全 文 ：外源钙离子对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片
保护酶活性的影响
何 玮 1，王家兵 2，张 丽 1，陈 佳 1，徐远东 1
（1重庆市畜牧科学院，重庆 400015；2重庆交通大学，重庆 400074）
摘 要：为提高扁穗牛鞭草在中高海拔地区的越冬率，采用不同浓度CaCl2溶液对2个扁穗牛鞭草材料处
理后进行低温胁迫处理，研究外源Ca2+对各材料叶片保护酶活性的影响。结果表明，扁穗牛鞭草在低温
胁迫下，SOD活性变化规律是先升高后下降，然后再升高，但处理1-4的SOD活性是一直下降，处理2-2
和 2-4是先升高再下降，处理 2-3是先下降再升高；POD活性是先升高，后下降，再升高，低温处理 72 h
后，2种材料中处理1-3、2-3的叶片POD活性最高，分别为652.65、708.10 U/g；CAT活性的变化都是急剧
下降，低温胁迫72 h后，处理1-3及2-2的叶片CAT活性最高，分别为21.68、17.28 U/g。适宜浓度的Ca2+
(10 mmol/L)能显著提高低温胁迫过程中扁穗牛鞭草的SOD、POD、CAT活性，对低温胁迫下扁穗牛鞭草
的膜结构具有保护作用，可提高其抗寒性。
关键词：扁穗牛鞭草；外源钙离子；低温胁迫；保护酶活性
中图分类号：Q945.78 文献标志码：A 论文编号：2014-2368
Effects of Exogenous Ca2+ on Protective Enzyme Activities in
Leaves of Hemarthria Compressa Under Low-temperature Stress
He Wei1, Wang Jiabing2, Zhang Li1, Chen Jia1, Xu Yuandong1
(1Chongqing Academy of Animal Sciences, Chongqing 400015; 2Chongqing Jiaotong Univercity, Chongqing 400074)
Abstract: To improve the over- winter ratio of Hemarthia compressa in high altitude areas of Chongqing,
cuttings of Hemarthia compressa were irrigated by different concentrations of CaCl2 solution before cold stress.
The changes of activities of antioxidant enzymes (SOD, POD, and CAT) of leaves at 4 ℃ were determined.
Evidences showed that changes of SOD activities increased first and then decreased, then increased again. But
treatment of 1-4 SOD activity is always decreased, treatment of 2-2 and 2-4 were first increased and then
decreased, 2-3 was first decreased and then increased. POD activity was first increased, then decreased, and
then increased. After 72 h under cold stress, POD activities of treatment 1-3 and 2-3 were the highest in two
materials, respectively 652.65, 708.10 U/g. The change of CAT activities was decreased dramatically, after 72 h
under low temperature stress, treatment of 1-3 and 2-2 CAT activities in leaves were the highest, respectively
21.68, 17.28 U/g. had Ca2+ at 10 mmol/L could significantly increase SOD, POD and CAT activities in the later
stages. Ca2+ a protective effect to membrane structure under cold stress, could improve the cold resistance.
