全 文 ：收稿日期:2009-02-15
基金项目:国家自然科学基金项目(30660148)
作者简介:金丽萍(1982-),女 ,内蒙古包头人 ,硕士 ,主要从事设施园艺及抗性生理研究。
通讯作者:崔世茂(1961-),男 ,山西代县人 ,教授 ,博士 ,博士生导师 ,主要从事设施园艺及抗性生理研究。
干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃
叶片 PAL和 C4H活性的影响
金丽萍1 ,崔世茂1 ,杜金伟1 ,金彩霞1 ,吴玉峰2 ,其日格2
(1.内蒙古农业大学 农学院 ,内蒙古呼和浩特　010019;2.包头市农业技术推广站 ,内蒙古包头　014010)
　　摘要:植物细胞壁在遭遇逆境后会出现增厚现象 ,以抵御不良环境 , 有研究认为这是由于细胞壁内的木质素沉积
形成的。目前认为木质素的合成途径不只一条 ,但苯丙氨酸解氨酶(PAL)和肉桂酸 4-羟基化酶(C4H)等酶在合成中起
到了十分重要的作用。因此 ,本试验以野生蒙古扁桃为试验材料 , 研究干旱胁迫对其在不同生态环境条件下体内 PAL
和C4H 酶活性影响的变化。结果表明:在遭受干旱胁迫时 , 蒙古扁桃叶内 PAL和 C4H 活性随干旱胁迫程度的增加而
逐渐增强 ,且干旱地区的蒙古扁桃叶内 PAL和 C4H 活性要强于相对不干旱地区。 PAL和 C4H 活性与植物的抗旱性呈
正相关关系。
关键词:蒙古扁桃;干旱胁迫;PAL;C4H;木质素
中图分类号:S662.9　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2009)05-0118-05
Effects of Drought Stress in Different Ecological Conditions of the
Prunus mongolica Maxim Almond Leaves in PAL and C4H Activity
JIN Li-ping1 ,CUI Shi-mao1 ,DU Jin-wei1 , JIN Cai-xia1 ,WU Yu-feng2 ,QI Ri-ge2
(1.Agronomy College , Inner Mongolia Agricultural University ,Huhhot　010019 ,China;
2.Baotou Agricultural Technology Extension Station ,Baotou　014010 ,China)
Abstract:Plant cell wall in the face of adversity will appear thicker , to withstand the adverse environment.It was a
preliminary identification of the cell wall due to the formation of the lignin deposition.At present , the synthesis of lignin
that is not only a means ,but Phenylalanine Ammonia-Lyase(PAL)and Cinnamic acid 4-Hydroxylase(C4H), such as en-
zyme in the synthesis played a very important role.As a result , this experiment with wild Prunus mongolia Maxim used to
study drought stress in different ecological conditions , the impact of the body of its PAL and C4H activity.The results
showed that:when subjected to drought stress , Prunus mongolia Maxim almond leaves with the activity of PAL and C4H
drought stress increased gradually increased , and in arid regions in Prunus mongolia Maxim almond leaf PAL and C4H
activity than the relatively arid region.PAL and C4H activity and plant drought resistance was positive correlation be-
tween.
