全 文 ：　文章编号:1674-148X(2009)03-0203-04
缺铁胁迫对沙梨叶片黄化 、再复绿和根系中
Fe(Ⅲ)还原酶活性的影响
收稿日期:2009-03-11
基金项目:山东省自然科学基金项目(Y2007D64)资助
作者简介:李含芬(1970-),女 ,甘肃白银人 ,助理农艺师 ,主要研究方向:果树园艺学。
李含芬 ,马春晖
(青岛农业大学园林园艺学院 ,山东 青岛 266109)
摘要:在水培条件下 ,研究了缺铁胁迫对梨砧木沙梨 (PyruspyrifoliaNakai)叶片黄化 、复绿和分根培养时其根系Fe
(Ⅲ)还原酶活性(FCR)变化的影响。结果表明 , 黄化植株转移到含铁营养液后 , 上部叶片复绿明显快于中部叶
片;含铁和不含铁处理间的 FCR活性差异显著 , 不含铁处理的根 FCR活性高于含铁处理 , 但随着培养时间的延
长 , 活性逐渐降低 , 不含铁和含铁处理之间具显著的相关 ,相关系数为 0.91。
关键词:沙梨;根系;Fe(Ⅲ)还原酶;分根培养
中图分类号:S661.2 文献标识码:A
EfectofFe-deficiencyStressontheLeafChlorosis, Regreeningand
RootFerric-chelateReductaseActivityofPyruspyrifoliaNakai
LIHan-fen, MAChun-hui
(ColegeofHorticulture, QAU, Qingdao266109, China)
Abstract:PyruspyrifoliaNakaiwasusedtostudytheefectofFe-deficiencystressontheleafchlorosis, regreen-
ingandrootferric-chelatereductaseactivitywithasplit-rootcultureunderhydroponics.Theresultsshowedthat
regreeningofupperleavesofchlorsisplantswasmorerapidthanthatinthemid-leavesaftertransfertothenutri-
entsolutionwithFe.TheFCRactivityhadsignificantdiferenceinbothtreatmentswithoutorwithFe, higherin
treatmentwithoutFe, anddecreasedgradualyastheextensionoftreatmentperiod.TherewasacorelationonFCR
activityamongtwotreatments, corelationcoeficientwas0.91.
Keywords:PyruspyrifoliaNakai;root;feric-chelatereductase;split-rootculture
　　铁是植物必须的营养元素之一 , 是植物体内蛋
白质的构成成分 , 执行许多重要的生理功能 ,如呼
吸 、细胞分裂和叶绿素的合成等。植物缺铁表现叶
片黄化 ,严重情况下造成植株的枯死;梨树是对缺铁
胁迫较敏感的树种之一 ,生产上缺铁引起的黄化病
比较常见。
植物根系对铁的吸收 , 在双子叶和非禾本科单
子叶植物上(机理 1植物), 主要依赖上根部原生质
膜带 Fe(Ⅲ)到 Fe(Ⅱ)的还原[ 1] 。这一机理在许多
植物上得到了证实 [ 2 ～ 4] 。另外 , 铁的吸收符合环境
低量诱导反应 , 铁不足的胁迫能刺激根系 Fe(Ⅲ)
还原酶活性 ,增强根系从外部吸收铁的能力 ,如:根
系表面酸化和外部 Fe(Ⅲ)螯合铁的还原等[ 5 ～ 7] 。
在柑桔上的研究表明 ,铁胁迫处理根的活性低于非
铁胁迫处理 , 根系 FCR活性有时不能真实的反应
出植物的抗性水平;另外 , 在一些植物种上 , 根系
FCR活性难以被诱导[ 8] 。进一步的研究发现 ,豆类
植物结夹期根系 FCR活性明显降低 [ 9] , 这一变化
指出铁的吸收与地上部植物体的发育有着密切的关
系。另外 , 由于铁容易形成氢氧基 ,对植物内部细
胞造成毒害 ,迫使细胞通过信号路径来实现对铁的
调控 [ 10] 。
青岛农业大学学报(自然科学版)　26(3):203 ～ 206, 2009
JournalofQingdaoAgriculturalUniversity(NaturalScience)
目前 , 对铁在细胞膜带和整个植株水平上的调
控机制 , 仍然不十分清楚。本试验在水培养条件
下 ,采用缺铁胁迫诱导植株的黄化 、再复绿调控 、分
