全 文 ：华第21卷 第5期
Vol.21 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 9月
Sep. 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.05.015
夏季高温胁迫对紫花苜蓿部分生理生化指标的影响
刘大林a,张 华a,曹喜春,胡楷崎,刘兆明,王 奎,杨俊俏
(扬州大学动物科学与技术学院,江苏 扬州 225009)
摘要:紫花苜蓿(MedicagosativaL.)在高温下生长缓慢、甚至会枯萎死亡,严重影响其产量和品质,是限制其推广
利用的一个重要环境因素。通过研究不同紫花苜蓿品种在夏季高温胁迫下部分生理生化指标的变化特征,测定了
高温期以及高温期过后各品种叶片中丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)、超氧化物酶(SOD)的活性。结果表
明:在夏季高温胁迫下,不同紫花苜蓿品种与正常生长状态下的相比,MDA含量均显著增加(P<0.05),POD活性
极显著增加(P<0.01),SOD活性呈先上升后下降的趋势。高温期过后,各品种的 MDA含量、POD和SOD的活性
都较高温期前升高。综合评价不同品种紫花苜蓿的耐热性强弱,发现维多利亚表现最好,耐热性最强;其次为赛
迪;其他品种的耐热性相对较弱。
关键词:紫花苜蓿;高温胁迫;生理生化指标
中图分类号:Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)05-0933-05
EffectsofHighTemperatureStressonthePhysiological
andBiochemicalCharactersofAlfalfa
LIUDa-lina,ZHANGHuaa,CAOXi-chun,HUKai-qi,LIUZhao-ming,WANGKui,YANGJun-qiao
(ColegeofAnimalScienceandTechnology,YangzhouUniversity,Yangzhou,JiangsuProvince225009,China)
Abstract:Hightemperatureisoneoftheimportantadverseenvironmentalfactorsthatlimitsalfalfa(Medi-
cagosativaL.)extensionandutilizationandseriouslyaffectsproductionandquality.Thephysiological
andbiochemicalindicesoftestedalfalfavarietiescausedbyhightemperaturestresswereinvestigatedin
thisstudy.TheMDAcontents,PODandSODactivitiesofalfalfaleavesduringandafterhightemperature
stressweredetected.ResultswerethatMDAcontent(P<0.05)andPODactivity(P<0.01)significant
increasedunderhightemperaturestresscomparedwithcontrol,whileSODactivityfirstincreasedthende-
creased.TheMDAcontent,PODandSODactivitiesoftestedalfalfavarietiesafterhightemperatureperi-
odwerehigherthanthatbeforehightemperatureperiod.IntegratedanalysisshowedVictoriavarietywas
ofthebestheatresistancecomparedtoothertestedalfalfavarieties,andfolowedbySidelvariety.