Key words:Prunus mongolia Maxim;Drought stress;PAL;C4H;Lignin
　　蒙古扁桃(Prunus mongolica Maxim)属蔷薇科
(Rosaceae),为国家三级保护植物[ 1] 。自然分布于我
国内蒙古 、宁夏和甘肃西北部 ,多生于荒漠区和荒漠
草原区的低山 、丘陵坡麓 、干旱山坡 、岩石缝或河滩
等处[ 2] 。为亚洲中部戈壁荒漠区特有的旱生落叶灌
木 ,是内蒙古干旱沙地特有的乡土树种 ,是防沙治沙
造林的首选树种之一[ 3] 。近年来 ,由于花期风沙大 ,
家畜啃食严重 ,天然繁殖困难 ,出苗率低且死亡率
高 ,加之该种为当地良好薪材和冬春季家畜喜食饲
料 ,滥伐破坏严重 ,导致蒙古扁桃资源越来越少 ,分
布范围日趋缩小 ,趋于濒危[ 4] 。为使干旱 、半干旱地
区的优良林木遗传资源得到有效保存和利用 ,丰富
华北农学报·2009 , 24(5):118-122
防沙治沙优良种植材料 ,对其开展深入研究对于了
解蒙古高原植被演替以及对当地生态环境的稳定和
恢复有着重要意义。
木质素单体的合成过程是在细胞质中完成的 ,
然后转移到细胞壁中进行脱氢聚合形成木质素。在
木质素合成的第二阶段过程中有很多的酶参与作
用 ,其中参与苯丙氨酸途径的有:苯丙氨酸解氨酶
(PAL)、肉桂酸4-羟基解氨酶(C4H)和香豆酸 3-羟化
酶(C3H)等 。而木质素在天然情况下与纤维素和其
他糖类结合在一起 ,充填在细胞壁的纤维素胶囊中 ,
一面引起细胞壁的次生变化 ,一面堆积起来起着强
固植物组织的作用[ 5] 。木质素可以加强细胞壁 ,增
加组织木质化程度。
另外 ,由于 PAL在植物苯丙烷代谢中与植物抗
性应激反应密切相关 ,在植物形成次生物质如木质
素 、植保素等中起重要作用[ 6] 。对植物生长发育 、抵
御病虫害 、防紫外辐射及构成植物支撑系统等方面
具有重要意义[ 7] 。例如当植物在逆境胁迫条件下 ,
激活苯丙烷代谢 ,PAL活性迅速上升 ,它已作为植株
抗逆能力的一个重要生理指标[ 8] 。
目前关于 C4H 参与植物抗性方面的研究报道
较少 ,而关于苯丙烷代谢途径与植物抗病性的报道
则较多 ,但主要集中在这一代谢途径的产物(木质
素 、植保素)与植物抗病性的关系方面[ 9] ,而以木本
植物为试材进行与抗旱性相关的研究还未见报道 。
本试验旨在探索这方面的初步研究 , 为植物体内
PAL 和C4H 酶活性的变化与抗旱性相关的研究提供
理论依据 。
1　材料和方法
1.1　材料
试验所选用材料为多年生野生蒙古扁桃 ,取其
一年生枝条上的叶片 ,分别采自于内蒙古包头市萨
拉齐九峰山和呼和浩特市树木园两个不同生态区 。
包头市萨拉齐九峰山位于呼和浩特东 100 km
处 ,海拔为 1 500 m ,属典型的大陆性半干旱季风气
候 ,四季分明 ,光照充足 ,山上土质为沙土 ,降雨少 ,
年降雨量为200 ～ 350 mm ,日照年平均为 3 056.3 h ,
相对湿度 30%～ 50%。
呼和浩特市树木园隶属于内蒙古林业科学院 。
位于呼和浩特市内 ,地势平坦 ,土质为砂壤土 ,周围
多树木 ,降雨多 ,日照年平均为 2 556.3 h ,年降雨量
为400 ～ 600 mm ,相对湿度40%～ 70%。
选材时选取树形大小一致 ,且每次均取自固定
的树体 ,相同部位的功能叶片 。以连续 2 d 降雨后
第 2天采的样为对照(干旱 0 d ,即 CK),以持续晴天
5 ,10 ,15 d采的样为各处理。采后装入冰盒带回实
验室 ,放入4℃冰箱中保存 ,待用 。
1.2　方法
1.2.1　叶片相对含水量的测定　采用“鲜质量法” 。
每次取大小一致的 10 片新鲜叶样 , 称出鲜质量
(M f);再将叶样浸入水中 24 h ,取出后用吸水纸擦干
样品表面水分 ,称出饱和质量(M t);最后将叶样放入
已升温至 105℃烘干箱中 ,杀青 15 min ,然后于 80℃
下烘干至恒质量 ,称出干质量(Md)。计算公式如
