全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 24(6)：554—557 2004年 11月
大豆耐铝性品种差异及其与有机酸的关系
刘拥海，俞 乐
(肇庆学院生物系，广东肇庆 52606I)
摘 要：从 1o个大豆品种中筛选出两个耐铝性差异显著的品种，研究了其耐铝性与有机酸的关系。经铝处
理后，吴川品种的相对根长为 133．5 ，化州只有 68．9 ，表明吴川相对耐铝，化州对铝较敏感。将不同浓度
的AICI3加入营养液中处理大豆 10 d，化州较吴川根长受到较大影响，进一步证实吴川相对耐铝毒，而化州对
酸铝敏感 机理研究发现大豆在铝胁迫下根系可分泌两种有机酸(草酸、柠檬酸)，其中吴川根系草酸分泌速
率提高了74 ，化州几乎没有提高，表明耐铝性大豆品种的根系草酸分泌速率明显提高，可增强其缓解酸铝
毒性的能力。而二者分泌柠檬酸的速率虽然均有显著提高，但处理后感抗品种之间差异不大，表明柠檬酸在
缓解铝毒性中的作用不大。铝处理下大豆根系虽然分泌两种有机酸，但草酸在大豆耐酸铝机制中的作用可能
更为重要。
关键词：大豆；耐铝；草酸；柠檬酸
中图分类号：Q946 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2004)06—0554—04
Relationship on the differences of soybean
cultivars in AI tolerance and organic acids
LIU Yong—hal，YU Le
(Department of Biology，Zhaoqing University，Zhaoqing 526061。China)
Abstract：Two soybean cultivars W UCHUAN，HUAZH0U differing in Al tolerance were screened from 10
soybean cultivars and used to study Al tolerance mechanisms． The results showed that the relative roots
length of the A卜resistant cultivars W UCHUAN was 1 33．5 while the Al—sensitive cultivars HUAZHOU
was 68．9 ．The resistance of the selected cultivars was further confirmed by treating the plants for 10 d with
different concentrations of AICI3 in culture solution．Tow organic acids were induced to exude by Al toxicity
from soybean roots．Oxalate exuded rate of WUCHUAN was increased by 74 in response to Al toxicity，
while HUAZH0U had no significant change．It meant the possibility Of oxalate detoxifying of the aluminum toxic—
ity in the Al—tolerant soybean cultivars was enhanced．The rate 0f citrate exuded in the two soybean cultivars both in—
creased in response to Al toxicity stress but no significant difference between them was observed．These results sug—
gested that oxalate might play more important role in the Al tolerance mechanism of soybean than citrate．
Key words：soybean；Al tolerance；oxalate；citrate
酸性土壤占全世界可耕作土地的4O ，占我国
耕地面积的 21 。铝毒是酸性土壤限制作物生长
的主要障碍因子之一。酸性土壤中铝主要危害作物
的根部，造成磷、钾、钙、镁、硼、钼等营养元素的缺乏
(Kochian，1995；李庆逵，1983)。大豆是酸性土壤中
的先锋植物，在酸铝刺激下大豆根系只分泌单一的
有机酸——柠檬酸，并且分泌柠檬酸是其耐铝毒的
重要作用机制(Yang等，2000；黄鹤等，2001)。草酸
