全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 2007, 34 (2) : 279 - 282
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 09 - 11; 修回日期 : 2007 - 02 - 03
基金项目 : 河北省科技厅资助项目3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: xjzhxw@ eyou1com)
苹果砧木 S H40和八棱海棠缺铁胁迫下根系有机酸
分泌的差异
李振侠 1, 2 , 徐继忠 13 , 高 仪 1 , 邵建柱 1 , 张 媛 1
(1 河北农业大学园艺学院 , 河北保定 071001; 2 河北科技大学生物科学与工程学院 , 石家庄 050018)
摘 要 : 以苹果砧木 SH40和八棱海棠 (M alus m icrom alus) 的生根试管苗为试材 , 采用水培方法 , 研究
了缺铁胁迫对根系分泌有机酸的种类和数量的影响。结果表明 : SH40和八棱海棠根系分泌有机酸种类相同 ,
主要是草酸、丙二酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸 , 但在分泌总量上差异明显 , 八棱海棠分泌有机酸总量大
于 SH40。缺铁胁迫时 SH40草酸分泌量和八棱海棠柠檬酸分泌量大量增加 , 且八棱海棠干物质和铁含量明显
高于 SH40。草酸和柠檬酸分泌量增加可能是 SH40和八棱海棠耐受缺铁胁迫的原因之一。
关键词 : 缺铁 ; 苹果砧木 ; 根系 ; 有机酸
中图分类号 : S 661 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2007) 0220279204
D ifference of O rgan ic Ac id Exuda tion from Roots of SH40 and Ba lengha itang
under Iron2def ic iency Stress
L I Zhen2xia1, 2 , XU J i2zhong13 , GAO Yi1 , SHAO J ian2zhu1 , and ZHANG Yuan1
(1 College of Horticulture, A gricultural U niversity of Hebei, B aod ing, Hebei 071001, Ch ina; 2 College of B ioscience and B ioengi2
neering, Science and Technology U niversity of Hebei, Sh ijiazhuang 050018, Ch ina)
Abstract: SH40 and Balenghaitang (M alus m icrom a lus) , app le rootstocks, were used as experimental
materials to study the organic acid exudation from roots grown hydroponically under iron2deficiency stress. Re2
sults showed no difference in types of organic acids between SH40 and Balenghaitang under iron2deficiency, in2
cluding oxalate, malonic acid, tartaric acid, citrate acid and malate. The quantity, however, was significantly
different. The total amount of organic acid of Balenghaitang, which has higher in iron2deficiency tolerance,
was higher than that of SH40. On the other hand, oxalate and citrate exuded from SH40 and Balenghaitang were
increased largely under iron2deficiency stress, and dry mass and Fe content of Balenghaitang were significantly
higher than that of SH40. In summary, significantly increased oxalate and citrate exudation is p robably respon2