下:叶片相对含水量:(LRWC)=(M f -Md)/(Mt -
Md)×100%
式中 ,M f-鲜质量;Md-干质量;Mt-饱和鲜质量。
1.2.2　水分亏缺度的测定　水分相对亏缺:测量方
法同叶片相对含水量 ,计算公式如下:
RWD=(M t-M f)/(M t-Md)×100%
1.2.3　PAL 活性的测定　分别称取叶片鲜质量
0.2 g ,研钵预冷 ,加 2 mL 0.1 mol/L pH8.8硼酸缓冲
液和 0.02 g PVP(聚乙烯吡咯烷酮),其中缓冲液内
含有 5 mmol/L巯基乙醇 ,1 mmol/L EDTA ,冰浴研磨
成匀浆 ,在 4℃下 10 000 r/min 离心 15 min ,上清液
即为粗酶液。
参照李靖等的方法。反应体系中包括 2 mL
pH8.8的硼酸缓冲液 , 0.8 mL 0.02 mol/L L-苯丙氨
酸 , 0.2 mL 粗酶液 ,对照不加酶液 ,改加0.2 mL蒸馏
水。30℃下水浴 30 min 后 ,加入 0.2 mL 和 6 mol/L
盐酸终止反应 ,于290 nm波长下测OD值。公式:酶
的比活力 0.01ΔA/(mg·h)=ΔA×D/0.01×M×T ,其
中 , ΔA为反应时间内光密度的变化 ,M 为样品鲜质
量 ,T 为反应时间 , D为稀释倍数 ,即提取的总酶液
为反应系统内酶液的倍数[ 10] 。
1.2.4 　C4H 活性的测定 　参照 Lamb 和 Rubery
等[ 11]的方法。准确称取鲜样 0.2 g ,冰浴研磨后加
入 3 mL 提取液(50 mmol/L Tris-HCl:pH8.9 , 15
mmol/L β-疏基乙醇 ,4 mmol/L MgCl2 ,5 mmol/L Vc ,10
μmol/L Leupeptin ,1 mmol/L PMSF ,0.15%:m/ V PVP ,
10%甘油),混匀后超声波破碎 2 min ,四层纱布过滤
后 ,在 4℃下以12 000 r/min离心20min。取上清液即
为C4H 粗酶提取液。酶反应液组成为:0.8 mL 酶提
取液 , 2.2 mL 缓冲液(2 μmol/L 反式肉桂酸 , 50
mmol/L Tris-HCl:pH 8.9 ,2μmol/L NADPNa2 ,5μmol/L
G6-PNa2)。25℃下振荡反应 30 min后 ,加入 100μL 6
mol/L HCl终止反应 ,以 12 000 r/min离心 10min ,取
上清液在 340 nm处比色 。参比为不加酶提取液(加
入 0.8 mL ddH2O)。酶活性表示为:U/(mg·h)。
5期 金丽萍等:干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶片PAL 和C4H 活性的影响 119　
1.3　数据分析方法
本试验采用 Microsoft Excel(2003)软件进行数据
分析与作图。
2　结果与分析
2.1　干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶片相
对含水量及水分亏缺度的影响
干旱胁迫对植物水分生理参数的影响首先表现
在叶片相对含水量和水分亏缺度上 。图 1和图 2是
干旱胁迫对不同生境蒙古扁桃叶片相对含水量及水
分亏缺度的影响。由图 1可知 ,不同生态条件下的
干旱胁迫对蒙古扁桃叶片相对含水量的影响不同 ,
影响程度与干旱胁迫程度成反比 ,而水分亏缺度则
与干旱胁迫程度成正比(图 2)。叶片相对含水量越
小 ,水分亏缺度越大 ,说明干旱胁迫程度越重 。
图 1　干旱胁迫下不同生态条件下
蒙古扁桃叶片相对含水量的变化
Fig.1　Under drought stress in different habitat of Prunus
mongolica Maxim almond leaf relative water content changes
图 2　干旱胁迫下不同生态条件下
蒙古扁桃叶片水分亏缺度的变化