根培养等方法 ,调查测定缺铁胁迫对叶片黄化 、再复
绿和根系 FCR活性的影响 ,为进一步认识和理解植
物铁吸收的信号调控机制提供参考。
1　材料与方法
1.1　材料
试验选择生产上普遍利用的梨砧木种沙梨
(PyruspyrifoliaNakai)为试材。
1.2　方法
1.2.1　植株处理
采集的沙梨种子在 4℃条件下进行 40d的层积
处理后 , 播种到含沙 、珍珠岩和泥炭的混合基质育
苗培养盘中 , 在植株生长高度达 10cm左右时 , 选
择生长一致的植株 , 转移到 20L的含基本营养液的
塑料容器中进行水培养 ,共 20株 , 营养液组成为:2
mmol/LCa(NO3)2;0.75mmol/LK2SO4;0.6mmol/
LMgSO4;0.5mmol/LKH2PO4 , 10μmol/LH3BO3;
1μmol/LMnSO4;0.5μmol/LCuSO4;0.5μmol/L
ZnSO4;0.05μmol/L(NH4 )5Mo7O24和 100μmol/L
Fe-EDTA, 溶液每 3 ～ 5d交换一次 , 并连续通气 ,
生长 30d后 , 植株划分为两组 ,每组 10株 ,分别转
移到含 100μmol/LFe-EDTA铁(对照)和不含铁
(处理)的营养液中进行铁胁迫培养 , 其它成分与以
上相同 。生长 25d后 ,从不含铁处理的 10黄化植株
中选择生长一致的 5株苗木进行分根处理试验 , 方
法为:每个植株的根被均等划分为两部分 ,分别放
置于含 50μmol/LFe-EDTA铁和不含铁的营养液
中培养 ,重复 5次 ,观察黄化植株的叶片复绿和分根
培养后根系 FCR活性变化 。试验在温室条件下进
行 , 相对湿度 60% ～ 85%,昼夜温度 18 ～ 30℃。
1.2.2　叶片黄化和复绿测定
植株叶片的黄化和复绿测定 ,采用 SPAD-502
叶绿素仪(MinoltaCorp., Japan),在不同培养时期 ,
每个植株的叶片按茎的总长均等划分为上 、中和下
3个部分 , 分别进行叶片的叶绿素(SPAD值)测定 ,
每一叶片测定 3次 , 每个叶片数据为 3个读数的
平均。
1.2.3　根系 FCR活性测定
依据 Pestana[ 3]文中方法对根的 FCR活性进行
了测定 , 主要步骤包括:预先对植株根系在含
0.2μmol/LCaSO3溶液和无离子水清洗 , 然后放入
不含微量元素的营养液中 , 溶液 pH调整到 6 ,预处
理 30min。最 后转移到不含微 量元素 , 但含
300μmol/LBPDS(bathophenantrolinedisulfonate)和
500μmol/LFe-EDTA分析液中 ,溶液连续通气 , 植
株根系用铝箔覆盖避光 , 上部叶片接受自然光照 ,
不含植株连续通气的分析液作为对照。放置 3h后 ,
在 535nm处用分光光度计(Hitachi170-30, Japan)
测定 Fe(Ⅲ)到 Fe(Ⅱ)的还原 , 还原速率使用
22.14 /(mM.cm)的消光系数计算 。
2　结果与分析
2.1　缺铁胁迫条件下沙梨植株叶片的黄化
在水培条件下 , 正常生长的植株 , 转移到不含
铁的胁迫培养液中 1周 , 上部叶片出现缺铁黄化症
状 , 随植株培养时间延长 , 黄化症状加重。在缺铁
培养 25d后 , 植株出现严重的黄化症状 , 上部叶片
的 SPAD值为 9, 对照叶色正常 , SPAD值为 35 (图
1)。加铁处理的植株 ,整个培养期间叶色正常 , 随
植株培养时间的延长 , SPAD值增加 , 绿色加深。
这说明沙梨植株对缺铁胁迫较为敏感 , 铁不足是引
起黄化的主要原因 , 在水培条件下短期内就会出现
黄化症状 , 在根系铁的供给缺失之后 , 植株内部铁
仅能维持较短的时间 , 影响最为敏感的为上部
叶片 。
图 1　沙梨在铁胁迫处理条件下叶片
　　　　　　叶绿素含量(SPAD值)变化
2.2　铁胁迫条件下黄化植株叶片的再复绿
缺铁胁迫处理的黄化植株 , 转移到 1/2根含
50μmol/LFe-EDTA铁的分根培养液后 , 黄化叶片
出现复绿 , 随处理时间的延长 , 叶片逐渐变绿。但
植株不同部位叶片的复绿速率明显不同 , 上部叶片
204　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　青岛农业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　26卷　
处理开始的 SPAD值为 8, 14d后达到最高值;中
部叶片复绿缓慢 , 处理中期 SPAD值明显低于上部
叶片;基部叶片在整个试验期间无显著变化 , 叶片
