全 文 ：缺磷条件下的小麦根系酸性磷酸酶活性研究 3
孙海国1) 　张福锁 3 3 　(中国农业大学植物营养系 ,北京 100094)
Effect of phosphorus def iciency on activity of acid phosphatase exuded by wheat roots. SUN Haiguo and
ZHAN G Fusuo ( Depart ment of Plant N ut rition , China A gricultural U niversity , Beijing 100094) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (3) :379～381.
The activity of acid phosphatase exuded by roots ,the tissue location of the enzyme , and the relationship between
the enzyme activity and phosphorus efficiency of wheat were studied. The results showed that the activity of acid
phosphatase exuded by wheat 81 (85) 5232323 and NC37 under P2sufficiency treat were lower than those under P2
deficiency , and the enzyme activity of the former variety was significantly higher than that of the latter. There
was a significant difference in the enzyme activity among 12 wheat genotypes grown under P2deficiency treat .
Acid phosphatase was exuded by epidermis cell of root , especially by epidermal cell of root apex. Thus , there
was a linear relationship between the enzyme activity and the surface area of root or the number of root apexes.
It implied that the enzyme activity was markedly related to the size of root system. The linear relationship be2
tween relative grain yield and acid phosphatase activity was significant . It indicates that the enzyme activity
could be used as an early indicator to select P2efficient wheat genotypes.
Key words 　Wheat , Location of acid phosphatase , Phosphorus efficiency.
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 03 - 0379 - 03 　中图分类号 　Q94511 　文献标识码 　A
1)现工作单位 :河北省农业科学院土壤肥料研究所 ,石家庄 050051.3 国家自然科学基金重大项目 (39790100) .3 3 通讯联系人.
1999 - 10 - 11 收稿 ,2000 - 01 - 03 接受.
1 　引 　　言
植物根可向根际分泌许多有机化合物 ,其中有许多物质
都能促进植物对矿质养分的吸收. 作为必需大量营养元素的
P ,在土壤中以无机磷酸盐阴离子的形式被吸收 ,而有机磷酸
酯必须被水解成无机 P 后才能进入植物根 ,在这一过程中有
一非常重要的步骤 ,就是由微生物、菌根外真菌和植物根分
泌酸性磷酸酶.
土壤中的有机 P 一般占全 P 的 30 %～50 % ,有的可达
95 %.因此 ,如何发挥植物自身利用土壤有机 P 的潜力已成
为目前植物营养学研究的热点之一. Goldstein 等 [3 ]研究 P 胁
迫条件下悬浮培养细胞时发现 ,抑制植物生长和诱导酸性磷
酸酶活性的提高是植物对缺 P 的早期反应. 在所有供试植物
中 ,包括水生栽培种[4 ,6 ,8 ]和一些非栽培种[1 ,2 ] ,除菜豆和豇
豆[4 ]外 ,在缺 P 条件下 ,植物根分泌的酸性磷酸酶活性均有
提高. 其中 ,白羽扇豆和番茄的酸性磷酸酶活性最高. 但关于
酸性磷酸酶在植物根的分泌部位及其组织的报道较少. 另
外 ,在研究磷酸酶的报道中 ,多以单位鲜重根在单位时间内
分泌的酸性磷酸酶水解对硝基苯磷酸二钠 (p2NPP) 产生的
对硝基苯酚的量来表示 ,这不能反应完整植物根系在土壤中
利用有机 P 源的能力 ;不同基因型小麦在缺 P 条件下根系分
泌的磷酸酶活性的量化差异及其是否可以作为早期有效筛
选 P 高效品种的指标仍不清楚. 本文在研究磷酸酶定位及其
活性对 P 胁迫反应的基础上 ,进一步探讨了该酶活性与小麦
P 效率的关系.
2 　材料与方法
211 　实验材料
小麦 ( Triticum aestivum L1) 种子由中国科学院遗传研
究所提供 ,分别为京冬 5227、洛夫林、代 108、8602、京 411、
Y034、烟中 144、冀 8724617、京核 90 鉴 31、京选偃 6、81 (85)
5232323 和 NC37.
212 　实验方法
21211 小麦培养方法 　供 P 水平为 0101mmol·L - 1 ,重复 5
次 ,在幼苗移栽到培养缸中第 15 天取样测试. 田间实验同孙
海国[7 ] .
