全 文 ：268-275
2 /2016
草 业 科 学
PＲATACULTUＲAL SCIENCE
第 33 卷第 2 期
Vol． 33，No． 2
http:cykx． lzu． edu． cm
DOI:10． 11829 / j． issn． 1001-0629． 2015-0365
申晓慧，姜成，李如来，李建东，张华，郑海燕，郭伟，孙力，冯鹏． 3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播越冬期根系生理变化及抗寒性．草
业科学，2016，33(2) :268-275．
Shen X H，Jiang C，Li Ｒ L，Li J D，Zhang H，Zheng H Y，Guo W，Sun L，Feng P． The study on the cold resistance and physiology change of
root in meadow fescue － alfalfa mixture and monoculture in winter． Pratacultural Science，2016，33(2) :268-275．
3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播
越冬期根系生理变化及抗寒性
申晓慧1，2，姜 成3，李如来1，李建东2，张 华1，
郑海燕1，郭 伟1，孙 力1，冯 鹏1
(1．黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江 佳木斯 154007;2．沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳 110866;
3．佳木斯大学生命科学学院，黑龙江 佳木斯 154007)
摘要:为了更好地提高紫花苜蓿(Medicago sativa)抗寒性，本研究以紫花苜蓿公农 1 号、Wega7F、WL319HQ 及草地羊茅
(Festuca pratensis)为试验材料，分别设置苜蓿单播区与苜蓿 －草地羊茅混播区，于 2013 年 10 月 15 日、10 月 30 日、11
月 15 日、2014 年 3 月 30 日、4 月 15 日、4 月 30 日对苜蓿根系可溶性糖、可溶性蛋白质、游离脯氨酸含量及过氧化物酶
(POD)活性 4 项指标的动态变化进行监测，并对苜蓿越冬率进行调查。结果表明，品种不同，苜蓿单、混播越冬率表现
不一。苜蓿与禾草混播效果好于单播，混播越冬率超过 90%，公农 1 号单混播越冬率差异不显著(P ＞ 0． 05) ，其它单、
混播处理及品种之间差异显著(P ＜ 0． 05)。各品种单播区与混播区苜蓿根系可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸含量
均随气温下降而增高，翌年春季随气温回升而降低，其中可溶性糖含量在 11 中旬达到最大值，单混播处理差异显著
(P ＜ 0． 05) ，可溶性蛋白含量在 10 月末达到最大值，除 WL319HQ 单、混播处理差异不显著外(P ＞ 0． 05) ，其它两个品
种单、混播处理差异达到显著水平(P ＜ 0． 05) ，WL319HQ 单、混播处理在 10 月末游离脯氨酸含量升到最高，其余各处
理均是在 11 月中旬升到最高值，且同一观测期内，单、混播处理显著差异(P ＜ 0． 05) ;POD活性则是随着温度变化在整
个越冬期呈现先升后降再上升的变化趋势，各处理均在 11 月中旬升至最高。通过越冬率调查和运用隶属函数法进行
抗寒性综合评判得出，苜蓿与草地羊茅混播处理的越冬率略高于苜蓿单播的，供试材料抗寒性大小顺序为公农 1 号 +
草地羊茅 ＞公农 1 号 ＞ Wega7F +草地羊茅 ＞ Wega7F ＞ WL319HQ +草地羊茅 ＞ WL319HQ。
关键词:紫花苜蓿;草地羊茅;混播;抗寒性;越冬率;生理指标
中图分类号:S816;S540． 34;S344． 1 + 4 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2016)2-0268-08*
The study on the cold resistance and physiology change of root in
meadow fescue━alfalfa mixture and monoculture in winter
Shen Xiao-hui1，2，Jiang Cheng3，Li Ｒu-lai1，Li Jian-dong2，Zhang Hua1，
Zheng Hai-yan1，Guo Wei1，Sun Li1，Feng Peng1
(1． Jiamusi Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Jiamusi 154007，China;
2． Agricultural College，Shenyang Agricultural university，Shenyang 110866，China;
3． College of Life Science，Jiamusi University，Jiamusi 154007，China)
Abstract:In order to improve cold resistance of alfalfa (Medicago sativa) ，three alfalfa cultivars (Gongnong1st
(GN1st) ，the Wega7F and the WL319HQ )and one meadow fescue (Festuca ovina)cultivar were used in this study．
Soluble sugar，soluble protein，free proline and POD activity，and winter survival rate were measured at six different
* 收稿日期:2015-06-29 接受日期:2015-10-09
基金项目:黑龙江省政府博士后资助项目 (LBH-Z12239) ;中国博士后科学基金(2013M541423)
第一作者:申晓慧(1980-)女，吉林扶余人，助理研究员，在读博士生，主要从事牧草抗寒性研究。E-mail:xiaohuishen@ 126． com
通信作者:冯鹏(1980-)男，内蒙化德人，副研究员，博士，主要从事牧草育种及栽培研究。E-mail:fengras@ 163． com
第 2 期 申晓慧 等:3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播越冬期根系生理变化及抗寒性
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
