全 文 ：第21卷　第1期
　Vol.21　 No.1
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　2013年 1月
　 Jan.　　2013
多年生黑麦草在高温胁迫下生理生化特性的变化
刘大林,张　华,胡楷崎,曹喜春,王秀萍,刘兆明,杨俊俏,王　奎
(扬州大学动物科学与技术学院,江苏 扬州　225009)
摘要:通过盆栽试验模拟高温胁迫对黑麦草(Loliumperenne)生理生化特性的影响,比较其3个品种的耐热性,并
测定高温处理昼夜2种温度下(38℃/28℃)黑麦草的6种生理生化指标的变化。结果表明:随着胁迫时间的延长,
各品种叶片的相对电导率和丙二醛(MDA)含量呈递增趋势,游离脯氨酸(Pro)含量亦呈递增趋势,其增加幅度与胁
迫时间成正相关;叶绿素呈现持续下降趋势;过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性则呈先上升后下降
的趋势。综合评价名仕最为耐热,热销和帅旗2代耐热性没有明显差异。
关键词:黑麦草;高温胁迫;生理生化特性
中图分类号:S543.6;Q945.78　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1007-0435(2013)01-0142-06
BiochemicalCharactersofLoliumperenneunderHighTemperatureStress
LIUDa-lin,ZHANGHua,HUKai-qi,CAOXi-chun,WANGXiu-ping,
LIUZhao-ming,YANGJun-qiao,WANGKui
(ColegeofAnimalScienceandTechnology,YangzhouUniversity,Yangzhou,JiangsuProvince225009,China)
Abstract:HeatstabilitiesofthreeLoliumperennecultivarswerecomparedundersimulatedhightemperaturestress
inanartificialclimateincubator.Sixindicesofbiochemicalcharacters(plasmamembranepermeability,chlorophyl
content,prolinecontents,malondialdehyde(MDA)contents,peroxidase(POD)activitiesandsuperoxidedis-
mutase(SOD)activities)weremeasuredatdayandnighttemperaturesof38℃/28℃.Theseresultssuggestedthat
leafrelativeconductivityandfreeprolineandMDAcontentsoftestedgrassesincreasedwiththeincreaseofhigh
temperaturestressandhadapositivecorrelationwiththetimeofhightemperaturestress.Thechlorophylcontent
decreased,whereasbothPODandSODactivitiesincreasedfirstthendecreasedunderhightemperaturestress.In
conclusions,cultivarNerudahasthebestabilityofheatresistanceandtherewasnoobviousdistinctionofheatre-
sistancebetweencultivarsCalienteandChargerⅡ.
Keywords:Loliumperenne;Hightemperaturestress;Physiologicalandbiochemicalcharacters
　　多年生黑麦草(Loliumperenne)是冷季型草坪
草的一种,因其分蘖能力强,成坪速度快,品质优良,
管理粗放,常作为建坪的先锋草引种,是我国过渡地
带及其以北广大温带地区建坪的重要材料,在长江
中下游地区也有一定的种植面积[1]。它的最适生长
温度是20~25℃,超出最适生长温度会使草坪草植
株的生理代谢失去平衡,叶色退绿,甚至植株死
亡[2]。多年生黑麦草高于35℃生长不良,高于39~
40℃时分蘖枯萎或全株死亡[3]。因此,对多年生黑
麦草耐热性的研究,将成为草坪植物抗热性研究的
重点课题之一,对判断其在栽培地区能否安全越夏
也具有十分重要的意义[4]。目前,国内外已有很多
关于多年生黑麦草耐热性的报道[5-7],但在长江中下
游地区把几个生理指标综合起来评价其耐热性的研
究还较少。本试验通过测定与胁迫有关的6个生理
生化指标,旨在探究高温胁迫下植株的生理生化变