21212 酸性磷酸酶活性的测定方法 　取 4 株完整的小麦植
株 ,将其根系置于盛有 70ml 由 012mol·L - 1醋酸钠缓冲液
(p H 518) 为溶剂的 015g·L - 1对硝基苯磷酸二钠 (p2NPP) 酶
反应液并包裹有黑纸的玻璃瓶中 ,25 ℃下培养 60min. 取出
植物后加入 NaOH 溶液终止酶促反应 ,用 UV2120 比色计于
405nm 波长比色测定 ,酶活性是以单位时间内单位重量鲜根
或单株根系水解 p2NPP 生成的对硝基苯酚的量来表示 (μg·
h - 1·g - 1鲜根或μg·h - 1/ 株) [5 ] . 碱性磷酸酶活性的测定方法
与酸性磷酸酶的类似 ,唯一的区别是酶反应液是由碳酸钠缓
冲液 (p H = 812)配制的.
21213 酸性磷酸酶的定位 　把完整小麦植株的根系用去离
子水冲洗 3～4 次 ,待无水下滴时 ,将根置入反应液 (为 74ml
蒸馏水、12ml p H418 醋酸缓冲液、1ml 5 % Pb ( NO3 ) 2 水溶
液、2ml 312 %β2甘油磷酸钠的混合液) ,25 ℃保温 1～2h. 再
用蒸馏水冲洗数次后 ,浸于 1 %硫化铵中 015～1min ,待根表
有棕黑色沉淀后 ,用蒸馏水冲洗 ,放入 FAA 固定液 ,但时间
不宜过长[10 ] . 然后 ,制作不同根段的石蜡切片 ,以明确该酶
应 用 生 态 学 报 　2002 年 3 月 　第 13 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Mar. 2002 ,13 (3)∶379～381
的主要产生部位.
21214 根长测定方法 　根轴的长度用尺子计量 ;把每条根平
展在有机玻璃板上人工计量侧根数 ;根的总长度用直线截获
法测得[9 ] ;用排水法测定根的体积 ;根据根的总长度和根体
积计算根的表面积.
213 　分析方法
对所得数据用 SAS中的广义线性模型 ( GLM) 方法进行
统计分析.
3 　结果与讨论
311 　供 P 水平与酸性磷酸酶活性
供 P 水平对小麦根系分泌的酸性磷酸酶有明显影响. 在
011mmol·L - 1供 P 环境中 ,两供试基因型小麦根系分泌的酸
性磷酸酶活性 (μg·h - 1·g - 1)之间的差异不明显 ,但均显著低
于缺 P 处理 ( P < 0105) . 81 (85) 5232323 和 NC37 小麦在低 P
水平的酸性磷酸酶活性分别为供 P 介质中的 116 和 113 倍.
在低 P 环境中的两供试小麦分泌的酸性磷酸酶活性的差异
达到显著水平 ,NC37 的酸性磷酸酶活性仅为 81 (85) 5232323
的 87 %. 这说明 81 (85) 5232323 小麦在缺 P 土壤中具有较强
的利用有机 P 的能力 ,以适应有效 P 缺乏的环境.
312 　酸性磷酸酶活性的基因型差异
不同基因型小麦在分泌酸性磷酸酶方面对低 P
(0101mmol·L - 1) 反应的差异显著 (图 1) . 京冬 5227 和 81
(85) 5232323 小麦分泌的酸性磷酸酶活性分别为京 411 的
117 和 114 倍. 8602 小麦的酸性磷酸酶活性在供试小麦中最
低 ,仅为京冬 5227 的 5517 %. 不同基因型小麦根系分泌酸
性磷酸酶活性的差异 ,说明了不同基因型小麦在利用土壤有
机 P 和难溶性 P 方面具有明显的不同 ,这种不同有可能成为
快速有效筛选 P 高效基因型小麦的一个生理指标.
313 　磷酸酶定位
酸性磷酸酶是植物对缺 P 环境的一种适应性反应 ,但其
在根系的分泌部位尚不清楚. 由图 2 可以看出 ,绝大部分
图 1 　不同基因型小麦在低 P 条件下根系分泌的酸性磷酸酶活性
Fig. 1 Acid phosphatase activity of wheat genotypes at low2P supply.
A)京冬 5227 ,B) 81 (85) 523232323 ,C) 京核 90 鉴 31 ,D) 洛夫林 , E) 京
选偃 6 ,F) NC37 , T)烟中 144 ,H)代 108 ,I)冀 8724617 ,J ) Y034 , K) 京
411 ,L) 8602.
