全 文 ：中国有丰富的早熟禾种质资源，约有100多种，以
西南、东北地区较多[1]。野生早熟禾宜于潮湿而寒冷
的气候，普遍耐寒，但耐热性普遍较差，并且其野生性
状往往不符合大量栽培利用的要求，目前用于建植草
坪的早熟禾，主要为国外引进种[2]。所以对本土野生
资源的引种和驯化显得尤为重要和有意义。
为了筛选和培育优良早熟禾品种，笔者以采集的
8种（品种）野生早熟禾为材料，在田间试验的基础上，
筛选出4个大田生长表现较好的种。然后进行高温胁
迫，通过测定与耐热性能相关的叶片半致死温度、细胞
质膜透性、叶片丙二醛含量和叶片脯氨酸含量等多项
指标，探讨了草地早熟禾、硬质早熟禾、细叶早熟禾、早
熟禾 4个草种在高温胁迫下这些生理指标的变化特
征，评价耐热能力差异，筛选出耐热性强的草种，为引
基金项目：“十一五”国家科技支撑项目“农林动植物育种工程—优质抗逆专用高羊茅、早熟禾新品种选育”(2006BAD01A19-4)、北京市教育委员会学
科建设与研究生培养项目资助—产学研联合培养研究生基地—北京城市生态环境建设。
第一作者简介：颜丽丽，女，1983年出生，在读硕士，主要研究方向：草坪草育种。通信地址：100083 北京林业大学 401信箱，Tel：010-62391612，
E-mail：miaomiao23_1983@163.com。
通讯作者：韩烈保，男，1965年出生，教授，楚天学者，博士生导师，主要研究方向：草坪科学与管理。
收稿日期：2008-12-16，修回日期：2009-01-19。
4个野生早熟禾属草种的耐热性研究
颜丽丽 1，韩烈保 1,2
（1北京林业大学草坪研究所暨森林培育与保护省部共建实验室，北京 100083；
2长江大学园艺园林学院，湖北荆州 434025）
摘 要：以草地早熟禾栽培种“午夜”为对照，通过测定高温胁迫下4个野生早熟禾属草种的几项生理指
标，探讨了半致死温度、叶片细胞质膜透性、叶片脯氨酸含量以及叶片丙二醛含量等生理指标的变化特
征。结果表明草地早熟禾、硬质早熟禾、细叶早熟禾、早熟禾和“午夜”的半致死温度分别为 56.56℃、
55.95℃、53.78℃、52.88℃和56.09℃；高温胁迫下，各草种随着胁迫程度和胁迫时间的增加，都表现为
质膜透性增大，游离脯氨酸积累先增加后减少，丙二醛含量持续增长。4种草受高温胁迫时伤害的程度
存在差异，耐热能力强弱依次为草地早熟禾、硬质早熟禾、早熟禾、细叶早熟禾。
关键词：早熟禾属；耐热性；生理反应；高温胁迫
中图分类号：S322；S688.4 文献标识码：A
Studies on the Heat Tolerance of 4 Wild Grasses of Poa L.
Yan Lili1, Han Liebao1,2
(1Institute of Turfgrass Science of Beijing Forestry University, Beijing 100083;
2College of Gardening and Horticulture of Yangtze University, Jingzhou Hubei 434025)
Abstract: Taking the variety“mid-night”as the CK, Variation of several physiological indices including the
lethal temperature, membrane permeability, proline accumulation and malondia1dehyde of four grasses under
high temperature stress was measured. The result showed that the lethal temperature of P. pratensis L., P. spho-
ndy lodes Trin., P.annua L., P.angustifolia. L. and“midnight”was 56.56℃, 55.95℃, 52.88℃, 53.78℃ and
56.09 ℃ respectively; Cell membrane permeability and the content of malondia1dehyde raised, proline accu-
mulation were gradually increaset then decreased with the temperature grades going up. It was found that there
existed some difference of heat resistance among the four grasses. The ranks of heat resistance of four grasses
were P. pratensis L., P. sphondy lodes Trin., P. annua L. and P. angustifolia. L..