Key words: Hemarthria compressa; exogenous Ca2+; low-temperature stress; protective enzyme activities
基金项目：重庆市基本科研业务费计划项目“钙效应剂对扁穗牛鞭草抗寒生理影响及其抗寒评价体系研究”(2013cstc-jbky-00911)；“山羊生态养殖圈
舍及配套设备设计与开发”(13420)。
第一作者简介：何玮，女，1978年出生，四川简阳人，助理研究员，硕士，主要从事牧草栽培及育种工作。通信地址：400015重庆市渝中区人民路238-2
号重庆市畜牧科学院，Tel：023-63635860，E-mail：heweili66@126.com。
通讯作者：徐远东，男，1969年出生，四川乐山人，高级畜牧师，硕士，主要从事牧草育种及抗性生理研究。通信地址：400015重庆市渝中区人民路
238-2号重庆市畜牧科学院，Tel：023-63635806，E-mail：xyd619@163.com。
收稿日期：2014-08-29，修回日期：2014-12-08。
中国农学通报 2015,31(12):175-180
Chinese Agricultural Science Bulletin
中国农学通报 http：//www.casb.org.cn
0 引言
扁穗牛鞭草(Hemarthia compressa)属禾本科黍亚
科牛鞭草属，为多年生根状茎禾草，主要分布于热带、
亚热带地区，喜温暖湿润气候，是亚热带优质草种。由
于其具有生长期长、生长速度快、产量高、抗逆性强、种
植成本低等特点[1]，在重庆地区被广泛种植。近年来，
三峡库区、武陵山区肉牛及山羊养殖被国家重视，重庆
山区养殖业逐步兴起，但重庆地区属于典型中亚热带
气候区域，冬寒夏热的特点十分显著，地形多以丘陵和
山区为主，立体气候明显，不同海拔高度气候特征呈现
明显差异。同时，养殖场多数位于人迹罕至的偏远山
区，海拔高度高，冬季寒冷，大大缩短了扁穗牛鞭草的
供青期，降低生产力，据笔者观察，在中高海拔地区
（1300 m左右）“广益”扁穗牛鞭草越冬率（当年 6月份
扦插移栽）为50%，野生扁穗牛鞭草越冬率为80%。因
此，在开发利用丰富的野生牛鞭草资源，选育抗寒品种
的同时，能通过外源Ca2+的施入，来提高其在寒冷地区
的越冬率具有重要意义。
Ca2+作为细胞的第二信使在植物的生长发育及植
物对环境的反应与适应中有着极其重要的作用。钙作
为第二信使欧联外界信号，调控多种酶活性具有重要
作用[2]。研究表明，外源Ca2+可提高植物在逆境条件下
的抗性，如杨蕊等[2]证明用 10 mmol/ LCaCl2处理北海
道黄杨植株，能显著提高其抗寒性。郭维等[3]研究表
明，外源Ca2+浸种处理能提高红三叶种子的发芽率和
活力，并可提高红三叶幼苗的抗逆性。姜义宝等[4]研
究外源Ca2+可提高苜蓿幼苗抗旱性。马淑英[5]指出外
源钙离子对拟南芥耐盐性具有一定的调节作用。目前
国内外对低温胁迫下植物外源Ca2+的研究主要以水
稻[6]、柑橘[7]、蔬菜[8]等植物为主，而扁穗牛鞭草在抗旱
性[9]，抗寒性[10]方面有所报道，但在钙效应剂提高抗寒
性方面未见报道。笔者以扁穗牛鞭草为试验材料，通
过对低温胁迫下 2份扁穗牛鞭草材料在不同浓度
CaCl2溶液中叶片保护酶活性的变化进行分析，为扁穗
牛鞭草冷驯化研究及抗寒育种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为 2个扁穗牛鞭草材料，其中：1号材
料—野生扁穗牛鞭草，采集自重庆巴南区海拔高度为
618 m水库旁；2号材料—“广益”扁穗牛鞭草，来源于
酉阳酉州乌羊资源保种场。试验药品：南京建成生物
工程研究所SOD活性检测试剂盒（WST-1法），POD活
性检测试剂盒，CAT活性检测试剂盒（可见光法）。
1.2 试验方法
试验与2014年4月在重庆荣昌重庆市畜牧科学院
孵化楼进行。将各材料牛鞭草茎秆截成约15 cm的茎
段，保证每段有 3~4个节，置于玻璃培养瓶中，以纯净
水培养，每隔 2天换水一次。培养 1个月待茎段长根
后，选取长势一致的茎段，分别用蒸馏水及CaCl2浓度
为5、10、15 mmol/L的溶液浸泡，每个玻璃培养瓶放人