在某些天然耐铝毒型植物(如养麦、野芋)的耐铝毒
机制中起重要作用(Ma等 1997a，1998；Ma和 Mi一
收稿 日期：2003—09—09 修订 日期 ：2004—02—16
作者简介：刘拥海(1972一)，男(汉族)，湖南邵东人，植物学专业博士，副教授，主要从事植物生理学和细胞生物学教学研究工作。
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6期 刘拥海等：大豆耐铝性品种差异及其与有机酸的关系 55
yasaka，l998；Zheng等，l998a)。用外源草酸处理
也能有效缓解铝毒对植物的伤害(Ginting等，
l998)。因此进一步研究草酸与大豆耐铝性关系有
重要意义。本文从 lO个大豆品种中筛选到两个耐
酸铝性有显著差异的品种，并进一步研究了两者分
泌有机酸的差异，旨在探讨其耐铝毒的机理。
1 材料和方法
1．1供试材料
大豆(Glycine max L．)，10个广东本地品种：
广大粒、梅州、五号增城、保黑色豆、廉江大粒黄、象
阳春豆、阳春小粒、化州、廉江 3O、吴川I，由华南农业
大学农学院提供。
1．2材料培养以及感抗品种筛选
挑选饱满、大小一致的种子，3O 的双氧水表面
消毒 10 rain，饱和 CaSO 溶液浸泡 30 rain，用蒸馏
水冲净后铺在湿润滤纸上，置于25℃恒温箱中避光
催芽至根长出l～2 cm。将发芽一致的种子点播于
塑料盆的尼龙网上，用含 0．5 mmol／L CaCI：，25
／~mol／L A1C1 ，pH 4．5的溶液进行处理(对照不加
A1C1 )，整个装置置于 25℃恒温箱中(避光)进行筛
选，气泵间歇供气，24 h后测量根长，计算相对根长
(铝 处 理 根 的生 长 量／对 照 处 理 根 的生 长 量 ×
100 )，以此进行酸铝感抗品种的筛选。
1．3耐铅性指标的测定与铝处理的浓度
铝离子对植物的毒害主要表现在抑制根的生
长，因此以主根长作为耐铝性的指标(Alam，1981)。
为进一步确认所筛选大豆品种耐酸铝性差异，将不
同浓度的A1C1 加入到培养液中实施长时间胁迫处
理：感抗品种种子按上述方法消毒后，用蒸馏水冲
净，播于蛭石中，在网室自然光下灌浇自来水培养至
子叶出土并充分展开后移栽进行处理。材料移栽
(移栽前 量主根长)至盛 有 l L 1／5 Hoagland
(pH4．5)营养液的瓦钵中(每盆 l5株，用气泵间歇
供气并每隔5 d更换 1次营养液)，设 4个不同的铝
浓度(0、200、400、l 000／~mol／L A1C1 )进行处理，
10 d后，计算根伸长抑制百分数。
1．4根系分泌物的收集与有机酸含量的测定
分泌物的收集：在 Zheng等(1998a)方法的基
础上加以改进。l 000／~mol／L A1C1 处理后第 11
天早上 9：00开始收集分泌物：用蒸馏水将植株的
根冲洗干净后，轻轻甩干水分，将根放人 l5O mL含
有o．5 mmol／L CaC1 、pH4．5的溶液中进行避光收
集 6 h。将收集液经一层纱布过滤，滤液转入 200
mL烧杯中，6o℃恒温水浴浓缩，用 2 mL 0．5 mol／
L HC1、8 mL蒸馏水先后将浓缩物溶解，溶解液经
小漏斗过滤，滤液直接过阳离子交换柱(Amberlite
IR一120 PLuS)，接着用 5 mL蒸馏水洗柱，浓缩管收
集流出液，流出液真空浓缩至干后，用 l mL流动相
将浓缩物溶解，溶解液转入 l mL指形管，12 000Xg
离心 10 rain，上清液作为待测样品。
有机酸含量测定：参照俞乐等(2002)的方法。
1．5仪器色谱条件
仪器：Waters高效液相色谱(510型)。色谱条
件：紫外检测器：Shmadzu(SPI)_6A)；固定相：C。8柱
(5／*m、4．6 mm X 250 mm)；流 动相：0．5
KHzPO4，0．5 mmol／L TBA，PH2．0；检测波长：220
nm；进样量：5～10 L；流速：l mL／min。
表 1 铝处理对不同大豆品种相对根长的影响
Table 1 Effect of aluminum on relative root length
of different soybean cultivars
品种 Cuhivars 相对根长 Relative root length
广大粒 Guangdali
梅州 Meizhou
五号增城 Wuhaozengcheng
保黑色豆 Baoheisedou
廉江大粒黄 I ian iangdalihuang
象阳春豆 Xiangyangchund0u
阳春小粒 Yangchunxia0Ii
化州 Huazhou
廉江 30 I ianjiang 30
吴JII Wuchuan
89．8
84．8
76．9
72．4
84．0
114．7
