全 文 ：第 21卷 第 6期
2005年 6月
农 业 工 程 学 报
Transactions of the CSAE
Vol. 21　 No. 6
June　 2005
低温胁迫对圆叶决明的伤害及施用 Ca肥防护效果的研究
翁伯琦 1 , 江福英 1, 2 , 应朝阳1 , 方金梅1 , 李　延 2
( 1.福建省农科院生态农业研究中心 ,福州 350013;　 2.福建农林大学资源与环境学院 ,福州 350002)
摘　要: 圆叶决明在 0℃低温下分别胁迫 6、 12、 18、 24 h后 ,叶片叶绿素总量较对照 ( 25℃ )下降 21. 89% 、 26. 04% 、 28. 16% 、
29. 31% ,可溶性蛋白质含量、 H2O2含量和· O-2 净产生速率随胁迫时间增加 ,活性氧清除酶 SOD的活性随胁迫时间先上
升后下降。 施 Ca2+处理可明显降低圆叶决明叶片· O-2 净产生速率、 H2O2含量和细胞质膜的电解质渗透率 ,同时提高了叶
绿素含量和抑制活性氧的产生 ,其中以 0. 5 mmo l /L浓度的 CaCl2处理效果为最佳 ,说明 Ca2+ 对低温胁迫下圆叶决明的膜
结构起有效的保护作用。
关键词: 低温胁迫 ; 圆叶决明 ; 钙肥 ; 叶绿素 ; 活性氧 ; 过氧化物歧化酶 ; 电解质渗透率
中图分类号: S426　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1002-6819( 2005) 06-0110-04
翁伯琦 ,江福英 ,应朝阳 ,等 .低温胁迫对圆叶决明的伤害及施用 Ca肥防护效果的研究 [ J].农业工程学报 , 2005, 21( 6): 110
- 113.
Weng Boqi, Jiang Fuying , Ying Zhaoyang , e t al. Effect o f chilling st ress on the injur y o fChamaecrista rotundi f olia and
pro tectiv e function o f applying calcium fer tili zer [ J]. T ransactions o f the CSAE, 2005, 21( 6): 110- 113. ( in Chinese with
Eng lish abstract)
收稿日期: 2004-07-02　修订日期: 2005-03-21
基金项目:福建省科技厅重点资助项目 ( 2003N044)
作者简介:翁伯琦 ( 1957- ) ,男 ,福建省福州人 ,研究员 ,福州市　福
建省农业科学院生态农业研究中心 , 350013
0　引　言
低温胁迫威胁作物的生长 ,在极端低温胁迫下对作
物造成的损伤是无法恢复的 ,如何有效地防治低温伤害
是农业生产上的一大难题。目前应对低温伤害的方法
有:培育耐低温新品种、进行低温锻练、增施化学药剂
等 [1- 7 ] ,其中施用化学药剂是一种简便易行、见效快的
方法 ,如喷施 Ca2+ 、植物激素 (多效唑 ( PP333 )、脱落酸
( ABA) )等低温保护剂 ,都能不同程度地提高作物的抗
寒能力 ,起到预防低温伤害的作用。已有的研究 [ 1- 5]表
明 ,钙有防止膜损伤和渗漏 ,稳定膜结构和维持膜的完
整性的作用 ,现已建立了较为完整的植物细胞内钙信使
系统的概念 ,钙信使系统通过调节作物的代谢过程能提
高原生质膜稳定性和原生质体的活力 ,从而提高抗寒能
力。本文研究圆叶决明 (Chamaecrista rotundi folia )在
极端低温 ( 0℃ )胁迫下所受的伤害以及施用 Ca2+ 对防
治圆叶决明受低温胁迫的效果及其机理 ,旨在寻找一种
行之有效的防治措施 ,以供农业生产参考。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
圆叶决明 (Chamaecrista rotundi f ol ia ) 为 CPI
86134品系 ,是福建省农业科学院生态农业研究中心从
澳大利亚热带牧草资源中心 ( AT FGRC)引进的多年生
热带豆科牧草 ;钙: CaCl2 ;供试土壤:红壤 ,其基本性状
为:有机质 11. 0 g /kg, pH 5. 04,全氮 0. 039% ,碱解氮
35. 01 mg /kg ,速 效磷 4. 71 mg /kg ,缓 效钾 154. 69
mg /kg ,速效钾 69. 86 mg /kg ,交换性钙 249. 80 mg /kg ,
交换性镁 32. 62 mg /kg。
1. 2　试验方法
盆栽试验 ,土壤经压碎过筛混匀后装盆 (塑料 ,直径
16 cm ,高 13 cm ) ,每盆装土 2 kg ,播种 30粒 (种子在水
