全 文 ：低温弱光对苗期紫花苜蓿根颈
生理特性的影响
张彩峡1 , 2 ,呼天明1
(1.西北农林科技大学动物科技学院 ,陕西杨凌 712100;2.西藏职业技术学院 ,西藏拉萨 850030)
摘要:以秋眠级不同的 2 个紫花苜蓿 Medicago sativa 品种(巨人 201 和WL414)为试验材料 , 研究了其在低
温(0～ 5 ℃和 5 ～ 10 ℃)与弱光[ 50 和 100 μmo l/(m2 · s)] 互作处理条件下的生理响应。结果表明:紫花苜
蓿根颈在低温弱光胁迫下启动了自身应激机制 ,对逆境胁迫做出了适应性反应 ,相同弱光条件下 , 低温 0 ～ 5
℃比 5～ 10 ℃对根颈的影响显著 , 过氧化物酶活性上升幅度较小 , 而超氧化物歧化酶活性的下降和丙二醛
含量的增加幅度均较大;相同低温处理 , 弱光 50 μmol/(m2 · s)处理对根颈生理指标影响更为显著 , 过氧化
物酶活性上升 、超氧化物歧化酶活性下降和丙二醛含量增加幅度大于弱光100 μmo l/(m2 · s)处理;巨人201
各项指标的变化都优于WL414 , 表明巨人 201 抗寒耐弱光能力都可能优于WL414。
关键词:紫花苜蓿;根颈;低温弱光;生理特性
中图分类号:S551+.7　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2010)05-0072-04
①　根颈是指根部上端膨大处 ,是联系地上部和
根系的关键部位 ,根颈上能够形成大量的芽 ,是产
生分枝的重要部位[ 1] ,同时也是吸收 、运输 、储存
养分和水分的重要器官 ,直接影响植物的再生性 、
耐寒性 、抗旱性和抗病虫害性等生产性能和植物
的可持续利用[ 2-3] 。苜蓿Medicago sat iva 根颈为
冷冻害的最敏感部位[ 4] ,对苜蓿越冬和春季返青
时的萌芽发枝至关重要。目前 ,国内外有关苜蓿
根系的研究主要集中于根系形态发育 、根蘖特性
与环境的关系等方面[ 5] ,有关苜蓿根颈的研究较
少[ 6] ,只有少量研究涉及根颈病害及防治[ 5] 。试
验采用人工控制温度及光照条件的方法 ,分析了
低温弱光胁迫对不同秋眠级紫花苜蓿根颈的影
响 ,以期为紫花苜蓿的品种选育及栽培提供支持 ,
为苜蓿种质资源的鉴定 、利用提供理论参考。
1　试验材料与方法
1.1 试验材料　试验选用的 2个紫花苜蓿品种
(WL414和巨人 201)的种子由杨凌金道种子公
司提供 ,秋眠级分别为 6和 2 ,发芽率 90%以上。
1.2处理方法　将供试紫花苜蓿种子先用 98%
浓硫酸处理 1 h ,再用 5%次氯酸钠溶液消毒 5
min ,最后用去离子水清洗5遍。将100粒种子置
于铺 2层滤纸的培养皿(直径 10 cm)中 ,于培养
箱(ZPQ350型)内 20 ℃恒温连续暗培养 3 d 。试
验期间根据种子吸胀情况适当补加蒸馏水。
试验用苗于 2009年 6月 1 日-11 月 10日
在西北农林科技大学全自动 PVC 温室(光照培养
16 h ,暗培养 8 h ,恒温 25 ℃)营养盆培养 。营养
盆为圆锥形 ,内径 10 cm ,高 25 cm ,盆底有小孔 ,
营养盆内装细沙(0.8 kg/盆),浇透水后将发芽的
幼苗从培养皿移栽于营养盆中(1 株/盆),每隔 1
d浇 1次自来水 ,每周浇 2次 Hoag land营养液以
促进其生长。植株到分枝期(形成大量分枝)时 ,
将完整植株移至人工气候培养箱(ZPQ350 型)
内 ,进行不同低温弱光处理 ,处理方式见表 1。
处理 72 h 后 ,采取根颈样品 ,测定各生理指
标。每处理中各参试材料分别为 5株 ,每项测定
设 3次重复。
1.3 测定项目与方法　参照高俊凤主编的《植
物生理学实验指导》的方法[ 7]测定超氧化物歧化
72-75
05/2010 草　业　科　学PRATACULTURAL SCIENCE 27 卷 05 期Vol.27.No.05
① 收稿日期:2010-01-28基金项目:国家科技支撑项目(2008BADB3B07)作者简介:张彩峡(1980-),女 , 甘肃定西人 , 助教 , 在读硕士生,主要从事草业科学教学工作。
E mai l:zhangcaixia w ai ting@126.com通信作者:呼天明　E m ail:hut ianming@126.com
表 1　处理方式
处理 温度(℃)
光照强度
[ μmol/(m2 · s)]
处理时间
(h)
对照(CK) 常温 , 20 ～ 25 500 ～ 600 72
处理 1(T1) 0 ～ 5 50 72
处理 2(T2) 5～ 10 50 72
处理 3(T3) 0 ～ 5 100 72
处理 4(T4) 5～ 10 100 72
酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛
(MDA)含量。
1.4 统计分析　运用 SPSS13.0数据进行统计
分析 ,Microsof t Office Excel 2003进行数据运算
及图表处理。
2　结果与分析
2.1 低温弱光对 SOD 活性的影响　SOD作
为植物体内保护酶之一 ,能清除过多积累的超氧
阴离子自由基 ,避免或减轻逆境伤害 。低温弱光
处理 72 h 后 ,WL414和巨人 201 根颈中的 SOD
