全 文 ：第 4 2 卷第 1 期 江 苏 林 业 科 技 Vol ． 4 2 No ． 1
2 0 1 5 年 2 月 Journal of Jiangsu Forestry Science ＆ Technology Feb ． 2 0 1 5
文章编号:1001 － 7380(2015)01 － 0023 － 05
豆梨叶片应对干旱胁迫生理响应机制研究
蒋学莉1，史锋厚1* ，李新芝2，刘海一2，仲 磊2，卢克成2，沈永宝1
(1．南京林业大学林学院，江苏 南京 210037;2．江苏省林木种苗管理站，江苏 南京 210036)
收稿日期:2015-01-03;修回日期:2015-01-11
基金项目:国家林业局 948 项目“豆梨优良品种及选育技术引进”(2011-4-42) ;江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)
作者简介:蒋学莉(1989 －) ，女，江苏泗阳人，在读研究生，研究方向:林木种苗学。
* 通信作者:史锋厚(1981 －) ，男，山东兖州人，副教授，博士，研究方向:林木种苗学、林木新品种选育。
摘要:以豆梨 1(2)－ 0 嫁接品种苗木为实验材料，进行盆栽水分递减模拟干旱胁迫处理，对处于不同干旱状态下的
苗木叶片生理指标进行测定，探究豆梨叶片应对干旱胁迫生理响应机制。结果表明:干旱胁迫导致豆梨叶片细胞
膜系统受损伤，使得膜脂过氧化，叶片细胞将启动渗透调节系统和氧自由基清除酶促系统。随着干旱胁迫的加剧，
各品种叶片质膜透性逐渐增大;脯氨酸含量持续升高，升高值可达十几倍;膜脂过氧化程度逐渐增强，丙二醛大量
累积;氧自由基清除系统 SOD和 POD活性变化呈先升高后降低的趋势，前期活性升高由于植物细胞自身保护应激
机制，后期的活性降低则源于干旱胁迫已伤及酶供体，导致酶活性下降。
关键词:豆梨;干旱胁迫;生理响应
中图分类号:S661. 9 文献标识码:A doi:10． 3969 / j． issn． 1001 － 7380． 2015． 01． 005
干旱对于植物分布与进化以及植物利用等发挥
着制约性影响作用，植物应对干旱逐渐形成保护性
应激机制。叶片细胞中分布大量功能性细胞器及酶
供体，可以根据环境信号调控生理代谢功能，积累渗
透调节物质，促进酶促自由基清除系统等，产生保护
性机制，减少外界环境因素的伤害。
豆梨(Pyrus calleryana)为蔷薇科梨属落叶乔
木，为我国原生梨属树种，常用作栽培梨树的嫁接砧
木，也是极具发展潜力的园林绿化树种。豆梨具有
生长适应性强、耐干旱贫瘠的特点，但国内外关于干
旱胁迫对豆梨树木影响的研究报道并不多见，该文
以不同豆梨品种苗木为研究材料，实施干旱胁迫处
理，测定苗木叶片生理指标，探讨豆梨叶片应对干旱
胁迫的生理响应机制。
1 材料与方法
1． 1 供试材料
供试材料为盐城林场提供的豆梨 1(2)－ 0 嫁接
品种苗，为由美国引进的‘Autumn Blaze’、‘Glen’s
Form’、‘Ｒedspire’、‘Fauriei’、‘Bradford’、‘Jaczam’
等 6 个豆梨品种。每个品种苗木规格基本一致，苗
木生长健壮，根系发达。
2013 年 3 月初，在江苏乾景天园苗木有限公司
基地(江苏省句容市天王镇竹园村)，将苗木分别进
行盆栽，盆栽容器规格高径为 25 cm × 30 cm，盆栽
基质为基地就地所取大田土，每盆容器装填基质2． 5
kg，每盆种植苗木 1 株，每个品种种植 20 盆，各品种
苗木按照常规方法进行管理，于 6 月中旬选取生长
相对一致的 8 株苗木进行干旱处理。基质中含有机
质(重镉酸钾容量法)5%，水解氮(碱解扩散法)121
mg /kg，有效磷(P2O5)(NaHCO3法)27 mg /kg，速效
钾(K2O) (NH4Ac 浸提法)11． 7 mg /kg。田间持水
量 21%，pH6． 7。
1． 2 干旱胁迫处理
干旱胁迫试验采用盆栽水分递减法进行。根据
Hsiao TC［1］方法，将土壤干旱情况分为适宜水分、轻
度干旱、中度干旱和重度干旱 4 个梯度，土壤相对含
水量(ＲWC)分别为田间持水量的 75% ～80%，55%
～ 60%，40% ～ 45% 和 30% ～ 35%，分别表示为
