全 文 ：Vol. 29 No.4
Dec. 2011
第 29 卷 第 4 期
2011 年 12 月
经 济 林 研 究
Nonwood Forest Research
光合菌对干旱胁迫下欧李幼苗膜质和
叶绿素荧光特性的影响
尹赜鹏 1，孙孟超 1，商志伟 1，马晓蕾 1，任 静 2，宋兴舜 1
(1. 东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2. 东北农业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)
摘 要：为了解光合菌 (PSB) 对欧李幼苗抗旱性的影响，以欧李为材料，研究了叶面喷施光合菌 (PSB) 对干旱
胁迫下幼苗叶绿素含量、叶绿素荧光特性和细胞膜伤害程度的影响。结果表明：干旱胁迫下欧李幼苗叶片的膜
系统受到了伤害，光合作用的原初反应和光能在 2 个光系统之间的分配发生了改变。叶面喷施 0.5×109 CFU/mL
和 2.0×109 CFU/mL PSB 有效缓解了干旱引起的细胞膜丙二醛的增加，进而保护了幼苗的膜系统。同时，0.5×109
CFU/mL 和 2.0×109 CFU/mL PSB 减轻了干旱胁迫下叶绿素的分解，有效缓解了干旱对类囊体膜和 PS Ⅱ反应中
心的伤害，增强了欧李幼苗对干旱胁迫的适应能力，其最适宜的浓度为 0.5×109 ～ 2.0×109 CFU/mL。但叶面喷
施 8.0×109 CFU/mL PSB 对欧李幼苗有一定的毒害作用。
关键词：欧李；光合菌；干旱胁迫；叶绿素荧光
中图分类号：S662.5 文献标识码： A 文章编号：1003—8981(2011)04—0041—05
Effects of photosynthetic bacteria on cell membrane and chlorophyll fl uorescence
characteristics in leaves of Chinese dwarf cherry seedlings under drought stress
YIN Ze-peng1, SUN Meng -chao1, SHANG Zhi-wei1, MA Xiao-lei1, REN Jing 2, SONG Xing-shun1
(1. College of Life Science, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang, China;
2. Northeast Agricultural University, Harbin 150040, Heilongjiang, China)
Abstract: In order to investigate the effects of photosynthetic bacteria (PSB) on drought resistance of Chinese dwarf
cherry (Cerasus humilis Bunge) seedlings under drought stress, effects of photosynthetic bacteria on chlorophyll content,
chlorophyll fl uorescence characteristic and cell membrane injury in leaves of Chinese dwarf cherry were studied under
drought stress by foliage spraying method. The results showed that the membrane system was damaged and the primary
reaction of photosynthesis and the distribution of absorbed light energy were changed under drought stress. Spraying
0.5×109 CFU/mL and 2.0×109 CFU/mL PSB on leaves of Chinese dwarf cherry relieved the content of MDA in leaves of
Chinese dwarf cherry to protect effectively the membrane system under drought stress. Meanwhile, 0.5×109 CFU/mL and
2.0×109 CFU/mL PSB decreased the decomposition of chlorophyll to alleviate the damage of thylakoid membranes and
PS Ⅱ reaction center under drought stress, and improved greatly the drought resistance. 0.5×109-2.0×109 CFU/mL PSB
were the optimal concentrations to spray on leaves of Chinese dwarf cherry under drought stress, but 8.0×109 CFU/mL
PSB would be toxic to Chinese dwarf cherry seedlings.
