酶 　生态解剖 　输水性能 　材质
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 06 - 0871 - 04 　中图分类号 　Q948. 113 　文献标识码 　A
Impact of salt stress on peroxidase activity in Populus deltoides cambium and its consequence. L I Guoqi1 ,2 ,AN
Shuqing1 , ZHAN G Jilin3 ,L I Jin1 , WAN G Yunjing1 , SUN Jinglin4 (1 Depart ment of Biological Science and
Technology , N anjing U niversity , N anjing 210093 , China ;2 Biological Science and Technology Depart ment of
N ingxia U niversity , Yinchuan 750021 , China ;3 Jiangsu Institute of Forest ry Science Research , N anjing
211153 , China ;4 Forest Of f ice of R udong County , R udong 226400 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14
(6) :871～874.
Studies on the impact of salt stress on the peroxidase ( POD) activity in Populus deltoides cambium and on the
anatomic characteristics of its secondary xylem indicated that the changes of POD activity caused by soil salinity
stress behaved differently in dormant and growing period. In low salinity soil , the POD activity of dormant Pop2
ulus deltoides showed the trend of increasing first ,and then ,decreasing as the soil salinity was rising gradually.
Namely , with the rising of soil salinity in the range of 0. 024 →0. 094 →0. 145 % ,the POD activity varied in the
range of 83. 7 →132. 1 →63. 2 units·min - 1·g - 1 FW accordingly. However ,in growing season , with the gradual
increase of soil salinity from 0. 036 to 0. 289 % , the POD activity decreased gradually from 405. 2 to 107. 2 units
·min - 1·g - 1 FW. There were regular changes in wood anatomic characteristics of Populus deltoides . Namely ,
with the increase of soil salinity 0. 036 →0. 125 →0. 289 % , the vessel diameters (VD) of both early wood and
late wood varied accordingly in the range of 41. 8 →56. 6 →43. 4μm ,and 29. 1 →33. 1 →33. 1μm , respectively.
The vessel frequencies (VF) were 141. 8 →113. 8 →144. 2 and 160. 0 →134. 8 →206. 7 entries mm- 2 , respec2
tively. Along with the gradual increase of soil salinity from 0. 036 to 0. 289 % , the fiber length gradually de2
creased from 693. 8 to 570. 4μm , and the fiber width decreased from 14. 9 to 13. 5μm.
Key words 　Soil salinity , Peroxidase ( POD) , Ecological anatomy , Water conductance , Wood quality.3 国家“九五”重点科技攻关资助项目 (962007203205) .3 3 通讯联系人.
2001 - 03 - 28 收稿 ,2002 - 01 - 07 接受.
1 　引 　　言
低温胁迫下 ,植物的过氧化物酶 ( POD) 活性升
高 ,但在高温胁迫下 POD 活性降低 , POD 是植物抗
冷性的指标[14 ] . 在盐胁迫下 POD 的活性变化目前
尚无定论 :盐胁迫后 POD 活性表现出既有升高也有
降低[4 ,12 ] ,并且耐盐品种比盐敏感品种有较高的
POD 活性[13 ] ; POD 同工酶是一种对外界不良环境
条件反应十分敏感的酶 ,环境中的高盐浓度可以诱
导或抑制某些同工酶的产生[16 ] . Harkin[3 ]发现 POD
是香豆醇聚合成木质素过程中唯一参与调节的酶.
Kay[5 ]发现有 25 种过氧化物同工酶 (isoperoxidases)
与植物的组织分化密切相关. 海岸带防护林不仅受
到台风胁迫 ,同时也受到盐胁迫 ,开展盐胁迫下杨树
应 用 生 态 学 报 　2003 年 6 月 　第 14 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2003 ,14 (6)∶871～874
形成层中 POD 活性及其效应的研究 ,有助于揭示盐
胁迫对树木材质的变化和输水性能的影响 ,为抗风
耐盐树种的选育提供一些参考指标.
2 　材料与方法
211 　实验材料
根据江苏省林业科学院 1997～1998 年在江苏省如东县
东凌乡 2 年的土壤含盐量的动态监测 ,结果表明 ,尽管 4 个
监测点的土壤含盐量随四季变化在波动 ,但各点的波动曲线
完全一致. 这是能够进行盐胁迫实验的前提. 土壤含盐量的
划分标准是 :含盐量 < 0. 2 %为轻盐碱地 ,0. 2 %～0. 4 %为中
盐碱地 ,0. 4 %～0. 6 %为重盐碱地 , > 0. 6 为盐土 [9 ] .
