全 文 ：浙 江 林 学 院 学 报　2008, 25(2):181-185
JournalofZhejiangForestryColege
接种根瘤菌的台湾相思对干旱胁迫的生化响应
曾小红1, 2 , 伍建榕 1 , 马焕成1
(1.西南林学院 西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室 , 云南 昆明 650224;
2.中国热带农业科学院 科技信息研究所 , 海南 儋州 571737)
收稿日期:2007-03-09;修回日期:2007-07-10
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30760199);云南省自然科学基金资助项目(2003C0051M);云南省重点
学科建设项目(森林培育学);云南省省院省校合作项目(森林培育学)
作者简介:曾小红 , 硕士研究生 , 从事植物生理生态学等研究。 E-mail:zxsummer0881@163.com。通信作者:马
焕成 , 教授 , 博士 , 博士生导师 , 从事困难地段的生态恢复与生物质能源林培育研究。 E-mail:hcma
@public.km.yn
摘要:运用 PEG-6000高渗溶液模拟干旱胁迫实验 , 测定台湾相思 Acaciarichii接种不同根瘤菌后体内部分生化物质的
变化趋势 , 并探讨接种不同根瘤菌后对体内游离脯氨酸 、 可溶性糖和叶绿素积累的影响 , 从而为筛选更有利于台湾相
思在干旱环境下生存的根瘤菌提供支持。结果表明 , 在一定时间内 , 接种不同根瘤菌均能提高代谢物质的累积 , 但从
不同寄主分离得到的根瘤菌其作用有一定的差异。在分离自白灰毛豆 Tephrosiacandida(菌株 SMD)、 银合欢 Leucaena
leucocephala(菌株 YHH)、 台湾相思(菌株 TWXS)的根瘤菌中 , 接种 SMD更能促进台湾相思体内游离脯氨酸等代谢物
质的累积。代谢物质的累积是台湾相思接种根瘤菌后对干旱胁迫的适应性表现 , 来自白灰毛豆的根瘤菌对促进相思苗
木在干旱环境中的抗逆性具有更大的潜力。表 3参 16
关键词:植物学;干旱胁迫;台湾相思;根瘤菌;脯氨酸;可溶性糖;叶绿素
中图分类号:S718.3;Q945.79　　　文献标志码:A 文章编号:1000-5692(2008)02-0181-05
BiochemicalresponseofdroughtstressedAcaciarichii
seedlingsinoculatedwithrhizobia
ZENGXiao-hong1, 2 , WUJian-rong1 , MAHuan-cheng1
(1.KeyLaboratoryofBiodiversityConservationinSouthwestofChinaStateForestryAdministration, Southwest
ForestryCollege, Kunming650224, Yunnan, China;2.Tech-SciInformationResearchInstituteofChinese
AcademyofTropicalAgriculturalSciences, Danzhou571737, Hainan, China)
Abstract:TodetermineifinadroughtenvironmenttherewasanadaptationforAcaciarichiduetorhizobia,
thisexperimentanalyzedtheaccumulationofmetabolites, suchasproline, solublesugar, andchlorophyl,
afterinoculationwithSMDrhizobiaseparatedfromTephrosiacandida, YHHfromLeucaenaleucocephalaand
TWXSfromA.richiunderartificialdroughtconditionsinaPEG-6000 solution.ThecontentsofPEG-6000
were0 (control), 0.010, 0.025 and0.037 respectively.Resultsshowedthatdiferentrhizobiaincreased
metaboliteaccumulationindroughtconditions, buttherewerediferentlevelsofaccumulationdependingon
rhizobiastrains.TherhizobiaSMDhadastrongerpotentialtopromoteseedlingresistanceinadrought
environmentthanrhizobiaYHHandTWXS.Thus, itisadvantageoustochooserhizobiatopromotegrowthof
A.richiindroughtconditions.[ Ch, 3tab.16 ref.]