82．9
68．9
89．8
133．5
2 结果与分析
2．1大豆的感抗品种
用 25／~mol／L A1C1 的CaC1 溶液进行处理植
株 24 h后测量其主根长(对照不加 A1C1 )，并计算
相对根长，以此进行大豆对酸铝感抗品种的筛选。
结果显示(表 1)：不同大豆品种之间对酸铝的敏感
性存在显著差别，化州和吴川其相对根长分别为
l33．5％、68．9％，其它几个品种处于这二者之间，表
明吴JI最耐铝毒，化州对铝最为敏感。
2．2大豆感抗品种对铝浓度的敏感性
进一步检测了吴川和化州对铝的敏感性差异。
将不同浓度的 A1C1 加入到培养液中实施长时间胁
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迫处理，结果(图1)显示，吴川在铝浓度l 000 t~mol／L
A1C1。范围内其根生长均未受到抑制，而化州在400
t~mol／L的浓度范围内没有受到明显抑制，但当铝浓
度达到 l 000 t~mol／L A1C1。时，其根生长受到严重抑
30
。
蚓 10
量
0
0 200 400 1000
A1C1 3浓度 A1C1 3 concentration (u mo1／I．)
图 1 不同铝浓度对不同大豆品种根
生长的影响(误差线代表 S．士E)
Fig．1 Effect of different AI concentration on the
root growth of different soybean cuhivars
(Error bars stand for S．士E)
鑫
肇 言 e
三
O．3
O．2
O．1
O
制，高达5O 。表明吴JI和化州在 AlCln浓度为 l
000~tmol／L左右时表现出对铝的敏感性有显著差
异，这与用种子直接筛选的结果(表1)基本是一致的，
前后两个实验的铝处理浓度差异主要在于后者是加
吴JIWUCHUAN 化~HHUAZHOU
图 2 铝毒胁迫条件下不同大豆品种根系
草酸的分泌速率(误差线代表 S．士E)
Fig．2 Oxalate exuded rate in roots of different
soybean cuhivars in response to A1 toxicity
(Error bars stand for S．士E)
誊 4
。
兰
羹室
0
炅)IWUCItUAN 化卅I[tlUAZIOU 炙川 WLCHUAN 化州HuAzHO
图3 铝毒胁迫条件下不同大豆品种根系
柠檬酸的分泌速率(误差线代表S．士E)
Fig．3 Citrate exuded rate in roots of different
soybean cuhivars in response to A1 toxicity
(Error bars stand for S．士 E)
人到营养液中，而营养液中成分比较复杂，可能对铝
的处理效果有干扰作用，比如形成磷酸铝沉淀等，
从而减轻了酸铝毒性，故后者需要的浓度较大。
2．3铝处理后大豆感抗品种根系分泌有机酸的变化
植株用 l 000~tmol／L A1C1。处理后，在第 11天
早上9：00开始进行避光收集 6 h，将收集到的分泌
物进行一系列的处理，最后用高压液相色谱法进行分
析。结果如图2、3：吴川根系分泌草酸的速率有明显
提高，增加了 74 ，而化州几乎没有变化。大豆感
抗品种根系分泌柠檬酸速率均有显著提高，但铝处
理后两者分泌速率差异不大，吴川和化州分别为
0．246±0．038 Pg／g根干重／h、0．225±0．025 Pg／g
根干重／h。
图4 铝毒胁迫条件下不同大豆品种
叶片草酸含量变化(误差线代表S．士E)
Fig．4 Oxalate content in leaves of different
soybean cuhivars in response to A1 toxicity
(Error bars stand for S．士E)
2．4铝处理后大豆感抗品种内源有机酸的变化
铝处理后，在化州和吴川两个大豆品种的叶片、
根中均检测到有草酸含量下降，其中吴川叶片草酸
含量下降了 35 ，化州只下降 3．5 ；吴川根中草酸
含量降低了 39 ，化州却降低了63 (图4、5)。此
外，两个品种中叶片柠檬酸含量只有轻微下降，但感
抗品种问处理前后的差异不大(图 6)；在根中均未
能检测到柠檬酸。研究表明，铝处理后耐酸铝品种
吴川叶片中草酸含量下降比根中下降得更多。
3 讨论
在非酸性土壤溶液中，铝通常以难溶性硅酸盐
2 5 5 O
1 O
一对 0 时_【时 0
一q／砉 暑／ 碍 蕊 碍
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6期 刘拥海等：大豆耐铝性品种差异及其与有机酸的关系 557