取样地点位于如东县东凌乡 ,距离该监测点不远的海岸
防护林为 6 年生人工杨树林. 在垂直海堤 2 km 长的路边防
护林中 ,海拔相同 ,各种环境条件一致 ,土壤含盐量是影响杨
树生长的最重要的胁迫因子. 取样部位在杨树枝下高处枝
条. 在取枝条样品的同时也取土壤样品. 休眠期 (3 月份) 6 个
样点的含盐量分别为 0. 024、0. 037、0. 058、0. 094、0. 119 和
0. 145 % ;生长期 (5 月份) 的土壤含盐量分别升高为 0. 036、
0. 08、0. 125、0. 183、0. 236 和 0. 289 %. 可见东凌乡的土壤含
盐量在一年的多数时间里表现为中盐碱地 ,杨树所受的土壤
盐胁迫为中度盐胁迫.
212 　研究方法
21211 酶液的制备 　取杨树枝条 ,剥离形成层. 方法是将冷
藏的枝条取出 ,尽快将树皮剥下 ,切成 2 cm2 左右 ,用手术刀
尽可能多地刮掉外面黑色、干硬的老皮 ,留下最里面白色的、
柔韧的薄纸状的一层 (越薄越好) ,即为形成层. 只有在生长
期间的树皮才能剥出形成层. 分别称取 0. 5 g 形成层材料 ,
加入 p H 7. 0 的 0. 05 mol·L - 1的磷酸缓冲液 ( PBS) (含 1 %
PVP 和少量 EDTA)于冰浴中研磨提取 ,20 000 g 下 4 ℃高
速冷冻离心 20 min ,取上清液备用.
21212 POD 活性测定 　按朱广廉[18 ]的方法略作修改. 酶反
应体系包括 :1. 9 ml 0. 05 mol·L - 1的 PBS ,1. 0 ml 2 %H2O2 ,
1. 0 ml 0. 05 mol·L - 1愈创木酚和 3. 2 ul 酶液. 反应体系加入
酶液后 ,立即用 HITACHI U23000 型分光光度计 ,在 470 nm
处作时间扫描 10 min. 以 1 min 的 0. 01ΔA 为一个活性单位
(unit) ,酶的活性以 units·min - 1·g - 1 FW 表示.
21213 切片制作 　按张新英[17 ]的方法制作切片. 经过预实
验 ,用代氏苏木精染料代替星蓝 ,中性树胶代替冷杉胶和 up2
per 胶. 染色液按李正理[8 ]的方法配制. 材料切片 :将木材的
边材部分切成 1 cm3 左右的小块 ,水煮软化后在 Histoslide2
2000 滑走切片机上切横、径、弦 3 个切面的切片 ,厚度约为
16μm. 用番红和代氏苏木精的混合液染色 ,酒精脱水 ,用中
性树胶封片. 材料离析 :将木材切成 1 cm 长、火柴棍粗细的
长条 ,用过氧化氢和冰醋酸的混合液离析 ,代氏苏木精染色 ,
中性树胶封固.
21214 解剖指标的测定 　用 XY2540 型彩色图像分析仪测
定早材和晚材导管分子直径 ( VD) 、早材和晚材导管频率
(VF) 、纤维长度和纤维宽度 ( FW) . 其中 ,横切面上的导管频
率测定是 10 个视野 ;其它每个指标均测量 50 次 ,然后计算
平均值和方差. 纤维的长度和宽度在离析材料中测得 ,其它
指标均在切片中测量 (导管若有尾 ,则以尾末端作为量度的
起点和终点 ,纤维宽度以最宽处进行测量) .
3 　结果与分析
311 　盐胁迫对杨树 POD 活性的影响
31111 休眠期 POD 活性的变化 　盐胁迫下杨树形
成层中 POD 吸光值曲线表现了休眠期杨树的 POD
活性随着土壤含盐量的升高 ,呈现出先升高后降低
的趋势 (图 1a) ,其前 3 min 的吸光值所对应的 POD
活性变化图更加明确地反映了这种趋势 (图 2a) . 当
土壤含盐量从 0. 024 逐渐升高到 0. 037、0. 058 和
0. 094 %时 ,POD 的活性分别为 83. 7、90. 5、98. 1 和
132. 1 units·min - 1·g - 1 FW. 此后 ,当含盐量又升高
到 0. 119 % 和 0. 145 %时 , POD 活性又急剧下降为
63. 0 和 63. 2 units ·min - 1·g - 1 FW ,可见 0. 094 %的
土壤含盐量是 POD 活性增长的临界点.
