全 文 ：第 28卷 第 4期
2007年 10月 　　　　　　　　　　
华南农业大学学报
JournalofSouthChinaAgriculturalUniversity　　 　　　　　　　　
Vol.28, No.4
Oct.2007
　收稿日期:2006-11-06
　作者简介:费永俊(1965—), 男 ,教授 , 博士研究生;　通迅作者:韩烈保(1965—),男 , 教授 ,博士 , E-mail:hanlb@tom.com
　基金项目:湖北省科技攻关项目(2002AA3001C99);湖北省教育厅重大科研项目(2002Z0007);湖北省涝渍灾害与湿地农业
重点实验室开放基金(HNKFJ2002C03);湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队资助项目(鄂教科 [ 2003年 7
号 ]文 -12);国家教育部新世纪优秀人才支持计划(2005— 2007)
工程绿化草种垂盆草对低温的生理响应
费永俊 1, 2 , 杨　娟 2 , 韩烈保 1
(1北京林业大学 草坪研究所 , 北京 100083;2长江大学 园艺园林学院 , 湖北 荆州 434025)
摘要:对垂盆草 Sedumsarmentosum对低温的生理响应进行了研究.结果表明 , 垂盆草的叶片经模拟低温 4、 0、 -4、
-8、-12、 -16、 -20 ℃处理 2 h, 叶片的电解质渗透率和丙二醛含量增加;随温度的降低 , 叶片的过氧化物酶活性
快速升高 、游离脯氨酸大量累积 、可溶性糖含量急剧增加;采用电解质渗透法 , 测定了垂盆草的半致死温度(LT50)
为 -8.64 ℃.即垂盆草具有较强的抗寒性 , 能通过一系列保护性的生理生化反应来适应低温胁迫 , 以减轻低温
伤害.
关键词:工程绿化;垂盆草;抗寒生理;半致死温度(LT50)
中图分类号:Q945.78;S688.4　　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1001-411X(2007)04-0065-04
PhysiologicalResponseofaLandscapeEngineeringGrass
SedumsarmentosumtoChilingStress
FEIYong-jun1, 2 , YANGJuan2 , HANLie-bao1
(1 InstituteofTurfgrassScience, BeijingForestryUniversity, Beijing100083, China;
2 CollegeofGardeningandHorticulture, YangtzeUniversity, Jingzhou434025, China)
Abstract:PhysiologicalresponseofalandscapeengineeringgrasSedumsarmentosumtochilingstress
werestudied.TheleavesofSedumsarmentosumweretreatedunder7 simulatedchilingstressgradients
(4, 0, -4, -8, -12, -16, -20℃).Theresultsshowedthatboththeelectrolyticleakagerateandma-
londialdehyde(MDA)contentinleavesincreasedslowlywhenleavesareexposedtolowtemperaturefor2
h.Meanwhile, theactivityofperoxidase(POD), thecontentoffreeprolineandsolublesugarsignificant-
lyincreasedasthetemperaturedroppeddown.Bythemethodoftheelectrolyteinfiltration, thelethal
temperature(LT50)ofSedumsarmentosumwasobtainedonthebasisofconductivityandLogisticequation
tobe-8.64℃.ThisstudyindicatedthattheSedumsarmentosumwasofhighcoldresistance, andwas
abletoadapttolowtemperaturestressthroughaseriesofphysiologicalandbiochemicalreaction.
Keywords:landscapeengineering;Sedumsarmentosum;coldresistantphysiology;lethaltemperature
(LT50)
　　垂盆草 Sedumsarmentosum又称柔枝景天 ,狗牙
齿 、半枝莲 、三叶佛甲草 ,原产于中国 、朝鲜及日本 ,
是一种暖季型植物 ,垂盆草是景天科 Crassulaceae景
天属 Sedum多年生肉质 、常绿草本 ,种子细小 ,再生
能力强 ,抗热 、抗旱 、耐荫 、耐湿 、耐贫瘠 ,在绿化建设
中具有广泛利用前景[ 1] .在植被砼上种植试验研究
表明 ,其可以作为砼护坡生态工程的先锋植物进行
种植.垂盆草作为一种水土保持植物 ,对其抗性研究
鲜见报道 ,在预试验中对种植在植被砼上的垂盆草
为期 2年的物候观察表明 ,垂盆草适应性很强 , 耐
旱 、耐寒 ,综合抗逆性较强 ,管理极为粗放.通过对不
同处理条件下垂盆草的几个与抗寒性相关的生理指
标的测定 ,初步探讨垂盆草受低温胁迫的伤害与对
低温胁迫的适应等抗性生理变化 ,为进一步推广应
用抗逆性更强的垂盆草观赏草坪 、工程绿化及护坡
先锋植物提供科学依据和参考.