中经过重力浮选 ) ,播种深度为 1. 5 cm ,用喷壶浇水少
量多次 (预防水流太大冲击种苗 ) ,第一次浇水浇透 (以
盆底滴出水滴为准 ) ;待长出 2片真叶后间苗 ,每盆留苗
10株 ,并接入根瘤菌 1 g /盆 ; 1周后每盆分别施: 尿素
0. 4 g、过磷酸钙 1 g 、氯化钾 1 g ,并将苗移入 LRH-
250-GS型人工气候箱中培养 (恒温 25℃ ,光照度 3000
lux ,光周期 12 h)。待苗长至 15～ 20 cm高时进行低温
胁迫试验 ,低温胁迫温度梯度设为: 0℃、 5℃、 10℃、 25℃
(对照 ) 4个处理 (考虑到南亚热带地区温度变化幅度 ,
尤其是福建省冬季低温情况 ,本研究设定 0℃为极端低
温条件 ,并测定其 24 h内若干生理代谢指标与在 5℃、
10℃温度下进行比较 ) ,其中以 25℃为对照 ( CK) , 0℃
胁迫时间分别为: 6、 12、 18、 24 h,作为讨论极端低温胁
迫时间对 CPI 86134生理代谢的影响标准。 5℃胁迫作
为讨论施 CaCl2处理对改变圆叶决明抗寒性的影响标
准 , CaCl2处理设 0( CK)、 0. 25、 0. 5、 1. 0、 5. 0 mmol /L 5
个浓度梯度 ,每盆 50 mL,处理 3 d后 ,放入 LRH-250-
GS人工气候箱中培养 (恒温 5℃ ,光照度 3000 lux ,光
周期 12 h) ,进行低温胁迫处理 5 d,每次每个处理 3盆 ,
重复 2次 ,取不同处理相同叶位的叶片进行测定。
1. 3　测定项目和方法
叶绿素含量用混合液法提取 [8 ] ,用 756MC紫外分
光光度计测定 [9 ] ;蛋白质用 Bradfo rd的方法 [10 ] ;活性氧
(· O-2 )测定参照王爱国的方法 [11 ] ;过氧化氢 ( H2O2 )测
定参照林植芳的方法 [ 12] ;超氧化物歧化酶 ( SOD)活性
单位测定参照朱广廉的方法 [9 ] ;电解质渗透率: 采用
DDS-12A型数显电导仪测定叶片电解质室温浸出液的
电导率 R1和沸水中煮沸 10 min冷却后定容到 20 mL
110
测定的电导率 R2 ,相对电导率 = R1 /R2× 100% ,计算
出电解质渗透率。
2　结果与分析
2. 1　极端低温 ( 0℃ )胁迫对圆叶决明叶片叶绿素和可
溶性蛋白质含量的影响
圆叶决明叶片叶绿素的含量随低温 ( 0℃ )胁迫时间
的延长而明显下降 (表 1) ,当胁迫时间为 6、 12、 18、 24 h
时 ,叶片叶绿素总量分别比对照 ( 25℃ )减少 21. 89% ,
26. 04% , 28. 16% , 29. 31% ,与对照差异达显著水平 ;胡
萝 卜素含 量分别比 对照减 少 10. 41% , 12. 82% ,
16. 12% , 19. 04% 。
表 1　 0℃低温胁迫下圆叶决明叶片叶绿素含量随胁迫时间的变化
Table 1　 Changes of chlo rophy ll( chl) and Ca ro tenoid contents in leaves
of Chamaecrista rotundi f olia with stress tim e under chilling str ess( 0℃ )
胁迫时间
/h
Chla
/mg· dm- 2
Chlb
/mg· dm- 2
Chl( a+ b)
/mg· dm- 2
Car
/mg· dm- 2
Chla /Chlb
/mg· dm- 2
0 3. 423± 0. 011Aa 1. 039± 0. 036 4. 556± 0. 040Aa 0. 788± 0. 020 3. 018± 0. 071
6 2. 491± 0. 033Aa 1. 134± 0. 030 3. 558± 0. 033Bb 0. 706± 0. 019 2. 331± 0. 106
12 2. 319± 0. 035Bb 1. 069± 0. 039 3. 369± 0. 119Bb 0. 687± 0. 046 2. 205± 0. 158
18 2. 235± 0. 020Bb 1. 052± 0. 090 3. 273± 0. 056Bb 0. 661± 0. 046 2. 152± 0. 056
24 2. 187± 0. 010Bb 1. 034± 0. 018 3. 221± 0. 028Bb 0. 638± 0. 011 2. 114± 0. 028
　　 0℃胁迫下圆叶决明叶片可溶性蛋白质含量随胁迫
时间呈缓慢上升趋势 (图 1) ,当胁迫 6、 12、 18、 24 h时 ,
可溶性蛋白质含量分别比对照 ( 25℃ )增加 1. 13% , 3.
