全 文 ：基金项目 国家自然科学基金项目(30560025);江西省自然科学基金
项目(0630090)资助。
作者简介 曾建忠(1968-),男,江西吉安人,讲师,从事植物生理学研究。
收稿日期 2007!09!14
大多生长在酸性土壤中的植物常常发生铝中毒[1-3]。研
究植物对铝胁迫的生理生化反应以及植物的抗铝机制,筛
选抗铝性强的植物,对森林和农业生态系统的保护以及受损
环境的生物修复都具有重要意义[4-6]。蛇莓(Duchesneaindica)
是蔷薇科龙吐珠属多年生草本植物,在我国辽宁以南地区
广泛分布,尤其在我国南方酸性红壤上生长良好,常形成大
片强势群落[7]。蛇莓是一种开发价值很高的资源植物,广泛
应用于药物、食物以及工业领域[7],且其具有较高的观赏价
值,非常适合种植在城市路旁和公园草坪边。为此,笔者以
蛇莓为材料,探讨其对铝胁迫的生理生化响应,旨在进一步
揭示铝毒和植物之间的关系,并为筛选抗铝性较强的野生
植物提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料 以野生蛇莓为材料。选择生长良好且大小、长
势基本一致,不带匍匐茎,当年生的蛇莓为种苗。采用砂培
法进行培养,选用经消毒、蒸馏水浸泡和烘干的细沙为培养
基质。
1.2 方法 所选种苗移栽入盆后,按照常规管理方法对其
进行管理,成活后每天在培养基质中浇灌 Hoagland完全营
养液,以补充基质中植物所需营养。在种苗生长良好之后再
分别进行铝处理。铝以分析纯的AlCl3·6H2O溶液加入,共设
5个处理,浓度分别为:0(CK)、50、200、400、800mg/L,3个
重复。分别在铝处理后第 20、40、60天,取植株叶片测叶绿
素、丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量;取根测电导率
和根系活力。叶绿素含量采用混合提取法测定,以 mg/gFW
表示[8-9];MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定[8],用
μmol/gFW表示;Pro含量采用酸性茚三酮法测定[8],用μg/gFW
表示;根电导率采用电导仪法测定[9],用 μs/cm表示;根系活
力用 TTC法测定,用 μgTTF/(gFW·h)表示[8-9]。所有数据用
SPSS软件包进行统计分析和作图。
2 结果与分析
2.1 铝胁迫对蛇莓叶绿素含量的影响(表 1) 由表 1可
知,在铝处理初期,随铝浓度升高,蛇莓叶绿素含量呈先增
后降的趋势。铝浓度为 0～200mg/L时逐渐升高;当铝浓度
继续升高时,叶绿素含量显著降低。而在铝处理后期,蛇莓
叶绿素含量则随铝浓度的升高而显著降低。在同一处理中,
蛇莓叶绿素含量随铝处理时间延长,叶绿素含量逐渐下降;
处理60d后,叶绿素含量均显著低于处理40d以前的叶绿
素含量。
蛇莓对铝胁迫的生理响应
曾建忠,李晓红,李 耀,林 柳,龙婉婉 (井冈山学院生命科学学院,江西吉安 343009)
摘要 [目的]揭示铝毒和植物之间的关系,为筛选抗铝性强的野生植物提供理论基础。[方法]用0、50、200、400、800mg/L的铝溶液处
理沙培条件下的野生蛇莓,研究蛇莓对铝胁迫的生理生化响应。[结果]0～200mg/L铝时,叶绿素含量升高,铝浓度继续升高,叶绿素含
量显著降低。同一浓度时蛇莓叶绿素含量随铝处理时间延长而下降。随着铝浓度升高和处理时间延长,蛇莓MDA和游离脯氨酸含量
持续上升。随着铝浓度升高,蛇莓根电导率先降低后升高。随着铝浓度升高或处理时间延长,蛇莓根系活力逐渐降低,处理60d时,50
mg/L铝处理的根系活力与对照的差异显著。[结论]铝浓度和处理时间对蛇莓生理生化特性都有显著影响。随着铝浓度升高,蛇莓
MDA、Pro含量显著升高,叶绿素含量先升高后降低,根电导率先降低后升高。
关键词 铝胁迫;根系活力;叶绿素含量;丙二醛;蛇莓
中图分类号 Q945.78 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)02-00426-03
PhysiologicalResponseofDuchesneaindicatoAluminumStress
ZENGJian!zhongetal(ColegeofLifeSciences,JinggangshanUniversity,Jian,Jiangxi343009)
Abstract [Objective]Theaimofthestudywastorevealtherelationshipbetweenaluminumtoxicityandplantsoastoprovidetheoreticalbase
forscreeningwildplantswithstrongaluminumresistance.[Method]ThewildDuchesneaindicaundersandcultureconditionweretreatedwith0,