1　材料与方法
1.1　试验材料
试验于 2006年 4月在长江大学 “植物资源与环
境 ”国家与地方共建基础实验室进行 ,取生长于植被
砼(水泥 9%,黄泥土 67%,其他 24%混合而成)上的
垂盆草植株中上部当年新生叶片 ,各叶片在植株的
朝向和部位上力求一致.
1.2　试验方法
将叶片用自来水冲洗干净 ,去离子水漂洗 ,吸干
表面水分 ,剪成 1 ～ 2cm的小片放入大试管中 ,在控
温冰箱内进行低温处理 ,在 0 ～ 4℃左右适应一段时
间 ,再进行低温处理 ,处理温度梯度为 4、0、 -4、 -8、
-12、 -16、 -20 ℃,并以常温 19 ℃为对照(CK).
参照朱根海等[ 2]的方法 ,每个温度处理 2 h后取出 ,
立即测游离脯氨酸 、可溶性糖 、过氧化物酶(POD)、
丙二醛(MDA)含量 4个指标 ,游离脯氨酸含量测定
参照李合生等 [ 3]的方法;可溶性糖 、MDA含量测定
参照邹琦[ 4]的方法;POD活性测定参照文献 [ 5]的
方法 ,以每分钟内每克鲜质量叶片引起 D470nm变化
0.01的酶量为 1个酶活性单位(U· g-1· min-1).
在每个温度下分别经 1、2、4、6 h处理 ,取出后加入
20 mL去离子水 ,静置过夜 ,分次测定电解质渗透
率.电解质渗透率测定采用 DDS-11A型电导仪测
其冰冻电导率(Ri),置沸水浴中 10 min,冷却至室
温后测其煮沸电导率(Rj),电解质渗透率 =冰冻电
导率 /煮沸电导率 ×1%[ 6] ;各指标均重复 3次 ,数
据用 DPS分析系统进行分析 , Duncan s新复极差
测试.
2　结果与分析
2.1　低温胁迫对质膜电解质渗透率的影响
表 1表明:垂盆草经 4、0、 -4、 -8、 -12、 -16、
-20 ℃低温处理 1、2、4、6 h后 ,叶片的电解质渗透
率随温度降低而升高 ,并且随胁迫时间的延长而不
断上升 ,且都明显高于对照 ,表明 4 ℃以下低温对垂
盆草产生伤害.-8、-12 ℃ 2 h低温胁迫下垂盆草
叶片的电解质渗透率分别比对照增加了 1.48、11.64
倍 ,且 -12 ℃低温胁迫下电解质渗透率与对照有极
显著差异 ,在 -8 ～ -12 ℃,垂盆草叶片的电解质渗
透率迅速增加 ,表明垂盆草在此低温范围内遭受的
伤害很严重.尽管 4 ～ -8℃已明显偏离垂盆草的最
适生长温度 ,但其叶片电解质渗透率仍处于缓慢增
加阶段 ,表明垂盆草在此低温范围内 ,质膜还能耐受
低温伤害.
表 1　不同时间低温处理叶片的电解质渗透率 1)
Tab.1　Theelectrolyticleakagerateofleavesinlowtemper-
atureduringdifferenttreatmenttime %
θ/℃ 1h 2 h 4 h 6 h
-20 69.8F 96.1AB 97.5A 99.8A
-16 66.7F 93.0ABC 93.9ABC 99.4A
-12 58.1G 83.4DE 92.3ABC 99.1A
-8 13.5HIJ 16.4HI 89.8BCD 98.1A
-4 10.7IJ 11.5IJ 77.9E 87.5CD
0 8.4JK 8.7JK 14.6HIJ 19.4H
4 7.1K 8.1JK 9.5JK 12.2IJ
19 5.8K 6.6K 6.7K 8.3JK
　1)同列数据后具相同大写字母表示 0.01水平差异不显著
(DPS分析系统进行分析 , Duncans新复极差法)
　　朱根海等 [ 2]研究指出 ,低温胁迫下细胞的相对
电导率与温度之间的关系呈 S型曲线 ,与 Logistic方
程 Y=K/(1+ae-bX)具有很好的拟合度.求该 Logis-
tic方程的二阶导数 ,并令其等于零 ,即可获得曲线的
拐点 , X=ln(1/a)/b,即为半致死温度(LT50).根据
莫惠栋 [ 7]的计算方法 ,将撤离温度及相对应的相对
电导率配合 Logistic方程 , 求得垂盆草的 LT50为
-8.64 ℃,拟合度 R2 =0.953 6＊.