200 mL相应溶液。3天后，将 2个材料的 4种处理，每
个材料每种处理4次重复，共计32瓶，在4℃条件下进
行无光照低温胁迫。以 4℃/h的速度降至 10℃培养
6 h，再以同样速率降至4℃，在低温胁迫0、24、48、72 h
时，取相同部位叶片测定相关生理指标，重复测定 3
次。具体处理方式见表1。
编号
1-1
1-2
1-3
1-4
2-1
2-2
2-3
2-4
处理材料
野生扁穗牛鞭草
野生扁穗牛鞭草
野生扁穗牛鞭草
野生扁穗牛鞭草
广益扁穗牛鞭草
广益扁穗牛鞭草
广益扁穗牛鞭草
广益扁穗牛鞭草
CaCl2溶液浓度/
(mmol/L)
0
5
10
15
0
5
10
15
表1 2种扁穗牛鞭草材料处理方法
1.3 测定项目及方法
1.3.1 SOD（超氧化物歧化酶）活性测定 用南京建成
生物工程研究所 SOD活性检测试剂盒（WST-1法）
测定。
1.3.2 POD（过氧化物酶）活性测定 用南京建成生物
工程研究所POD活性检测试剂盒测定。
·· 176
1.3.3 CAT（过氧化氢酶）活性测定 用南京建成生
物工程研究所 CAT活性检测试剂盒（可见光法）
测定。
1.4 数据分析
试验测得数据用 SAS 9.2软件和Excel软件进行
统计分析，在差异显著基础上用 LSD法进行多重
比较。
2 结果与分析
2.1 不同浓度Ca2+对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片SOD
活性的影响
在低温处理期间，扁穗牛鞭草叶片SOD活性都有
所变化（见图1、图2）。对于野生材料1，处理1-1、1-2、
1-3的叶片SOD活性的变化趋势相同，都为先升高，再
降低，再升高，但处理1-4叶片SOD活性的变化趋势则
为逐渐减小，在处理 72 h后其SOD活性达到最低，为
4113.59 U/g，与 0、24、48 h间差异极显著(P<0.01)。从
各处理间SOD活性差异比较看，在抗寒处理0 h时，处
理1-4的叶片SOD活性最高，为4723.49 U/g，与处理1-
2、1-3差异不显著(P>0.05)，与处理 1-1间差异极显著
(P<0.01)，而当低温处理 72 h后，各处理间差异极
显著。
对于材料 2，其处理 2-1变化趋势为先降低，后升
高，再降低；而处理 2-3变化趋势为先降低后升高，处
理 48 h后，活力达到最低，为 4171.67 U/g，72 h后活力
达最高，为5949.09 U/g，并与处理0、24、48 h间差异极
显著(P<0.01)；处理 2、处理 3的活性变化趋势相同，都
为先升高后再降低，24、48 h间活性差异不显著，72 h
后，其活力降到最低。从各处理间SOD活性比较看，
处理 0 h时 2-1的SOD活性最高，为 4925.79 U/g，与处
理 3差异不显著(P>0.05)，与处理 2、4间差异极显著
(P<0.01)，而当低温处理 72 h后，处理 3活性最高，为
5949.09 U/g，与其他处理间差异极显著(P<0.01)。
图1 低温胁迫下材料1在不同浓度Ca2+处理种叶片SOD变化情况
图2 低温胁迫下材料2在不同浓度Ca2+处理中叶片SOD变化情况
cC bB dD
aA
dD
bB
cC
aA
bB
aA aA
bB
aA aA bB cC
3500
4000
4500
5000
5500
6000
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
SOD
活
力
/(U/g
)
1-1 1-21-3 1-4
bB
aA
bB
cCbA
aA aA abAbB cB
dC
aA
bA
aA aA
cB
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
SOD
活
力
/(U/g
) 2-1 2-22-3 2-4
何 玮等：外源钙离子对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片保护酶活性的影响 ·· 177
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2.2 不同浓度Ca2+对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片POD