活性显著降低(图 1)。72 h 后 , WL414 根颈的
SOD 活性各处理分别比 CK 下降 57.24%、
41.06%、54.12%和 38.63%,巨人 201根颈中的
SOD 活性各处理分别比 CK 下降 29.65%、
15.01%、27.47%和 13.52%。相同弱光条件下 ,
低温 0 ～ 5 ℃处理 SOD 活性下降幅度显著大于
5 ～ 10 ℃处理(P<0.05)。相同低温条件下 ,弱光
图 1　低温弱光胁迫对紫花苜蓿根颈
SOD活性的影响
　注:不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著
(P<0.05)。下图同。
50μmo l/(m2 ·s)处理 SOD活性下降幅度显著大
于 100 μmo l/(m2 ·s)处理(P<0.05),即 2个品
种的 T1和 T3处理的 SOD活性下降幅度均大于
T2和 T4 , T1的下降幅度最大 , T4的下降幅度最
小 ,且 WL414 的 SOD 活性下降程度大于巨人
201。在相关研究中也得到一致结论 ,秋眠级高的
紫花苜蓿在低温胁迫下 SOD 活性下降程度大于
秋眠级低的[ 8] 。
2.2 低温弱光对 POD活性的影响　POD是
植物体内普遍存在的 、活性较高的一种保护酶 ,是
分解 H 2O 2 的主要保护酶 ,其活性的高低及增强
幅度的大小直接关系到植物细胞的损伤程度 。低
温弱光处理 72 h 后 ,WL414 和巨人 201 根颈中
POD活性呈显著上升趋势(图 2)。相同弱光条件
下 ,低温 5 ～ 10 ℃处理POD活性增加幅度显著大
于 0 ～ 5 ℃处理(P<0.05)。相同低温条件下 ,弱
光 50 和 100 μmol/(m2 · s)处理组间 WL414差
异不显著 ,而巨人 201的 POD活性增加幅度弱光
50 μmol/(m 2 · s)处 理 显 著 大 于 100
μmol/(m2 · s)处理(P <0.05)。WL414 根颈的
POD活性增加幅度小于巨人 201 ,WL414根颈的
POD 活性各处理分别比 CK 增加 13.30%、
20.20%、10.20%和 18.70%,而巨人 201 根颈中
POD活性各处理则分别比 CK 增加 41.97%、
50.43%、35.83%和44.27%, T2 和 T4 处理的
POD 活性增加幅度均大于 T1 和 T3 ,其中 T2的
增加幅度最大 ,T3的增加幅度最小。从整个变化
过程来看 ,巨人201保持着较高的 POD活性 ,具有
较高的 H2O 2清除能力 ,抵御低温弱光伤害的能力
较强。
图 2　低温弱光胁迫对紫花苜蓿根颈
POD活性的影响
7305/ 2010 草　业　科　学(第 27 卷 05 期)
2.3 低温弱光对 MDA 含量的影响　MDA
是膜脂过氧化产物 ,是反映细胞膜伤害程度的重
要指标之一 。低温弱光处理 72 h 后 ,WL414和
巨人 201根颈中 MDA 含量显著上升(图 3)。相
同弱光条件下 ,低温 0 ～ 5 ℃处理 MDA含量增加
幅度显著大于 5 ～ 10 ℃处理(P<0.05)。相同低
温条件下 ,弱光 50 μmo l/(m 2 · s)处理 MDA 含
量增加幅度显著大于 100 μmol/(m2 · s)处理
(P<0.05),WL414 的 MDA 含量增加幅度大于
巨人 201。WL414根颈的 MDA 含量各处理分别
比 CK 增加 79.53%、 33.57%、 62.90%和
29.97%,而巨人 201根颈中的 MDA含量各处理
则分别比 CK 增加 21.44%、5.57%、14.99%和
1.92%。T1和 T3的 MDA含量增加幅度均大于
T2和 T4 ,其中 T1的增加幅度最大 , T4 的增加
幅度最小 。与 CK 相比 ,低温弱光胁迫均导致紫
花苜蓿根颈中 MDA 含量的上升 ,这说明经低温
弱光胁迫 ,紫花苜蓿根颈细胞膜遭到不同程度的
破坏[ 9] ,MDA 大量积累。
图 3　低温弱光胁迫对紫花苜蓿根颈
MDA含量的影响
3　讨论与结论
植物体内清除活性氧的酶类主要包括 SOD 、
过氧化氢酶(CA T)和 POD 等 ,这些酶能减轻或
消除逆境对植物造成的伤害 ,清除自由基并防止
自由基毒害 ,它们活性的变化可作为植物的耐寒
指标[ 10] 。当植物遭遇逆境胁迫时 ,往往保护酶活
性越高其忍耐逆境的能力越强 。近年来的研究表
明 ,逆境下植物体内活性氧超过正常水平时 ,加剧
了膜脂过氧化而导致膜系统受损 ,最终使组织结
构遭到破坏。SOD 的主要功能是催化超氧物阴
离子自由基(O2 -)发生歧化反应 , 生成 O 2 和
H 2O2 。H2O 2 可以产生更多的羟基自由基 ,影响
植物生长与光合生理特性 ,而 POD可以清除体内
的 H 2O 2 ,维持体内的活性氧代谢平衡 ,保护膜结
构 ,从而使植物能在一定程度上忍耐 、减缓或抵抗
逆境的胁迫。MDA 作为膜系统磷脂不饱和脂肪
酸的过氧化产物对细胞膜起伤害作用[ 10] 。
本试验中 ,低温弱光处理 72 h 后 ,WL414和
巨人 201根颈中的 POD活性上升 ,但 SOD活性
下降 ,MDA含量增大 ,表明为避免遭受低温弱光
逆境的伤害根颈作出了适应性反应 ,而根颈活性
氧积累过多 ,超出了 SOD和 POD等膜保护酶的