2.2　低温胁迫后叶片 POD、游离脯氨酸和可溶性糖
含量的变化
　　植物在低温胁迫下 ,可通过低温诱导蛋白质的
合成 ,膜脂的组分变化 ,一些酶活性 、构像及其同工
酶谱的变化 ,以及一些保护性物质含量的增加等生
理生化机制来提高其抗寒性 [ 7] .目前 ,过氧化物酶
活性 、游离脯氨酸和可溶性糖等均为植物抗寒性指
标 ,在植物的抗寒研究中得到了广泛的应用[ 8] .脯
氨酸在植物抗冻中具有重要作用 ,低温胁迫往往伴
随着脯氨酸含量的增加 ,其含量高低与植物抗寒性
密切相关 ,抗寒性强的品种增加的倍数越高.表 2表
明:随着温度的下降 , POD活性升高 , -4、 -8和
-12 ℃分别比对照增加了 212.08%、 360.03%、
855.47%,而 -12 ℃时 , POD活性有一明显跃升 ,比
对照上升了 855.47%,表明:适当的低温能诱导 POD
活性极显著升高.同时叶片的游离脯氨酸含量随温
度降低而急剧增加 , -4、 -8和 -12 ℃分别比对照
66 　　 华　南　农　业　大　学　学　报　　　 第 28卷　
增加了 51.86%、191.50%、450.80%,表明低温胁迫
可诱导垂盆草叶片游离脯氨酸的大量累积.由此说
明 ,在低温胁迫下 ,垂盆草能产生相对较多的 POD和
脯氨酸来增强抗冻能力.
表 2　低温处理叶片电解质渗透率 、POD活性和 MDA、游离脯氨酸及可溶性糖的含量 1)
Tab.2　Theelectrolyticleakage, PODactivity, andcontentsofMDA, freeprolineandsolublesugarinleavesaftercold
treatment
θ/℃
电解质渗透率
electrolyte
leakagerate/%
POD活性
PODactivity
/(U·g-1·min-1)
b(MDA)
/(μmol·g-1)
b(游离脯氨酸
freeproline)
/(μmol·g-1)
b(可溶性糖
solublesugar)
/(μmol·g-1)
-20 96.1A 33.34A 5.68A 55.56A 0.583a
-16 93.0AB 28.67B 5.37B 53.69A 0.522ab
-12 83.4B 25.32B 5.28B 51.83A 0.489ab
-8 16.4C 12.19C 3.94C 27.43B 0.456ab
-4 11.5CD 8.27CD 3.89C 14.29C 0.417b
0 8.7D 4.92D 3.34D 12.89C 0.187c
4 8.1D 3.43D 2.85E 11.97C 0.126cd
19 6.6DE 2.65D 2.59F 9.41CD 0.089d
　1)同列数据后具相同大写(或小写)字母表示 0.01(或 0.05)水平差异不显著(DPS分析系统进行分析 , Duncans新复极差
法)
　　可溶性糖可增加原生质浓度 ,从而起到抗脱水
作用及减少细胞内结冰的机会[ 9] .叶片的可溶性糖
含量也随着温度的降低而急剧增加 , -4和 0 ℃均比
对照显著增加 ,分别增加了 368.54%和 110.11%.
表 2表明:垂盆草可通过一系列的生理生化代谢的
调整来提高本身的抗寒性 ,降低低温胁迫的伤害 ,由
此可见垂盆草的抗寒性较强.
