全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 6期，2007年 12月 1065
收稿 2007-09-06 修定　 2007-11-02
资助　 北京市自然科学基金(6 04 1 0 02 )。
* 通讯作者(E-mail：xuefengx@cau.edu.cn；Tel：010-
6 2 7 3 3 7 5 8 )。
干旱胁迫下平邑甜茶各器官中山梨醇的累积
孟艳玲，韩振海，闫建河，孙春玉，许雪峰＊
中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100094
提要：检测聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱下的水培苗、自然干旱下的盆栽苗和离体叶片自然失水后平邑甜茶不同器
官中山梨醇含量和相关代谢酶活性的结果表明，轻度和中度干旱胁迫下的平邑甜茶叶中山梨醇含量、6-磷酸山梨醇脱氢
酶(S6PDH)和6-磷酸山梨醇磷酸酶(SorPP)活性以及韧皮部中山梨醇含量显著增加；根和韧皮部中山梨醇含量平行上升，山
梨醇脱氢酶(SDH)活性随之下降。
关键词：干旱胁迫；山梨醇累积；代谢酶活性；平邑甜茶
Sorbitol Accumulation in Different Organs of Malus hupehensis (Pamp) Rehd
under Drought Stress
MENG Yan-Ling, HAN Zhen-Hai, YAN Jian-He, SUN Chun-Yu, XU Xue-Feng*
College of Agriculture and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100094, China
Abstract: The sorbitol content and its relative metabolic enzymes activities in different organs of Malus hupehensis
were determined by three different drought stress treatments, polyethylene glycol inducing water deficit, potted
seedlings without supplying water, and the detached leaves with water loss at room temperature. On the condi-
tions of mild and moderate stress, the sorbitol content in leaves and phloem, sorbitol-6-phosphate dehydroge-
nase (S6PDH) and sorbitol-6-phosphate phosphatase (SorPP) activities in leaves increased significantly. The
sorbitol content in roots increased with that in phloem, while sorbitol dehydrogenase (SDH) activity in roots
decreased.
Key words: drought stress; sorbitol accumulation; metabolic enzyme activity; Malus hupehensis
山梨醇是蔷薇科果树主要的光合产物、运输
形式和可溶性贮藏物质，与植物抗逆性有密切关
系(Kobashi等 2000；Li和 Li 2005，2007；Wang
和 Stutte 1992)。山梨醇在成熟叶片中合成，通
过韧皮部运输到库器官中(果实、梢尖、根系)分
解(Bieleski 1969)。山梨醇的生物合成由两步完