Key words: Chinese dwarf cherry; photosynthetic bacteria; drought stress; chlorophyll fl uorescence
收稿日期：2011-07-18
基金项目：国家自然科学基金项目 (30800876)；黑龙江省自然科学基金项目 (C201017)；中央高校基本科研业务费专项资金项目 (DL11EA01)；
东北林业大学青年拔尖人才支持计划 (YTTP-1011-09) 及研究生创新基金项目 (Gram09)。
作者简介：尹赜鹏 (1985—)，女，黑龙江齐齐哈尔人。博士研究生，主要从事植物逆境生理学及线粒体蛋白质组学方面的研究。E-mail: yl269@163.com。
通讯作者：宋兴舜 (1978—)，男，黑龙江讷河人。副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事林木抗逆生理与分子生物学方面的研究。
E-mail: sfandi@163.com。
DOI:10.14067/j.cnki.1003-8981.2011.04.011
42 第 4 期尹赜鹏，等：光合菌对干旱胁迫下欧李幼苗膜质和叶绿素荧光特性的影响
欧李 Cerasus humilis Bunge 是蔷薇科樱桃属的
矮生灌木，其经济价值极高，用途广泛。果肉可食，
仁可入药，茎可作饲料和编织材料，开发利用前
景非常广阔。果树在绿化美化环境、治理荒山沙
漠、防治水土流失方面具有特殊的效果，是干旱
地区生态环境建设中的先锋树种 [1-2]，被国家林业
局列为生态林优良树种。近年来笔者尝试将欧李
引种到东北乃至黑龙江南部 ( 哈尔滨 ) 地区。但在
研究过程中发现幼苗阶段的欧李植株对外界环境
的变化敏感，易受到干旱等胁迫的影响，而抑制
其正常的生长发育。因此，提高欧李幼苗的抗旱
能力就成为欧李引种过程中的关键。光合菌 (PSB)
是一种自然界中普遍存在的微生物，具有广泛的
应用价值，能够利用多种有机物作为碳和能量来
源进行光合作用。可以用于污水和生活用水的处
理 [3-4]，以及生活垃圾的降解 [5]。近年来，PSB 作
为一种液体肥料在农林生产上也已经得到了初步
的应用，在农作物和水果的产量研究上已见报道 [6-8]。
但是，目前未见有关 PSB 对欧李幼苗抗旱性影响
方面的研究报道。因此，笔者以不同浓度 PSB 处
理欧李幼苗，从幼苗叶绿素荧光特性和细胞膜伤
害程度等方面，探讨 PSB 对欧李幼苗抗旱性的影
响，旨在为提高欧李幼苗引种过程的抗旱能力提
供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为 2 年生欧李 Cerasus humilis 怀柔 -
汤河口品种，由北京市林业局种苗站提供。2009 年
初移栽到东北林业大学林木育种基地。盆栽，定植
于 30 cm×30 cm ×25 cm 的花盆中，每盆 1 株，培
养基质采用持水性较好的草炭土。试验于2010年4～
5 月在塑料大棚内进行，材料为 3 年生实生幼苗。
光合菌 (PSB) 由黑龙江省哈尔滨市鑫泉生物公
司提供。PSB 的培养条件参见文献 [8]。PSB 的浓
度采用最大计数法 (MPN) [9] 估算。
1.2 处理方法
幼苗移栽后，选取生长一致的幼苗作为试验
用苗，PSB 设 3 个浓度处理：0.5×109 CFU/mL、
2.0×109 CFU/mL 和 8.0×109 CFU/mL ( 分别记为
TR1、TR2 和 TR3)，于下午 4 点进行叶面喷施，
以喷施清水为对照 (CK)，正反面均匀喷施，喷至
叶片上溶液形成细雾状均匀小液珠为止，每处理 6
株。喷施 PSB 后，叶片表面水分自然蒸干，停止
供水自然干旱，以达到水分胁迫的效果。分别于
移栽后的第 1、11 和第 22 天进行各种生理指标的
测定，土壤相对含水量分别为 (85±5)%、(55±5)%
和 (35±5)%。
1.3 测定项目和方法
叶绿素含量采用美国生产 CCM-200 型叶绿素
仪测定，以叶绿素仪上的直接计数作为相对叶绿
素含量；叶绿素荧光指标采用便携式脉冲调制荧
光仪 FMS-2 (Hansatch 公司，英国 ) 于上午 9:00 ～
11:00 选择经过充分光照的倒数第 2 片完全展开叶
片进行测定，方法参照 Hu 等 [10]；丙二醛 (MDA)
含量采用硫代巴比妥酸 (TBA) 比色法测定；细胞
膜相对透性采用电导率仪 (DDS-11A)测定电导率，
以相对电导率来表示细胞膜相对透性 [11]。
1.4 数据处理和统计方法
运用 Original 和 SPSS 软件对试验数据进行统