time． The results showed that the winter survival rate were different among different varieties，the average winter survival
rate in mixture was more than 90%，better than monoculture，and the winter survival rate in the each field had significant
difference between mixture and monoculture． Variations in soluble sugar，soluble protein，free proline contents increased
along with temperature decrease in late fall，then decreased along with temperature increase in spring of the following
year，soluble sugar content reached peaked in mid-November，and there were significant different between monoculture
and mixture (P ＜ 0． 05) ;soluble protein content reached peaked at the end of October，there were significant difference
between monoculture and mixture (P ＜ 0． 05) ，except WL319HQ;free proline content of WL319HQ reached peak at
the end of October，other treatments reached peaked in mid-November，there were significant difference between mono-
culture and mixture in the same measure stage (P ＜ 0． 05) ;the POD activity change showed up － down － up trend in the
whole wintering stage，showed the highest activity in mid-November． Membership function analysis and winter survival
rate showed the order of cold-resistance of alfalfa cultivars was GN1st + meadow fescue ＞ GN1st ＞ Wega7F + meadow fes-
cue ＞ Wega7 ＞ WL319HQ + meadow fescue ＞ WL319HQ．
Key words:alfalfa;meadow fescue;mixture;cold resistance;winter survival rate;physiology index
Corresponding author:Feng Peng E-mail:fengras@ 163． com
紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界级优良牧草，因
其营养价值高、适口性好，具有“牧草之王”的美称。
然而在我国东北地区，因冬季严寒干冷，最低气温 － 30
℃以下，全年降水也主要集中在盛夏季节，春旱、秋霜
冻给苜蓿越冬造成了严重灾害，因此，在东北大部分地
区普遍存在着苜蓿越冬率低，容易发生冻害甚至死亡
现象，成为制约黑龙江省畜牧业发展的障碍之一［1］。
研究紫花苜蓿对温度和寒冷适应的规律和特点是解决
这一问题的关键所在［2-3］。南丽丽等［4］、梁慧敏等［5-6］
从根系生理生化的变化上深入研究了苜蓿的抗寒性
能。史纪安等［7］通过对不同秋眠级别的紫花苜蓿品
种根系发育能力的研究表明，根颈分枝能力、根颈粗细
及入冬前入土深度，与翌年苜蓿萌发和实现高产密切
相关;同时，根颈随气温下降入土越深，其抗寒能力越
强。孙启忠等［8］在研究苜蓿不同覆土厚度与根颈入
土深度时发现，播种时覆土越深，越能促进根颈膨大，
提高植株的耐寒性，进而提高越冬率。对于单播苜蓿
抗寒方面的研究已有诸多报道，而苜蓿与禾草混播抗
寒规律研究鲜见报道。
根系的抗寒性是决定紫花苜蓿安全越冬的首要因
素之一［9-11］。在深秋至入冬前，大多数紫花苜蓿会随
着气温的逐渐下降，将其营养物质从地上部逐渐向地
下部转移，为安全越冬做准备，所以其根中的营养物质
含量也会不断发生变化。冷胁迫下植物可积累更多的
可溶性糖、脯氨酸［12］、可溶性蛋白质［13］等营养物质。
这些生理指标与植物抗寒性关系密切［14］，已有的混播
研究主要集中在混播群体的动态变化，混播比例、产草
量、混播后草的养分含量变化以及土壤改良等方
面［15-16］，本研究通过对 3 种紫花苜蓿单播及分别与草
地羊茅混播后，在越冬期对苜蓿根系生理生化指标动
态进行分析，检验通过混播播种方式提高苜蓿抗寒性
的可行性，了解并揭示紫花苜蓿单、混播在越冬期间根
系对低温的适应变化及混播对抗寒性的影响，以期为
栽培草地建植和紫花苜蓿生产提供技术支撑。
1 材料与方法
1． 1 试验地概况
试验地土壤为草甸黑土，土壤有机质含量为
2． 65%、碱解氮 135． 41 mg· kg －1、速效磷 44． 50
mg·kg －1、速效钾 112． 76 mg·kg －1、全氮 0． 19%、全
磷0． 14%、全钾 1． 60%、pH为 6． 10。
1． 2 供试材料
试验材料为 3 个紫花苜蓿品种:公农 1 号(简称
GN1st)、Wega7F 由黑龙江省畜牧所提供，WL319HQ
为引进品种;1 个草地羊茅(Festuca pratensis Huds) ，简
称 CD，由北京正道生态科技有限公司提供。
1． 3 试验设计
试验于 2013 － 2014 年进行。2013 年 5 月 28 日播
种，间条单、混播，试验小区面积 3 m × 4 m，行距 30
cm，播深 2． 5 ～ 3 cm，苜蓿单播播量 22． 5 kg·hm －2，
混播小区苜蓿(播量 4． 5 kg·hm －2)+草地羊茅(播量
15． 75 kg·hm －2) ，3 次重复，播种时试验小区施底肥，
其中尿素(含 N 46%)60 kg·hm －2、过磷酸钙(含 P2O5
20%)150 kg·hm －2、氯化钾(含 K2O 60%)80 kg·
hm －2。小区之间以 0． 5 m 步道相隔。常规田间管理，
生长季随时拔除杂草。
1． 4 测定项目及试验方法
1． 4． 1 取样及保存 试验取样于 2013 年的 10 月 15
962
草 业 科 学 第 33 卷
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