Keywords:Alfalfa;Hightemperaturestress;Physiologicalandbiochemicalindices
紫花苜蓿(MedicagosativaL.)简称苜蓿,是
在世界范围内栽培历史最悠久,种植面积最广泛的
豆科牧草,称为“牧草之王”。紫花苜蓿具有产草量
高、富含蛋白质、适口性好、生物固氮能力强和适应
性广的特性,对我国畜牧业的发展、食品安全等具有
重大作用。
紫花苜蓿生长最适温度在25℃左右,超过30℃
光合速率开始下降。抗寒能力强,较适宜在黄河流
域及其以北地区生长。长江中下游地区由于高温高
湿使其抗性下降,生长势减弱,产草量降低,品质下
降。目前,对苜蓿抗性的研究多集中于抗旱、抗寒及
耐盐碱等方面[1-4],对耐热性的研究鲜有报道,适合
南方地区栽培的耐热苜蓿品种更是缺乏。
紫花苜蓿适宜在17~25℃生长,可以在白天平
均30~35℃的高温下生长。当夏季最高温度超过
30℃时,苜蓿越夏会出现死亡,温度越高,胁迫持续
时间越长,死亡情况越严重,并且高温后再生过程缓
慢[5-6]。夏季高温对苜蓿造成高温胁迫,使其体内的
收稿日期:2013-03-04;修回日期:2013-05-29
基金项目:2010江苏省科技支撑计划(农业)项目(E2010308)资助
作者简介:刘大林(1963-),男,江苏兴化人,博士,副教授,主要从事草业科学教学与研究工作,E-mail:jsdalin@163.com;张 (1988-),男,
山东潍坊人,硕士研究生,研究方向为牧草饲草资源开发与利用,E-mail:hzhyy@163.com;a代表刘大林与张 为共同第一作
者aequalshareasfirstauthor
华
草 地 学 报 第21卷
运输功能以及光合作用受到抑制,同时降低苜蓿体
内多种酶的活性,造成生理代谢紊乱,降低苜蓿从外
界吸收水分和养料的能力[7],严重影响了苜蓿的株
高和产草量,对苜蓿产品的品质也有严重影响[8]。
紫花苜蓿在高温胁迫下会表现出一定的适应机制,
通过渗透调节作用、过氧化作用、高温诱导蛋白、光
合作用以及呼吸作用来调节苜蓿适应高温[9-10]。
本试验通过测定与耐热性能相关的苜蓿叶片中
丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)、超氧化物
酶(SOD)的活性等多项生理生化指标,研究了16种
不同紫花苜蓿品种在夏季高温胁迫下部分生理生化
指标的变化特征,综合评价各品种耐热性的强弱,比
较其耐热能力的差异并探索苜蓿的耐热机制,以期筛
选出适合我国长江中下游地区栽培的耐热高产苜蓿
品种,解决南方地区优良豆科牧草种类缺乏的问题。
1 材料与方法
1.1 材料与试验设计
选用16份不同苜蓿品种为试验材料(表1),其
中皋兰2号是由扬州大学草业科学研究所提供,其
他种子均由百绿集团提供。试验组与对照组同时于
2009年9月至2010年10月在扬州大学试验田进
行栽培,试验田耕层土壤含有机质1.2%,全氮
0.12%,磷36.3mg·kg-1,钾88.7mg·kg-1。试
验采取完全随机区组设计,16个处理,3个重复,共
48个小区。每个小区面积为5m×4.5m,条播,行
距40cm,每小区播种10行,播深1.5~2cm;排水
沟宽均为30cm,四周均设保护行。播量为22.5
kg·hm2,播前施入底肥,适时进行田间杂草防除。
对照组从试验田取土,在温室里培养,对照组培养温
度控制在25℃(苜蓿最佳生长温度)[10],其余条件与
试验组相同。
分别于2010年6月高温前期(28~32℃),8月
高温期(36~40℃),9月高温后期(29~32℃)于大
田中取健壮植株的叶片,每周采样4次,选择的采样
时间:6月采样时温度范围控制在28~32℃、8月采
样时温度范围控制在36~40℃、9月采样时温度范
围控制在29~32℃,每周一、三、五以及周日进行采
样,随机取样,叶片选择植株第3片完整叶,每小区
3次重复,用冰盒带回实验室,放于冰箱中(-20℃)
保存待用。
表1 供试苜蓿品种(系)及来源
Tablel1 Thesourceandvarieties(strains)ofalfalfainexperiment
序号
Number
品种(系)名称
Varieties
秋眠级
Faldormancy