根表面都能分泌酸性磷酸酶 ,但从不同根段的横切面来看 ,
在成熟根段的细胞内或细胞间隙均未见黑色硫化铅沉积 ,说
明该酶的活性很低 ,而根尖 ,特别是在根尖表皮细胞甚至在
表皮与皮层之间的细胞间隙有大量黑色沉积物 ,表明酸性磷
酸酶在该位点的活性最高. 但通过定位很难发现不同基因型
小麦酸性磷酸酶活性的差异. 由此可见 ,小麦根系分泌酸性
磷酸酶活性的高低与根系表面积及根系的根尖数有关. 对
12 种基因型小麦的统计分析结果显示 (图 3) ,磷酸酶活性与
根表面积和根尖数 (原始数据 , n = 60) 之间呈显著的线性关
系 ( P < 0105) . 这说明小麦根系形态和生理特性对缺 P 环境
的反应是相辅相成的. 由图 3 可以说明 ,小麦根系分泌的碱
性磷酸酶的活性与根表面积及根尖数有关.
314 　酸性磷酸酶活性与 P 效率的关系
根系分泌的酸性磷酸酶活性与小麦的相对产量之间具
有一定的线性关系. 这种关系说明酸性磷酸酶与小麦在缺 P
条件下挖掘环境 P 的能力有关. 因此 ,小麦相对产量随着酸
性磷酸酶活性的提高而增加.
图 2 　小麦根系酸性磷酸酶定位
Fig. 2 Acid phosphatase location of roots of wheat genotypes.
A)表面定位 Surface location ,B)根尖定位 Location in tissue of root apex (81 (85) 5232323) .
083 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
图 3 　磷酸酶活性与根表面积和根尖数的关系
Fig. 3 Linear relationship between phosphatase activity and surface area
of roots ,and number of root apexes.
Ⅰ1 酸性磷酸酶 Acid phosphatase , Ⅱ1 碱性磷酸酶 Alkaline phos2
phatase.
4 　结 　　论
在缺 P 环境中 ,81 (85) 5232323 小麦的磷酸酶活性显著
高于 NC37. 12 种基因型小麦在缺 P 条件下完整根系分泌的
酸性磷酸酶活性之间均存在显著的基因型差异. 酸性磷酸酶
是由小麦根表皮细胞 ,特别是由根尖表皮细胞分泌的. 因此 ,
小麦完整根系分泌的磷酸酶活性与根表面积及根尖数之间
具有明显的线性关系 ,说明不同基因型小麦根系分泌的磷酸
酶活性差异与根系大小具有直接关系. 不同基因型小麦完整
根系分泌酸性磷酸酶的活性与相对产量呈正相关 ,说明完整
根系分泌的该酶活性有可能成为苗期有效筛选 P 高效小麦
的一个生理指标.
参考文献
1 　Ascencio J . 1994. Acid phosphatase as a diagnostic tool. Com m un
Soil Sci Plant A nal ,25 :1553～1564
2 　Ascencio J . 1996. Growth strategies and utilization of phosphorus in
Cajanus cajan (L . ) Millsp and Desmodium tort uosum (Sw. ) DC
under deficiency. Com m un Soil Sci Plant A nal ,27 :1971～1993
3 　Goldstein A ,Baeertlein DA , McDaniel RG. 1988. Phosphate star2
vation inducible metabolism in L ycopersicon esculent um I. Excre2
tion of acid phosphatase by tomato plants and suspension cultured
cells. Plant Physiol ,87 :711～715
4 Fernandez B and Ascencio J . 1994. Acid phosphatase activity in
bean and cowpea plants grown under phosphorus stress. J Plant
N ut r ,17 :229～241
5 　McLachlan KD. 1980. Acid phosphatase activity of intact roots and
phosphorus nutrition in plants. I. Assay conditions and phosphatase
activity. A ust J A gric Res ,31 :429～440
6 　Sachay J E ,Russell L W ,Johns MA. 1991. Phosphate stress response
in hydroponically grown maize. Plant Soil ,132 :85～95
7 　Sun H2G(孙海国) and Zhang F2S(张福锁) . 2002. Morphology of
wheat roots as affected by phosphorus deficiency. Chin J A ppl Ecol
(应用生态学报) ,13 (3) :295～299 (in Chinese)
8 　Tadano T and Sakai H. 1991. Secretion of acid phosphatase by the
roots of several crop species under phosphorus deficient conditions.
Soil Sci Plant N ut r ,37 :129～140
9 　Tennant D. 1975. A test of a modified line intersect method of esti2
mating root length. J Ecol ,63 :995～1001
10 　Yang J2S (杨景山) . 1990. Cytochemical and Cytobiological Tech2
niques. Beijing :Joint Press of Beijing Med. Univ. & Xiehe Med. U2
niv. 44～45 (in Chinese)
作者简介 　孙海国 ,男 ,1959 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事土壤和植物营养学研究 ,发表论文 20 余篇 ,专著 1 部. E2
mail :haiguosun @yahoo. com
1833 期 　　　　　　　　　　　　孙海国等 :缺 P 条件下的小麦根系酸性磷酸酶活性研究