31112 生长期 POD 活性的变化 　生长期杨树的
POD 活性随着土壤含盐量的升高逐渐下降 (图 1b、
图 2b) . 当土壤含盐量从 0. 036 逐渐升高到 0. 087、
0. 125、0. 183、0. 236 和 0. 289 %时 , POD 酶的活性
变化分别为 405. 2、327. 2、253. 5、248. 3、176. 3 和
107. 2 units·min - 1·g - 1 FW ,土壤盐度的递增率分别
为241 . 7 、347 . 2 、508 . 3 、655 . 6和802 . 7 % ,酶活性
表 1 　盐胁迫下杨树次生木质部部分特征的数量变化
Table 1 Quantitative change of characters of secondary xylem of P. deltoides under salt stress
土壤含盐量
Soil salinity
( %)
导 管 Vessel
直径 Diameter (μm)
早 材
Early wood
晚 材
Late wood
频率 Frequency(entries·mm - 2)
早 材
Early wood
晚 材
Late wood
纤 维 Fiber
长 度
Length
(μm)
宽 度
Width
(μm)
0. 036 41. 8 ±6. 6 29. 1 ±4. 9 141. 8 ±13. 9 160. 0 ±20. 9 693. 8 ±83. 9 14. 9 ±2. 5
0. 087 49. 3 ±8. 6 32. 0 ±6. 2 113. 8 ±9. 8 134. 8 ±7. 2 688. 9 ±74. 3 14. 8 ±2. 6
0. 125 56. 6 ±10. 3 33. 1 ±4. 9 113. 1 ±10. 9 149. 6 ±7. 2 683. 6 ±92. 8 14. 6 ±2. 7
0. 183 52. 2 ±7. 1 32. 8 ±4. 4 128. 9 ±12. 9 175. 3 ±13. 7 670. 6 ±72. 5 14. 4 ±2. 5
0. 236 50. 9 ±8. 5 33. 1 ±5. 5 136. 3 ±7. 5 187. 41 ±11. 8 625. 2 ±92. 9 14. 2 ±2. 2
0. 289 43. 4 ±8. 0 33. 1 ±4. 5 144. 2 ±12. 0 206. 7 ±18. 5 570. 4 ±81. 3 13. 5 ±2. 2
278 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
图 1 　杨树形成层的 POD 吸光值曲线
Fig. 1 POD absorption curve in P. deltoides cambium.
a :3 月份 March ;b :5 月份 May. 下同 The same below.
图 2 　盐胁迫对杨树形成层 POD 活性的影响
Fig. 2 Effect of soil salinity on POD activity of P. deltoides cambium.
的递减率分别为 80. 7、62. 5、61. 3、43. 5 和 26. 4 % ;
土壤含盐量与 POD 活性呈显著负线形相关关系 ,二
者关系式为 Y = 427 . 123 - 1093 . 135 X ( Y 为 POD
活性 , X 为土壤含盐量) , 回归系数 R = - 0. 980.
312 　盐胁迫对杨树 POD 效应的影响
31211 盐胁迫对导管直径和频率的影响 　当土壤含
盐量从 0. 036 逐渐增加到 0. 289 %时 , 早材中导管
分子直径从 41. 8μm 增加到 56. 6μm ,复又降低到
43. 4μm ;晚材中从 29. 1μm 增加到 33. 1μm ,并趋
于稳定 (表 1) ;早材中导管频率从 141. 8 个·mm - 2
降到 113. 1 个·mm - 2后又升高到 144. 2 个·mm - 2 ,
在晚材中从 160 个·mm - 2降低到 134. 8 个·mm - 2
后 ,又升高到 206. 7 个·mm - 2 ,导管直径在早、晚材
中均表现为先升高后降低 ,导管频率在早、晚材中均
表现为先降低后升高 ,二者的变化趋势正好相反 (表
1) .