原产地
Source
发芽率/%
Germinationrate
1 阿尔冈金Algonquin 3 美国 86.41
2 金皇后GoldEmpress 3 美国 88.02
3 牧歌AmeriGraze 4 美国 88.88
4 多叶王LeafyKing 4 美国 90.96
5 爱菲尼特Affinity 4 美国 91.02
6 苜蓿王AlfalfaKing 4 美国 89.31
7 赛特Sitel 5 荷兰 90.63
8 三德利Sanditi 5 荷兰 90.69
9 德宝Derby 5 荷兰 91.56
10 维多利亚Victoria 6 美国 90.37
11 盛世FlourishAge 8 美国 90.26
12 赛迪Sidel 8 美国 89.16
13 猎人河 HunterRiver 7 澳大利亚 88.61
14 CUF101 9 美国 87.38
15 WL612 9 美国 91.47
16 皋兰2号GL0602 未知 中国 90.12
1.2 测定指标
丙二醛(MDA)含量的测定参照《植物生理学模
块实验指导》[11]。过氧化物酶(POD)活性的测定采
用愈创木酚法[12]。超氧化物酶(SOD)活性的测定
采用氮蓝四唑法(NBT),按下式计算SOD活性:
SOD总活性=(ACK-AE)×V/(0.5×ACK×W
×Vt)。
1.3 数据处理
数据以“平均值±标准差”的形式表示,基本处
理用Excel2007进行,用SPSS13.0软件中 One-
wayANOVA模块进行方差分析和显著性检验。
439
第5期 刘大林等:夏季高温胁迫对紫花苜蓿部分生理生化指标的影响
2 结果与分析
2.1 高温胁迫对叶片丙二醛(MDA)含量的影响
逆境可导致膜脂过氧化产生 MDA,它的积累
对膜和细胞都造成了进一步的伤害,通常用 MDA
作为膜脂过氧化作用的指标,MDA会引起蛋白质、
核酸等大分子的交联聚合,且具有毒性。MDA积
累量越大,说明细胞受损程度越重,用以表示膜脂过
氧化的程度和植物对逆境条件反映的强弱[13]。
如图1所示,经夏季高温胁迫后,MDA含量均显
著增加(P<0.05),MDA含量的增长顺序为 WL612
(75.76%)>德宝(62.77%)>赛迪(50.31%)>苜蓿
王(45.39%)> 阿 尔 冈 金 (45.18%)>CUF101
(44.96%)>金皇后(37.78%)>猎人河(33.44%)>
爱菲尼特(31.15%)>多叶王(28.24%)>三德利
(24.26%)> 皋 兰 2 号 (23.65%)> 维 多 利 亚
(21.18%)。进入9月份后,MDA含量随着气温降低
而降低,其中盛世降低幅度最大(51.71%),说明其已
基本恢复正常生长状态,适应性较强,其次为牧歌、
WL612和赛迪。MDA含量越高,则细胞膜脂过氧化
水平越高,细胞膜受损越大,其耐热性也就越差,反之
则耐热性越好。
图1 不同苜蓿品种(系)的 MDA含量
Fig.1 TheMDAcontentofdifferentalfalfavarieties(strains)
2.2 高温胁迫对叶片过氧化物酶(POD)的影响
过氧化物酶是植物体中存在含量较高的一种
酶,且参与植物的光合作用、呼吸作用以及对植物的
生长都有影响,过氧化物酶作为细胞保护酶可消除
自由基,减轻膜脂过氧化,增加植株耐热性[14-15]。姜
义宝等[16]研究发现,高温条件下苜蓿POD活性增
强,表明高温下苜蓿抵抗逆境的自我保护也在增强。
试验表明,不同紫花苜蓿品种在经历夏季高温
胁迫时,POD活性均较大,与正常生长状态下相比,
均极显著增加(P<0.01)。其增长幅度排序为维多
利亚 (134.35%)> 赛 迪 (119.69%)> 苜 蓿 王
(88.14%)>CUF101(74.17%)>阿尔冈金(72.15%)
>赛特(71.21%)> WL612(70.00%)>多 叶 王
(69.59%)>三德利(69.14%)>盛世(67.81%)>爱
菲尼特(65.35%)>牧歌(64.71%)>皋兰2号
(58.72%)>金皇后(52.29%)>德宝(51.72%)>猎
人河(39.47%)。高温过后POD活性下降,但仍高于
高温前6月份的POD活性,其中维多利亚与盛世之
间存在显著差异(P<0.05)(表2)。
