全 文 ：文章编号:1000-5641(2003)01-0103-05
不同 pH水平对七子花生理特性的影响
刘　鹏 , 　徐根娣 , 　杨蔚蔚
(浙江师范大学 生命与环境科学学院 ,浙江金华　321004)
摘要:　以七子花(Heptacodium miconioides)为材料 ,设置不同的 pH 水平 , 研究 pH 变化对七子花
生理特性的影响。结果表明:七子花在 pH 为 5.5 值时 , 叶片的光合速率(Photosynthetic efficien-
cy)最大 ,呼吸速率(Respiratory intensity)最强 ,根系的质膜透性(MP)最低 , 过氧化物酶(POD), 过
氧化氢酶(CAT), 抗坏血酸过氧化物酶(AP)和根系活力(RA)的活性最高 , 表明该酸碱度较适宜
七子花生长。 pH 偏低或偏高都不利于七子花的生长。
关键词:　七子花;　pH;　生理特性
中图分类号:　Q945.12;Q948.11;S565　　文献标识码:A
0　引　　言
七子花(Heptacodium miconioides)为我国特有的单型属植物 ,属国家二级重点保护的濒
危植物 。七子花分布范围非常狭窄 ,目前只间断分布于安徽的宣城 、泾县及浙江的天台 、金
华 、宁波等少数地区 ,加之种子萌发率低 ,生态环境不断恶化 ,种群不断变小 ,植株数量急剧
减少 ,七子花的濒危程度日益加重 ,因此七子花的异地迁移或进行大量繁殖是七子花生物多
样性保护中非常关键的步骤[ 1] 。在我们的迁移和扦插试验中[ 2] ,迁移和扦插土壤的 pH 对七
子花的成活率影响很大 ,pH 为 6的土壤(七子花原生长的土壤环境),七子花的成活率为 95
%,而 pH 为 8的土壤 ,七子花的成活率只有 5 %,可见外界环境中酸碱度的变化对七子花
的影响很大 。为了进一步了解外界环境 pH 与七子花生长的相关性 ,我们通过水培试验 ,选
择不同的 pH 水平 ,研究它们对七子花生理特性的影响 ,寻找出七子花生长发育最适宜的酸
碱度 ,为七子花的进一步研究打下基础 ,为七子花的迁移和生物多样性保护提供科学依据 。
1　材料和方法
选择 2000年已扦插成活的七子花 ,于 2001年 4月 10日放入设有不同 pH 的 Hogland
完全营养液中 ,营养液置于容积为 2500ml有螺纹盖的聚丙烯塑钵中 ,每钵各置 3株七子花 。
　收稿日期:2001-09
　基金项目:浙江省自然科学基金(39277)
　作者简介:刘　鹏(1965-), 男 ,教授.
　本文中的缩写:Pn:Photosynthetic efficiency(光合速率);Ri :Respiratory intensity(呼吸速率);MP:Mem-
brane permeability(质膜透性);POD:Peroxidase (过氧化物酶);CAT:Catalase (过氧化氢酶);AP:Ascorbate
peroxidase(抗坏血酸过氧化物酶);RA:Root activities (根系活力)
　第 1期
2003年 3月
华东师范大学学报(自然科学版)
Journal of East China Normal University (Natural Science)
No.1　
Mar.2003
每隔 7d更换培养液 ,培养 45d 后 ,测定各项生理指标 ,其中根系活力和 MP 采用七子花根
系 ,其它指标测定采用七子花第 2和第 3对叶片。共设置了 12个 pH 水平 ,分别为:3 、3.5 、
4 、4.5 、5 、5.5 、6 、6.5 、7 、7.5 、8 、8.5。上述实验重复 6次。
根系活力测定采用TTC 法[ 3] ,用μg g .h ,FW表示;POD 、CAT 、AP 等酶活性测定参见文
献[ 4](POD用■A470 mg.min , FW表示 , CAT 以 1min酶解 1μmolH2O 2为 1个活力单位 , 用
U mg , FW 表示 , AP 以 1min催化 1μmol AsA 氧化的酶量为 1个活力单位 , 用 U mg , FW
表示);Pn(净光合速率)测定采用红外线 CO2测定法[ 5] ,用 CO 2(mg) dm 2.h 表示;Er(暗呼
吸)测定用小篮子法[ 6]用CO 2(mg) g .h , FW 表示;MP 测定用 DDS-IIA型电导仪测定浸出
液和煮沸后浸出液电导率的相对比率 ,用%表示。
2　结果与分析
2.1　pH 对七子花根系活力的影响
植物根系的活力对整个植株的生命活动都有重要的作用 ,而植物生长环境中的酸碱度
对植物最直接和最主要的影响主要发生在植物根系中。由于 TTC(氯化苯基四唑)是脱氢酶
的氢受体 ,TTC 法可反映出根系的氧化还原力 。从图 1可知 ,pH 对七子花的根系活力影响
非常大 ,pH5.5时 ,七子花的根系活力最大 ,吸收能力最强 ,随着 pH 逐渐降低或升高 ,七子
花的根系活力不断下降 ,与 pH5.5时的七子花最高根系活力相比 ,pH 为 5 , 4.5 , 4 , 3.5 , 3
时的根系活力分别降低了 26.8%, 52.01%, 63.21%,70.82%, 85.04%, pH 为 6 , 6.5 , 7 ,
7.5 , 8 , 8.5时 ,根系活力分别降低了 18.55%, 27.1%, 38.11%, 44.21%, 59.29%,65.