2.3　低温胁迫下叶片的电解质渗出率 、POD活性与
MDA含量变化的相关性
　　试验(表 2)表明 ,垂盆草叶片的 MDA含量随温
度下降而逐渐增加 , -12 ℃以下的处理显著高于对
照 ,此时 MDA含量和电解质渗出率显著增加 ,表明
此时的低温对垂盆草已产生了普遍的伤害.将每一
测定温度的 MDA含量与电解质渗透率作相关性分
析 ,发现二者之间呈显著性正相关 (Y′=2.123 +
3.785X, r=0.954 1＊),由于 MDA是一种膜脂过氧
化的终产物 ,是膜系统受伤害的重要指标[ 10-11] .因
此低温胁迫导致膜脂过氧化作用加剧是造成垂盆草
伤害的重要原因之一.POD是植物对膜脂过氧化作
用酶促防御体系的保护酶之一 [ 11-12] .通常 , POD活
性增加的趋势与 MDA含量增加的趋势呈负相关 ,但
是本试验结果正好相反(表 2),出现此现象的原因
一方面是垂盆草在 -20 ～ 4 ℃低温胁迫下活性氧累
积加剧了膜脂过氧化作用 ,导致体内 MDA积累 ,而
MDA积累量还未达到反馈抑制 POD等保护酶活性
的程度 ,即活性氧的积累水平还处在垂盆草膜脂过
氧化作用酶促和非酶促防御体系所能调控的阈值范
围内[ 13-14] ;另一方面与垂盆草叶片 POD在低温胁迫
中反应的复杂性和作用的非专一性有关.据林植
芳 [ 15]报道 , POD活性因植物器官的不同发育时期和
衰老程度而表现不同的变化方式与植物种类有关.
王代军等[ 16]也指出 , POD在植物体内的作用具有非
专一性 ,它既与膜质中过氧化有关 ,又是细胞防御活
性氧毒害酶系统的成员之一 , POD活性差异性与其
在植物体内功能的多样性有关.
3　讨论
在逆境条件下 ,植物体内各种渗透调节物质大
量积累 ,赋予多种植物渗透调节的能力.渗透调节的
关键是在胁迫条件下细胞内溶质的主动积累和由此
导致的细胞渗透势的下降 [ 17-18] .试验中发现 , 随着
处理温度的降低 ,可溶性糖含量逐渐增加 ,但在 0 ℃
处理下 ,可溶性糖含量与对照相比变化较小;而随
后 ,可溶性糖含量急剧增加;但自 -4℃左右开始 ,可
溶性糖含量变化曲线趋于平缓 ,即变化趋势呈 “S”
形.抗性强的植物可溶性糖含量增加量多 ,增加的幅
度大.本试验的材料为离体叶片 ,生长在地上的垂盆
草相比之下则抗寒性更强.POD是细胞中清除 H2O2
的一类酶 ,其活性变化也可反映植物抗寒性的高低.
在整个降温过程中 , POD活力的变化趋势为升高 ,在
降温初期垂盆草能够忍受的低温条件下 ,体内会产
生过多的超氧化物阴离子自由基(O2-),为维持体内
自由基的产生与清除的平衡状态 ,需要高活力的
POD酶 ,在后期的活力出现增加 ,抗性强的植物酶活
力提高的幅度大 ,该结论与杨春祥等 [ 19]在桃枝叶中
的测定结果一致.低温造成膜伤害的结果是膜半透
67　第 4期 　　　　　费永俊等:工程绿化草种垂盆草对低温的生理响应 　　　
性的改变和丧失 ,细胞内物质大量向外渗透 ,并最终
引起细胞死亡.本试验中 ,垂盆草电解质渗透率的变
化总体趋势 ,随着处理温度的降低 ,电解质渗透率变
大 ,且在某一温度时剧烈增加 ,该温度点为 -12℃.
本试验对垂盆草采用电导率法鉴定其抗寒性 ,
确定了垂盆草的半致死温度 -8.64 ℃,并为垂盆草
抗寒性研究提供了可行的研究方法.在宣继萍等[ 20]
的研究中 ,假俭草各种源的半致死温度变化范围为
-5.9 ～ 13.0 ℃,半致死温度的平均值为 -9.0 ℃,
假俭草的半致死温度与经度 、纬度的一元和二元回
归均无线性关系 ,即北方和西部种源的抗寒性并不
一定就比南方 、东方种源的抗寒性强 ,而在郑玉红
等 [ 21]的研究中 ,狗牙根各种源的半致死温度与其所
在的经纬度呈显著的线性关系 ,即狗牙根种质资源
的半致死温度随纬度的增加而降低 ,随经度的降低
而降低 ,具有明显的地域性变化规律 ,而本试验测出
的垂盆草的半致死温度未与经度 、纬度进行分析 ,对
于本试验得出的结果还需要进行进一步的验证 ,有
关垂盆草的抗寒性 ,尤其是新方法的探索和抗寒机
理也有待进一步的研究 ,这对提高垂盆草的抗寒性 、
延长绿色期 ,加大推广应用范围 ,均有重要的理论价
值和实践意义.总之 ,垂盆草再生能力强 ,抗热抗旱
抗寒 、耐荫耐湿耐贫瘠 ,适应性强 ,可作为工程绿化
及砼护坡生态工程的先锋植物 ,不仅可作为管理粗
放或精细的常年绿化美化的封闭草坪草 ,也可以作
为较耐寒草种往北方较冷地区发展.