Keywords:botany;droughtstres;Acaciarichi;rhizobia;proline;solublesugar;chlorophyl
台湾相思 Acaciarichi是多年生的豆科 Leguminosae木本植物 , 生长快 , 耐瘠薄 , 有根瘤 , 具有固
氮作用 , 可改良土壤 , 且木材用途广等特性 , 是荒山荒地造林的先锋树种 , 已逐渐成为西部干热河谷
地区的主要造林树种 [ 1, 2] 。干热河谷地带由于其干旱 、高温 、土壤等立地条件的限制 , 决定了在该地
区的造林工作的特殊性和艰巨性。除了在树种的引种栽培上尽量做到适种适树 , 而且对与之共生的根
瘤菌的应用也需筛选适合该地区生态特点的抗逆性强的根瘤菌株 。文章从根瘤菌和树种相结合的角
度 , 探讨在干旱条件下 , 接种不同根瘤菌的台湾相思 , 在受到干旱胁迫时体内游离脯氨酸 、可溶性糖
和叶绿素等生化物质的变化及与抗旱性的关系 , 以期为干热河谷地带的植树造林筛选出适合的根瘤菌
菌株。
1　材料与方法
1.1　方法
1.1.1　苗木培育　挑选子粒饱满的台湾相思种子 , 在体积分数为 75%乙醇中消毒 1 min, 然后均匀
播种在盛有土壤(红土∶腐殖土 =3∶1, 并用体积分数为 36%的甲醛灭菌)的塑料花盆内。每盆保留 5
株生长良好 , 长势一致幼苗。整个育苗期不施肥。
1.1.2　根瘤菌的培养及苗木接种　接种的各根瘤菌菌液为前期野外采集根瘤 , 在实验室内经分离 、
培养并回接验证的根瘤菌纯菌株 , 经活化培养后使用。 3种菌 SMD, YHH和 TWXS分别分离自白灰
毛豆 Tephrosiacandida, 银合欢 Leucaenaleucocephala和台湾相思。根瘤菌接入 YMA(酵母汁甘露醇琼
脂)平板培养基 , 在 28 ℃培养 5d, 刮下菌体 , 在摇床上震荡制成菌液 , 将菌液浇在长出真叶的种子
周围 , 每个菌株接种 3盆(3个重复)。每天定时浇水 , 每隔 15 d浇 1次无氮营养液 , 隔 30 d追加 1
次根瘤菌菌液 , 直到苗木根部长出根瘤。同时培养不接种根瘤菌的苗木 , 作为接种有根瘤菌苗木的对
照组(对照)。对照组在干旱胁迫过程中不浇水 。
1.1.3　对苗木进行干旱胁迫　实验用苗木 2005年于昆明的旱季 3 ～ 7月在西南林学院校内塑料大棚
内进行 , 不受外界降水的影响 , 棚内日平均温度 30 ℃。至 7月底 , 当嫩枝条长到 20 ～ 50cm, 接种
根瘤菌的小苗长出根瘤时 , 选取长势一致苗木用于实验 。本实验采用 PEG-6000人工模拟干旱胁迫。
将 PEG(聚乙二醇)配置成 0, 10, 25, 37g·L-1 4种质量浓度 , 渗透势分别为 0, -15.90, -77.38,
-159.00Pa[ 3] , 每个质量浓度设 3个重复 。用上述质量浓度 PEG溶液将盆栽的各苗木浇至过饱和 ,
参考马焕成对胡杨 Populuseuphratica渗透势试验方法 [ 4]进行 。
1.1.4　生化指标的测定　在处理后的第 1, 3 , 5, 7天早晨取叶龄相似叶片 , 测定叶片脯氨酸 、可溶
性糖及叶绿素 , 各生化指标测定试验均设 3个重复 。脯氨酸参照张殿忠等 [ 5]的方法 , 用 722分光光度
计在 550nm比色测定 。可溶性糖用蒽酮比色法测定[ 6] , 用 722分光光度计在 630 nm比色测定 。叶绿
素参照文献 [ 4]的方法测定 。
2　结果与分析
2.1　PEG胁迫后台湾相思苗木的观察
在不同质量浓度 PEG溶液中 , 台湾相思幼苗在 2 d内 , 其叶片多数保持新鲜状态 , 部分出现萎
蔫 。第 3天开始 , 随时间的增加 , 叶片萎蔫逐渐增加。但没有因 PEG质量浓度的增加而萎蔫度也增
加 。对照组幼苗叶片 , 随时间增加萎蔫也逐渐增加 。
2.2　干旱胁迫对接种根瘤菌的台湾相思叶片脯氨酸质量分数的影响
从表 1可以看出 , 台湾相思幼苗接种不同豆科树种根瘤菌后 , 在日平均温度 30 ℃, PEG质量浓