SPAD值在 40 ～ 43之间 。在试验末 , 上 、 中 、 下叶
片的 SPAD值分别为:30、 31、 42 (图 2)。以上结
果说明 , 沙梨黄化植株转移到 1/2根含 50μmol/L
Fe-EDTA铁培养条件下 , 黄化叶片能够再复绿;
从不同部位叶片复绿速率显示 , 上部叶片恢复最
快 , 这主要是根部吸收的铁优先供给到植株上部叶
片的需要 , 上部叶片在铁的吸收和利用上明显优于
中部叶片。
图 2　沙梨黄化植株不同部位叶片的再复绿
2.3　分根培养条件下沙梨植株根系 FCR活性变化
缺铁胁迫处理的黄化植株 ,转移到分根培养试
验液中 ,初期结果显示 ,不含铁和含铁处理的根均显
示出高的 FCR活性 , 分别为 0.041和 0.018μmol·
g-1rootFW· h-1(图 3), 不含铁处理的活性显著高
于含铁处理 。随植株处理时间的延长 , 活性逐渐降
低 , 10d后维持一个低水平 ,试验末 ,不含铁和含铁
处理的 FCR活性分别为 0.014和 0.003μmol· g-1
rootFW· h-1。在整个试验期间 , 不含铁处理的
FCR活性明显高于含铁处理。在活性变化趋势上 ,
不含铁和含铁处理之间呈显著的相关 ,相关系数为
0.91(图 4)。以上说明:沙梨根系 FCR活性和环境
缺铁胁迫密切相关 ,缺铁胁迫能显著诱导根系 FCR
活性。另外 ,在同一植株分根培养的根上 ,含铁处理
的 FCR活性出现降低 ,主要是根系转移到含铁培养
条件下 ,根系从外部吸收了铁营养 ,缺铁胁迫程度减
弱 ,导致根系 FCR活性诱导减弱 ,活性降低。但不
含铁处理部分的根系 ,缺铁胁迫培养条件没有改变 ,
随培养时间的延长 ,与含铁处理相似 , FCR活性也
出现降低 ,这说明根系 FCR活性与地上部植株的生
长状况有关 。
图 3　不含铁和含铁处理根的 FCR活性变化
图 4　含铁和不含铁处理间 FCR活性变化的相关性
3　讨　　论
研究指出 ,黄化的植株叶片 ,由于缺铁胁迫破坏
了叶绿素的结构和功能 ,不能完全通过补充铁的供
给来恢复 [ 11] ;另外 ,黄化叶片细胞减少了从外部还
原和吸收铁的能力 ,部分铁被积累在质外体 ,呈非活
化状态 , 不能被细胞吸收和利用 ,也是造成再复绿
困难的原因之一[ 12, 13] 。在本试验中 , 缺铁胁迫处理
的黄化植株 ,转入加铁培养后 ,叶片恢复绿色 ,这一
结果认为:沙梨在缺铁胁迫培养后 ,黄化叶片的叶
绿素结构和功能可能受到一些损伤和破坏 , 但在叶
片 SPAD值不低于 8的情况下仍然能够得到恢复。
一些研究指出 ,缺铁胁迫能刺激和诱导根系 Fe
(Ⅲ)还原酶活性[ 14, 15] 。在本试验中 ,缺铁胁迫的黄
化植株转移到分根培养后的结果证实缺铁胁迫诱导
的存在。但植株分根培养后 ,缺铁胁迫部分的根系
FCR活性受地上部植株叶片复绿的影响而降低 ,且
活性变化趋势与非胁迫部分的根系相一致 ,分析原
因可能是部分根系解除了缺铁胁迫 ,供给了植株地
205　3期　　　　　　李含芬 , 等:缺铁胁迫对沙梨叶片黄化 、再复绿和根系中 Fe(Ⅲ)还原酶活性的影响　　　　　　　
上部铁营养 ,使叶片黄化程度得到减轻和恢复 ,这一
状况通过铁在植株体内的转运和信号等方式 ,通过
茎传递到根部 ,对根中 FCR活性进行了调控 ,导致
缺铁胁迫部分的根系 FCR活性出现降低。因此 ,根
的 FCR活性并非单独依赖环境缺铁胁迫 ,还受到来
自于植株地上部茎或者叶片的影响。
迄今 ,在根茎间信号调控机制的研究指出 ,基因
型变种和普通型相比显示出高的 FCR活性[ 16] ;另
外 ,基因型不同的豆类植物 ,通过根茎间相互嫁接试
验指出 ,茎影响了根中的 FCR活性 [ 17] 。进一步的研
究指出 ,茎能够发出一种信号物质到根 ,对根中铁的
吸收和转运进行调控 , 如豆类 dgl变种从茎发出的
缺铁胁迫信号能够调控根的 FCR活性 [ 18] ,烟草缺
铁胁迫茎信号诱导了根中 NtFRO1基因的表达 [ 19] ,
以及香瓜变种`C940-fe叶片的黄化是由于缺乏从
茎发送一个铁状态信号到根而引起等 [ 20] 。以上研
究指出 ,在植物的铁代谢上存在根茎间的信号调控 。
本试验结果也支持以上结论 , 认为沙梨根系 FCR
活性存在根茎间的调控机制 , 这一结论得出 ,有利
于从植株整体水平上去理解和认识铁的还原吸收机
制 。今后在植物根系对铁的吸收研究上 ,不但要考
虑根系的还原吸收能力 ,而且要考虑地上部茎叶的
铁状态 ,如果树的树形结构 、修剪方法和树体生长势
等都会对根系铁的吸收产生一定的影响。
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