2.3 高温胁迫对叶片超氧化物酶(SOD)活性的
影响
超氧化物歧化酶(SOD)是生物体内清除自由基
和预防膜脂过氧化的主要酶。SOD在一定程度上
能有效清除超氧阴离子等活性氧的危害[17]。在受
到逆境胁迫时,植物可通过提高SOD活性并及时修
复受损细胞,复原自由基对细胞造成的伤害[18-20]。
但在胁迫强度较大以及时间较长时其活性下降[21]。
试验结果表明,所有紫花苜蓿供试材料的SOD
活性均出现了先上升后下降的趋势,其变化幅度因
品种(系)而异,其上升的幅度为原来的1.03~1.30
倍。在高温时期,其中维多利亚的SOD活性最高,
539
草 地 学 报 第21卷
显著高于爱菲尼特和猎人河(P<0.05)。高温期后
随着温度的降低SOD活性逐渐下降,但仍高于其正
常生长状态下的SOD活性,这是其对环境适应性的
一种表现(表3)。
表2 不同苜蓿品种(系)叶片在不同月份的过氧化物酶活性
Table2 PODactivitiesoftestedalfalfaleavesindifferentmonths
品种(系)
Varieties(Strains)
6月
June
8月
August
9月
September
阿尔冈金 Algonquin 118.50±2.75abc 204.00±4.25b 147.00±2.93abcd
金皇后 GoldEmpress 127.50±1.44a 194.17±2.20bc 151.33±6.33abc
牧歌 AmeriGraze 111.00±4.25d 182.83±2.60bcd 139.67±8.97abcd
多叶王LeafyKing 114.00±4.54abcd 193.33±14.02bc 134.83±4.49bcd
爱菲尼特 Affinity 105.33±2.95cd 174.17±7.12bcd 150.00±7.50abc
苜蓿王 AlfalfaKing 108.17±3.12bcd 203.50±2.08b 130.83±6.01cd
赛特Sitel 110.00±11.46bcd 188.33±11.67bc 133.33±6.82bcd
三德利Sanditi 101.00±5.89d 170.83±7.26cd 144.17±2.20abcd
德宝 Derby 111.50±4.58bcd 169.17±14.46cd 150.00±6.83abc
维多利亚 Victoria 109.17±5.46bcd 255.83±2.20a 157.50±8.66a
猎人河 HunterRiver 112.33±7.53abcd 156.67±7.12d 132.00±6.87bcd
盛世FlourishAge 111.33±4.42bcd 186.83±2.96bcd 126.50±11.43d
赛迪Sadie 105.83±1.64bcd 232.50±23.63a 132.50±2.89bcd
CUF101 111.00±3.40bcd 193.33±6.51bc 145.50±4.36abcd
WL612 108.33±2.20bcd 184.17±6.01bcd 148.17±7.42abcd
皋兰2号 GL0602 122.33±2.42ab 194.17±1.67b 153.53±3.61ab
注:同列数据标不同小写字母者表示各参试品种(系)间差异显著(P<0.05),下同
Note:Differentlowercaselettersinthesamelinemeansignificantdifference(P<0.05).Thesameasbelow
表3 不同苜蓿品种(系)叶片在不同月份的超氧化物酶活性
Table3 SODactivitiesoftestedalfalfaleavesindifferentmonths
品种(系)
Variety(Strains)
6月
June
8月
August
9月
September
阿尔冈金 Algonquin 105.34±0.26abcd 227.23±1.69abcde 123.24±7.12cd
金皇后 GoldEmpress 106.17±0.27a 229.58±3.07abcd 129.98±4.00bcd
牧歌 AmeriGraze 104.57±0.08abcde 221.60±7.57cde 124.84±7.28cd