Key words: Poa L., heat resistance, physiological response, heat stress
中国农学通报 2009,25(06):120-125
Chinese Agricultural Science Bulletin
种栽培和培育优良品种提供可靠的理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
首先对野生早熟禾属草种进行采集和初步筛选，
选择总体表现较好的 4种野生早熟禾，分别为硬质早
熟禾、早熟禾、草地早熟禾和细叶早熟禾进行高温胁迫
试验，选择草地早熟禾栽培品种“午夜”作为对照。
1.2 试验方法
将供试材料从实验地移植到直径10 cm，高60 cm
的塑料盆中，培养土为大田表土+砂子（2:1，V:V），培养
30天。然后转移到光照培养箱培养 15天，培养箱白
天/夜间温度为 20℃/15℃，相对湿度 60%，光强 7000
lx，光照变化周期12 h/天。
7月 26日开始进行高温胁迫处理，实验设两个处
理温度和一个对照，即35℃、45℃、对照25℃（室温），
测定相对电导率、脯氨酸含量、POD活性测定的处理
为 1~5天。高温处理在光照培养箱内进行，相对湿度
60%左右，光强7000 lx左右，光照变化周期12 h/天，然
后按试验要求进行取样。
1.3 试验指标及测定方法
1.3.1 高温半致死温度的测定 剪取25℃下处理的叶片，
用蒸馏水冲洗干净，接着用去离子水清洗3次，再用干净
沙布擦去浮水，然后将叶片叠起，剪取1 cm长的叶片10
个，置入试管后再用去离子水冲洗3次，分别加入10 ml
去离子水，将其分别放入室温、30℃、35℃、40℃、45℃、
50℃、55℃、60℃、65℃的恒温水浴中处理30 min，取
出冷却至室温，用电导仪测定其相对电导值，每个处理4
次重复，以室温植物叶片的电导值作为对照。
细胞膜伤害率=[1-（1-Rt/Rm）/（1-Ct/Cm）]×100%
式中Rt为不同水浴温度电导值，Rm为沸水浴后
电导值，Ct和Cm为对照热烫前后电导值。
将处理温度与细胞的伤害用Logistic方程一：
Y=k/（1+ae-bt）来拟合，方程中Y代表细胞的伤害，t代表处
理温度，k为细胞伤害率的饱和容量，由于细胞伤害率消
去了本底干扰，因而k值为100，a、b为方程参数。然后，求
出该曲线拐点时的温度，即为高温半致死温度（LT50）[3]。
1.3.2 相对电导率的测定 将剪取的叶片用蒸馏水冲洗
干净，再用去离子水漂洗 3次，用滤纸吸去浮水，剪取
1 cm长的叶片10个，放入试管中再用去离子水冲洗3
次，然后加入 10 ml去离子水，对照和处理均设 4个重
复。将试管放入真空抽气泵中抽气 10 min，取出试管
隔几分钟震荡一次，在室温下保持30 min，然后用电导
仪测定外渗液的电导值，接着再将试管放入沸水中处
理15 min以杀死组织，冷却至室温后再次测定外渗液
的电导值，最后计算细胞膜的相对透性，计算公式为：
相对电导率=L1/L2[4]
式中L1为叶片杀死前的外渗电导值，L2为叶片杀
死后的外渗电导值。
1.3.3 脯氨酸含量的测定 精确称取0.1 g的叶片，剪碎
后置入试管中，加入 5 ml 13%的磺基水杨酸溶液，然
后置于沸水中加热 10 min，取出试管，冷却至室温，吸
取2 ml提取液加入到另一具塞试管中，再加入冰乙酸
和酸性茚三酮溶液各2 ml，加塞煮沸30 min，取出冷却
后加入4 ml甲苯震荡5 min，静置待溶液分层后吸出有
机相（红色），加入比色杯，用分光光度计在 520 nm波