参考文献:
[ 1] 　倪同良.楼房屋顶绿化的首选植物———垂盆草 [ J] .绿
化与生活 , 1997(4):45-47.
[ 2] 　朱根海 , 朱培仁.小麦抗冻性的季节性变化规律对脱锻
炼的效应 [ J] .南京农业学报 , 1984, 7(2):9-16.
[ 3] 　李合生 , 孙群 ,赵世杰 , 等.植物生理生化实验原理和技
术 [ M] .北京:高等教育出版社 , 2000:134-165.
[ 4] 　邹琦.植物生理学实验指导 [ M] .北京:中国农业出版
社 , 2000:110-112.
[ 5] 　上海植物生理学会.植物生理研究手册 [ M] .上海:上
海科学技术出版社 , 1995.
[ 6] 　宣继萍 , 高鹤 , 刘建秀.结缕草品种(系)的抗寒性鉴定
[ J] .江苏农业学报 , 2004, 20(1):44-46.
[ 7] 　莫惠栋.Logistic方程及其应用 [ J] .江苏农学院学报 ,
1983, 4(2):53-57.
[ 8] 　王洪春.植物对温度逆境的适应 [ M] ∥余叔文.植物生
理与分子生理学.北京:科学出版社 , 1992:395.
[ 9] 　刘祖棋 , 张石诚.植物抗性生理学 [ M] .北京:中国农业
出版社 , 1994:8-29, 35-45.
[ 10] 王宝山.生物自由基与植物膜的伤害 [ J] .植物生理学
通讯 , 1998(2):12-16.
[ 11] 陈少裕.膜脂过氧化对植物细胞的伤害 [ J] .植物生理
学通讯 , 1999, 27(2):84-90.
[ 12] 杜峰.低温胁迫下草坪草 Perennialryegrass(cv.Taya)
和 Meadowbluegras(cv.Compact)各抗性生理指标的变
化 [ J] .四川草原 , 1998(3):41-48.
[ 13] 郑小林 ,胡木林 , 罗晓莹 ,等.假俭草低温胁迫的伤害与
适应 [ J] .草业科学 , 2002, 19(7):55-57.
[ 14] QIANYL, BALLS, TANZ, etal.Lowtemperaturetol-
eranceofsixcultivarsofbufalograss[ J] .CropSci, 2001
(41):1174-1178.
[ 15] 林植芳.采后荔枝果实中氧化和过氧化作用的变化
[ J] .植物学报 , 1998, 30(4):382-387.
[ 16] 王代军 ,温洋.温度胁迫下几种冷季型草坪草抗性机制
的研究 [ J] .草业学报 , 1998, 7(1):75-80.
[ 17] JONESMM, TUNERNC.Osmoticadjustmentinleaves
ofsorghuminresponsetowaterdeficits[ J] .PlantPhysi-
ol, 1978, 61:122-128.
[ 18] MORGANJM.Osmoregulationandwaterstressinhigher
plants[ J] .AnnRevPlantPhysiol, 1984, 35:299-319.
[ 19] 杨春祥 ,李宪利 , 高东升.低温胁迫对油桃花器官膜脂
氧化和保护酶活性的影响 [ J] .果树学报 , 2005, 22
(10):69-71.
[ 20] 宣继萍 ,郭海林 , 刘建秀 ,等.中国假俭草种质资源抗寒
性初步鉴定 [ J] .草业学报 , 2003, 12(6):110-114.
[ 21] 郑玉红 ,刘建秀 , 陈树元.中国狗牙根 [ Cynodondactylon
(L.)Pers.]耐寒性及其变化规律 [ J] .植物资源与环境
学报 , 2002, 11(12):48-52.
【责任编辑　李晓卉】
68 　　 华　南　农　业　大　学　学　报　　　 第 28卷