sible for the tolerance of SH40 and Balenghaitang to iron2deficiency stress.
Key words: Iron2deficiency; App le rootstocks; Root; O rganic acid
SH40是山西省农业科学研究院果树研究所用国光和河南海棠杂交培育的苹果矮化砧木 , 其抗寒能
力较强 , 但容易出现缺铁失绿现象。而八棱海棠 (M alus m icrom alus) 耐缺铁能力较强 (马宝 等 ,
1999; 李振侠 等 , 2004)。
已有的研究表明 , 植物在某些逆境因子胁迫下 , 根系可通过向根际环境分泌有机酸来减轻胁迫
(L i & Ma, 2000)。其机理是通过改变根际 pH和氧化还原条件 , 或者通过螯合作用和还原作用来增
加元素的溶解度和移动性 , 进而促进植物根系对这些养分的吸收和利用 ( Hoffland, 1992; Jones,
1998)。O lsen等 (1981) 发现番茄缺铁胁迫下分泌的咖啡酸 (3, 4 -二羟基肉桂酸 , 3, 42D ihydroxy2
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cinnm ic acid) 能将土壤中难溶性的铁溶解出来 , 从而提高铁的吸收利用效率。因此研究植物根系分
泌物中的有机酸对理解植物抗养分胁迫的机理有重要意义。
本试验以苹果砧木 SH40和八棱海棠的生根试管苗为试材 , 采用水培的方法对其根系分泌物中有
机酸的种类和数量进行比较研究 , 以期为筛选抗缺铁砧木提供实验和理论依据。
1 材料与方法
试验于 2002～2003年在河北农业大学园艺学院生物技术实验室进行。供试材料为 SH40和八棱海
棠的生根试管苗 (苗龄 90 d)。
选择生长一致的生根试管苗培养于 1 /2剂量的 Hoagland营养液中 , 每天 14 h光照 , 光强 45167
μmol·m - 2 ·s- 1 , 温度白天为 22～28℃, 夜间为 17～21℃, 相对湿度为 60% ～90% , 持续供氧。每
盆 5株苗 , 营养盆容积为 1 000 mL 。
培养 2周后再转入正常营养液 ( Fe2EDTA 为 40μmol·L - 1 ) 中培养 2周 , 然后进行缺铁 ( 0
μmol·L - 1 ) 处理 , 对照为 Fe2EDTA 40μmol·L - 1。处理 5 d后采用原位收集法 (田中民 等 , 2003)
对其根系分泌物进行收集。
根系分泌物收集及有机酸测定 : 准备直径为 5 mm的层析滤纸片 , 用甲醇清洗 3次后再用重蒸水
清洗 3次 , 在无菌条件下晾干备用。收集时先将正常供铁和缺铁的幼苗根系在去离子水中清洗数次 ,
以除去根表的营养液 , 然后将根系平放于铺有湿滤纸片的磁盘中。在收集分泌物的根组织下方垫上 2
cm ×2 cm的塑料胶片 , 然后在收集部位根组织的上下方各放一个预先处理好的层析滤纸片 , 其余根
组织部分用湿滤纸片覆盖。最后用黑塑料布将整个根系盖住 , 在光照下收集 4 h, 各处理重复 3次。
收集结束后将滤纸片放入 215 mL离心管中 , 每 10个滤纸片加 300μL重蒸水 , 经 12 000 ×g离心 10
m in后取上清液备用。取根系分泌物的上清液 1 mL过 0145μm滤膜 , 用毛细管电泳 (HPCE) 测定其
中的有机酸含量。色谱柱为直径 75μm、长 4614 cm的石英毛细管柱 , pH 1181的 50 mmol·L - 1的磷
酸缓冲液 (012 mmol·L - 1 CTAB ) , 紫外检测波长 195 nm, 柱温 25℃, 分离电压 15 kV, 压力进样 20
Pa·s- 1。有机酸标样为 Sigma公司产品。
地上部干质量测定 : 收集地上部分 , 用蒸馏水将样品洗净后放入烘箱内 , 105℃杀青 15 m in,
80℃烘干至恒重。
地上部分铁含量测定 : 将烘好的样品粉碎 , 称取一定质量放入坩埚内 , 在 550℃的马弗炉中灰化
7～8 h, 冷却后加入 1∶1的盐酸 1 mL溶解残渣 , 定容至 25 mL容量瓶中过滤。用德国产 PERKIN2EL2
MER M2100型原子吸收分光光度计测定铁含量 , 重复 3次。
采用 SPSS软件进行方差分析。
2 结果与分析
211 缺铁胁迫对苹果砧木地上部干质量和铁含量的影响
缺铁胁迫降低了 SH40和八棱海棠地上部干物质的积累 (图 1)。与对照相比 , SH40地上部干物质
积累量降低了 17150% , 八棱海棠降低了 12175% , 两者差异显著 , 缺铁胁迫对 SH40的抑制作用较大。
由图 2可以看出 , 缺铁胁迫降低了 SH40和八棱海棠地上部的铁含量。与对照相比 , SH40降低了
43184% , 八棱海棠降低了 22131% , 差异均达 0105的显著水平 ; SH40的降幅大于八棱海棠。说明在