成，即：6-磷酸葡萄糖在 6-磷酸 -山梨酸脱氢酶
(sorbitol-6-phosphate dehydrogenase，S6PDH)催化
下生成 6-磷酸 -山梨醇，6-磷酸 -山梨醇在 6-磷
酸山梨醇磷酸酶(sorbitol-6-phosphate phosphatase，
SorPP)催化下生成山梨醇。运输到库器官的山梨
醇分别在山梨醇脱氢酶(sorbitol dehydrogenase，
SDH)和山梨醇氧化酶(sorbitol oxidase，SOX)作用
下，生成果糖或葡萄糖(Grant和 Rees 1981)。近
几年来，有关山梨醇及其代谢酶在逆境下的变化
逐渐引起人们关注，但多数研究仅限于源(叶片)
或库(果实或梢尖)的代谢(柴成林等 2001；Bianco
等 2000)，并未从植株整体水平(源 -运输 -库)上
进行探讨。此外，有关催化山梨醇合成的最后一
步即 SorPP的调节作用至今尚无报道。为此，我
们以平邑甜茶为材料，采用 PEG模拟干旱下的水
培苗、自然干旱下的盆栽苗和离体叶片自然失水
三种处理方式，检测了干旱胁迫下平邑甜茶不同
器官中山梨醇含量和相关酶的活性变化。
材料与方法
将 4 ℃下层积处理后的平邑甜茶[ M a l u s
hupehensis (Pamp) Rehd]种子播于蛭石中，2~3片
真叶时移入蒸馏水中培养一周，再转入 1 /
2Hoagland营养液培养一周，而后以全量Hoagland
营养液培养于培养室，光照 14 h·d-1，光照强度
400 µmol·m-2·s-1，温度 25~28 ℃。
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实验处理有三类：
(1) PEG模拟干旱胁迫处理：苗龄 3个月的
水培苗高 20 cm左右，具 8~9片真叶时，选取生
长一致的水培苗分别移入含有 10%、20%和 30%
聚乙二醇 6000 (PEG6000)的Hoagland营养液(10%
PEG6000培养下的水培苗叶水势为 - 1.1~- 0.8
MPa，20% PEG为-1.6~-1.3 MPa，30% PEG为-
2.3~-1.8 MPa)中模拟轻度、中度和重度干旱胁迫
处理，正常营养液水培(叶水势为-0.89~-0.8 MPa)
为对照，每个处理重复 3 次，采用随机区组设
计，30 株为一小区。于处理后 4 h、8 h、1 2
h、1 d、2 d、4 d和 6 d取样，分别取叶片、
根系和韧皮部(用手术刀片将韧皮部与木质部剥
离，弃掉淡褐色表皮，取淡绿色韧皮部)。从每
小区中取的不同器官样品充分混合后，一半经液
氮冷冻后存放于-40 ℃冰箱中用于酶活性测定；
另一半经 105 ℃杀青 30 min，80 ℃下烘干至恒重
后用于测定山梨醇含量。
(2)盆栽苗自然干旱胁迫处理：采用一年生、
长势均一的盆栽实生苗为试材，地上部高1.5 m左
右，具 20~25片真叶，盆径 25 cm，盆高 21 cm。
每盆按腐殖土:蛭石＝ 3:1装盆，并混拌 2 kg·m-3尿
素。栽后定量浇水，每盆间土壤水分状况一致。
干旱处理前一天傍晚浇透水后停止浇水，让盆土
自然干旱至不同的胁迫程度：至轻度胁迫时盆栽
苗在日出前的叶水势为-1.06~-0.98 MPa；中度胁
迫的叶水势为-1.96~-1.79 MPa；重度胁迫的叶水
势为-2.23~-2.1 MPa；以未经胁迫处理的苗为对
照，其叶水势为-0.84~-0.80 MPa。随机区组设
计，单株小区，每处理 6 盆苗。当植株分别呈
现上述干旱胁迫状态时，于下午 5:00~5:30取叶
片、韧皮部和根系，充分混合后，烘干、冷藏
供测定用。
(3)离体叶片自然失水处理：取苗龄 3个月的
水培苗顶部第 2~3片成熟叶片，室温下(25~28 ℃)
令其自然失水达鲜重的 10%、20%和 30%时取
样，以未失水叶片为对照。每处理 30 片叶，重
复 3 次。样品烘干、冷藏供测定用。
水势测定用压力室法(ZIS-1型植物水势仪为
中国空间飞行器总体部制造)。
山梨醇的提取参考Negm和Loescher (1981)文