8%, 从上述降低比例可以看出 ,pH 过低时七子花根系活力降低更多 ,其中 pH 为 3 时根系
活力只有 pH5.5时的 14.96%,只有 pH 为 8.5时的 44.9%。
图 1　pH 对七子花根系活力的影响
Fig.1　Effects of pH on RA of Heptacodium miconioides
2.2　pH 对七子花光合速率的影响
从图 1可知 ,七子花的光合速率变化趋势与根系活力的变化在大体趋势上相似(r =
0.621＊ , n=36), pH 为 5.5时 ,七子花的光合速率最大 ,低于或高于该 pH 值 ,光合速率都
有一定的降低。与图 1不同的是 ,pH 对七子花光合速率影响的幅度不如 pH 对七子花根系
活力 ,各 pH 处理间的光合速率差异减少;pH 升高对七子花光合速率比 pH 降低的影响更
大 ,在 pH8.5时七子花光合速率较 pH5.5降低了 63.94%,而在 pH3 时七子花光合速率只
降低了 38.53%。
2.3　pH 对七子花呼吸速率的影响
104 华东师范大学学报(自然科学版) 2003 年
呼吸代谢是植物生命活动的基本生理过程和纽带 ,植物通过呼吸代谢将光合作用的产
物降解 ,产生各种中间产物和能量 ,供给整个生命活动之需要 ,因而植物的呼吸代谢与光合
作用和根系活力都有非常密切的联系 。从图 3 可以看出 ,各种 pH 处理间七子花呼吸速率
的变化趋势与光合速率的变化一致(r=0.9536＊＊ , n=36),在 pH5.5时七子花的呼吸速率
最大 ,pH 低于或高于 5.5 ,呼吸速率都有所减少 ,但变化幅度远远少于根系活力和光合速率
的变化 ,各处理间最大差异(pH5.5和 pH8.5之间)只相差 30.75%,说明七子花的呼吸代谢
较为稳定 ,有利于其对逆境的抵御。与光合速率的变化相同 , pH 升高对七子花呼吸速率的
影响比 pH 降低的影响更大。
2.4　pH 对七子花质膜透性的影响
电导率所测定的是植物在逆境下电解质的外渗物 ,可以表示植物细胞膜透性的大小 ,在
通常情况下 ,电导率越低 ,膜透性越小 ,表明植物对外界不良环境的忍力越大 ,对逆境的抵御
能力越强。从图 1可以看出 ,七子花根系质膜透性的变化与根系活力的变化正好相反 ,两者
呈显著负相关(r=-0.8647＊＊ , n=36),在 pH5.5时 ,七子花的根系活力最大 ,质膜的透性
也最低 ,pH 上升或下降 ,根系活力下降 ,质膜透性则增加 。
2.5　pH 对POD ,CAT ,AP 酶活性的影响
表 1　pH对 POD , CAT , AP 酶活性的影响
Tab.2　Effects of pH on POD , CAT and AP activities of Heptacodium miconioides
pH 抗坏血酸过氧化物酶活性 过氧化氢酶活性 过氧化物酶活性
3 12.14 aA 31.50 aA 25.20 abA
3.5 15.33 abA 44.76 abA 27.65 abA
4 20.70 abA 52.35 abA 30.78 abA
4.5 23.12 abA 88.19bA 31.98 abA
5 28.62 bA 117.00cB 33.18 abA
5.5 35.54 bA 176.25dB 44.91 bA
6 28.52 bA 158.25dB 31.65abA
6.5 20.37 abA 108.63cB 28.14 abA
7 13.11aA 69.75 abA 22.89 abA
7.5 11.06 aA 49.39 bA 18.66 aA
8 10.09 aA 29.48 aA 10.95 aA
8.5 8.98 aA 17.65 aA 8.77 aA
　注:不同大 、小字母分别表示差异达到 1%、5%。
当植物处于逆境胁迫条件下 ,植物体的POD 、CAT 、AP 等保护系统中的酶类可抵御和清
除逆境胁迫产生的活性氧(H2O 2 、O 2 、·OH 等 , 这 3种酶主要清除 H2O 2),抑制膜脂过氧化 ,
维持植物体内正常的代谢活动[ 7-8] 。从表 1可知 ,在 pH 值为 5.5时 ,上述 3种保护酶的活
性最大 ,表明该处理下七子花的抗逆性最大 ,最利于其生长 。从表 1还可看出 , 3种保护酶
在各处理下变化的趋势基本一致 ,POD 、CAT 、AP 之间都呈显著的正相关(POD和 CAT 之间
的 r=0.919＊＊ ,POD和AP 之间的 r =0.895＊＊ ,CAT 和AP 之间的 r=0.797＊＊ , n =36),也
表明 3种酶在抗逆境胁迫过程中相互协调 ,共同维持体内保护系统的稳定性 。从 3种酶的
变化幅度来看 ,CAT 在各处理间变化最大 ,pH5-6.5处理的七子花CAT 酶活性与其它处理
间差异达到极显著水平 ,而 POD 和AP 酶活性间差异未达到极显著水平 。
105第 1期 刘　鹏 ,等:不同 pH 水平对七子花生理特性的影响
3　讨　　论
植物生长环境中的酸碱度与植物地上部分的生理活动并没有直接的关系 ,但对植物的