度为 0, 10, 25, 37 g·L-1不同渗透胁迫条件下 , 不同时间内 , 脯氨酸出现不同程度的积累 。在同等
渗透胁迫条件下 , 随时间增加 , 脯氨酸累积增多;而在相同时间内 , 脯氨酸的累积和渗透胁迫的强度
并不成正相关。在 PEG质量浓度为 25g·L-1 , 第 3天时 , 游离脯氨酸累积最多 , 其中以接种 SMD菌
株的脯氨酸累积最多 , 为 1.965mg·g-1。但随时间延长 , 植物体内脯氨酸下降 , 叶片萎蔫 , 说明逐
步脱水使苗木已不能承受干旱胁迫造成的威胁 。
接种 YHH菌株的台湾相思在不同渗透胁迫下 , 脯氨酸均随胁迫时间的延长而增加 , 在第 3天时 ,
分别比第 1天增长 58.02%, 390.20%, 165.76%和 110.80%;5 d后脯氨酸下降;第 7天时大部分
叶片萎蔫。而接种 SMD和 TWXS的苗木叶片 , PEG处理后第 1, 3天 , 25g·L-1浓度下 , 游离脯氨酸
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积累程度比质量浓度 10和 37 g·L-1 , 高出近 3倍的量 (第 1天分别为 260.78%, 318.18%及
325.92%, 275.19%;第 3天分别为 280.81%, 427.22%及 56.80%, 85.49%)。而后 , 随时间延长
脯氨酸累积减少或叶片萎蔫。这说明台湾相思因逐渐失水而对干热高温的胁迫不能再进行自我调节 。
在 10 g·L-1PEG质量浓度下 , 接种 SMD的台湾相思与接种 YHH和 TWXS的相比 , 其叶片脯氨
酸的累积在第 1天(0.204mg·g-1)、 第 3天(0.516mg·g-1)较低(YHH分别为 0.298mg·g-1 , 1.411
mg·g-1 , TWXS分别为 0.355 mg·g-1 , 1.125mg·g-1), 但当胁迫时间到第 5天时 , 游离脯氨酸回
升达到 1.425 mg·g-1。在 25 g·L-1PEG质量浓度时 , 接种 TWXS的叶片从开始就含有较多脯氨酸
(1.512 mg·g-1), 但在第 5天叶片萎蔫;而接种其他菌种的叶片在胁迫到第 7天才出现萎蔫。质量
浓度为 37 g·L-1时 , 接种 SMD的脯氨酸为 1.348 mg·g-1 , 而接种 TWXS和 YHH的苗木已出现萎蔫。
这说明 , 接种 SMD菌种后 , 台湾相思幼苗更容易积累游离脯氨酸 , 更能调节自身代谢物质 , 从而适
应高温干旱的环境条件。
2.3　干旱胁迫对接种根瘤菌的台湾相思叶片可溶性糖质量分数的影响
从表 2可看出 , 随 PEG处理时间的延长 , 干旱胁迫的加剧 , 无论接种何种根瘤菌 , 幼苗叶片的
可溶性糖均出现明显累积现象 。接种不同根瘤菌的幼苗在 10 g·L-1PEG质量浓度下 , 可溶性糖累积
均是先下降后上升 , 在第 5天或第 7天达到至高 , 随后叶片萎蔫。在 25 g·L-1PEG质量浓度下 , 接
种 SMD和 TWXS的叶片 , 可溶性糖的累积从开始就上升至叶片萎蔫 , 而接种 YHH的叶片 , 稍有下降
后再上升至叶片萎蔫 。在 37 g·L-1质量浓度下 , 各叶片可溶性糖的累积程度和 25 g·L-1质量浓度时
相差不大 , 只有接种 TWXS的叶片出现先下降再上升至叶片萎蔫 , 而接种 YHH的叶片反而一直升高
表 1　台湾相思接种不同的根瘤菌后叶片
脯氨酸质量分数的变化
Table1　ThechangeofprolinecontentofAcaciarichi
　　leavesinoculatedwithdiferentrhizobia
苗木
PEG质量
浓度 /
(g·mL-1)
不同胁迫时间脯氨素质量分数 /
(mg·g-1)
1 d 3 d 5 d 7d
对照(不接菌)
接种 SMD
接种 YHH
接种 TWXS
0.255 0.470 1.691 W
0 0.262 0.414 0.290＊＊ 0.358
10 0.204 0.516 1.425 1.055