日、10 月 30 日、11 月 15 日、2014 年的 3 月 30 日、4 月
15 日和 4 月 30 日，挖取紫花苜蓿的根，实验室内将根
洗净，用硫酸纸包裹放入 － 80 ℃冰箱保存，3 次重复，
取靠近根颈处 5 cm 长的根系进行各项生理生化指标
的测定。各取样日期的温度见图 1。
图 1 采样期间气温
Fig． 1 Air temperature during sampling time
1． 4． 2 越冬率的调查 试验于 2013 年冬天在各处理
小区内选择 1 m2 大小面积，调查紫花苜蓿植株个数，
并在每株苜蓿上系上挂牌，于 2014 年苜蓿返青后再次
调查存活苜蓿植株数，试验设 3 次重复。计算公式为:
越冬率 =返青植株数 /植株总数 × 100%［17］。
1． 4． 3 生理指标测定方法 可溶性糖、可溶性蛋白、
游离脯氨酸含量的测定见参考文献［18］，POD 测定采
用愈创木酚法［19］。
1． 5 统计分析
试验数据作图应用 Microsoft Excel 2003，利用 DPS
7． 05 数据分析软件进行方差分析，分别对同一处理不
同观测期、同一观测期内的不同处理进行单因素方差
分析，采用新复极差测验，应用 Fuzzy 数学中隶属函数
法进行抗寒性综合评价，公式如下:
U(Xijk)=
Xijk － Xmin
Xmax － Xmin
．
式中，U(Xijk)为第 i个处理第 j个温度阶段第 k个指标
的隶属度，且 U(Xijk)∈［0，1］;Xijk表示第 i 个处理第 j
个温度阶段第 k 个指标测定值;Xmax、Xmin为所有处理
中第 k项指标的最大值和最小值［20］。
2 结果与分析
2． 1 紫花苜蓿单播及与草地羊茅混播越冬率
各处理单、混播紫花苜蓿越冬情况(图 2)结果表
明，苜蓿平均越冬率超过了 90%，其中 GN1st和 CD混
播处理越冬率最高，达到 96． 6%，WL319HQ 单播越冬
率最低，为 87． 2%。同一品种混播越冬率高于单播，
GN1st单、混播越冬率差异不显著(P ＞ 0． 05) ，其它两
个品种单混播越冬率差异显著(P ＜ 0． 05) ，且不同品
种之间单播处理越冬率差异也显著 (P ＜ 0． 05)。
2． 2 苜蓿根系可溶性糖含量变化
越冬期间随着温度变化，不同处理单播及混播紫
花苜蓿根系可溶性糖含量变化呈现先升后降的变化趋
势，且除WL319HQ外，其余品种混播根系可溶性糖
图 2 不同处理紫花苜蓿越冬率
Fig． 2 Overwintering rate of alfalfa
under different treatments
注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P ＜ 0． 05)。
Note:Different lower case letters indicate significant difference among differ-
ent treatments at 0． 05 level．
含量高于单播(表 1)。10 月 30 日各品种根系可溶性
糖含量开始上升，到 11 月中旬达到最大值，其中
GN1st + CD的可溶性糖积累最多，达到了 27． 28%，3
月末气温逐渐开始回升，可溶性糖含量仍然较高，这说
明在整个冬季紫花苜蓿 GN1st 和草地羊茅混播后
GN1st根内可溶性糖含量都保持在较高水平上。至翌
年 4 月，随着春季气温不断上升，可溶性糖作为春季再
生的能源被转移利用，其含量下降，与越冬期含量差异
显著(P ＜ 0． 05)。同一观测期内 GN1st和 Wega7F单、
混播处理差异显著(P ＜ 0． 05) ，11 月 15 日至翌年 3 月
30 日紫花苜蓿返青后，WL319HQ 单混播处理差异显
著(P ＜ 0． 05)。不同品种之间根系可溶性糖含量变化
与越冬率也不完全一致，在整个观测期内，Wega7F 品
种单播根系可溶性糖含量的积累都不是最高，但其越
冬能力却较高，说明 Wega7F 品种能以最低的糖消耗
来抵御严寒，提高抗寒性。
2． 3 苜蓿根系可溶性蛋白含量变化
各单、混播处理苜蓿根系可溶性蛋白质含量变化
总体表现为随田间气温逐渐降低而呈增加趋势，翌年
春其含量又随田间气温逐渐上升而下降(表 2)。从
10 月 15 日到 10 月 30 日，各品种及处理平均蛋白含
072
第 2 期 申晓慧 等:3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播越冬期根系生理变化及抗寒性
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
量由 15． 73 mg·g －1上升到 52． 62 mg·g －1，上升了
234． 52%，且均积累到最高含量，除 WL319HQ 单、混
播差异不显著外，其它处理混播可溶性蛋白含量显著
高于单播(P ＜ 0． 05) ，随着低温强度的增加，可溶性蛋
白含量有所下降，但仍然保持较高含量，这对品种抗寒
和生存有重要意义。10 月 15 日即越冬初期，各个处
理之间可溶性蛋白含量差异不显著(P ＞ 0． 05) ，但同一
时期不同品种之间可溶性蛋白积累量不一，在最冷月
(11月 15 日)同一品种混播处理显著高于单播(P ＜
0． 05) ，且国内品种GN1st和Wega7F的可溶性蛋白含量
高于引进品种 WL319HQ，至 4 月 30 日，除 GN1st 单播
显著大于混播外(P ＜0． 05) ，其余两个品种单、混播处理
差异不显著，且此时可溶性蛋白含量大幅下降，可能是
此时苜蓿返青，植物体内物质和能量代谢加快所致。
2． 4 苜蓿根系游离脯氨酸含量变化
各处理根系游离脯氨酸含量随气温变化呈先升
后降趋势，且混播含量高于单播(表 3)。经过 10 月
15 日至 11 月 15 日的温度大幅下降，各处理根系游
离脯氨酸含量显著升高(P ＜ 0． 05) ，GN1st + CD混播
的游离脯氨酸含量最高为 22． 84 mg· g － 1，除
WL319HQ单、混播处理在 10 月 30 日含量升到最高
值外，其余各处理均是在 11 月 15 日升到最高值，之
后游离脯氨酸含量逐渐下降，至翌年 4 月 30 日，
WL319HQ单、混播处理游离脯氨酸含量平均下降了
83． 26%，GN1st单、混播处理下降80． 88%，Wega7F
单、混播处理下降最慢，为 79． 66%。GN1st 和 We-
ga7F在同一观测期内混播显著高于单播处理(P ＜
0． 05) ，WL319HQ单、混播处理在 10 月 30 至 11 月
15 日期间也表现出混播显著高于单播。作为渗透调
节物质之一的游离脯氨酸，在植物体内除了具有低
温胁迫时起到平衡细胞代谢的功能外，还能维持胞
内环境的相对稳定，混播处理游离脯氨酸含量高于
单播，说明苜蓿混播处理较单播处理更有利于抵御
严寒。
表 1 不同处理紫花苜蓿根系可溶性糖含量(%)变化