根际有着非常直接的影响 , pH 的变化不仅直接影响了植物根际养分的有效性 ,而且对根系
生长和微生物活性也有重大的影响[ 9] ,从而对根系吸收水分和矿物质 、激素的合成有极为关
键的影响。我们的实验结果也证实 ,虽然七子花介质中的酸碱度与七子花地上部分的生理
特性并没有直接的关系 ,但 pH 的变化可通过影响七子花的根系活力和细胞膜透性及矿物
质的吸收 ,间接影响植物的呼吸速率 、光合速率和叶片的 AP 、CAT 和 POD等保护酶的活性 。
从 pH 对七子花光合作用的结果(见图 2)来分析 ,当介质中的pH 升高 ,将降低Mn 、Fe 、Ca 等
元素的有效性[ 9] ,而 Mn 直接参加了光合作用中水的光解作用[ 10] ,Fe 为主形成的铁氧蛋白
(Ferredoxine)在植物的光合作用的电子传递中起着关键的作用 ,Ca 不仅参与植物光合放氧
过程 ,也影响气孔的关闭运动[ 9] ,因而 pH 升高较降低对七子花光合速率的影响更大一些
(见图 2)。
另一方面 ,pH 对矿物质在土壤中的分布 、有效性和迁移都产生重要影响[ 11] 。我们先前
的试验曾发现[ 1] ,土壤中钼和锰的含量对七子花的扦插有明显的影响 ,七子花扦插成活率高
的土壤 ,钼 、锰含量分别比插成活率低的土壤高 68.8%和 154.8%,表明这 2种微量元素在
七子花的生长发育中有较为关键的作用 ,而土壤中钼和锰的含量和有效性受到土壤 pH 很
大的影响[ 11] ,钼和锰都是植物生长发育的必需元素 ,钼是硝酸还原酶和固氮酶的重要成
份[ 12-13] ,钼在植物的氮代谢中起着重要的作用 ,锰具维持叶绿体膜正常结构的作用 ,直接参
加光合作用中的希尔反应 ,因而七子花生长环境中的酸碱度的变化通过影响钼和锰的分布 、
含量和有效性 ,最终影响七子花的氮代谢和光合作用。
[参　考　文　献]
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106 华东师范大学学报(自然科学版) 2003 年
Effects of pH on Physiology Characteristics of
HeptacodiumMiconioides
LIU Peng , 　XU Gen-di , 　YANG Wei-wei
(College of Life and Environment , Zhejiang Normal University , Zhejiang Jinhua　321004 , China)
Abstract:The study deals with the changes of physiological characteristics (Photosynthetic , Exhaustion rate ,
Membrane permeability , Peroxidase activities , Catalase activities , Ascorbate peroxidase activities and root activi-
ties)with different supplementation of pH of Heptacodium miconioides.There are 7 kinds of pH treatments(3 , 3.
5 , 4 , 4.5 , 5 , 5.5 , 6 , 6.5 , 7 , 7.5 , 8 , 8.5)in our experiment.The results indicated that under pH 5.5 treat-
ment , photosynthetic efficiency(Pn), respiratory intensity(Er), root activities(RA)and the activities of peroxi-
dase(POD)、catalase(CAT)、ascorbate peroxidase(AP)of Heptacodium miconioides leaves are the highest , and
membrane permeability (MP)of Heptacodium miconioides leaves is the lowest.The growth of Heptacodium mico-
nioides is more favorable under pH 5.5 treatment.When pH of water medium is lower or higher than pH 5.5 , it
is disadvantageous to the growth of Heptacodium miconioides.
Key words:Heptacodium miconioides;　pH;　phy siological characteristics
107第 1期 刘　鹏 ,等:不同 pH 水平对七子花生理特性的影响