25 0.736＊＊ 1.965＊＊ 1.069＊ W
37 0.176 0.371 0.748＊＊ 1.348
0 0.170 0.194 0.582＊＊ W
10 0.298 1.411＊＊ 1.069＊ 0.916
25 0.221 1.621＊＊ 1.384 W
37 0.356 1.509＊＊ 1.850 W
0 0.318 0.490 0.489＊＊ W
10 0.355 1.125＊ 0.309＊＊ 0.963
25 1.512＊＊ 1.764＊＊ W —
37 0.403 0.951＊ 1.668 W
　　说明:＊示各处理与对照差异显著(P<0.50);＊＊示处
理与对照差异极显著(P<0.01);W示叶片萎蔫。
表中数据为 3次重复的平均值。
表 2　台湾相思接种不同根瘤菌后叶片
可溶性糖质量分数的变化
Table2　ThechangeofsolublesugarcontentofAcaciarichi
leavesinoculatedwithdiferentrhizobia
苗木
PEG质量
浓度 /
(g·mL-1)
不同胁迫时间可溶性糖质量分数 /
(mg·g-1)
1d 3d 5 d 7 d
对照(不接菌)
接种 SMD
接种 YHH
接种 TWXS
14.215 30.685 54.679 14.215
0 13.887 15.496＊＊14.120＊＊28.756
10 23.635＊＊19.855＊＊66.545 W
25 16.741 21.270 40.591 W
37 17.168 28.892 53.801 64.235
0 15.601 12.993＊＊31.350＊ W
10 20.756＊ 13.787＊＊45.928＊ 43.578
25 25.369＊＊23.256＊ 36.359＊ W
37 23.394＊ 25.563＊ W -
0 14.385＊＊25.256＊ 32.890＊ W
10 25.516＊＊16.921＊＊30.856＊ 55.545
25 27.767＊＊28.003 W -
37 19.503＊ 17.736＊＊59.417＊ W
　　说明:＊示各处理与对照差异显著(P<0.5);＊＊示处
理与对照差异极显著(P<0.01);W示叶片萎蔫。
表中数据为 3次重复的平均值。
　
183　第 25卷第 2期 曾小红等:接种根瘤菌的台湾相思对干旱胁迫的生化响应 　
至萎蔫 。
总体看来 , 接种 SMD的台湾相思其可溶性糖累积得最多;在第 5天时可溶性糖的积累在不同渗
透条件下分别比第 1天增长 1.68%, 181.55%, 142.46%, 213.38%, 接种 TWXS的次之 , 分别增长
128.64%, 20.93%, 萎蔫和 204.66%。累积得最少的是接种 YHH的相思叶片 , 增长分别为
100.95%, 121.28%, 43.32%和萎蔫 。在同样渗透胁迫下 , 接种 SMD的台湾相思 , 其叶片积累的可
溶性糖比接种其他根瘤菌的要快要高。即 SMD相较于 YHH和 TWXS两种根瘤菌 , 在一定程度上更能
提高台湾相思体内可溶性糖的累积。
2.4　干旱胁迫对接种根瘤菌的台湾相思叶片叶绿素质量分数的影响
表 3　台湾相思接种不同根瘤菌后叶片　　
叶绿素质量分数的变化　　　　　　
Table3　ThechangeofchlorophylcontentofAcaciarichi　　
leavesinoculatedwithdiferentrhizobia　　　　　　
苗木
PEG质量
浓度 /
(g·mL-1)
不同胁迫时间叶绿素质量分数 /
(mg·g-1)
1 d 3 d 5 d 7d
对照(不接菌)
接种 SMD
接种 YHH
接种 TWXS
3.192 2.454 2.415 W
0 2.861 4.172＊＊ 4.072＊＊ 2.833
10 2.618＊＊ 3.795＊＊ 2.888 2.920
25 3.680＊＊ 4.436＊＊ 4.125＊＊ W
37 2.517＊ 2.954 2.966 2.199