计分析，图中数据为 3 次重复的平均值±标准差
(SE)，并采用单因素方差分析 (One-way ANOVA) 和
最小显著差异法 (LSD) 比较不同数据组间的差异。
2 结果与分析
2.1 PSB 对干旱胁迫下欧李幼苗叶片叶绿素含量
的影响
图 1 中结果显示，干旱明显降低了欧李叶片
叶绿素含量。干旱 11 d 后，TR1 和 TR2 叶绿素含
量下降比较缓慢，CK 和 TR3 的叶绿素含量明显
降低。干旱 22 d 时，TR1 和 TR2 叶绿素含量显著
图 1 PSB对干旱胁迫下欧李幼苗叶片叶绿素含量的影响
Fig. 1 Effect of PSB on chlorophyll content in leaves of
C. humilis seedlings under drought stress
43第 29 卷 经 济 林 研 究
高于 CK 和 TR3(P<0.01)，说明叶片喷施 PSB 可缓
解干旱引起的叶绿素含量的降低。但是，较高浓
度的 PSB(8.0×109 CFU/mL) 处理，没有起到保护
叶绿素的作用，可能高浓度的 PSB 对欧李幼苗有
一定的毒害作用。
2.2 PSB 对干旱胁迫下欧李幼苗叶片初始荧光 (Fo)
和最大荧光 (Fm) 的影响
Fo 和 Fm 分别表示 PS Ⅱ反应中心处于完全开放
状态和完全关闭状态时的叶绿素荧光产量。如图 2
所示，随着干旱的加剧，Fo 呈上升趋势，Fm 呈下降
趋势，说明干旱影响到了光合作用 PS Ⅱ反应中心。
干旱第 22 天，TR1 和 T R2 的叶片 Fo 值分别增加了
12.52% 和 4.64%，而 CK 的 Fo 值增加了 20.07%，
TR1 和 TR2 的 Fm 值分别降低了 29.95% 和 29.66%，
而 CK 的 Fm 值降低了 31.52%，说明较低浓度的
PSB(TR1和TR2)减缓了Fo 值的增加和Fm 值的降低。
图 2 PSB对干旱胁迫条件下欧李幼苗叶片初始荧光和最大荧光的影响
Fig. 2 Effects of PSB on minimal fluorescence and maximum fluorescence in leaves of C. humilis seedlings under drought stress
2.3 PSB 对干旱胁迫下欧李幼苗 PS Ⅱ最大光化学
效率 (Fv/Fm) 和电子传递速率 (RET) 的影响
Fv/Fm 和 RET 分别表示 PS Ⅱ对光能利用能力和
PS Ⅱ原初光能的捕获以及光合电子传输能力 [13]。如
图 3 所示，干旱降低了欧李叶片的 Fv/Fm 和 RET。
叶面喷施 PSB (TR1 和 TR2) 的幼苗在干旱下 Fv/Fm
和 RET 下降程度显著低于CK和 TR3。说明 0.5×109
CFU/mL 和 2.0×109 CFU/mL 的 PSB 在严重干旱
下对 PS Ⅱ反应中心具有一定的保护作用，能使欧
李幼苗叶片在干旱条件下保持较高的 PS Ⅱ光化学
效率，有利于维持 PS Ⅱ保持较高的电子传递速率，
从而提高其抗旱能力。
1d 11d 22d0.00
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
处理天数（ 天）stress days( d)
最
大
光
化
学
效
率
最
大
光
化
学
效
率
CK TR1 TR2 TR3
图 3 PSB对干旱胁迫条件下欧李幼苗叶片PSⅡ最大光化学效率和电子传递速率的影响
Fig. 3 Effects of PSB on maximum PSⅡphotochemical efficiency and the electron transport rate in leaves of
C. humilis seedlings under drought stress
44 第 4 期尹赜鹏，等：光合菌对干旱胁迫下欧李幼苗膜质和叶绿素荧光特性的影响
2.4 PSB 对干旱胁迫下欧李幼苗 PS Ⅱ光化学淬灭
系数 (qp) 和非光化学淬灭系数 (qN) 的影响
qp 和 qN 是叶绿素荧光淬灭的 2 种形式，二者
反映了 PS Ⅱ反应中心的开放程度和 PS Ⅱ的热耗散
情况。由图 4 可知，随着干旱的加剧，各处理的 qp
下降，qN 上升，表明干旱破坏了欧李叶片的光合电
子传输能力，光能用于光化学反应的比例降低，通
图 4 PSB对干旱胁迫条件下欧李幼苗PSⅡ光化学淬灭系数和非光化学淬灭系数的影响
Fig. 4 Effects of PSB on photochemical quenching and non-photochemical quenching in leaves of C. humilis seedlings under drought stress