长下比色，重复4次。计算公式为:
脯氨酸含量mg/g=（X×5）/样品鲜重÷1000
式中：X为测定液中脯氨酸的质量浓度（μg/ml），
可以通过消光值在标准曲线上查得。
1.3.4 丙二醛含量的测定 称取叶片 0.1 g，用预冷的
0.05 mmol/L的磷酸缓冲液5 ml研磨成匀浆，倒人5 ml
试管中，用4000 r/min离心20 min。取上清液1.5 ml加
入0.5%硫代巴比妥酸溶液2.5 ml于10 ml试管中。混
匀于沸水浴反应 15 min，迅速冷却后，再倒人 10 ml试
管，用 4000 r/min离心 10 min。上清液用分光光度计
分别在 532 nm和 600 nm两个波长处测定OD值，以
0.5%硫代巴比妥酸溶液作参比。然后根据公式计算
样品中丙二醛的含量 [5]，即MDA=[（OD532-OD600）×V]/
[W×0.1551]
式中V为样品体积，W为样品重量。
2 结果与分析
2.1 半致死温度
植物在生长发育过程中，有一个自我维持的温度
范围，在这个温度界限内，植物能进行正常的新陈代谢
而不致受到伤害。在高温情况下，植物能在一定时间
内通过自我调节来适应环境温度，以保持生机，因此，
不同长度的高温时期，植物能忍耐的最大高温不同。
高温胁迫下，植物叶片细胞相对电导率随温度升
高而升高，如二者之间的关系呈现S型曲线，且该曲线
与Logistic方程Y=K/（1+ae-bt）具有较好的拟合度时，可
以用于半致死温度的确定[6]。
试验结果表明，草坪植物离体叶片在30 min的热
处理过程中，随着处理温度的不同，细胞膜的透性发生
了变化，在30~50℃的温度范围内，细胞膜的透性呈平
缓上升趋势，而且各草种间的变异幅度不大；在 50~
65℃的温度范围内，细胞膜的透性急剧上升，同时各
草种间的变异幅度增大。各草种细胞膜的透性变化曲
线均呈“S”型上升，将数据拟合Logistic方程，达到极
颜丽丽等：4个野生早熟禾属草种的耐热性研究 ·· 121
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显著水平（P<0.01）。求拐点温度，以确定其半致死温
度，计算得到草地早熟禾、硬质早熟禾、早熟禾、细叶早
熟禾和“午夜”的半致死温度分别为 56.56 ℃，
55.95℃，53.78℃，52.88℃和56.09℃（表1）。
2.2 高温胁迫对叶片细胞质膜透性的影响
在高温胁迫下，由于质膜是活细胞与环境之间的
界面与屏障，不良环境因素往往首先作用于质膜，使电
解质从细胞内渗透出来，从而引起组织浸出液电解质
浓度随之增高，相对电导率升高。质膜透性即原生质
膜对细胞内外物质交换或运动的控制能力，其在反映
植物抗逆性差异上是比较敏感的，不论是干旱、冰冻、
高温或盐渍等发生时，都能清晰地看到原生质膜透性
增大[7]。因此，质膜透性可以作为衡量植物细胞受伤
害程度的指标之一。
高温胁迫对叶片细胞质膜透性的影响如图 l和图
2。从测试结果观察各草种的渗透率可知，在 35℃和
45℃的高温情况下，随着时间的延长各草种的外渗液
电导率值不断增加，这说明高温对各草坪草种叶片细
胞的伤害是明显的，同时发现各条曲线上升到一定时
都出现了一种平缓变化的趋势。由此可见，各草种在
经过一定时间的高温处理后，细胞结构发生了适应性
变化，使其质膜透性接近平衡状态。当各草种经过同
一温度处理后，其质膜透性的变化互不相同，其中草地
早熟禾和午夜的上升幅度都比较小，而其他 3个草种
的上升幅度都比较大。各材料的耐热强度为；草地早
熟禾>午夜>硬质早熟禾>早熟禾>细叶早熟禾。