和氧化物的形式存在，对植物没有毒害，但在酸性条
件下(pH<5)，可溶性的铝(主要是 A1什)对大多数
植物都会产生毒害(Kochian，1995)。植物对铝胁迫
一 般有两种忍耐机制：外部排斥机制和内部解毒机
制，有机酸在上述机制中均起重要作用 (Taylor，
1991)。耐酸铝植物在铝胁迫下，其分泌的有机酸能
与铝以螯合物的形式从植物根中渗出，这种螯合物
对植物的毒害性远远弱于 Al”，如菜豆、玉米、决明
分泌柠檬酸(Miyasaka等，1991；Pelet等，1995；Ma
兰 一
bo 1=
§
图5 铝毒胁迫条件下不同大豆品种
根的草酸含量(误差线代表S．土E)
Fig．5 Oxalate content in roots of different
soybean cultivars in response to AI toxicity
(Error bars stand for S．土E)
耐酸铝的植物种通常能分泌更多的有机酸，如
草酸积累型植物荞麦在铝诱导下常常分泌大量的草
酸(Zheng等，1998a)。在同一植物种内，耐酸铝品
种比铝敏感品种也常分泌更多的有机酸，如大豆、菜
豆、小麦，玉米等植物(Yang等，2000；黄鹤等，2001；
Miyasaka等，1991；Pelet等，1995；Delhaize等，
1993)。但也有例外，耐酸铝植物野芋在铝处理下根
系虽然也分泌草酸，但在分泌量上耐酸铝品种并没
有比敏感品种分泌得更多(Ma和 Miyasaka，1998)。
在非草酸积累型植物的根分泌物中很难检测到草酸
(Miyasaka等，1991；Pellet等，1995；Ma等，1997b，
1997c；Zheng等，1998b；Delhaize等，1993)。非草
酸积累型植物大豆在酸铝胁迫下只分泌单一的有机
酸——柠檬酸(Yang等，2000；黄鹤等，2001)。从图
2、3显示，大豆在铝胁迫下根系可分泌草酸和柠檬
酸，其中耐酸铝品种草酸分泌速率明显提高，铝敏感
性品种几乎没有变化，耐酸铝品种草酸分泌速率的明
显提高，可增强其解铝毒的功能。大豆感抗品种柠檬
酸分泌速率虽然均有显著提高，但处理后感抗品种间
差异不大，说明柠檬酸的分泌在解铝毒中的作用有
限。因此铝处理下大豆根系虽然分泌两种有机酸，但
等，1997b)；小麦分泌苹果酸；菜籽、萝 卜、燕麦等分
泌柠檬酸和苹果酸(Ma等，2000)；荞麦分泌草酸
(Ma等，1997a；Zheng等，1998a)。而在一些铝积累
型植物体内，有机酸能与铝以一定的比例结合，形成
毒性小且稳定的化合物，通过这种机制也能有效缓
解铝对植物的毒害，如绣球花中2／3的铝与柠檬酸
以1：1的比例结合成无毒化合物(Ma等，1997c)，
荞麦中的铝与草酸以 1：3的比例结合为一具有稳
定五环结构的无毒化合物(Ma等，1998)。
吴川WUCHUAN
图6 铝毒胁迫条件下不同大豆品种
叶片的柠檬酸含量(误差线代表S．±E)
Fig．6 Citrate content in leaves of different
soybean cultivars in response to AI toxicity
(Error bars stand for S．土 E)
草酸在大豆耐酸铝机制中的作用可能更为重要。
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6期 李典鹏等：不同生长 日龄罗汉果甙类成分变化研究 549
能是以幼果中的二糖甙作为前体，经历一个复杂的
生源途径形成的。其中包含了在植物体内的糖基转
移酶(Glyclcyltransferase)作用下，葡萄糖残基逐步
地转移，依次形成呈强甜味的四糖甙、五糖甙过程。
(3)授粉后 70 d的果实，外观仍呈绿色，虽已积
累有五糖甙，但甜味强度较低的三糖甙、四糖甙仍是
主要成分，甚至还含部分呈苦味的二糖甙。罗汉果授
粉后85 d，五糖甙积累达到高峰，果实外观开始黄熟，
甜味最强。传统罗汉果主要烘烤加工成干果出售，以
授粉后 65～70 d作为罗汉果的采收期，此时的罗汉
果在烘烤过程中不易出现破裂现象，使成品果保持较
好的外观品质。目前大量用于加工提取甜味剂的罗
汉果鲜果，其采收期仍与加工干果的采收期相同，根
据本研究，其果龄应在 85 d以上，不应是目前沿用的
65~70 d。因此在开展罗汉果规范种植同时，必须制
定严格科学的采收标准，以保证罗汉果的质量。
(4)根据上述罗汉果甙类成分的变化规律，值得
进一步探索利用果实内本身存在的酶系，将葡萄糖
残基数较少，甜度较低的甙类成分(如二糖甙、三糖
甙)，充分转化生成高甜度的罗汉果五糖甙的罗汉果
采后处理技术，这对有效提高罗汉果及其提取物的
品质及商品价值意义重大。
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