Table 1 Change of soluble sugar content (%)in root of alfalfa under different treatments
处理
Treatment
取样日期 Sampling date /mm-dd
10-15 10-30 11-15 03-30 04-15 04-30
GN1st 18． 03 ± 0． 43Bb 18． 28 ± 0． 5Cb 22． 97 ± 0． 46Ca 12． 15 ± 0． 81Cc 10． 89 ± 0． 75Bc 10． 70 ± 0． 38Cc
GN1st + CD 21． 01 ± 0． 73Ac 25． 48 ± 0． 43Ab 27． 28 ± 0． 70Aa 25． 22 ± 0． 24Ab 15． 91 ± 0． 38Ad 14． 30 ± 0． 55Ae
Wega7F 12． 10 ± 0． 13Cb 14． 31 ± 0． 42Db 14． 47 ± 0． 07Fa 10． 95 ± 0． 51Dbc 10． 66 ± 0． 76Bbc 10． 01 ± 0． 31Cc
Wega7F + CD 18． 28 ± 0． 25Bc 22． 20 ± 0． 31Bb 24． 74 ± 0． 03Ba 15． 88 ± 0． 09Bd 14． 30 ± 0． 15Ae 12． 00 ± 0． 58Bf
WL319HQ 10． 82 ± 0． 22Dc 14． 34 ± 0． 37Db 16． 19 ± 0． 46Ea 10． 46 ± 0． 15Dc 9． 90 ± 0． 13Bc 8． 87 ± 0． 12Dd
WL319HQ + CD 10． 30 ± 0． 21Dd 15． 88 ± 0． 12Db 18． 31 ± 0． 55Da 12． 63 ± 0． 62Cc 11． 74 ± 0． 71Bc 9． 49 ± 0． 20Cd
注:同行不同小写字母表示同一处理不同日期间差异显著(P ＜ 0． 05) ;同列不同大写字母表示同一观测期不同处理间差异显著(P ＜ 0． 05)。表 2、表
3、表 4 同。
Note:Different lower case letters within the same row indicate significant difference among different sampling dates for the same treatment at 0． 05 level． Different
capital letters within the same column indicate significant difference among different treatments for the same sampling date at 0． 05 level，The same in Table 2，
Table 3 and Table 4．
表 2 各单、混播处理紫花苜蓿根系可溶性蛋白含量(mg·g －1)变化
Table 2 Change of soluble protein content (mg·g －1)in root of alfalfa under different treatments
处理
Treatment
取样日期 Sampling date /mm-dd
10-15 10-30 11-15 03-30 04-15 04-30
GN1st 15． 52 ± 0． 45Ad 57． 14 ± 0． 64Ba 47． 59 ± 0． 75Bb 30． 15 ± 0． 49Cc 31． 35 ± 0． 40Bc 19． 77 ± 0． 75Ad
GN1st + CD 14． 97 ± 0． 23Ae 61． 97 ± 0． 63Aa 52． 68 ± 0． 12Ab 32． 21 ± 0． 34Bc 26． 06 ± 0． 97Ccd 14． 60 ± 0． 12Be
Wega7F 16． 97 ± 0． 54Ae 48． 91 ± 0． 54Ca 43． 89 ± 0． 22Cb 37． 04 ± 0． 51Ac 30． 41 ± 0． 20Bd 19． 10 ± 0． 45Ae
Wega7F + CD 14． 90 ± 0． 52Ae 56． 05 ± 0． 53Ba 49． 43 ± 0． 45Bb 30． 96 ± 0． 05Cc 29． 93 ± 0． 53Bc 20． 41 ± 0． 43Ad
WL319HQ 15． 85 ± 0． 12Ad 46． 02 ± 0． 32Da 31． 46 ± 0． 13Db 29． 91 ± 0． 18Cb 22． 57 ± 0． 14Cc 18． 17 ± 0． 62Acd
WL319HQ + CD 16． 16 ± 0． 08Ac 45． 62 ± 0． 64Da 43． 31 ± 0． 03Ca 33． 37 ± 0． 29Bb 35． 56 ± 0． 33Ab 20． 13 ± 0． 75Ac
172
草 业 科 学 第 33 卷
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
表 3 不同处理紫花苜蓿根系游离脯氨酸含量(mg·g －1)变化
Table 3 Change of free proline content(mg·g －1)in root of alfalfa under different treatments
处理
Treatment
取样日期 Sampling date /mm-dd
10-15 10-30 11-15 03-30 04-15 04-30
GN1st 7． 98 ± 0． 01BCd 12． 49 ± 0． 28Bb 18． 47 ± 0． 71BCa 12． 99 ± 0． 64BCb 10． 48 ± 0． 28Bc 3． 22 ± 0． 43Be
GN1st + CD 9． 60 ± 0． 42Ac 17． 64 ± 0． 06Ab 22． 84 ± 0． 24Aa 16． 99 ± 0． 61Ab 14． 70 ± 0． 25Ac 4． 75 ± 0． 32Ad
Wega7F 7． 45 ± 0． 35Cc 10． 48 ± 0． 47Cb 15． 86 ± 0． 47Ca 9． 60 ± 0． 75Ebc 7． 85 ± 0． 68CDc 3． 36 ± 0． 84Bd
Wega7F + CD 9． 09 ± 0． 29ABc 13． 84 ± 0． 14Bb 19． 63 ± 0． 04ABa 13． 27 ± 0． 17Bb 10． 95 ± 0． 88Bb 4． 53 ± 0． 68Ad
WL319HQ 6． 38 ± 0． 64Cc 13． 61 ± 0． 67Ba 10． 79 ± 0． 67Db 10． 94 ± 0． 15Db 7． 28 ± 0． 32Dc 2． 45 ± 0． 90Cd
WL319HQ + CD 7． 26 ± 0． 41Cc 17． 70 ± 0． 54Aa 15． 25 ± 0． 45Ca 11． 77 ± 0． 71CDb 9． 67 ± 0． 26BCc 2． 74 ± 0． 73Cd