31212 对纤维长度和宽度的影响 　当土壤含盐量从
0. 036 %逐渐增加到 0. 289 %时 , 杨树木质部中的纤
维长度从 693. 8μm 降低到 570. 4μm ;纤维宽度从
14. 9μm 降低到 13. 5μm. 当土壤含盐量从 0. 036 %
上升到0. 289 % ,增加了 703 % ,纤维长度和纤维宽
度分别减小了 17. 7 %和 9. 4 %(表 1) .
4 　讨 　　论
　　大量的研究表明 ,POD 与细胞的木质化程度有
关 ,因为木质素是细胞壁的三大组成成分之一 ,而
POD 又直接参与木质素的合成[2 ,3 ] . POD 还通过调
节生长素 ( IAA) 水平参与形成层活动的控制 ,因为
POD 是一种重要的 IAA 侧链氧化酶[6 ,11 ] ,细胞质中
的 POD 通过对 IAA 氧化酶作用参与生长和发育 ,
也参与细胞壁各组分的过氧化偶联过程 ,使之形成
具有一定机械强度的网络系统[7 ] . 本文的结果表
明 ,休眠期杨树的 POD 活性远远低于生长期 POD
活性 ,这一方面是因为休眠期杨树的生理活动较弱 ,
另一方面是因为休眠期的土壤含盐量比生长期的土
壤含盐量低得多 (图 1) . 由于 POD 有助于缓解因盐
胁迫所造成的负氧离子和过氧化物对细胞膜的伤
害 ,因此 ,从总体上看 ,生长期中度的盐胁迫下的
POD 活性远高于休眠期轻度盐胁迫 POD 活性 ,这
与 Hernandez[4 ]的结果相一致. POD 活性除了与杨
树耐盐性有关 ,也与其生理活动有关. 在休眠期 ,由
于土壤含盐量较低 ,能够促进杨树的生长 ,因此
POD 活性表现为先升高后降低 , 其临界点为
0. 094 % ;而生长期中度的盐胁迫抑制了生长 , POD
活性表现为一直降低.
　　Neumann[10 ]的研究表明 ,盐胁迫影响 POD 活
性变化 ,进而影响 IAA 的活动性 ,改变细胞壁的伸
展性能 ,使细胞壁的伸展性受到抑制. 本文结果支持
这个观点 ,随着土壤含盐量的升高 , POD 活性降低 ,
纤维长度和纤维宽度均逐渐减小. 而纤维分子长度
和宽度的减小 ,必然会影响杨树的材质 ,减弱了杨树
的抗风能力 ,因此 ,可以考虑把 POD 活性作为选育
抗风杨树的参考指标之一.
　　水分亏缺是大多数非生物胁迫的共同属性 ,不
仅是干旱胁迫 ,盐胁迫也会由于水分亏缺而导致植
物受害[15 ] . Zimmermann[19 ]认为 ,木材的结构受水
分运输 (导管分子的直径、频率)和机械支持 (壁厚度
3786 期 　　 　　　　　　　　李国旗等 :盐胁迫对杨树形成层过氧化物酶活性及其效应的影响 　　　　　　　　
和纤维长度)两方面的影响 ,二者中受导管的影响更
大.导管直径和导管频率是植物水分输导最为重要
的两个参数. 导管直径与水分输导的有效性、导管频
率与水分输导的安全性直接相关[1 ] . 导管直径越
大 ,导管的输水效率越高 ,本实验结果与此论点相一
致. 在盐胁迫下 ,杨树的早、晚材直径增大 ,以此提高
输水效率来抵御生理干旱 ;同时 ,杨树的早、晚材频
率都增大. 导管直径随盐度增加表现为先升高后降
低的趋势 ,水分输导效率的临界点为 0. 125 %土壤
含盐量 ;与此相反 ,导管频率随土壤盐度的增加表现
为先降低后升高 , 水分输导安全性的临界点为
0. 087 %土壤含盐量. 这说明尽管水分输导的有效性
和安全性是一对此消彼长的矛盾 ,但在逆境下 ,植物
首先对安全性的反应比对有效性的反应来得敏感.
当植物逐步对环境适应以后 ,其水分输导的有效性
和安全性都会有所提高 ,表现为导管直径和导管频
率均提高.
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作者简介 　李国旗 ,男 ,1968 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事生理生态和应用生态学研究 ,发表论文 16 篇. E2mail :ligq
@nxu. edu. cn
478 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