化机理并综合评价不同黑麦草品种的耐热性,以期
为本地区草坪草引种建植提供理论数据。
1　材料与方法
1.1　试验材料
供试3个多年生黑麦草品种均从美国进口,分别
为帅旗2代、名仕和热销。英文名字分别为ChargerⅡ,
收稿日期:2012-08-10;修回日期:2012-11-07
基金项目:江苏省科技支撑计划(农业)项目(E2010308);江苏高校优势学科建设工程项目资助
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
第1期 刘大林等:年生黑麦草在高温胁迫下生理生化特性的变化
Neruda和Caliente。
1.2　试验设计
试验在扬州大学农牧场试验地进行,于2010年
9月25日播种,2011年3月20日移栽到10cm×
12cm的花盆中,基质为沙壤土,有机质含量为12
g·kg-1,全氮为0.72g·kg-1,碱解氮为100.4
mg·kg-1,速效磷为36.3mg·kg-1,速效钾为88.7
mg·kg-1。移入温室,平均温度25℃,相对湿度
60%。每2d浇水150mL,每周修剪草坪草至6cm
左右。在温室内培养30d后再将其移入人工光照
培养箱内培养20d,温度控制在25℃/18℃(昼/
夜),同时每天光照14h,光照强度为7000lx,相对
湿度60%。各盆植株在人工气候箱内随机摆放并
定期交换位置,以保证每盆所受内部环境影响一致,
之后再将其转移到昼/夜温度为38℃/28℃的另一
人工气候箱内进行高温处理,其内部的光照、相对湿
度以及管理方式均与对照温度25℃/18℃下光照培
养箱一致。胁迫处理的时间分别为0(对照),2,4,6
和8d。按要求采样,进行各项指标的测定,每个指
标重复3次。
1.3　测定指标和方法
质膜透性的测定用电导率法,采用浸泡法[8];叶
绿素的SPAD值采用SPAD-502型叶绿素仪测定;
脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸抽提法[9];丙二
醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化
酶(SOD)活性的测定采用南京建成生物公司的试剂
盒。准确称取0.1g植物叶片,加入9mL生理盐
水,在冰浴上研磨成植物匀浆,按照说明书依次加入
各试剂,经水浴、离心后比色。
1.4　数据处理
由Excel2003建立数据库,用SPSS16.0软件
对各品种和高温胁迫时间进行双因素分析,并用
Duncan法对其进行多重比较。
2　结果与分析
2.1　质膜透性
质膜作为活细胞与外界环境之间的屏障,当其
长时间处于高温胁迫时,细胞膜的独立结构会遭到
破坏,细胞功能会受到严重破坏。由图1可知,胁迫
初期,各品种的电导率变化不大,在2~4d时,各品
种电导率缓慢增加,在胁迫6~8d时,各品种的电
导率急剧增加,均在8d时达到最高(P<0.05)。随
着高温胁迫时间增加,黑麦草电导率逐渐增大,但各
个胁迫阶段品种间差异不显著。
图1　高温胁迫下不同黑麦草品种电导率的变化
Fig.1　RelativeconductivityofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
注:不同小写字母表示同一时间不同品种之间差异显著(P<0.05);不同大写字母表示同一品种不同时间之间差异显著(P<0.05)。下同
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifferenceatthe0.05levelamongdifferentcultivarsatthesametime;
Differentcapitallettersindicatesignificantdifferenceatthe0.05levelatdifferenttimesofthesamecultivar,thesameasbelow
2.2　 叶绿素含量
叶绿素含量可以作为衡量植物光合作用潜力的
一个重要指标[10]。叶绿素含量越高,植物的生长状
况就越好,抗性越强。如图2所示,随着胁迫时间的
延长,各品种叶片叶绿素的含量均呈下降趋势,到胁
迫8d时3个多年生黑麦草叶片中叶绿素含量降到
最低。在轻度胁迫下(2d),各品种叶绿素含量下降
缓慢,其中名仕下降最为缓慢,仅比胁迫前降低
1.1%;热销的下降幅度最大,说明其对高温胁迫更为
敏感;帅旗2代和热销降幅在胁迫4d时达到最大,名
仕则在胁迫6d时降幅达到最大,说明其具有更强的耐
高温能力。耐热性排序为:名仕>帅旗2代>热销。
341
草　地　学　报 第21卷
图2　高温胁迫下不同黑麦草品种叶绿素含量的变化
Fig.2　ChlorophylcontentsofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
2.3　脯氨酸含量
脯氨酸作为最重要的渗透调节物质,其积累量