缺铁胁迫前 , 正常营养液培养条件下 , 八棱海棠有较高的铁吸收能力 , 因此在随后的低铁胁迫条件
下 , 八棱海棠比 SH40更耐缺铁胁迫。
本研究中 , 在缺铁胁迫下 , 八棱海棠的干物质和铁累积量都高于 SH40 , 砧木类型间差异显著 ,
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2期 李振侠等 : 苹果砧木 SH40和八棱海棠缺铁胁迫下根系有机酸分泌的差异
说明八棱海棠对溶液中铁的吸收能力较高 , 耐受缺铁能力较强。
图 1 缺铁胁迫对苹果砧木地上部干质量的影响
F ig. 1 Effect of iron2def ic iency stress on
shoot dry ma ss of apple rootstocks
图 2 缺铁胁迫对苹果砧木叶片铁含量的影响
F ig. 2 Effect of iron2def ic iency stress on Fe
con ten t in leaf of apple rootstocks
212 缺铁胁迫下苹果砧木根系有机酸分泌的差异
由表 1可以看出 , 从两砧木根系分泌物中至少检测出 5种有机酸 , 经标样鉴定 , 分别为草酸、酒
石酸、丙二酸、苹果酸和柠檬酸 , 但分泌量不同。在其它作物中也发现类似的低分子量有机酸的分泌
(Baziramakenga et al. , 1995; 董淑富 等 , 1997; Cie et al. , 1998)。
表 1 缺铁胁迫对苹果砧木根系有机酸的影响
Table 1 Effect of iron def ic iency stress on exuda tion of organ ic ac id in apple rootstocks (μg·cm - 1 root)
处理
Treatment
砧木
Rootstock
草酸
Oxalate
丙二酸
Malonic acid
酒石酸
Tartaric acid
柠檬酸
Citrate
苹果酸
Malate
总量
Total
- Fe SH40 67190a 11133a 1142a 25169b 13180a 120116b
八棱海棠 (M alus m icrom alus) 23129b 6142b 0178a 117119a 11136a 159107a
对照 Control SH40 36118a 9131b - 16127b 24187b 86164b
八棱海棠 (M alus m icrom alus) 32191a 49138a - 27127a 36196a 146152a
注 : - , 未检出。Note: - , not determ ined; α = 0105.
缺铁胁迫下 , 两砧木有机酸分泌种类相同 , 但在分泌总量上存在差异 , 八棱海棠分泌的有机酸总
量显著高于 SH40。缺铁胁迫下 , SH40草酸分泌量大量增加 , 是对照的 1188倍 , 是八棱海棠的 2192
倍 ; 八棱海棠柠檬酸分泌量大量增加 , 是对照的 4130倍 , 是 SH40的 4156倍。在对照 (供铁 ) 条件
下 , 两砧木除未检测到酒石酸的分泌外 , 其余分泌有机酸的种类与缺铁胁迫时相同 , 但有机酸总量差
异显著。
3 讨论
已有的研究表明 : 基因型不同 , 分泌特定的有机酸也不同 , 如油菜主要分泌柠檬酸和苹果酸
(Marschner et al. , 1986) ; 籽粒苋富钾基因型根系分泌物中的苹果酸、柠檬酸和草酸含量显著高于一
般基因型 (李廷轩 等 , 2005)。本试验揭示 , 在缺铁胁迫时 , SH40草酸分泌量明显高于八棱海棠 , 占
有机酸总量的 56150% ; 而八棱海棠草酸分泌量仅占有机酸总量的 14164% ; 八棱海棠的柠檬酸分泌
量占有机酸总量的 73167% , 但 SH40的柠檬酸分泌量仅占总量的 21138% , 两者差异显著。因此缺铁
胁迫时 SH40增加的主要是草酸 , 八棱海棠增加的主要是柠檬酸 , 且柠檬酸增加的量远高于草酸。
曾清如等 (2001) 的研究表明 , 有机酸种类不同 , 对土壤中 Fe、Mn、Cu、Zn的活化能力不同 ,
其中柠檬酸的活化能力最强 , 草酸次之。
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Ma等 (1997) 的研究表明 , 铝胁迫也可诱导决明子专一性分泌柠檬酸 , 柠檬酸分泌是决明子抵
御铝毒害的主动性机理。因此我们推测 , 草酸是 SH40受到缺铁胁迫时对铁吸收起主要作用的酸 , 而
八棱海棠是柠檬酸 , 草酸和柠檬酸含量增加可能是它们耐受缺铁胁迫能力不同的原因之一 , 当然有机
酸分泌增加是否直接促进铁的吸收还需要更深入的研究以提供更有力和直接的证据。
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