09% , 4. 97% , 5. 81% 。与 5℃和 10℃处理 24 h时相比
较 , 0℃处理的圆叶决明叶片可溶性蛋白质含量提高了
2. 58%和 5. 20% (图 2)。
图 1　 0℃低温对圆叶决明可溶性蛋白质含量的影响
Fig. 1　 Effect o f chilling stress ( 0℃ ) o n th e content of
so luble pro tein in the leaves o fChamaecrista rotundif olia
图 2　 24 h低温胁迫对圆叶决明可溶性蛋白质含量的影响
Fig. 2　 Effect o f 24 h chilling st ress on the content of
so luble pro tein in the leaves o fChamaecrista rotundif olia
2. 2　极端低温 ( 0℃ )胁迫对圆叶决明活性氧代谢的影
响
图 3表明 , 0℃胁迫下圆叶决明叶片活性氧净产生
速率随胁迫时间的延长而明显提高 ,当胁迫 6、 12、 18、
24 h时 ,分别比对照 ( 25℃ )增加 69. 68% , 89. 04% ,
121. 12% , 164. 74% 。而与 5℃和 10℃处理 24 h时相比
较 , 0℃处理的活性氧净产生速率提高了 34. 06% 和
67. 97% (图 4)。
图 3　 0℃低温对圆叶决明
· O-2 净产生速率的影响
Fig. 3　 Effect o f chilling
str ess ( 0℃ ) on the net
production ra te o f O-2
genera tion in the leaves o f
Chamaecrista rotundi f olia
图 4　 24 h低温胁迫对
圆叶决明· O-2
净产生速率的影响
Fig. 4 Effect of 24 h chilling
stress on the net production
rate o f O-2 gene ration
in th e leaves o f
Chamaecrista rotundi f olia
同样圆叶决明叶片 H2O2含量随 0℃胁迫时间的延
长而大幅增加 (图 5) ,当胁迫 6、 12、 18、 24 h时 ,分别比
对照 ( 25℃ )增加 19. 44% , 30. 05% , 39. 59% , 50. 00%。
与 5℃和 10℃处理相比较 (图 6) , 0℃处理的 H2O2含量
分别提高了 22. 31%和 35. 02% 。
图 5　 0℃低温对圆叶决明
H2O2含量的影响
Fig. 5　 Effect o f chilling
str ess ( 0℃ ) on the content
of H2O2 in the leaves of
Chamaecrista rotundi f olia
图 6　 24 h低温胁迫对
圆叶决明 H2O2含量的影响
Fig. 6　 Effect o f 24 h
chilling stress on the content
o f H2O2 in th e leaves o f
Chamaecrista rotundi f olia
在 0℃低温胁迫下圆叶决明自身也表现出抗逆性
111　第 6期 翁伯琦等: 低温胁迫对圆叶决明的伤害及施用 Ca肥防护效果的研究
的反应 ,试验表明活性氧清除酶 SOD的活性在低温胁
迫下明显增加 ,但增加幅度随胁迫时间减缓 (图 7) ,胁
迫 6、 12、 18、 24 h时活性分别比对照增加 124. 87% ,
119. 98% , 118. 04% , 114. 72% 。 0℃、 5℃、 10℃胁迫 24
h时 , SOD活性以 5℃低温胁迫上升幅度最大 (图 8)。
图 7　 0℃低温对圆叶决明
SOD活性的影响
Fig. 7　 Effec t of 0℃ chilling
stress on the activity of
SOD in the leaves o f
Chamaecrista rotundi f olia
图 8　 24 h低温胁迫对
圆叶决明 SOD
活性的影响
Fig . 8　 Effect of 24 h
chilling stress on the activi ty
o f SOD in the leaves of
Chamaecrista rotundif olia
2. 3　 CaCl2对减缓圆叶决明受低温 ( 5℃ )胁迫叶片叶
绿素降解的作用
表 2是施用不同浓度 CaCl2圆叶决明叶片中叶绿
素的含量 ,说明圆叶决明在低温 ( 5℃ )胁迫下施用 CaCl2