与植物的抗逆性成正相关[11]。由图3可知,在整个
高温胁迫过程中,叶片游离脯氨酸的含量随时间的
延长而持续累积。在胁迫4d时各品种的增幅最
大,其中热销在胁迫6d时达到最大值,帅旗2代和
名仕在8d时达到最大值。在胁迫0d时,名仕脯氨
酸含量显著高与其他2个品种(P<0.05),在8d胁
迫后名仕游离脯氨酸累积量仍旧维持在最高水平,
说明其具有较强的耐热性。
图3　高温胁迫下不同黑麦草品种脯氨酸含量的变化
Fig.3　ProlinecontentsofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
2.4　过氧化物酶活性
在高温胁迫下,过氧化物酶(POD)活性变化比
较复杂。随着胁迫时间的延长,名仕POD活性持续
上升,说明其耐热性较好,还可以忍受更长时间的高
温胁迫;帅旗2代和热销呈现先升高后降低的趋势,
说明其耐热性相对较弱。在胁迫6d时,帅旗2代
和热销达到最大值,为49.41和58.95U·mg-1
protein,分别为胁迫前的1.92倍和1.56倍,之后则
开始降低。名仕在8d时达到最大值,为51.45
U·mg-1protein。胁迫后与胁迫前,3个多年生黑
麦草品种POD活性均差异显著(P<0.05)(图4)。
2.5　超氧化物歧化酶活性
在受到高温胁迫时,植物可以通过提高超氧化
物歧化酶(SOD)活性来减少氧自由基对细胞造成的
损害,其活性变化可以反应植物抗逆性高低[12]。在
整个高温胁迫过程中各品种间的超氧化物歧化酶
(SOD)活性差异显著(P<0.05),呈现先上升后下
降的趋势(图5)。各品种均在胁迫4d时达到最大
值,之后开始降低。其中名仕SOD活性在0~4d
的高温胁迫中显著高于其他2个品种,表明其对逆
境能迅速做出调节,说明其耐热性较强。热销和帅
旗2代的SOD活性在整个胁迫过程中变化幅度不
同,但热销SOD活性在胁迫前和胁迫后均大于帅旗
2代,说明其具有较强的热适应性。各品种耐热性
排序为:名仕>热销>帅旗2代。
2.6　丙二醛含量
丙二醛(MDA)作为膜脂过氧化作用的产物,其
含量是衡量细胞膜脂损伤程度的一个重要指标[13]。
在胁迫过程中,3种多年生黑麦草叶片 MDA的累
积量呈上升趋势,不同品种增加幅度不同。在6d
441
第1期 刘大林等:年生黑麦草在高温胁迫下生理生化特性的变化
时,各品种增加幅度最大。在8d胁迫后,各品种
MDA累积量达到最大,较胁迫前分别增加625%,
273%和566%,其中帅旗2代 MDA显著高于其他
2个品种,说明其膜脂被氧化程度严重,膜损害率较
大,耐热性较弱,其他2个品种细胞膜过氧化程度较
低,细胞膜脂损伤率较小,耐热性相对较强(图6)。
图4　高温胁迫下不同黑麦草品种过氧化物酶活性的变化
Fig.4　PODactivitiesofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
图5　高温胁迫下不同黑麦草品种超氧化物歧化酶活性的变化
Fig.5　SODactivitiesofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
图6　高温胁迫下不同黑麦草品种丙二醛含量的变化
Fig.6　MDAcontentsofdifferentLoliumperennecultivarsunderhightemperaturestress
3　讨论与结论
正常情况下,植物体内各项代谢过程都处于稳
定而协调的状态,当植物长时间受到高温胁迫时,各
种代谢活动都会受到影响而失调[14],此时活性氧会
大量积累,细胞防御活性氧毒害的保护酶系统会启
动,保护酶类SOD,CAT和POD等表达量和活性
会迅速提高,以期清除超氧自由基、过氧化氢和过氧
化物并阻止或减少羟基自由基形成。持续胁迫或短
期的高强度胁迫会造成膜伤害,导致膜半透性丧失,
从而导致膜内物质向外渗透[15]。MDA是植物细胞
膜脂过氧化产物之一,能与细胞内各种成分发生反
541
草　地　学　报 第21卷
应,从而引起各种酶和膜的严重损伤。另外,当植物
处于逆境胁迫下,脯氨酸合成酶类对脯氨酸的反馈
抑制的敏感性降低,导致体内游离脯氨酸含量增
加[16],这又会使植物组织维持一定的渗透压从而避
免伤害。
本试验中,3个多年生黑麦草品种SOD和POD
活性均呈先上升后下降的趋势:在胁迫处理2d时
活性增强,在分别胁迫4d和6d时达到最大之后开
始降低。在胁迫初期植株通过启动自身酶保护系
统,提高SOD和POD活性,阻止或减少羟基自由基
的产生以适应胁迫;但是持续的高温会对植物造成
伤害,从而致使SOD和POD活性逐渐下降。这与
孙保娟等[17]对茄子(Solanummelongena)幼苗高温
胁迫的研究相一致。在整个高温胁迫过程中,叶绿
素含量在持续减少,这说明高温胁迫引起叶绿素分
解,诱发叶片衰老,减少有效叶面积,破坏植物光合
作用。这 与 郝 征 等[18] 对 白 花 树 苗 (Styrax