Fig.2　Under drought stress in different habitat of Prunus
mongolica Maxim almond leaf water deficit degree of change
由图 1可以看出 ,在两种生态条件下 ,蒙古扁桃
随着干旱胁迫程度的加深 ,叶片相对含水量均呈逐
渐下降趋势 ,而水分亏缺度则呈逐渐上升趋势(图
2)。在干旱 15 d时叶片相对含水量达到最低 ,萨拉
齐采样和树木园采样分别为 42.03%和 46.61%;水
分亏缺度则表现较高 ,分别为 57.97%和 53.39%。
萨拉齐采样的干旱 5 ,10和 15 d的叶片相对含水量
分别比对照降低了 10.02%, 30.41%和 40.77%;水
分亏缺度分别比对照升高了 24.48%, 74.31%和
99.62%。树木园采样的干旱 5 ,10和 15 d的叶片相
对含水量分别比对照降低了 8.48%, 27.53%和
35.74%;水分亏缺度分别比对照升高了 22.39%,
72.70%和 94.36%。
由图 1和图 2还可以看出 ,对照中萨拉齐采样
的蒙古扁桃叶片相对含水量比树木园的小 ,而水分
亏缺度却比树木园的大。随着干旱胁迫程度的加
重 ,叶片的相对含水量下降幅度萨拉齐要大于树木
园 ,水分亏缺度也比树木园的大 。说明萨拉齐九峰
山地区的干旱胁迫程度要大于呼和浩特市树木园。
2.2　干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶内苯
丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响
图 3是干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶
内 PAL 活性影响的比较。由图 3可以看出:当受到
干旱胁迫时 ,蒙古扁桃的叶组织内 PAL 活性立即产
生反应 ,随干旱胁迫程度的加重 ,两生态区所测的蒙
古扁桃叶片 PAL 活性都呈上升趋势 ,明显超过对
照 ,且包头市萨拉齐九峰山采样的 PAL 增加幅度更
大一些 ,其中萨拉齐的蒙古扁桃叶片经干旱处理 5 ,
10和 15 d后其PAL 活性与其对照相比分别增加了
158.57%,246.69%和 332.98%;而树木园的蒙古扁
桃叶片 PAL 活性各处理则比相应对照增加了
80.05%,179.41%和 225.69%。
图 3　干旱胁迫对不同生态条件下蒙古
扁桃叶内 PAL活性影响的比较
Fig.3　Effects of drought stress on PAL activity
compared with the leaves in different environment
of Prunus mongolica Maxim
通过对水分亏缺度与 PAL 活性相关性分析及
120　 华　北　农　学　报 24卷
差异显著性测定 ,两者均达到显著的正相关关系 ,相
关度萨拉齐采样的蒙古扁桃叶片为 0.967 ,树木园
采样的为 0.993 ,说明当植物遭受逆境胁迫时 ,其体
内的防卫系统特别是苯丙烷类代谢被激活 , PAL活
性迅速上升 ,且随干旱胁迫程度的增加而增强 ,两者
呈显著的正相关关系 。
2.3　干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶内肉
桂酸 4-羟基化酶(C4H)活性的影响
图 4是干旱胁迫对不同生境下蒙古扁桃叶内
C4H活性影响的比较 。由图 4可以看出:当蒙古扁
桃受到干旱胁迫时 ,C4H活性迅速上升 ,明显超过对
照。随着干旱胁迫程度的加重 ,两个生态区所测的
C4H活性都呈上升趋势 ,且萨拉齐采样的增加幅度
要更大一些。其中萨拉齐的蒙古扁桃叶片经干旱处
理5 ,10和 15 d后其C4H活性与其对照相比分别增
加了 55.99%, 77.06%和 94.10%;而树木园的蒙古
扁桃叶片 PAL 活性各处理则比相应对照增加了