中方法，稍加改动。样品磨碎过筛后，加入 10
mL 80% 乙醇于 80 ℃水浴中提取 10 min，以
2 500×g离心 10 min，收集上清液，沉淀物用 80%
乙醇再提取 2次。收集的上清液以旋转蒸发仪上
蒸干后，加 2 mL蒸馏水溶解，过 C18固相萃取小
柱，滤液过 0.22 µm滤膜后测试。
山梨醇用高效液相色谱法(HPLC)测定。液相
色谱仪Waters系统，泵Waters 600，色谱柱SCR-
101C，规格为 7.9 mm×30 cm，外加保护柱。柱
温 80 ℃；流速 0.8 mL·min-1；示差检测器Waters
410，工作温度 45 ℃；流动相为脱气的蒸馏水；
每次进样量为 5 µL。根据样品峰面积和山梨醇化
合物的标准曲线计算其含量。
酶液的提取参照Keller和 Ludlow (1993)文中
方法。提取的酶液在稀释 1 0 倍的提取液(去除
TritonX-100)透析 16 h后用于酶活性测定。S6PDH
活性参照Negm和 Loescher (1981)文中方法测定，
稍加改动。酶反应液总体积为 3 mL，其中含 0.1
mmol·L-1 NADPH、0.1 mol·L-1 Tris-HCl (pH 8.8)、
50 mmol·L-1 G6PNa2和酶提取液。SorPP活性参照
Zhou等(2 003 )文中方法测定。S DH 活性参照
Yamaguchi等(1994)文中方法测定，稍加改动。反
应液总体积为 3 mL，内含 1 mmol·L-1 NAD+、0.1
mol·L-1 Tris-HCl (pH 9.0)和 500 mmol·L-1 D-山梨
醇。
蛋白含量测定用 Bradford (1976)方法，以
BSA为标准样品。
统计分析用 SPSS数据统计软件，单因素变
异系数法(one-way ANOVA)分析。
结果与讨论
1 干旱胁迫对平邑甜茶叶中山梨醇含量和相关酶
活性的影响
从图 1~3可见：(1) 10% PEG和 20% PEG处
理的山梨醇含量均显著增加，20% PEG比 10%
PEG处理更明显，4 d后，20% PEG处理的叶中
山梨醇含量急剧下降，比未经胁迫处理的明显
低。而 30% PEG处理的叶中山梨醇含量仅在处理
4 h稍高于未经胁迫处理的，以后随着胁迫时间的
延长而急剧下降，显著低于未经胁迫处理的(图 1-
a )。
植物生理学通讯 第 43卷 第 6期，2007年 12月 1067
PEG模拟干旱处理同样还影响与山梨醇代谢
相关的酶活性(图 1-b、c、d)。S6PDH和 SorPP
活性变化趋势相似。处理 1 d，10% PEG和 20%
PEG处理下的 S6PDH和 SorPP活性均显著上升，
SorPP出现高峰值比 S6PDH早，20% PEG处理的
效果比 10% PEG更为显著。随着胁迫时间的延
长，2种合成酶活性逐渐下降，但 SorPP活性变
化更为剧烈，20% PEG处理 4 d后，SorPP已丧
失活性。30% PEG处理 4 h时，2种酶活性稍高
于未经胁迫处理，而后随着胁迫时间的延长活性
急剧下降，SorPP活性比 S6PDH早丧失。10%
PEG和 20% PEG处理 2 d和 30% PEG处理 1 d的
SDH活性变化趋势相对平稳，较未经胁迫处理的
稍有下降；而后，SDH活性分别升至为未经胁迫
处理的 1.63、2.33和 3.51倍。
(2) 不同程度的自然干旱胁迫也影响平邑甜茶
盆栽苗叶中的山梨醇含量以及 S6PDH、SorPP和
SDH三者活性。轻度和中度干旱胁迫下，山梨醇
含量、S6PDH活性和 SorPP活性升高，SDH活
性下降，这显然有利于叶中山梨醇的合成；重度
干旱胁迫下，虽然S6PDH活性仍显著高于未经胁
迫处理的，但 SorPP活性已下降至未经胁迫处理
的 38%，且 SDH活性升至为未经胁迫处理的 2.15
倍(图 2)，显示山梨醇合成受阻而分解作用加强。
(3)在离体叶片自然失水达 10%和 20%时，
S6PDH和 SorPP活性增加，SDH活性下降；失
水 30%时，虽然 SorPP活性下降、SDH活性上