W1，W2，W3 和W4。根据称重法和土壤相对含水量
测定法相结合将土壤水分调至 W1 后，停止水分供
应，由于植物蒸腾和土壤水分散失，土壤含水量降
低，逐渐到达 W2，W3，W4 状态。2013 年 6 月 15
日，将所有盆栽苗木移入通风遮雨的塑料棚内，土壤
含水量调至 W1(对照) ，进行干旱胁迫处理;以后每
隔 3 d测定土壤含水量，监测土壤相对含水量分别
至W2(6 月 27 日)、W3(7 月 6 日)、W4(7 月 15 日)
状态后，每个品种均选择顶端第 4，5 片功能叶混合
取样，－ 70 ℃冰箱保存后测定各相关指标。
1． 3 生理指标测定
叶片质膜透性指标测定参照张志良［2］的方法;
丙二醛(MDA)含量测定参照张宪政等［3］的方法;脯
氨酸含量测定参照邹琦［4］的方法;超氧化物歧化酶
(SOD)测定参照邹琦［4］的方法;过氧化物酶(POD)
测定采用张志良［2］的方法。各指标测定设重复
3 次。
1． 4 数据分析处理
各指标测定结果采用 EXCEL和 SPSS软件进行
统计分析。
2 结果与分析
根据试验设计，将各测定指标进行相应的方差
分析，结果见表 1。
表 1 各测定指标方差分析结果
指标 Source SS df MS F Sig．
品种 107． 898 5 21． 580 24． 180＊＊ 0
质膜透性 干旱处理 21 257． 348 3 7 085． 783 7 939． 536＊＊ 0
品种 ×干旱 556． 027 15 37． 068 41． 535＊＊ 0
品种 9 285． 618 5 1 857． 124 279． 549＊＊ 0
脯氨酸含量 干旱处理 91 290． 775 3 30 430． 258 4 580． 608＊＊ 0
品种 ×干旱 16 647． 508 15 1 109． 834 167． 061＊＊ 0
品种 549． 849 5 109． 970 25． 438＊＊ 0
MDA含量 干旱处理 27 366． 804 3 9 122． 268 2 110． 147＊＊ 0
品种 ×干旱 519． 263 15 34． 618 8． 008＊＊ 0
品种 3 885． 024 5 777． 005 218． 132＊＊ 0
SOD活性 干旱处理 144 214． 602 3 48 071． 534 13 495． 316＊＊ 0
品种 ×干旱 1 354． 804 15 90． 320 25． 356＊＊ 0
品种 0． 424 5 0． 085 438． 190＊＊ 0
POD活性 干旱处理 9． 950 3 3． 317 17 141． 431＊＊ 0
品种 ×干旱 0． 409 15 0． 027 140． 899＊＊ 0
* 0． 01 ＜ P ＜ 0． 05;＊＊P ＜ 0． 01。
2． 1 干旱胁迫对叶片质膜透性的影响
结果见图 1，在对照情况下，各品种叶片质膜透
性即存在差异;随着干旱胁迫的加剧，各品种质膜透
性逐渐增大，叶片质膜的伤害程度逐渐增强。Au-
tumn Blaze 品种叶片质膜受伤害程度最大，质膜透
性增大 4． 71 倍，其他品种依次为 Glen’s Form(4． 29
倍)＞ Ｒedspire(3． 87 倍)＞ Jaczam(3． 31 倍)＞ Fau-
riei(3． 17 倍)＞ Bradford (3． 00 倍)。方差分析(见
表 1)表明:不同豆梨品种细胞质膜透性差异达极显
著水平，各品种在不同干旱胁迫条件下的差异达极
显著水平，品种和干旱胁迫程度间存在极显著的交
互作用。各品种在不同干旱胁迫条件下，叶片质膜
透性增幅存在差异，不同豆梨品种叶片质膜完整程
度应对轻度、中度和重度等不同干旱胁迫所表现出
的响应存在差异。
2． 2 干旱胁迫对叶片脯氨酸含量的影响
结果见图 2，干旱胁迫导致豆梨叶片脯氨酸大
量积累，各品种在不同干旱胁迫条件下所积累的脯
氨酸并不相同。轻度干旱时，叶片脯氨酸含量增大
幅度分别为 Jaczam(2． 27 倍)＞ Ｒedspire(1． 98 倍)
＞ Fauriei(1． 84 倍)＞ Glen’s Form(1． 67 倍)＞ Au-
tumn Blaze(1． 56 倍)＞ Bradford (1． 50 倍);干旱胁
迫加剧，脯氨酸积累速度增大，至重度干旱时，相比