表1 各草种Logistic曲线方程及拐点温度
种（品种）
草地早熟禾
硬质早熟禾
早熟禾
细叶早熟禾
“午夜”
方程系数a
541.9642
71.8658
336.7699
80.9879
120.2893
方程系数b
0.1113
0.0764
0.1082
0.0831
0.0854
半致死温度LT50/℃
56.56
55.95
53.78
52.88
56.09
0
10
20
30
40
50
60
70
80
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
相
对
电
导
率
/
%
1d 2d 3d 4d 5d
图2 45℃处理下各草种叶片相对电导率随时间的变化
天 天 天 天 天
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
相
对
电
导
率
/
%
1d 2d 3d 4d 5d
图1 35℃处理下各草种叶片相对电导率随时间的变化
1天 2天 3天 天 天
2.3 高温胁迫对叶片脯氨酸含量的影响
高温处理能引起蛋白质的分解，产生包括脯氨酸
在内的各种游离氨基酸，在植物所含的氨基酸中，以脯
氨酸的渗透作用最为有效。所以在高温胁迫下品种间
脯氨酸含量可间接反映品种间耐热性的差别。正常情
况下，植物体内的脯氨酸含量（干重）很低，当植物处于
·· 122
35℃或45℃时，草坪草叶片大量积累游离脯氨酸，一
般来讲，脯氨酸积累量与植物抗逆性呈正相关。[8]
高温胁迫对叶片脯氨酸含量的影响如图 3和图
4。高温胁迫使几种草坪草体内脯氨酸含量均显著增
加，并且随温度梯度上升，其含量不断增长，而在胁迫
前，各草种体内的脯氨酸含量没有明显差异。在同一
温度条件下经过不同时间的处理，叶片中脯氨酸的含
量随着时间的延长，其积累量逐渐增大，并且在积累至
一定的时间后又开始下降，但在不同的处理温度下，脯
氨酸积累持续的时间不同。在35℃的温度条件下，各
个品种在经过3天处理后都呈现出下降趋势；在45℃
处理中，各品种在4天后才出现下降趋势。
0
1
2
3
4
5
6
7
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
脯
氨
酸
含
量
/
(
m
g
/
g
)
1d 2d 3d 4d 5d
图4 45℃下各草种脯氨酸含量
1天 天 天 天 天
0
1
2
3
4
5
6
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
脯
氨
酸
含
量
/
(
m
g
/
g
)
1d 2d 3d 4d 5d
图3 35℃下各草种脯氨酸含量
1天 2天 3天 4天 5天
试验表明，高温胁迫下耐热性强的种其脯氨酸含
量增加或下降的幅度高于耐热性弱的种，即草地早熟
禾耐热性最强，午夜次之，硬质早熟禾、细叶早熟禾和
早熟禾均表现为较差的耐热能力。
2.4 高温胁迫对叶片丙二醛含量的影响
MDA是膜脂过氧化作用的产物，MDA的积累对
膜和细胞造成进一步的伤害，通常用MDA作为膜脂
过氧化作用的指标，用以表示膜脂过氧化的程度和植
物对逆境条件反映的强弱[9]。
高温胁迫对叶片丙二醛含量的影响如图 5和图
6。高温胁迫处理后，随着温度梯度和胁迫天数的增
加，4个草种和对照MDA含量均呈递增趋势，这说明
膜脂过氧化程度在加剧。MDA含量的增加率较高的
品种，其膜脂过氧化水平较高，细胞膜受损程度较大，
耐热性相对较弱，相反MDA含量的增加率较低的品
种，其膜脂过氧化水平较低，细胞膜受损程度相对较