后叶片光合色素含量都较对照有所提高 ,其中 CaCl2浓
度以 0. 5 mmol /L处理的叶片叶绿素的含量达到最高 ,
较对照提高了 12. 44% , 0. 25 mmol /L处理的次之 ,说
明施适宜浓度的 CaCl2能较好的减缓叶绿素的降解。
表 2　不同浓度 CaCl2处理对低温胁迫下
圆叶决明叶片叶绿素含量的影响
Table 2　 Effect of CaCl2 tr ea tment on chlo rophy ll ( chl) and
car otenoid contents in leaves o fChamaecrista rotundif olia
浓度
mmol· L- 1
Chla
/mg· dm- 2
Chlb
/mg· dm- 2
Chl( a+ b)
/mg· dm- 2
Ca r
/mg· dm- 2
Chla / Chlb
/mg· dm- 2
CK 2. 077 1. 009 3. 085 0. 621 2. 057
0. 25 2. 211 1. 040 3. 250 0. 652 2. 125
0. 50 2. 361 1. 109 3. 469 0. 677 2. 128
1. 00 2. 163 1. 036 3. 198 0. 639 2. 087
5. 00 2. 079 1. 023 3. 101 0. 626 2. 032
2. 4　 CaCl2对圆叶决明受低温胁迫下活性氧代谢的影
响
施 CaCl2后 ,圆叶决明在低温 ( 5℃ )胁迫下叶片
· O-2净产生速率与 H2O2含量都较对照有所降低 (图
9、 10) ,其中以 CaCl2处理浓度为 0. 5 mmol /L的降低
最多 , 0. 25 mmo l /L的次之 ,· O-2 净产生速率与 H2O2
含量较对照分别降低了 41. 31%和 28. 39% ,说明 CaCl2
处理能较好地抑制活性氧的产生 ,降低膜脂过氧化程
度。
2. 5　 CaCl2对预防圆叶决明受低温胁迫下细胞质膜损
伤的作用
图 11表明 ,施用 CaCl2可显著降低圆叶决明受低
温 ( 5℃ )胁迫后细胞质膜的电解质渗透率 , 0. 25、 0. 5、 1、
5 mmo l /L的 CaCl2处理分别比对照下降了 47. 00%、
41. 21%、 32. 67% 、 27. 22% ,不同浓度处理与对照间的
差异都达极显著水平。
图 9　 CaCl2对圆叶决明· O-2 净产生速率的影响
Fig. 9　 Effect of using CaCl2 tr eatment on the
net production ra te of O-2 genera tion in the
leaves o fChamaecrista rotundi f olia
图 10　 CaCl2对圆叶决明 H2O2含量的影响
Fig . 10　 Effec t o f CaCl2 trea tment on the content o f H2O2
in the leaves ofChamaecrista rotundi f olia
图 11　 CaCl2对圆叶决明电解质渗透率的影响
Fig. 11　 Effect o f CaCl2 tr eatment on the leakage rate
of electro lyte in the leaves o fChamaecrista rotundif olia
3　结论与讨论
正常情况下植物体内活性氧的产生与清除达到一
定的动态平衡 ,活性氧维持在不至于对植物造成伤害的
水平上。但在极端低温 ( 0℃ )胁迫下这种平衡被破坏 ,造
成体内活性氧积累过多而伤害植株。许多研究证明 ,类
胡萝卜素在植物体内可保护叶绿素免受强光导致的光
氧化破坏 [1 3] ,而· O-2 、 H2O2的积累可直接引发叶绿素
的分解破坏 [14 ]。本实验结果表明 ,叶绿素和类胡萝卜素
在较低温度胁迫下含量明显下降 ,且与类胡萝卜素比较
叶绿素下降更明显 ,叶绿素含量 ( X )与· O-2 净产生速
率、 H2O2含量之间呈显著负相关 (Y = 23. 63 -
4. 41X , r = - 0. 96
*
,n = 4; Y = 357. 94 - 52. 04X ,
r = - 0. 98* ,n = 4) , 一般认为· O-2 和 H2O2不能直
接启动膜脂过氧化 ,但· O-2 和 H2O2可通过 Fenton反
应及 Haber-Weiss反应 ( H2O2+ O-2→· OH+ OH- +
112 农业工程学报 2005年　
O2 )产生攻击力更强的· OH[5 ] ,而· OH可在形成位点
以净扩散速率直接启动膜脂过氧化。 因而低温胁迫下 ,