对照，各品种脯氨酸累积增幅依次为 Autumn Blaze
(18． 70 倍)＞ Glen’s Form(17． 27 倍)＞ Ｒedspire
(9． 69倍)＞ Fauriei (7． 35 倍)＞ Bradford(6． 92 倍)
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＞ Jaczam(5． 54 倍)。方差分析(见表 1)表明，不同
豆梨品种脯氨酸含量差异达极显著水平，各品种在
不同干旱胁迫条件下的差异达极显著水平，品种和
干旱胁迫程度间存在极显著的交互作用。脯氨酸具
有渗透调节作用，对于平衡细胞内外电解质具有重
要作用，不同豆梨品种在不同干旱胁迫阶段表现出
不同的适应性。
图 1 不同干旱胁迫下豆梨叶片质膜透性
图 2 不同干旱胁迫下豆梨叶片脯氨酸含量
2． 3 干旱胁迫对叶片丙二醛含量的影响
结果见图 3，干旱胁迫导致豆梨叶片细胞内自
由基大量积累，膜质过氧化形成大量 MDA，各豆梨
品种均随干旱胁迫的加剧而产生大量 MDA，致使对
植物体的伤害程度逐渐增强;至重度干旱时，各品种
叶片 MDA 产生量相比对照依次增加，即 Autumn
Blaze(2． 07 倍)＞ Glen’s Form(1． 59 倍)＞ Bradford
(1． 54 倍)＞ Fauriei(1． 52 倍)＞ Jaczam(1． 47 倍)
＞ Ｒedspire(1． 30 倍)。方差分析(见表 1)表明，不
同豆梨品种 MDA 含量差异达极显著水平，各品种
在不同干旱胁迫条件下的差异达极显著水平，品种
和干旱胁迫程度间存在极显著的交互作用。干旱胁
迫加剧，导致叶片细胞膜质过程化程度增强，MDA
含量不断增大。
图 3 不同干旱胁迫下豆梨叶片丙二醛含量
2． 4 干旱胁迫对叶片超氧化物歧化酶和过氧化物
酶活性的影响
干旱胁迫对切片 SOD的影响结果见图 4。干旱
处理开始至轻度干旱阶段，豆梨各品种叶片 SOD 活
性呈上升趋势，各品种叶片 SOD活性升高趋势依次
为 Bradford(20%)＞ Jaczam(18%)＞ Fauriei(14%)
= Ｒedspire (14%)＞ Glen’s Form(9%)＞ Autumn
Blaze(5%);随着干旱胁迫加剧，各品种叶片 SOD
活性不断降低，相比轻度干旱时降幅依次为 Autumn
Blaze(61%)＞ Ｒedspire(60%)= Bradford(60%)＞
Jaczam(59%) = Glen’s Form (59%) ＞ Fauriei
(58%)，各品种叶片 SOD活性降幅差异并不大。方
差分析(见表 1)表明，不同豆梨品种叶片 SOD 活性
差异达极显著水平，各品种在不同干旱胁迫条件下
的差异达极显著水平，品种和干旱胁迫程度间存在
极显著的交互作用。
干旱胁迫对叶片 POD影响的结果见图 5。干旱
处理开始至轻度干旱阶段，豆梨各品种叶片 POD活
性呈上升趋势，各品种叶片 POD 活性增幅依次为
Fauriei(20%)＞ Bradford(16%)＞ Jaczam(14%)＞
Ｒedspire(5%)＞ Glen’s Form(3%)＞ Autumn Blaze
(1%);随着干旱胁迫程度加剧，各品种叶片 POD活
性不断降低，相比轻度干旱时降幅依次为 Jaczam
52第 1 期 蒋学莉等:豆梨叶片应对干旱胁迫生理响应机制研究
图 4 不同干旱胁迫下豆梨叶片 SOD活性
图 5 不同干旱胁迫下豆梨叶片 POD活性
(87%)＞ Fauriei(86%)＞ Bradford(85%)＞ Ｒed-
spire(77%) ＞ Glen’s Form (75%) ＞ Autumn Blaze
(71%)。方差分析(见表 1)结果表明，不同豆梨品
种叶片 POD活性差异达极显著水平，各品种在不同
干旱胁迫条件下的差异达极显著水平，品种和干旱
胁迫程度间存在极显著的交互作用。
3 讨论与结论
目前，季节性干旱成为影响植物生存的制约性
因素。水分是植物生存和生长的重要条件，缺水会
导致植物停止生长甚至死亡，然而植物应对干旱缺
水已经逐渐演化出了相应的对策，包括植物本身的
生理响应机制。
在干旱胁迫条件下，细胞膜系统通常被认为是
受到干旱伤害的最初和关键部位［5］。干旱胁迫使