0 3.021 4.332＊＊ 3.921＊＊ 4.144
10 2.632＊＊ 4.826＊＊ 3.542＊ 3.403
25 2.834＊＊ 4.333＊＊ 3.542＊ W
37 2.848＊＊ 5.004＊＊ 3.922＊＊ W
0 2.936 4.650＊ 4.560 W
10 2.578＊＊ 4.593＊＊ 3.536＊ 3.468
25 4.034＊ 3.925＊＊ W W
37 3.058＊ 5.108＊＊ 4.043＊＊ W
　　说明:＊示各处理与对照差异显著(P<0.5);＊＊示处理
与对照差异极显著(P<0.01);W示叶片萎蔫。
表中数据为 3次重复的平均值。
　　从表 3可以看出 , 台湾相思在接种不同根
瘤菌后 , 其叶片中叶绿素质量分数的变化均是
先达到一个高峰值(第 3天)再逐渐下降。接
种 TWXS的叶片 , 在 25 g·L-1PEG质量浓度
下 , 叶绿素质量分数仅下降 2.7%就出现萎
蔫 。而接种 SMD和 YHH2种菌的叶片 , 叶绿
素(分别为 4.436, 4.333mg·g-1)均比对照高
(分别为 3.680, 2.834 mg·g-1)。在干旱条件
下 , 干旱使植物叶片叶绿素质量分数有明显的
降低[ 7] , 但在本次试验中 , 叶片叶绿素含量
并没有开始就出现降低现象 , 而是先上升到一
个高峰点后再缓慢下降。
在试验过程中 , 干旱胁迫开始时叶绿素质
量分数的提高并不比没有接种的叶片叶绿素明
显;当进行到第 3天时 , 未接种根瘤菌的苗木
叶绿素开始下降(第1天为 3.192 mg·g-1 , 第
3天为 2.454 mg·g-1), 而接种根瘤菌其叶绿
素反而提高(除接种 TWXS的苗木在 10 g·L-1
PEG质量浓度有所下降), 提高 17.36% ～
78.16%。到第 7天时 , 未接种的叶片出现萎
蔫 , 而接种根瘤菌的部分叶片未萎蔫 。
3　讨论
在水分胁迫下植物体干物质的增加 , 糖分
的积累是植物适应干旱环境的部分特征 [ 8] 。
这不仅能提高树木忍耐脱水的能力 , 而且 , 在干旱条件下细胞内溶质的主动积累 , 可导致细胞渗透势
的下降 , 维持膨压 , 加强渗透调节 , 提高在干旱条件下植物吸水的能力[ 9, 10] 。可溶性糖的积累可能源
于水分胁迫促使呼吸速度显著上升 , 促成多糖的分解速率加快[ 11] 。 Hakimi等[ 12]研究指出叶片中可溶
性糖的质量分数与胁迫程度呈正相关 。
从本次实验结果可以看出 , 接种不同根瘤菌的苗木 , 在干旱胁迫过程中 , 游离脯氨酸等的质量分
数没有一直呈上升趋势 , 而是出现了一个高峰后开始降低 。这一结果与前人在小麦 Triticum
sestivum[ 13] , 大麦 Hordeumvulgare[ 7] , 苜蓿 Medicagosp.[ 14]等植物上所得到的结果一致。因此 , 可以
认为游离脯氨酸等是台湾相思接种不同根瘤菌后 , 受到不同渗透胁迫下对干旱的一种调节方式 。将分
离自金沙江干热河谷的根瘤菌接种在同一树种苗木上 , 结果表明 , 接种根瘤菌后能显著影响苗木体内
游离脯氨酸和可溶性糖的质量分数。在分离白灰毛豆 、 银合欢和台湾相思等 3种豆科树种的根瘤菌
184 浙 江 林 学 院 学 报　　　　　　　　　　　　　　　2008年 4月　
中 , 接种 SMD的台湾相思苗木 , 比接种 YHH和 TWXS的 , 其游离脯氨酸 、 可溶性糖等更容易累积。
由于在高温 、干旱等不利植物生长的环境条件下分离到的根瘤菌菌株本身就具有较强的抗逆性[ 15, 16] ,
这就有可能表明将分离自该环境下的根瘤菌接种到苗木上 , 由于根瘤菌—豆科树种的共生作用 , 从而
促进苗木对不利环境的抗逆性 。
在选择促进有利于台湾相思苗木抗性育种的根瘤菌菌株中 , 研究分析认为 , 分离自白灰毛豆的根
瘤菌(SMD)对促进相思苗木在干旱环境中的抗逆性更具有潜力。
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