图 5 不同浓度PSB对干旱胁迫下欧李幼苗叶片丙二醛(MDA)和相对电导率的影响
Fig. 5 Effects of PSB on MDA content and electrolytic leakage rate in leaves of C. humilis seedlings under drought stress
过热耗散形式散失的比例增加。干旱第 22 天，TR1
和 TR2 的 qp 均明显大于 CK，TR3 结果与 TR1 和
TR2 相反。说明 0.5×109 CFU/mL PSB 和 2.0×109
CFU/mL PSB 处理可以使欧李幼苗 PS Ⅱ原初电子
受体 QA 在干旱下处于较高的氧化态，增加 PS Ⅱ反
应中心的开放比例完善光能的利用，维持干旱时必
要的光合电子传递而增加对干旱胁迫的抵御能力。
2.5 PSB 对干旱胁迫下欧李幼苗丙二醛 (MDA) 和
电解质渗漏率的影响
干旱胁迫下的膜伤害与质膜透性的增加是干旱
伤害的本质之一。如图 5 所示，干旱明显增加了欧
李幼苗叶片 MDA 含量和细胞膜的相对透性。但是，
随着土壤含水率的进一步降低，TR1 和 TR2 的欧李
幼苗叶片 MDA 含量和细胞膜的相对透性增加比较
缓慢，而 CK 和 TR3 增加较快。干旱第 22 天，TR1
和 TR2 的 MDA 含量和细胞膜的相对透性显著低于
CK，特别是 TR2，分别低于 CK10.71% 和 12.48%，
TR3 的 MDA 含量显著高于 CK。表明浓度 0.5×109
CFU/mL 和 2.0×109 CFU/mL PSB 处理类似环境的驯
化作用，可以启动欧李幼苗的抗旱机制，显著降低干
旱引起的细胞膜的破坏，抑制膜脂的进一步过氧化，
维持干旱下细胞膜的稳定性。在干旱胁迫下，8.0×109
CFU/mL PSB 处理没有起到保护细胞膜的作用。
45第 29 卷 经 济 林 研 究
3 讨 论
干旱是影响植物光合作用的主要限制因素之
一，目前叶绿素荧光技术已经成为研究植物逆境
生理的重要手段 [12]。在先前的研究中发现，植株
在胁迫条件下可以启动组织水平及亚细胞水平活
性氧 (ROS) 的产生，ROS 的增加，尤其是 H2O2，
作为信号物质诱导了叶绿体、线粒体内的抗氧化
系统，以避免植株受到进一步的伤害 [13]。本试验
中结果表明，欧李幼苗经干旱胁迫后，MDA 含量
和细胞膜的透性增加，并且叶绿素含量和 PS Ⅱ原
初光能转化效率 (Fv/Fm) 明显下降，Fo 上升，说明
干旱破坏了欧李幼苗的膜脂稳定性，而丧失了保
护功能，影响到了欧李幼苗叶片捕光色素蛋白复
合体，进而影响到光系统 (PSⅠ和 PS Ⅱ )，从而降
低光合效率，这同大多数研究者的结果相同 [14-18]。
有研究结果表明，适宜浓度的 PSB 可以刺激植物
的生长，促进光合作用效率，并通过增加 SOD 和
APX 的活性来提高抗氧化能力，进而提高其对环
境胁迫带来的重度氧化胁迫的抵抗力 [8]。
本试验中喷施 0.5×109 CFU/mL 和 2 .0×109
CFU/mL PSB 后，可以有效保护干旱环境下欧李幼
苗叶片膜脂的稳定性，缓解干旱对欧李幼苗的伤
害 ( 见图 5 )，并且叶绿素含量、Fv/Fm、RET 和 qP
值均高于对照，说明一定浓度的 PSB (0.5×109 ～
2.0×109 CFU/mL ) 可以有效减轻干旱对 PS Ⅱ反应
中心的伤害，增加 PS Ⅱ反应中心的开放比例，减
少因热耗散损失的光能，以增强欧李幼苗对干旱
胁迫的抵抗能力，并且浓度 2.0×109 CFU/mL PSB
的施用效果优于 0.5×109 CFU/mL。当 PSB 浓度
达到 8.0×109 CFU/mL 时，幼苗叶片叶绿素含量下
降，植株叶片表面泛黄，丙二醛含量和相对电导
率升高，Fv /Fm和RET值明显低于对照，说明8.0×109
CFU/mL PSB 使欧李叶片的类囊体和 PS Ⅱ反应中
心受到了严重损伤，抗逆性减弱，这与 Nawaz K [18]
应用于玉米的研究结果类似。
综 上 所 述， 一 定 浓 度 的 PSB (0.5×109 ～
2.0×109 CFU/mL ) 可以有效缓解干旱胁迫对欧李
幼苗膜系统和 PS Ⅱ反应中心活性的伤害，但当
PSB 浓度达到 8.0×109 CFU/mL 时，反而加重干
旱胁迫的氧化伤害。有关 PSB 在植物抗干旱方面
的作用机理还有待更进一步的研究。
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[ 本文编校：闻 丽 ]