清除能力 ,部分未能清除的活性氧引起膜脂过氧
化(MDA 含量的增加显著),导致膜的完整性被
破坏 。就相同弱光条件而言 ,低温 0 ～ 5 ℃对植株
的影响比 5 ～ 10 ℃更为显著 , POD活性上升幅度
较小 ,而 SOD活性的下降 、MDA 含量的增加幅
度较大 , 这与蔡仕珍等[ 11] 在花叶细辛 Asarum
gephilum 的 MDA变化研究中的结果一致 ,随着
湿度的降低 MDA 含量升高 ,使膜系统伤害更为
严重 。相同低温条件下 ,弱光 50 μmol/(m 2 · s)
处理使 POD活性上升 、SOD 活性的下降 、MDA
含量的增加幅度比 100 μmol/(m2 · s)更大。从
品种间比较可知 ,巨人 201对低温弱光胁迫的适
应能力强 , 能维持较高水平的 SOD 和 POD 活
性[ 12-13] ,避免或减轻膜脂过氧化作用 ,细胞组织受
的伤害较小[ 14] 。结果表明 , SOD 和 POD 活性 、
MDA含量可较好地反映植物抗逆能力[ 15] 。
植物耐低温弱光的机制相当复杂 ,仅从某一
侧面或层次去研究植物的耐低温弱光能力是远远
不够的。植物耐低温弱光的表现是多方面的 ,紫
花苜蓿根颈的耐低温弱光性与成株阶段及开花结
实阶段的耐低温弱光性是否一致 ,仍有待于进一
步研究。
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Effects of low temperature and weak light on physiological traits of alfafas root crown
ZHANG Cai-x ia1 , 2 ,HU Tian-ming1
(1.A nimal Science and Technolo gy College ,Northw est A&F
University ,Shaanxi Yang ling 712100 , China;
2.Tibet Vocational&Technical Co llege ,Tibet Lasa 850030 , China)
Abstract:Tw o alfalfa (Medicago sat iva)varieties w ith dif ferent fall do rmancy we re cult ivated under
low temperature (0 ～ 5 ℃ and 5 ～ 10 ℃)and weak light [ 50 and 100 μmol/(m2 · s)] condi tions to an-
aly ze the physio logical re sponse o f alfalfa roo t crow n.The results show ed that the roo t crow n of alfal-
fa under low temperature and w eak light w ould re sponse to the st ress through physio logical adapta-
tion;The impact of 0 ～ 5 ℃ on roo t crow n w as more significant than that of 5 ～ 10 ℃under the weak
light condition w i th 50 μmo l/(m2 · s), because the change o f POD activi ty w as relatively w eak while
the SOD activi ty and MDA content increased even mo re seriously ;Under the low tempe ra ture condi-
tion w ith 0 ～ 5 ℃, weak light wi th 50 μmol/(m 2 · s)had the stronger effect on roo t crow n , because
the change of SOD activi ty w as w eak whi le the change of POD activity and MDA content increased
significant ly compared w ith w eak ligh t t reatment w i th 100μmol/(m2 · s).WL414 and Ameristand201
had consistent physio logical changes , but the change of SOD and POD activi ty and MDA o f A mer-
i stand 201 show ed tha t i t w as more tolerant to low temperature and w eak light than WL414.
Key words:Medicago sativa;roo t crow n;low temperature and w eak light;phy siolo gical characte ris-
tics
7505/ 2010 草　业　科　学(第 27 卷 05 期)