50,200,400and800mg/LaluminumsolutionstostudythephysiologicalandbiochemicalresponsesofD.indicatoaluminumstress.[Result]
Whenaluminumconcentrationwas0～200mg/L,thechlorophylcontentincreased;Whilealuminumconcentrationincreasedcontinuously,the
chlorophylcontentdecreasedsignificantly.Underthesameconcentration,thechlorophylcontentinD.indicadecreasedalongwiththe
extendingoftreatmenttimewithaluminum.Alongwiththeincrementofaluminumconcentrationandtheextendingoftreatmenttime,theMDA
andfreeprolinecontentsinD.indicaincreasedcontinuously.Alongwiththeincrementofaluminumconcentration,theelectricalconductivityin
rootofD.indicafirstdecreasedandthenincreased.Alongwiththeincrementofaluminumconcentrationortheextendingoftreatmenttime,the
rootvitalityofD.indicadecreasedgradualy.Whenthetreatmentlastedfor60h,therootvitalityintreatmentwith50mg/Laluminumhad
significantdiferencefromCK.[Conclusion]Bothaluminumconcentrationandtreatmenttimehadsignificantefectsonthephysiologicaland
biochemicalpropertiesofD.indica.Alongwiththeincrementofaluminumconcentration,theMDAandProcontentsinD.indicaincreased
significantly,thechlorophylcontentfirstincreasedandthendecreasedandtheelectricalconductivityinrootfirstdecreasedandthenincreased.
Keywords Aluminumstress;Rootvitality;Chlorophylcontent;Malondialdehyde;Duchesneaindica
铝处理浓度∥mg/L
Aluminumconcentration
处理后天数∥dDaysaftertreatment
20 40 60
0 1.592±0.012a1.565±0.033a1.582±0.032a
50 1.613±0.007a1.598±0.034a1.491±0.020b
200 1.698±0.022a1.600±0.031a1.493±0.025b
400 1.603±0.004a1.586±0.033a1.481±0.027b
800 1.484±0.012c1.459±0.032b1.360±0.025c
注:同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05);表中数据为平均
值±标准误。
Note:Diferentletersstandforsignificantdiferencesinthesamerow
(P<0.05);Datainthetablemeanaveragevalueplusorminus
standarderor.
表1 铝胁迫对蛇莓叶绿素含量的影响
Table1 Efectofaluminumstressoncontentofchlorophylin
mockstrawberry mg/gFW
安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(2):426-428 责任编辑 姜 丽 责任校对 王 淼
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.02.005
2.2 铝胁迫对蛇莓MDA含量的影响(图1) 由图1可知,
随铝浓度升高,蛇莓MDA含量持续上升。处理后20d,400、
800mg/L铝处理即可使蛇莓 MDA含量显著高于其他处理
(P<0.01)。随处理时间的延长,蛇莓 MDA含量与对照间差
异更为显著。
2.3 铝胁迫对 Pro含量的影响(图 2) 由图 2可知,随着