小，耐热性相对较强。与对照午夜相比，草地早熟禾和
硬质早熟禾有着较强的耐热性，细叶早熟禾和早熟禾
的耐热性较差。
3 结论与讨论
在正常情况下植物体内代谢活动是稳定而协调
的，而当植物受到高温胁迫时，植物内部的生理生化过
程发生不同程度的变化，可以通过某些耐热性鉴定指
标，对热胁迫下植物体内的一些生理生化变化过程进
行研究。笔者利用人工模拟气候法，从半致死温度、叶
片细胞膜透性、脯氨酸含量、丙二醛含量等 4方面对 4
种野生早熟禾属草种的耐热性进行评价。
颜丽丽等：4个野生早熟禾属草种的耐热性研究 ·· 123
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（1）半致死温度是较常见也较简便的测定耐热性
的方法。但实际中不对于处理温度的设定非常重要，
掌握不好就不能呈明显“S”型曲线。要尽量使拐点温
度出现在处理温度中部区域。笔者测定各草种的半致
死温度，从而评价出其耐热性强弱依次为草地早熟禾
草地早熟禾＞“午夜”＞硬质早熟禾＞早熟禾＞细叶早
熟禾。
（2）以往的研究证明生物膜在植物抗性方面可能
起着非常重要的作用。膜伤害与植物胁迫伤害及其抗
性有密切的关系。热处理后，细胞电解质渗透率直接
反映细胞受热害程度及细胞膜的热稳定性。细胞质膜
的相对透性用电导率的相对比值表示．能作为耐热性
筛选的一个指标。试验显示：在高温胁迫下，热敏草种
相对电导率提高幅度明显高于耐热草种。表明热敏草
种在高温下，叶片组织的细胞膜受到比耐热品种更为
严重的破坏，细胞内物质外泄更多。
（3）植物中脯氨酸含量一直是备受关注的抗逆性
指标，其具有调节渗透及保护细胞膜结构稳定的作用
脯氨酸可以防止植物水分散失和提高原生质胶体的稳
定性。在高温胁迫时许多耐热的植物品种比不耐热的
品种脯氨酸积累多，可以作为鉴定耐热性的重要生化
指标。[10]笔者发现：耐热草种PRO变化幅度显著高于
热敏草种。
（4）MDA是膜脂过氧化作用的产物。MDA的积
累对膜和细胞造成进一步的伤害，通常用MDA作为
膜脂过氧化作用的指标。用以表示膜脂过氧化的程度
和植物对逆境条件反映的强弱。[11]笔者研究发现：在
高温胁迫下，耐热草种与热敏草种的MDA含量都有
所增加，但热敏草种的增幅明显高于耐热草种。
上述 4项指标在高温胁迫下均有一定的变化趋
势，且在种间的差异均较为明显，故这4项指标是耐热
性鉴定的敏感指标。
在高温胁迫下，4种野生草和对照“午夜”随着胁
迫程度和胁迫时间的增加，都表现出游离脯氨酸积累，
质膜透性增大，丙二醛含量增加，但各草种间存在差
异。根据各指标综合评价 4种野生草的耐热能力，可
得耐热性强弱依次为草地早熟禾＞硬质早熟禾＞早熟
禾＞细叶早熟禾。其中草地早熟禾表现出较为突出的
耐热性，优于对照“午夜”，为以后草坪草育种提供了理
论和实践依据。
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
丙
二
醛
含
量
/
(
μ
m
o
l
/
g
)
1d 2d 3d 4d 5d
图5 35℃下各草种丙二醛含量
天 2天 3天 天 5天
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
草地早熟禾 硬质早熟禾 细叶早熟禾 早熟禾 午夜
丙
二
醛
含
量
/
(
μ
m
o
l
/
g
)
1d 2d 3d 4d 5d
图6 45℃下各草种丙二醛含量
1天 2天 3天 天 5天
·· 124
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