活性的影响
在低温胁迫下，各材料各处理间叶片POD活性变
化不尽相同（见图3、图4）。对于材料1，处理1-1、1-2、
1-4叶片POD活力变化是先升高，后下降，在低温处理
72 h时达到最大值，而处理 3则先下降，然后再升高，
但其叶片 POD活力在 0、24、48 h时其差异不显著
(P>0.05)，72 h时达到最大值，且与0、24、48 h间比较差
异极显著 (P<0.0)。从各处理间 POD活性差异比较
看，在抗寒处理 0 h时，处理 1-3的叶片 POD活性最
高，为 576.11 U/g，与处理 1-4差异不显著(P>0.05)，与
处理 1-2间差异显著(P<0.05)，与处理 1-1比较差异极
显著(P<0.01)，而当低温处理 72 h后，还是处理 1-3的
叶片POD活性最高，为 652.65 U/g，与处理 1-1、1-4比
较差异不显著 (P>0.05)，与处理 1-2比较差异显著
(P<0.05)。
图3 低温胁迫下材料1在不同浓度Ca2+处理种叶片POD变化情况
图4 低温胁迫下材料2在不同浓度Ca2+处理种叶片POD变化情况
对于材料2，处理2-1的POD活性变化为先轻微降
低，再升高，再轻微降低，但0 h与24 h间比较差异不显
著(P>0.05)，48 h与72 h间比较差异不显著(P>0.05)；处
理2-2、2-3叶片POD活性则在低温处理24 h前升高，再
降低，在低温处理72 h时达到最高；处理2-4POD活性
在低温处理 24 h时达到最高，为 596.05 U/g，与 0、48、
72 h间比较差异极显著(P<0.01)。从各处理间POD活
性差异比较看，在抗寒处理0 h时，处理2-1的叶片POD
活性最高，为510.01 U/g，与处理2-3、2-4间差异不显著
(P>0.05)，与处理2-2间差异显著(P<0.05)，而当低温处
理 72 h后，则是处理 2- 3的叶片 POD活性最高，为
708.10 U/g，与处理 2- 1、2- 2、2- 3比较差异极显著
(P<0.01)。
2.3 不同浓度Ca2+对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片CAT
活性的影响
在低温胁迫下，各材料各处理间叶片CAT活性变
化趋势都为大幅度下降（见图5、图6）。对于材料1，处
理1-3叶片CAT活性变化幅度最小，而处理1-4的变化
幅度最大。从各处理间CAT活性差异比较看，在抗寒
处理0 h时，处理1-3的叶片CAT活性最高，为70.10 U/g，
与处理 1-4差异不显著(P>0.05)，与处理 1-1、1-2间差
异极显著(P<0.01)，而当低温处理 72 h后，还是处理
cC cCbB
aAaA
bB
cC
aA
aA
bB bB bB
aA
cC
aAB
bB
350400
450500
550600
650700
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
POD
活
力
/(U/g
)
1-1 1-2
1-3 1-4
aAbcAB
cB
abAB
bB
aAB abAB
aA
aA
bB bB
bB
aA
bB bB
bB
350
400
450
500
550
600
650
700
750
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
POD
活
力
/(U/g
)
2-1 2-2
2-3 2-4
·· 178
1-3的叶片CAT活性最高，为 21.68 U/g，与处理 1-2比
较差异不显著(P>0.05)，与处理 1-1、1-4比较差异极显
著(P<0.01)。
对于材料 2，处理 2-4叶片CAT活性变化幅度最
小。从各处理间CAT活性差异比较看，在抗寒处理
0 h时，处理2-3的叶片CAT活性最高，为82.95 U/g，与
处理 2-1差异不显著(P>0.05)，与处理 2-2、2-4间差异
极显著(P<0.01)，而当低温处理24 h后，各处理间差异
图5 低温胁迫下材料1在不同浓度Ca2+处理种叶片CAT变化情况
图6 低温胁迫下材料2在不同浓度Ca2+处理种叶片CAT变化情况
不显著 (P>0.05)，当低温处理 72 h，处理 2-2的叶片