得叶片膜系统透性增大，引起物质外漏，且在一定范
围内，细胞质膜透性随着干旱胁迫的加剧而增
大［6 － 7］。本试验中，豆梨各品种叶片质膜透性均随
干旱胁迫的加剧而增强，但在轻度干旱状态下，各品
种质膜透性增加幅度相对小于中度和重度干旱胁
迫。分析原因，认为与颜淑云等的研究结论相
似［7］，叶片细胞膜相对透性在一定土壤含水量范围
内比较稳定，植物通过自身的生理代谢反应来应对
干旱的不利影响，当含水量下降到一定程度时，膜系
统将受损。陈少瑜等提出抗性较强树种细胞膜较为
稳定［8］，因此，根据不同豆梨品种质膜受伤害程度，
可以推断各品种抗旱性的强弱。
植物叶片受干旱胁迫时，细胞为维持膨压以及
正常的生理功能，会启动渗透调节机制，以增强自身
保水及主动吸水能力［7］。干旱胁迫可导致脯氨酸
含量增加，且随着干旱胁迫的加剧，其含量将急速增
加，这是植物对干旱环境的适应［9］。叶片脯氨酸含
量增加作为抗旱性评价的绝对指标已经应用于多种
植物抗旱性的研究［5，10］，但 Demiral等提出相左的意
见，认为脯氨酸积累是胁迫造成的代谢紊乱的伴随
结果［11］。在本试验中，各豆梨品种叶片中脯氨酸含
量均随着干旱胁迫加剧而升高，轻度干旱时已导致
其含量呈倍数升高，至重度干旱时，升高值甚至可达
十几倍，这与紫穗槐幼苗干旱胁迫研究中的结果
相似［7］。
干旱胁迫诱发植物体内产生更多活性氧，导致
膜脂过氧化和膜脂脱氧化，产物 MDA 积累，蛋白和
核酸的降解，造成伤害［12］。当植物体内 MDA 含量
大量增加时，植物细胞受到较严重的破坏［13］。在本
试验中，各品种叶片 MDA 含量随着干旱胁迫程度
加剧持续升高，这与霍红等［5］的研究结论一致。轻
度干旱对于植物已经有所伤害，但对于膜脂氧化伤
害程度并不严重;随着干旱加剧，膜系统受伤害程度
逐渐加强，这与王国富的研究结论一致，其指出重度
干旱使 MDA含量增加较为显著，具有持续、快速累
加的效应，持续重度干旱将导致较重的伤害［14］。
植物抗旱性一般与酶促防御系统的各类酶的活
性呈正相关，植物的抗旱能力和受到的伤害程度与
这些保护酶的活性变化密切相关［15 － 16］。在本试验
中，轻度干旱均使豆梨叶片中的 SOD活性增强和产
生量增大，这对于消除因干旱所产生的超氧自由基
具有促进作用，是植物细胞正常的应激反应［17］。干
旱胁迫增强导致过氧化物酶体受到伤害，致使 SOD
62 江 苏 林 业 科 技 第 42 卷
产生量减少，同时因歧化反应消耗，表现为 SOD 活
性降低。豆梨叶片 POD活性随着干旱胁迫的加剧，
呈现先升高后降低的变化趋势，与沙枣、栓皮栎干旱
胁迫研究所获结论一致［18 － 19］。当豆梨苗木受到干
旱胁迫时，细胞内的酶促系统对于逆境所导致的超
量过氧化氢进行清除，叶片内的 POD 活性增强，但
不同品种间表现出差异性;随着干旱胁迫程度增强，
豆梨叶片细胞器和质膜受到伤害，过氧化物酶体遭
到破坏，POD产生逐渐被抑制，表现为 POD 活性逐
渐降低。根据季孔庶等［20］关于抗旱性强的基因型
在干旱胁迫下 SOD、POD 活性较高的论述，依据豆
梨叶片 SOD和 POD活性的变化分别推断各品种的
抗旱性，但排序并不一致，分析原因清除自由基的各
种保护酶作为 1 个链式保护酶体系，活性氧的清除
需要整个酶促防御系统协同进行，单个酶活性的增
减并非意味着活性氧清除能力的同步提高［21］。
植物对水分亏缺的反应是各器官之间通过代谢
和信号传递进行复杂的交流互动的结果［22］，植物应
对干旱所做出的响应也是复杂的系统过程。豆梨苗
木在受到干旱胁迫时，叶片细胞接受信号，启动渗透
调节系统和氧自由基酶促保护体系，细胞以自身生
理代谢调整适应初期干旱胁迫，同时，干旱胁迫促使
叶片细胞膜脂过氧化，质膜透性增大，丙二醛积累;
随着干旱的加剧，豆梨体内所产生的氧由基及代谢
中间产物逐渐积累，对于细胞器和质膜产生伤害，导
致细胞功能性伤害，膜质过氧化程度急速增强，膜系
统受伤害程度加剧，丙二醛加速积累，酶保护系统难
以抵抗干旱胁迫而受到损伤，细胞器、质膜等结构损
伤和功能丧失、毒性物质积累使得细胞逐渐死亡，表
现为叶片受伤害程度加强，以致植物体受损严重。
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