2． 5 苜蓿根系过氧化物酶(POD)含量变化
不同苜蓿品种单播及与草地羊茅混播后，POD 活
性均呈现先升后降再上升的变化趋势(表 4)。10 月
15 日到 11 月 15 日随着气温的降低，各品种苜蓿根系
POD活性增至最高，除 WL319HQ外，其余品种苜蓿根
系 POD活性表现为混播略高于单播，越冬率高的品种
GN1st和 Wega7F高于越冬率低的品种 WL319HQ。之
后随着低温胁迫时间的延长，细胞受害程度增强，影响
了细胞内蛋白质等物质合成，至翌年 3 月 30 日 POD
活性下降，但 GN1st单、混播处理较其它品种仍维持较
高水平，这就减轻了膜脂过氧化程度，增加了机体的抗
寒性能，之后随着气温逐渐回升，胁迫解除，各品种紫
花苜蓿单、混播处理根系 POD 活性又逐渐升高，10 月
15 日至 4 月 30 日，同一观测期内各品种单、混播处理
之间差异显著(P ＜ 0． 05)。
2． 6 不同品种苜蓿单、混播后抗寒评价
对 3 种紫花苜蓿单播及与其草地羊茅混播抗寒性
的研究发现，混播的抗寒性高于单播，但品种之间比较
单播抗寒性高的品种混播处理后抗寒性仍然较高，然
而抗寒性高的品种也不是每一项生理指标都表现为最
高，为了减少单一指标对抗寒性评价引起的误差，本研
究采用了 Fuzzy 数学中隶属函数法对供试单、混播的
苜蓿品种的各项生理生化指标进行综合分析(表 5) ，
结果表明，其抗寒性依次为 GN1st + CD ＞ GN1st ＞ We-
ga7F + CD ＞Wega7F ＞ WL319HQ + CD ＞WL319HQ。
表 4 不同处理紫花苜蓿根系过氧化物酶活性(OD470·min
－1·g －1)变化
Table 4 Change of POD activities (OD470·min
－1·g －1)in root of alfalfa under different treatments
处理
Treatment
取样日期 Sampling date /mm-dd
10-15 10-30 11-15 03-30 04-15 04-30
GN1st 152． 25 ± 0． 45Bd 272． 06 ± 0． 06Ab 286． 68 ± 0． 34Ca 231． 63 ± 0． 74Bc 237． 25 ± 0． 08Bc 239． 09 ± 0． 42Cc
GN1st + CD 140． 22 ± 0． 20Cc 258． 61 ± 0． 75Bb 334． 44 ± 0． 84Aa 259． 86 ± 0． 62Ab 267． 66 ± 0． 04Ab 268． 04 ± 0． 50Ab
Wega7F 123． 51 ± 0． 33Ed 220． 56 ± 0． 16Dc 287． 87 ± 0． 03Ca 189． 72 ± 0． 04Dc 240． 66 ± 0． 69Bb 241． 57 ± 0． 37Bb
Wega7F + CD 134． 36 ± 0． 45Dd 253． 33 ± 0． 08Bb 293． 00 ± 0． 25Ba 241． 11 ± 0． 42Bc 256． 38 ± 0． 47Ab 264． 56 ± 0． 38Ab
WL319HQ 123． 41 ± 0． 80Ee 170． 50 ± 0． 78Ec 284． 96 ± 0． 75Ca 152． 68 ± 0． 06Ed 241． 35 ± 0． 55Bb 249． 42 ± 0． 18Bb
WL319HQ + CD 161． 32 ± 0． 08Ae 234． 13 ± 0． 25Cc 273． 47 ± 0． 60Da 212． 61 ± 0． 34Cd 263． 86 ± 0． 67Ab 271． 87 ± 0． 69Aab
表 5 3 个苜蓿品种单播及与草地羊茅混播根系生理生化指标的隶属函数值
Table 5 Subordinate function values of meadow fescue and three alfalfa cultivars with sowing or mix-sowing
指标
Index
苜蓿品种(处理)Alfalfa cultivars (treatment)
GN1st + CD GN1st Wega7F + CD Wega7F WL319HQ + CD WL319HQ
可溶性糖 Soluble sugar 0． 850 0． 782 0． 752 0． 591 0． 534 0． 373
可溶性蛋白 Soluble protein 0． 648 0． 704 0． 476 0． 542 0． 709 0． 205
游离脯氨酸 Pro 0． 779 0． 673 0． 697 0． 564 0． 416 0． 514
过氧化物酶 POD 0． 696 0． 652 0． 591 0． 546 0． 521 0． 503
均值 Average 0． 743 0． 703 0． 629 0． 561 0． 545 0． 399
272
第 2 期 申晓慧 等:3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播越冬期根系生理变化及抗寒性
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
3 讨论
植物体内可溶性糖含量的增加能增强胞内溶质浓
度，降低细胞的冰点，增强持水力，降低胁迫对细胞的
伤害，有报道称苜蓿主根中可溶性糖的浓度在环境温
度较低的情况下明显增加，但在翌年苜蓿返青时下
降［21］;这与本研究中不同苜蓿品种单、混播根内可溶
性糖含量变化情况基本一致，但本研究中的 WL319HQ
单、混播越冬率比供试其它品种低，而根系可溶性糖含
量在 11 月 15 日高于 Wega7F 单播，且差异达到显著
水平(P ＜ 0． 05) ，可能不同品种对不同生态区适应性
不同所致，因此，可溶性糖含量不能单独作为评价苜蓿
抗寒性高低的生理指标［22］。
研究表明，可溶性蛋白质和脯氨酸的累积与植物
的抗寒性并不存在直接相关关系［23-24］，而本研究中各
单播处理及单、混播处理之间比较，可溶性蛋白含量呈
现出明显的季节动态，且在整个冬天维持较高含量。
此外，不同品种之间可溶性蛋白含量在同一时期内积
累量不同，在不同时期不同品种之间单、混播处理存在
差异，另外，本研究发现引进品种的可溶性蛋白含量低
于国内品种。游离脯氨酸含量作为判别苜蓿抗寒指标
一直是人们争论的热点问题，很多研究均表明，游离脯
氨酸可以作为指示植物抗寒性强弱的生理指标。低温
胁迫条件下，游离脯氨酸含量随着温度的下降而上升，
并随着胁迫时间的延长而增加，并已证明植物体内游
离脯氨酸的积累有利于提高其抗寒性［25-27］。本研究
中无论是单播还是混播，苜蓿根系游离脯氨酸含量均
是从 10 月中旬开始，随着气温的逐渐下降而上升，引
进品种 WL319HQ在 10 月末游离脯氨酸含量达到峰
值，其它品种及处理则是在 11 月中旬达到最大值，翌
年苜蓿返青，WL319HQ根系游离脯氨酸含量较其它品