铝浓度的升高,蛇莓 Pro含量显著增加。高浓度铝(400、800
mg/L)处理下,蛇莓 Pro含量极显著升高。随处理时间延长,
蛇莓Pro含量也显著增加。
2.4 铝胁迫对蛇莓根电导率的影响(图 3) 由图 3可知,
随着铝浓度升高,蛇莓根电导率先是降低后又升高。中低浓
度(50、200mg/L)铝处理下蛇莓根电导率下降,特别是 200
mg/L铝处理其根电导率较对照显著降低;而高浓度(400、
800mg/L)的铝处理下蛇莓根电导率显著升高(P<0.05)。
2.5 铝胁迫对蛇莓根系活力的影响(图4) 由图 4可知,
随着铝处理浓度的升高或处理时间的延长,蛇莓根系活力
逐渐降低。不同处理天数 800mg/L铝处理与对照的差异都
达到极显著水平(P<0.01)。当处理时间达到60d时,50mg/L
铝处理也可引起根系活力与对照间的显著差异(P<0.05)。
3 结论与讨论
MDA是细胞质膜不饱和脂肪酸过氧化的产物,是植物细
胞膜脂过氧化的一个重要指标[10],能与细胞内各种成分发
生反应,从而导致蛋白质、核酸和膜脂分子等的氧化破坏[11-12],
叶细胞内 MDA含量越高,表明细胞膜受伤害程度越大[13]。
Pro是植物在盐渍、干旱等逆境胁迫下所诱发的一种生理
生化反应,是植物体在逆境胁迫下产生的一种非酶保护体
系[13]。Pro在细胞内的积累对于降低细胞内溶质的渗透势,
均衡原生质体内外的渗透强度,维持细胞内酶正常的结构
和构象,减少细胞内可溶性蛋白的沉淀等都具有重要的意
义[14]。但也有人认为环境胁迫下植物体积累Pro不具有适应
意义[15-17],甚至有人认为它是一种伤害反应[18]。植物根电导
率的变化间接反应了根细胞质膜透性的变化,可以衡量植
物对铝毒的抵御能力[13]。该试验结果表明,随铝浓度升高,
蛇莓MDA、Pro含量以及根电导率均显著升高;叶绿素含量
则出现先升后降的趋势。这说明,铝已影响到了蛇莓叶细胞
膜的稳定,随着外界铝浓度的增加,蛇莓叶细胞膜结构也
会被严重破坏;同时铝离子也可诱导蛇莓产生大量的 Pro
以保持其内部稳定[5]。虽然蛇莓在酸性红壤地区可以生长良
好,但较高的铝浓度(如该研究中的 800mg/L)明显不利于
其生长发育,有关蛇莓耐铝的分子机制还有待于进一步研究。
参考文献
[1]赵福庚,何龙飞,罗庆云.植物逆境生理生态学[M].北京:化学工业
出版社,2004:154.
[2]刘鹏,应小芳,徐根娣.大豆对铝抗逆性的研究[J].农业环境科学学
报,2004,23(4):649-652.
[3]胡彦,何虎翼,何龙飞.高等植物铝胁迫研究新进展[J].文山师范高
等专科学校学报,2006,19(1):74-78.
[4]朱雪竹,董斌,桑伟莲,等.铝对小麦的毒性及小麦抗铝机理[J].环境
科学,2001,22(4):21-36.
[5]刘鹏,YANGYS,徐根娣,等.南方 4种草本植物对铝胁迫生理响
应的研究[J].植物生态学报,2005,29(4):644-651.
[6]孔繁翔,桑伟莲,蒋新,等.铝对植物毒害及植物抗铝作用机理[J].生
态学报,2000,20(5):855-862.
[7]祝丽香.蛇莓[J].植物杂志,2004(1):12.
[8]张志良,瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].3版.北京:高等教育出版
曾建忠等 蛇莓对铝胁迫的生理响应36卷2期 427
(上接第409页)
影响提取效率。因此,最适提取时间为2h。
2.2.6 提取次数对提取效果的影响(图 6)。由图 6可知,提
取次数越多,累计提取率越高,但提高幅度明显降低,第 4
次的提取量非常低。因此,只需提取3次。
2.3 正交试验结果(表 2) 由表 2可知,影响原花青素提
取效果的因素主次顺序为:乙醇浓度>提取温度>提取时间>
料液比。最佳条件为 A2B3C2D2,即加入 12倍于原料的浓度
60%乙醇,在 60℃温度下提取 3次,每次提取时间为 2h,
按最佳条件提取 3次,野生毛葡萄籽中原花青素的平均提
取率最高,为5.75%。
3 结论与讨论
该试验结果表明,采用热回流方法提取,以乙醇为提取
溶剂,野生毛葡萄籽中原花青素的含量较普通葡萄籽的含
量高。通过单因素试验和正交试验,考虑各因素对原花青素
提取效果的影响,野生毛葡萄籽中原花青素提取的最佳工
艺条件为:提取溶剂浓度 60%的乙醇,提取温度 6O℃,料
液比1∶12,提取时间2h,提取3次,该条件下原花青素的提
取率最高,为 5.75%。由于提取物中仍含有一些水溶性大
分子的杂质,如果胶和糖类,还有鞣质、有机酸等,会影响到
野生毛葡萄籽中原花青素的精制,故今后需要对野生毛葡
萄籽中原花青素的分离纯化进行进一步的研究。
参考文献
[1]FULEKIT,RICARDODA,SILVAJM.Proanthocyanidinsofgrape
seeds[J].JAgricFoodChem,1997,45:1156-1160.
[2]郑光耀.葡萄皮原花青素提取物的生理活性、药理作用及其应用[J].