多叶王LeafyKing 105.58±0.10abc 235.45±2.38abc 120.70±7.56cd
爱菲尼特 Affinity 104.37±0.14bcde 218.54±3.69de 162.09±2.46a
苜蓿王 AlfalfaKing 103.96±0.13cde 236.15±2.45abc 113.01±1.46d
赛特Sitel 104.20±0.14bcde 235.21±0.70abc 120.67±3.21cd
三德利Sanditi 103.72±0.18de 222.77±9.04bcde 129.09±2.07bcd
德宝 Derby 104.00±0.56cde 225.12±0.85abcde 129.03±7.66bcd
维多利亚 Victoria 103.87±1.02cde 238.97±2.94a 154.84±1.07ab
猎人河 HunterRiver 104.83±0.19abcde 213.62±3.07e 110.58±3.33d
盛世FlourishAge 104.55±0.68abcde 233.57±1.88abc 118.72±4.25cd
赛迪Sadie 103.30±0.16e 237.09±4.82ab 121.19±4.18cd
CUF101 104.31±0.62bcde 235.92±4.61abc 122.24±4.22cd
WL612 103.39±0.21e 229.34±1.53abcd 128.90±6.75bcd
皋兰2号 GL0602 105.77±0.46ab 233.80±7.62abc 144.26±2.09abc
3 讨论与结论
在正常生长情况下,植物体内各项生理代谢过
程都处于稳定的状态,当受到高温胁迫时,各项代谢
活动都会受高温影响而变化,植物的膜系统遭到破
坏,造成膜脂过氧化损伤,破坏细胞膜的完整性。丙
二醛(MDA)是膜脂过氧化的主要产物之一,可与膜
中蛋白结合引起蛋白质分子聚合,破坏细胞结构,使
细胞代谢紊乱,MDA积累量越大,说明细胞受损程
度越重[22]。张鸽香[23]对瓜叶菊(Seneciocruentus)
的研究也表明 MDA与质膜相对膜透性显著相关。
本试验结果表明,在高温胁迫下不同品种紫花
苜蓿的 MDA含量均显著增加(P<0.05),MDA含
量随温度的升高而呈现不同幅度的增加,温度增加
639
第5期 刘大林等:夏季高温胁迫对紫花苜蓿部分生理生化指标的影响
幅度越大,MDA含量越高。紫花苜蓿叶片内 MDA
含量的不断增多,使细胞膜遭到破坏,体内活性氧自
由基开始大量增加。高温过后,MDA含量随着温
度的降低而下降。参试的16个紫花苜蓿品种中盛
世的 MDA降低幅度最大,说明其适应性较强,其次
为牧歌、WL612和赛迪。
过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和
过氧化氢酶(CAT)都属于氧化酶系统中的保护酶,
SOD和CAT的联合行为能抗拒大多数有害的和极
具活性的氧的形成[24-25]。本试验结果表明,在高温
胁迫下,不同紫花苜蓿品种叶片中POD活性与正常
生长状态相比有极显著增加(P<0.01),高温期过
后POD活性虽有所下降但仍高于高温前期,这与杨
秋珍[26]在高温胁迫甜瓜(Cucumismelo)方面的报
道相一致。在高温胁迫下不同紫花苜蓿品种叶片中
的SOD活性均出现了先上升后下降的趋势。POD
含量越高,表明其耐热性越好,适应性越强。通过对
参试的16个紫花苜蓿品种的POD和SOD活性研
究表明维多利亚与赛迪的POD含量相对最高,耐热
性强。
本试验通过对夏季高温胁迫下16个不同紫花
苜蓿品种叶片中的 MDA含量以及POD和SOD活
性等生理指标的测定,综合评价得出维多利亚的表
现最好,耐热性最强;其次为赛迪;其他品种的耐热
性较弱。维多利亚和赛迪2个品种可作为耐热性品
种在长江中下游地区进行栽培种植。
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(责任编辑 李美娟)
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