升，但与未经失水处理的差异不显著，加之
S6PDH活性显著高于其它处理，因此与之对应的
山梨醇含量仍显著高于未经失水处理的(图 3)。
2 干旱胁迫对平邑甜茶韧皮部中山梨醇含量的影响
图 4、5显示：(1) 10% PEG和 20% PEG处
理的平邑甜茶水培苗韧皮部中山梨醇含量均增加，
20% PEG处理的山梨醇含量峰值出现和下降时间
图 1 不同浓度 PEG处理下的平邑甜茶水培苗叶中山梨醇含量、S6PDH、SorPP和 SDH的活性变化
Fig.1 Changes in sorbitol content, S6PDH activity, SorPP activity, and SDH activity in leaves of
water cultured seedlings of M. hupehensis treated by PEG with different concentrations
植物生理学通讯 第 43卷 第 6期，2007年 12月1068
图 3 不同失水程度下的平邑甜茶离体叶中山梨醇含量、S6PDH、SorPP和 SDH的活性变化
Fig.3 Changes in sorbitol content , S6PDH, SorPP, and SDH activities in detached leaves of M. hupehensis with water loss
图 2 自然干旱下的平邑甜茶盆栽苗叶中山梨醇含量、S6PDH、SorPP和 SDH的活性变化
Fig.2 Changes in sorbitol content, S6PDH, SorPP, and SDH activities in leaves of
potted seedlings of M. hupehensis under drought condition
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图 4 不同浓度 PEG处理下的平邑甜茶水培
苗韧皮部中山梨醇含量变化
Fig.4 Changes in sorbitol content in phloem of water
cultured seedlings of M. hupehensis treated by PEG with
different concentrations
图 5 自然干旱下的平邑甜茶盆栽苗
韧皮部中山梨醇含量变化
Fig.5 Changes in sorbitol content in phloem of potted
seedlings of M. hupehensis without supplying water
皆早于 10% PEG处理。处理 2 d后，与叶中山
梨醇含量下降相呼应的是，韧皮部中山梨醇的含
量逐渐下降至未经胁迫处理的水平。30% PEG处
理8 h的韧皮部中山梨醇含量稍高于未经胁迫处理
的(但与未经胁迫处理的基本上无差异)，而后随
着胁迫时间的延长急剧下降，显著低于未经胁迫
处理的(图 4)。
(2)轻度和中度干旱胁迫下的平邑甜茶盆栽苗
韧皮部中山梨醇含量增加，重度胁迫下的稍有下
降，与未经胁迫处理的差异不显著(图 5)。
图 6 不同浓度 PEG处理下的平邑甜茶水培苗根中山梨醇含量和 SDH的活性变化
Fig.6 Changes in sorbitol content and SDH activity in roots of water cultured seedlings of
M. hupehensis treated by PEG with different concentrations
3 干旱胁迫对平邑甜茶根中山梨醇含量和相关酶
活性的影响
图 6、7的结果表明：(1) 10% PEG处理的
平邑甜茶根中山梨醇含量始终显著高于未经胁迫处
理的；20% PEG处理 1 d的山梨醇含量显著高于
未经胁迫处理和 10% PEG处理，之后随着胁迫时
间的延长而下降。30% PEG处理的根中山梨醇含
量显著下降(图 6-a)。
10% PEG和20% PEG处理2 d的根中SDH活