种下降至最低，可能是由于引进品种 WL319HQ 对温
度较为敏感，对生态环境的适应程度与国内品种不同
所致。
POD酶活性与植物抗寒性呈正相关关系，POD 酶
活性越强，植物抗氧化能力越强，则对低温的适应性越
强［28］。此外，POD在酶促防御系统中的主要作用是分
解 H2O2、阻止膜脂过氧化，从而抵御代谢过程中有害
物质对细胞的毒害，其活力的变化可作为植物的耐寒
指标［29-32］。本研究中不同苜蓿品种之间及单混播之
间根系 POD活性均呈现先增加后降低然后再增加的
变化趋势，不同苜蓿单、混播处理在同一时期内差异显
著(P ＜ 0． 05)。10 月末随季节气温逐渐下降，为了有
效防止活性氧对膜脂和蛋白质的过氧化作用，根系中
POD的活性开始加强，随着温度的进一步下降，至 11
月中旬，POD 活性升至最高，之后随温度的上升又开
始下降，此时可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸等含
量开始逐渐下降，细胞渗透调节能力降低，POD 的活
性也随之减弱，气温变暖后，解除胁迫，POD 活性又开
始增强，苜蓿开始返青，可溶性糖、可溶性蛋白及游离
脯氨酸等指标含量开始下降，此时各处理苜蓿根系中
营养由库端变成源端［31］。
已有研究表明，植物的抗寒性评价结果受不同生
理生化指标的综合影响，本研究中各处理紫花苜蓿在
低温胁迫下的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯
氨酸含量及 POD活性与综合评价值呈显著正相关，说
明这几项生理生化指标可作为各单、混播处理紫花苜
蓿抗寒性鉴定指标，来综合评价其抗寒性［4］。本研究
应用隶属函数法对 3 种紫花苜蓿单播及与草地羊茅混
播的抗寒性进行综合评价，结果表明，低温胁迫下，同
一处理并不是在所有的指标方面均表现良好，而是在
某个或某几个指标方面表现较好，所以说单凭某一指
标不能评价苜蓿抗寒性强弱，应采用多项指标综合评
判。3 种紫花苜蓿单播及分别与草地羊茅混播后其抗
寒性由大到小顺序为 GN1st + CD ＞ GN1st ＞ Wega7F +
CD ＞Wega7F ＞ WL319HQ + CD ＞ WL319HQ。另外，研
究发现，在此比例混播组合下，两种牧草之间竞争小，
个体和群体之间能够协调发展，提高了空间光能和土
壤的肥料利用效率，竞争使苜蓿根颈入土深度更深，混
播除了能够更好搭配营养结构和充分利用时间和空间
的养分外，混播较单播还有助于提高其越冬和抗寒性
能。
4 结论
3 个不同苜蓿品种与草地羊茅单、混播越冬期根
系可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量均随越冬
期气温降低而提高，翌年春又随气温的回升而下降;
而 POD活性则是先随着气温下降而上升，进入最冷月
开始下降，翌年返青后随气温回升又逐渐上升，综合各
项指标结果表明，同一观测期内各指标含量不同，各生
理指标在进入最冷月份(11 月 15 日)单、混播处理均
达到差异显著水平(P ＜ 0． 05)。应用 Fuzzy 数学中隶
属函数法对供试各处理苜蓿根系生理生化指标进行综
合分析［27］，其抗寒性由大到小依次为 GN1st + CD ＞
GN1st ＞ Wega7F + CD ＞ Wega7F ＞ WL319HQ + CD ＞
WL319HQ，与越冬率的调查结果相一致。
参考文献(Ｒeferences)
372
草 业 科 学 第 33 卷
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
［1］ 罗新义，冯昌军，李红，沙伟．低温胁迫下肇东苜蓿 SOD、脯氨酸活性变化初报．中国草地学报，2004，26(4) :79-81．
Luo X Y，Feng C J，Li H，Sha W． Study on changes of SOD and proline activity during low temperature stress on Medicago sativa L． cv．
Zhaodong． Chinese Journal of Grassland，2004，26(4) :79-81．(in Chinese)
［2］ 邓雪柯，乔代蓉，李良，于昕，张乃胜，雷高鹏，曹毅．低温胁迫对紫花苜蓿生理特性影响的研究．四川大学学报(自然科学版) ，
2005，42(1) :190-194．
Deng X K，Qiao D Ｒ，Li L，Yu X，Zhang N S，Lei G P，Cao Y． The effect of chilling stress on physiological characters of Medicago sati-
va． Journal of Sichuan University(Natural Science Edition) ，2005，42(1) :190-194．(in Chinese)
［3］ Brumme C E，Moore K J，Bjork C N． Agronomic consequences of dormant-non dormant alfalfa mixtures． Agronomy Journal，2002，94
(4) :782-789．
［4］ 南丽丽，师尚礼，陈建纲，朱新强，郭全恩，赵文翰．不同根型苜蓿根系对低温胁迫的响应及其抗寒性评价．中国生态农业学报，
2011，19(3) :619-625．
Nan L L，Shi S L，Chen J G，Zhu X Q，Guo Q E，Zhao W H． Field evaluation of the response and resistance to low temperature of alfalfa
root with different root types during over-wintering． Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，19(3) :619-625．(in Chinese)
［5］ 梁慧敏，夏阳，梁月香．碳水化合物含量和过氧化物酶酶性变化与苜蓿抗寒性的关系．甘肃农业大学学报，1995，30(4) :307-311．
Liang H M，Xia Y，Liang Y X． Seasonal changes in carbo hydrate content and peroxidase activities related to cold hardiness of alfalfa．
Journal of Gansu Agricultural University，1995，30(4) :307-311．(in Chinese)
［6］ 梁慧敏，夏阳．苜蓿抗寒性及根蘖性状的表现与过氧化物酶同工酶关系的研究．草业学报，1998，7(4) :55-60．
Liang H M，Xia Y． Ｒelationship between isoperoxidase and expression of cold-tolerance in creep-rooted alfalfa． Acta Prataculturae Sini-