圆叶决明叶片叶绿素含量降低的过程中无疑包含一个
活性氧的伤害机理。同时低温胁迫下圆叶决明可溶性蛋
白质含量升高 ,也可说明其膜或其它结合形式的蛋白质
被降解释放。
钙是构成细胞壁的重要成分 ,钙与果胶质形成果胶
酸钙 ,保护中胶层 ,因而它对于防止膜损伤和渗漏 ,稳定
膜结构和维持膜的完整性起着重要的作用。 试验中
CaCl2处理提高了圆叶决明叶片叶绿素的含量 ,降低了
活性氧净产生速率、过氧化氢含量和电解质渗透率 ,提
高了圆叶决明的抗寒性 ,这与前人 [5- 15 ]的研究结果相
似。其中以 0. 5 mmol /L CaCl2的效果最为显著。低浓
度 CaCl2的效果不明显可能是由于量不足导致的。高浓
度 CaCl2的效果不佳的可能原因: 一是由于高浓度 Cl-
离子的毒害作用 ,二是由于高浓度 Ca2+ 抑制对 K+ 、
Mg
2+ 等养分的吸收 ,从而导致抗寒效果不显著 ;其机理
还有待于进一步的研究。
[参　考　文　献 ]
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Effect of chilling stress on the injury of Chamaecrista rotundifol ia
and protective function of applying calcium fertilizer
Weng Boqi
1
, Jiang Fuying
1, 2
, Ying Zhaoyang
1
, Fang Jinmei
1
, Li Yan
2
( 1. Eco-Agriculture Research Centre , Fujian Academy of A gricultural Sciences , Fuzhou 350013, China;
2.College of Resources and Env ironment , Fujian A gricultural and Forestry University , Fuzhou 350002, China )
Abstract: Af ter 6, 12, 18 and 24 hours t reatment wi th 0℃ chi lling st ress on Chamaecrista rotundi f olia, the
contents of chlorophyll ( chl ) decreased by 21. 89% , 26. 04% , 28. 16% and 29. 31% than CK ( 25℃ ) ,
respectiv ely , disso lubili ty pro tein content , H2O2 content and · O-2 net g eneration rate increased wi th chi lling
st ress time, the scavenging enzymes( SO D) activ ity increased a t earlier stag e and then dropped. The treatment of
Ca2+ ferti li zer under chi lling stress could significantly decrease the net rate of · O-2 genera tion, the content of
H2O2 and the leakage rate of electro lyte, the contents of scavenging enzymes SOD, meanushile, the chlo rophy ll
( chl) content increased. The ef fect of 0. 5 mmo l /L CaCl2 treatment w as the best. The results indica ted that Ca
2+
could pro tect the membrane st ructure of Chamaecrista rotundi f olia under chi lling st ress.
Key words: chilling st ress; Chamaecrista rotundi f olia; calcium ferti li zer; chlo rophy ll ( chl ) ; activ e oxygen;
superoxide dismutase; leakage rate of electrolyte
113　第 6期 翁伯琦等: 低温胁迫对圆叶决明的伤害及施用 Ca肥防护效果的研究