林产化工通讯,2000,34(1):28-33.
[3]TEISSEDRE P L,FRANKEL E N,WATERHOUSE A L,etal.
InhibitionofinvitrohumanLDLoxidationbyphenolicantioxidants
fromgrapesandwines[J].JSciFoodAgric,1996,70:55-61.
[4]BAGCHID.OxygenfreeradicalscavengingabilitiesofvitaminsC
andvitaminsE,andagrapeseedproanthocyanidinsextractin
vitroresearch[J].CommicationsinMolecularPathologyandPharmaco!
logy,1986,25:223.
[5]赵文恩.葡萄皮渣原花青素提取分离的初步研究[J].食品科学,2000,
21(12):68-69.
[6]李润丰.葡萄皮中原花色素提取和分离的初步研究[J].粮油加工与
食品机械,2003(6):67-69.
[7]张爱军,沈继红,马小兵,等.葡萄皮的开发与利用[J].中国油脂,
2004,29(3):55-57.
[8]姚开,何强,吕远平,等.葡萄皮提取物中原花青素含量的测定[J].食
品与发酵工业,2002,28(3):17-19.
[9]SUN Y.Determiningthecontentofproanthocyandinsofgrapes
seedbysulfuricacid!vanilinmethod[J].FoodandFermentation
Industries,2003,29(9):43-46.
表2 正交试验结果
Table2 Resultsoforthogonaltest
试验号
TestNo.
乙醇浓
度∥%
Alcohol
concentration
料液比
Material
liquid
ratio
提取时
间∥h
Extraction
time
提取温
度∥℃
Extraction
tempera-
ture
原花青素提
取率∥%
Extractof
original
anthocyanin
1 40(A1) 1∶6(B1) 1.5(C1) 50(D1) 2.45
2 40(A1) 1∶9(B2) 2.0(C2) 60(D2) 3.87
3 40(A1) 1∶12(B3) 2.5(C3) 70(D3) 3.92
4 60(A2) 1∶6(B1) 2.0(C2) 70(D3) 5.06
5 60(A2) 1∶9(B2) 2.5(C3) 50(D1) 3.65
6 60(A2) 1∶12(B3) 1.5(C1) 60(D2) 5.01
7 80(A3) 1∶6(B1) 2.5(C3) 60(D2) 4.74
8 80(A3) 1∶9(B2) 1.5(C1) 70(D3) 3.43
9 80(A3) 1∶12(B3) 2.0(C2) 50(D1) 4.57
极差Range 1.16 0.85 0.87 0.98
优选水平
Optimum
level
A2 B3 C2 D2
社,2003.
[9]汤章城.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,1999.
[10]BAILLY C,BENAMAR A,CORBINEAU F,etal.Changesin
malondialdehydecontentandsuperoxidedismutase,catalaseand
glutathionereductaseactivitiesinsunflowerseedasrelatedto
deteriorationduinracceleratedaging[J].PlantPhysiology,1996,97:
104-110.
[11]蒋明义,荆家海.植物体内羟自由基的产生及其与脂质过氧化作用
启动的关系[J].植物生理学通讯,1993,29(4):300-305.
[12]黄伟,贾志宽,韩清芳.蚜虫(AphismedicaginisKoch)危害胁迫对
不同苜蓿品种体内丙二醛含量及防御性酶活性的影响[J].生态学
报,2007,27(6):2177-2183.
[13]李朝苏,刘鹏,蔡妙珍,等.荞麦对酸铝胁迫生理响应的研究[J].水
土保持学报,2005,19(3):105-109.
[14]杨涓,许兴.盐胁迫下植物有机渗透调节物质积累的研究进展[J].
宁夏农学院学报,2003,24(4):86-91.
[15]DIX PJ,PEARCE R S.ProlineaccumulationinNaCl!resistant
andsensitivecellinesofNicotianasylvestris[J].ZPflanzenphysiol,
1981,102:243-248.
[16]SCHOBERTB.Isthereanosmoticregulatorymechanisminalgae
andhigherplants[J].JournalofTheoryBiology,1997,68:17-26.
[17]WATADAA,REINHOLDL,LERNERH R.Comparisonbetween
astableNaCl!selectedNicotianacellineandthewildtype[J].
PlantPhysiology,1983,73:624-629.
[18]HANSONAD,NELSENCE,EVERSONEH.Evaluationoffree
prolineaccumulationasanindexofdroughtresistanceusingtwo
contrastingbarleycultivars[J].CropScience,1977,17:720-726.

安徽农业科学 2008年428