ca，1998，7(4) :55-60．(in Chinese)
［7］ 史纪安，刘玉华，韩清芳，贾志宽．不同秋眠级数的紫花苜蓿品种根系发育能力研究．西北农业学报，2009，18(4) :149-154．
Shi J A，Liu Y H，Han Q F，Jia Z K． Ｒoot development ability of different fall dormancy alfalfa cultivars． Acta Agriculturae Boreali-Oc-
cidentalis Sinica，2009，18(4) :149-154．(in Chinese)
［8］ 孙启忠，桂荣，韩建国．赤峰地区敖汉苜蓿冻害及其防御技术．草地学报，2001，9(1) :50-57．
Sun Q Z，Gui Ｒ，Han J G． Ｒesearch on winter injury and prevent technique of alfalfa (Medicago sativa L． cv．‘Aohan’)in Chifeng Ｒe-
gion． Acta Agrestia Sinica，2001，9(1) :50-57．(in Chinese)
［9］ Small E，Jomphe M A，Synopsis of the genus Medicago (Legominosae)． Canadian Journal of Botany，1998，67:3260-3294．
［10］ 王磊，李建勇，张振贤，葛均青．冻害低温下越冬甘蓝渗透调节物质的变化和作用．山东农业大学学报(自然科学版) ，2001，
32(4) :487-490．
Wang L，Li J Y，Zhang Z X，Ge J Q． Ｒole and change of osmotic adjustment of winter cabbage under freezing tolerance． Journal of
Shandong Agricultural University (Natural Science) ，2001，32(4) :487-490．(in Chinese)
［11］ Cunningham S M，Gana J A，Volenec J J． Winter hardiness，root physiology，and gene expression in successive fall dormancy selections
from‘Mesilla’and‘CUF101’alfalfa． Crop Science，2001，41:1091-1098．
［12］ 孟凡珍，张振贤，于贤昌，艾希珍．田间低温胁迫对大白菜某些理化特性的影响研究．中国生态农业学报，2005，13(2) :84-86．
Meng F Z，Zhang Z X，Yu X C，Ai X Z． Effect of low temperature stress on some physiological and biochemical characteristics of Chi-
nese cabbage in field． Chinese Journal of Eco-Agriculture，2005，13(2) :84-86．(in Chinese)
［13］ 周瑞莲，张普金．春季高寒草地牧草根中营养物质含量和保护酶活性的变化及其生态适应性研究．生态学报，1996，16(4) :
402-407．
Zhou Ｒ L，Zhang P J． The change in carbohydrate content and protecting enzyme activities in root of alpine forage related to its adap-
tation to cold in spring． Acta Ecologica Sinica，1996，16(4) :402-407．(in Chinese)
［14］ Garaham D，Patterson B D． Ｒesponses of plants to low，nonfreezing temperatures:Proteins，metabolism，and acclimation． Annual Ｒe-
view of Plant Physiology，1982，33:347-372．
［15］ 包乌云，赵萌莉，徐军，高新磊，赵巴音那木拉．苜蓿与禾本科牧草的混播效果．草业科学，2013，30(11) :1782-1789．
Bao W Y，Zhao M L，Xu J，Gao X L，Zhao B． Study on mixculture of alfalfa with grasses． Pratacultural Scinence，2013，30(11) :1782-
1789．(in Chinese)
［16］ 祁亚淑，朱林，许兴．宁夏绿洲禾豆牧草混播组合及其比例效应．草业科学，2015，32(9) :1463-1472．
Qi Y S，Zhu L，Xu X． Effects of mixed combination and proportion between legume inous and graminaceous forages grown in Ningxia
desert steppe． Pratacultural Scinence，2015，32(9) :1463-1472．(in Chinese)
［17］ 高婷婷，毛培春，田小霞，孟林，刘汉云． 10 个白三叶品种苗期耐寒性评价．草业科学，2014，31(9) :1724-1731．
472
第 2 期 申晓慧 等:3 种紫花苜蓿与草地羊茅单、混播越冬期根系生理变化及抗寒性
http:/ /cykx． lzu． edu． cn
Gao T T，Mao P C，Tian X X，Meng L，Liu H Y． Cold tolerance assessment of 10 Trifolium repens cultivars at the seedling stage． Prat-
acultural Scinence，2014，31(9) :1724-1731．(in Chinese)
［18］ 张治安，张美善，蔚荣海．植物生理学实验指导．北京:中国农业科学技术出版社，2004．
Zhang Z A，Zhang M S，Wei Ｒ H． Plant Physiology Experiment Guiding． Beijing:China Agricultural Science and Technology Press，
2004．(in Chinese)
［19］ 邹琦．植物生理学实验指导．北京:中国农业出版社，2000:8．
Zou Q． Plant Physiology Experiment Guiding． Beijing:China Agriculture Press，2000:8．(in Chinese)