性下降，但两种处理之间差异不大；30% PEG处
理 12 h的 SDH 活性下降，而后急剧上升，1 d
后活性丧失。根中SDH活性比叶中变化明显一些
植物生理学通讯 第 43卷 第 6期，2007年 12月1070
图 7 自然干旱下的平邑甜茶根系中山梨醇含量和 SDH的活性变化
Fig.7 Changes in sorbitol content and SDH activity in roots of potted seedlings of M. hupehensis without supplying water
(图 6-b)。
(2)轻度和中度自然干旱下根中山梨醇含量均
提高，SDH活性降低，中度干旱的根中山梨醇含
量增加显著。重度自然干旱的根中 SDH活性稍高
于未经胁迫处理的，但与相对应的是山梨醇含量
并没有下降反而稍高于未经胁迫处理的(图 7)。
综上所述，本文结果说明了三点：
(1)本文采用的PEG模拟干旱处理平邑甜茶水
培苗、自然干旱处理盆栽苗和离体叶片自然失水
3种干旱胁迫方式基本上一致证明，即在植物可
以忍受的范围内(轻度胁迫和中度胁迫前、中
期)，叶中的 S6PDH和 SorPP对水分胁迫较为敏
感，能迅速上调其活性，而起分解作用的 SDH活
性下降，这种变化显然更利于叶中合成更多的山
梨醇以应对干旱胁迫。但随着胁迫的加剧，
SorPP 活性丧失，山梨醇合成受阻，加之此时
SDH活性急剧上升，山梨醇分解更为加剧，以致
中度干旱胁迫后期和严重干旱胁迫下叶中的山梨醇
含量呈下降趋势(图 1~3)。因此，我们认为源叶
中 S6PDH和 SorPP 2个合成酶活性的“上调”是
导致叶中山梨醇含量增加的主要原因，SDH也发
挥作用，但相对不明显。Li和 Li (2005，2007)
曾提出，用 PEG处理的苹果组培苗叶中山梨醇含
量和A6PR (即 S6PDH)活性均增加，SDH活性下
降，但 SDH活性受水分胁迫影响远高于 A6PR，
他们认为叶中山梨醇的积累是A6PR和SDH共同作
用的结果。Bianco等(2000)则认为干旱胁迫下库
器官(梢尖)中 SDH活性下降后，山梨醇消耗呈减
少，从而导致桃叶片中山梨醇积累。这些差异可
能是植物材料(平邑甜茶水培苗和盆栽苗/富士组培
苗 /桃实生苗)、干旱处理方式(3种胁迫方法 /PEG
处理 / 灌水量控制)、胁迫程度和持续时间等所
致 。
(2)根系是平邑甜茶的库器官。本文中轻度和
中度胁迫处理前期，根中的 SDH 活性下降、山
梨醇含量上升(图 6、7)，而与之对应的是韧皮部
运输的山梨醇增加(图 4、5) ；但在轻度处理水培
苗后期和盆栽苗受严重干旱胁迫时，根系SDH活
性虽然上升，但山梨醇含量并未减少，而是保持
在原水平或仍稍高于未经干旱胁迫处理的，并且
与此对应的是韧皮部中山梨醇含量也呈相同的变化
趋势。因此，我们认为干旱胁迫下，根中的 SDH
和韧皮部运输是协同作用的，库消耗的“下调”
和源运输的“上调”的共同作用而导致山梨醇在
根系中积累。Kobashi等(2000)在四年生桃树经干
旱处理时曾观察到，桃果实中的山梨醇氧化酶
(SOX)活性上升，库增强导致果实中的山梨醇含
量增加。据此我们认为，两种试材不同的山梨醇
代谢类型(SDH/SOX)和代谢强度(根系弱库/果实强
库)可能是导致上述差异的原因。
(3) SorPP催化山梨醇合成的最后一个步骤，
其活性受山梨醇的反馈抑制，表明 SorPP可能参
与山梨醇合成过程的调节(Zhou等 2003)。本文结
果也显示：(1) SorPP活性的变化趋势与山梨醇含
量和 S6PDH活性变化相平行；(2) SorPP对干旱逆
境较为敏感，其活性的下降或丧失总是先于
S6PDH变化。据此我们认为，为防止干旱胁迫下
叶中山梨醇积累过高以致代谢失调，应当注视，
植物生理学通讯 第 43卷 第 6期，2007年 12月 1071
叶中山梨醇过饱和前 SorPP活性的调节以保持植
物体内的代谢平衡。
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