CAT活性最高，为17.28 U/g，与处理2-3比较差异显著
(P<0.05)，与处理2-1、2-4比较差异极显著(P<0.01)。
3 结论
综上所述，适宜浓度的Ca2+(10 mmol/L)能显著提
高低温胁迫过程中扁穗牛鞭草的 SOD、POD、CAT活
性，对低温胁迫下扁穗牛鞭草的膜结构具有保护作用，
可提高其抗寒性。
4 讨论
植物抗寒性的形成与细胞抗氧化胁迫能力的增强
有关[11]。SOD、POD和CAT这 3种酶是保护细胞膜免
受自由基伤害的保护酶，保持较高水平酶活力，可降低
膜脂过氧化程度，减轻膜受到伤害的程度[9]。SOD在
其中主要是将O2-歧化为H2O2，再通过 POD和CAT将
H2O2清除。在正常情况下，3种保护酶维持着自由基
的平衡。在低温胁迫下，Ca2+信号启动植物抗氧化途
径，提高SOD、POD和CAT等保护酶活性，增强清除活
性氧自由基的能力[12]。已有研究表明，植物遇低温会
积累对膜和膜相关的生物大分子有害的活性氧，而冷
驯化可使植物体内抗氧化酶系统加强，从而提高植物
对活性氧的耐受力。植物中SOD活性水平的提高与
植物的胁迫耐受力有关 [13]。CAT和APX在水稻冷驯
化和抗寒性中起到最重要的作用[14]。在本试验中，在
低温胁迫下，SOD活性的变化，就野生扁穗牛鞭草材
aA bB
cC dD
aA aA
bB bB
aA
bB
cC cC
aA
bB
cC cC010
2030
4050
6070
80
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
CAT
活
力
/(U/g
) 1-1 1-21-3 1-4
aA
bB
cC cC
aA
bB
cC cC
aA
bB
cC cC
aA
bB
cC dD010
2030
4050
6070
8090
100
0 24 48 72
处理时间/h
叶
片
组
织
CAT
活
力
/(U/g
) 2-1 2-22-3 2-4
何 玮等：外源钙离子对低温胁迫下扁穗牛鞭草叶片保护酶活性的影响 ·· 179
中国农学通报 http：//www.casb.org.cn
料来说，是先升高后下降，然后再升高，但处理 1-4的
SOD活性是一直下降，而 2号材料，处理 2-2和 2-4是
先升高再下降，而处理2-3是先下降再升高；POD活性
是先升高，后下降，再升高；CAT活性的变化都是急剧
下降。植物可以在一定的低温胁迫时间和一定的低温
范围内具有抵抗能力，随着低温胁迫时间增加或温度
进一步降低，植物将失去抵抗低温胁迫的能力。这种
波动式的变化更符合植株在低温胁迫下生理调节的适
应性变化。在低温胁迫的一定时间内，叶片细胞抗氧
化酶活性上升，对低温做出适当调节反应抵御低温胁
迫，但经过较长时间低温胁迫后，植物细胞可能因细胞
结构和酶系统的破坏使得叶片细胞抗氧化酶活性下
降。在本试验中，在低温胁迫处理 72 h后，处理 3即
10 mmol/L CaCl2处理的扁穗牛鞭草叶片 SOD活性显
著提高，处理1-3SOD活性为5823.44 U/g，同其他处理
间差异极显著，处理2-3 SOD活性为5949.09 U/g，同其
他处理间差异也极显著，这和杨蕊等[2]试验结果相同；
10 mmol/L CaCl2处理扁穗牛鞭草叶片CAT活性，对于
材料 1来说，1-3为最高，为 21.68 U/g，但和 1-2间差异
不显著，和1-1、1-4间差异极显著，对于材料2来说，2-2
为最高，为17.28 U/g，和2-3间差异显著，和2-1、2-4间
差异极显著，而对于相同处理下的POD活性，处理1-3
及处理 2-3分别为 652.65、708.10 U/g，处理 1-3与相同
材料其他处理间差异显著(P<0.05)，2-3与相同材料其
他处理间差异极显著(P<0.01)。说明适宜浓度的外源
Ca2+可以促使植物开启低温信号，较快诱发叶片SOD、
POD及CAT活性的提高，这与狄广东等[15]、邹志荣等[16]
研究结果一致，这说明提高扁穗牛鞭草的耐冷性，其外
源钙离子必须在适宜的浓度下才可促发保护酶系激
活，提高抗氧化酶活性，降低脂膜过氧化，提高其抗
寒性。
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