71.94%,146.45%和 172.10%。
通过对水分亏缺度与 C4H 活性相关性分析及
差异显著性测定 ,两者均达到显著的正相关关系 ,相
关度萨拉齐采样的蒙古扁桃叶片为 0.932 ,树木园
采样的为 0.983 ,说明植物在受到逆境胁迫时 , C4H
活性会随着胁迫程度的增加而显著增强 。
图 4　干旱胁迫对不同生态条件下蒙古
扁桃叶内 C4H活性影响的比较
Fig.4　Effects of drought stress on C4H activity
compared with the leaves in different environment
of Prunus mongolica Maxim
3　讨论与结论
木质素作为植物生长发育中的一种次生代谢物
质 ,在植物的生长发育和抗性方面具有重要的生物
学功能[ 12] 。植物的木质素是由许多苯基丙烷单体
聚合在一起的交联分子 ,在细胞壁上经常和纤维素
及其他糖类联结在一起 ,沉积在壁上而形成木栓化 ,
阻止病原菌侵染和发展蔓延 ,形成病原菌入侵的机
械屏障 ,烟草受 TMV 侵染[ 13] , 棉花受枯萎病菌侵
染[ 14] ,小麦受白粉菌侵染[ 15] 后 ,随着苯丙氨酸解氨
酶(PAL)活性的提高 ,均出现木质素的积累。
PAL作为与植物抗性有关的重要酶 ,已在许多
植物的抗病机制中有所报道。Minamiauka 和 Uritani
首先发现植物感染病原菌后 PAL 活性有明显增强
的现象 ,感病后 PAL 变化与植物防御反应吻合。陈
捷等[ 16]在研究玉米弯孢叶斑病菌毒素对寄主防御
酶系活性的影响中发现 ,抗病品种 PAL 酶活性较感
病品种上升快 。刘亚光等[ 17]认为 ,PAL 活性与大豆
品种的抗灰斑病性呈正相关关系。郭红莲等[ 18] 认
为PAL 活性增加与玉米品种抗灰斑病呈极显著的
相关性。另外 ,致病菌对 PAL 活性的影响远大于非
致病菌 ,且病原菌接种后 ,抗感品系的活性均有所增
加 ,但病原菌作用于抗病品系植物诱导所产生的
PAL活性远比感病品系高[ 19] 。在豌豆试验中发现 ,
病原菌Fusarium solanig.pisi诱导的 PAL活性比非致
病菌 F.so lanif.ph ased要高 50%[ 20] 。许多试验证
明 ,PAL 活性增长率与品系的抗病性成正相关 。但
关于 PAL和 C4H 活性与植物抗旱性之间的关系目
前还未见报道 。
本试验通过对蔷薇科木本植物蒙古扁桃叶内
PAL和 C4H 活性的测定发现:PAL 和 C4H活性与植
物的抗旱性呈显著的正相关关系 ,表明 PAL 和 C4H
活性都是随外界水分胁迫程度的增加而增强 ,且干
旱地区的蒙古扁桃叶内 PAL 和 C4H活性要强于相
对不干旱地区的。由于萨拉齐的年降雨量是小于呼
和浩特市的 ,萨拉齐地区更为干旱一些 ,因此可以认
为萨拉齐九峰山的蒙古扁桃要比呼和浩特市树木园
的更能适应相同程度的干旱胁迫 。
本试验以自然降水造成干旱胁迫 ,直接按照植
物的自然生长状况来评价该品种的抗旱性 ,能真实
地反映植物在不同地区的抗旱能力大小 ,但受天气
条件的影响很大 ,未能做更进一步的完善研究 ,因此
该领域研究尚有待进一步深入。
蒙古扁桃在遭受干旱胁迫时 ,其体内的防御系
统特别是苯丙烷类代谢被激活 ,促使 PAL 和 C4H 活
性上升以产生较多的木质素等来减少其所受的伤
害 ,从而达到自我保护。随着干旱胁迫程度的增加 ,
蒙古扁桃叶内 PAL和 C4H活性也逐渐增强 ,明显高
于对照;干旱地区的蒙古扁桃叶内 PAL 和 C4H 活性
要强于相对不干旱地区的;PAL 和 C4H 活性与蒙古
扁桃的抗旱性呈显著的正相关关系。
5期 金丽萍等:干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶片PAL 和C4H 活性的影响 121　
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