［20］ 申晓慧，姜成，冯鹏，李如来，李建东，郑海燕．寒区 6 个紫花苜蓿品种根系中 MDA含量及抗氧化酶活性的比较研究．作物杂
志，2015(4) :88-91．
Shen X H，Jiang C，Feng P，Li Ｒ L，Li J D，Zheng H Y． Comparison of MDA content and antioxidant enzymes activity of several alfalfa
roots in cold region． Crops，2015(4) :88-91．(in Chinese)
［21］ 刘香萍，李国良，崔国文．紫花苜蓿抗寒性研究进展．饲料博览，2006(12) :11-13．
Liu X P，Li G L，Cui G W． The Ｒesearch progress of cold resistance on alfalfa． Feed Ｒeview，2006(12) :11-13．(in Chinese)
［22］ 王运涛，于林清，萨仁．苜蓿抗寒性研究进展．草原与草坪，2012，32(3) :91-96．
Wang Y T，Yu L Q，Sa Ｒ． Ｒesearch progress of alfalfa cold resistance in China． Grassland and Turf，2012，32(3) :91-96． (in Chi-
nese)
［23］ 刘祖祺，张石城．植物抗性生理学．北京:中国农业出版社，2014．
Liu Z Q，Zhang S C． Plant Ｒesistance Physiology． Beijing:China Agriculture Press，2014．(in Chinese)
［24］ 刘娥娥，宗会，郭振飞，黎用朝． 干旱盐和低温胁迫对水稻幼苗脯氨酸含量的影响． 热带亚热带植物学报，2000，8(3) :
235-238．
Liu E E，Zong H，Guo Z F，Li Y C． Effects of drought，salt and chilling stresses on proling accumulation in shoot of rice seedlings．
Journal of Tropical and subtropical Botany，2000，8(3) :235-238．(in Chinese)
［25］ 冯昌军，罗新义，沙伟，王凤国． 低温胁迫对苜蓿品种幼苗 SOD、POD 活性和脯氨酸含量的影响． 草业科学，2005，22(6) :
29-32．
Feng C J，Luo X Y，Sha W，Wang F G． Effect of low temperature stress on SOD，POD activity and proline content of alfalfa． Pratacul-
tural Science，2005，22(6) :29-32．(in Chinese)
［26］ 陈雅君，崔国文，富象乾．低温对苜蓿品种幼苗体内游离脯氨酸含量的影响．中国草地学报，1996(6) :46-50．
Chen Y J，Cui G W，Fu X Q． The effect of low temperature on free proline content in different alfalfa seedlings． Chinese Journal of
Grassland，1996(6) :46-50．(in Chinese)
［27］ 南丽丽，师尚礼，朱新强，郭全恩．田间越冬期不同根型苜蓿根系的生理生化特性．核农学报，2011，25(2) :369-374．
Nan L L，Shi S L，Zhu X Q，Guo Q E． Physiological and biochemical characteristics of root in different root type alfalfa cultivars in
field during overwintering period． Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2011，25(2) :369-374．(in Chinese)
［28］ 江福英，李延，翁伯琦．植物低温胁迫及抗旱生理．福建农业学报，2002，17(3) :190-195．
Jiang F Y，Li Y，Weng B Q． Ｒeview on physiology of chilling stress and chilling resistance of plants． Fujian Journal of Agricultural
Sciences，2002，17(3) :190-195．(in Chinese)
［29］ Mckerise B D，Murnaghan J，Jones K S． Iron-superoxide dismutase expression in transgenic alfalfa increases winter tolerance． Plant
Physiology，2000，122:1427-1437．
［30］ 杜永吉，于磊，孙吉雄，鲁为华，韩烈宝．结缕草品种抗寒性和抗寒机理研究．草地学报，2008，16(4) :347-352．
Du Y J，Yu L，Sun J X，Lu W H，Han L B． Study on cold-resistance and its mechanism of different cultivars of Zoysia japonica Steud．
Acta Agrestia Sinica，2008，16(4) :347-352．(in Chinese)
［31］ 鲁剑巍，邹娟，周世利，蒋细旺，丛红霞，徐艳丽． 施磷对越冬期高羊茅生长、养分吸收及抗寒性的影响． 草地学报，2008，
16(5) :436-441．
Lu J W，Zou J，Zhou S L，Jiang X X，Cong H X，Xu Y L． Effect of phosphorus application amount on the growth，nutrient absorption，
and cold-resistance of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb．)in winter． Acta Agrestia Sinica，2008，16(5) :436-441．(in Chinese)
［32］ Wolf S，Marani A，Ｒudieh J． Effect of temperature on carbohydrate metabolism in potato plants． Journal of Experimental Botany，1991，
238(42) :619-625．
(责任编辑 张瑾)
572