tonkinensis)的研究相一致。但周中亮等[19]对高羊
茅(Festucaarundinacea)株系的研究指出随着胁迫
时间的延长叶绿素含量出现先升高后降低的趋势。
随着高温胁迫处理时间的延长,3种多年生黑麦草
叶片中 MDA累积量和电导率在逐渐递增,各品种
均在第8天达到最大。说明持续的高温会导致膜质
过氧化和细胞膜系统破坏,到胁迫后期,细胞质膜遭
到的破坏最为严重。前人对一些植物叶片进行高温
胁迫,亦得出了相似的结论[20-22]。各品种的游离脯
氨酸含量较胁迫后均有显著提高,并且随着胁迫时
间的延长其增加幅度也在增大,说明逆境下脯氨酸
含量升高有利于植物体对逆境胁迫的抵抗,徐胜
等[23]测定了冷季型草坪草对高温的生理生态响应,
亦支持此观点。
Almeselmani等[24]指出细胞膜损伤与质膜透
性增加是高温伤害的本质之一,汤日胜等[25]认为脯
氨酸可以作为选择耐高温草坪草品种的指标;Ly-
ons等[26]用细胞膜稳定性作为评价植物耐热性的一
个指标,MDA的累积可引起膜结构和功能的破坏,
从而影响植物的生理代谢功能,因此也可作为衡量
植物是否耐高温的一个重要的生理指标。细胞的超
微结构研究发现,高温下叶绿体被膜出现不同程度
的断裂、解体。说明高温胁迫下,叶绿体结构的稳定
性与抗热性密切相关。前人已做过很多关于通过测
定某些生理指标来探讨冷季型草坪草热伤害的主要
生理机制并进行耐热性比较的试验[4,27]。
本试验采用质膜透性、叶绿素含量、保护酶活
性、渗透调节物质、丙二醛含量等6个生理指标对3
个多年生黑麦草品种的耐热性进行了初步鉴定,名
仕品种在叶绿素、脯氨酸、SOD和POD等生理指标
上表现优于其他2个品种,热销除在叶绿素和
MDA这2个生理指标上的表现优于帅旗2代,其
他生理指标和帅旗2代差异不大,因此总体耐热性
相当。
参考文献
[1]　徐胜,何兴元,陈玮,等.热锻炼对高羊茅(Festucaarundina-
cea)和多年生黑麦草(Loliumperenne)抗高温能力的影响[J].
生态学报,2006,28(1):162-171
[2]　陈燕,郑小林,曾富华,等.高温干旱下两种冷季型草坪草叶片
细胞超微结构的变化[J].西北植物学报,2003,23(2):304-
308
[3]　徐柱.中国牧草手册[M].北京:化学工业出版社,2004
[4]　石永红,万里强,刘建宁,等.多年生黑麦草高温半致死温度与
耐热性研究[J].草业科学,2011,7(2):104-108
[5]　WangZL,XuQZ,HuangBR.Endogenouscytokininlevels
andgrowthresponsestoextendedphotoperiodsforcreeping
bentgrassunderheatstress[J].CropScience,2004,44(1):
209-213
[6]　李高扬,徐胜,李建龙,等.热锻炼对高羊茅和多年生黑麦草抗
氧化能力的影响[J].南京农业大学学报,2009,32(1):41-47
[7]　万里强,石永红,李向林,等.高温干旱胁迫下三个多年生黑麦
草品种叶绿体和线粒体超微结构的变化[J].草业学报,2009,
18(1):25-31
[8]　陈建勋,王晓峰.植物生理学实验指导[M].2版.广州:华南
理工大学出版社,2006
[9]　高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,
2006
[10]李磊,侯文华.荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作
用研究[J].环境科学,2007,28(10):2180-2186
[11]赵福庚,何龙飞,罗庆云.植物逆境生理生态学[M].北京:化
学工业出版社,2004
[12]曹冬梅,王云山,康黎芳.高温对红掌幼苗叶片茉莉酸浓度及
抗氧化系统的影响[J].中国生态农业学报,2007,15(5):103-
104
[13]简令成,王红.逆境植物细胞生物学[M].北京:科学出版社,
2009
[14]黄锦文,陈冬梅,郑红艳.暖季型草坪草对高温胁迫的生理响
应[J].中国生态农业学报,2009,17(5):964-967
[15]张元,谢潮添,陈昌生,等.高温胁迫下坛紫菜叶状体的生理响
应[J].水产学报,2011,35(3):379-386
[16]汤章城.植物抗逆性生理生化研究的某些进展[J].植物生理
学通讯,1991,27(2):146-148
[17]孙保娟,黎振兴,罗少波,等.持续高温胁迫对茄子幼苗几个主
要生理指标的影响[J].热带作物学报,2010,31(9):1528-1534
[18]郝征,张钢,李亚.不同高温胁迫对白桦幼苗几个生理生化指
标和电阻抗图谱参数的影响[J].西北植物学报,2010,30(9):
1844-1851 (下转151页)
641
第1期 张玉等:60Co-γ辐射对菊苣种子发芽及幼苗生理的影响
量60Co-γ射线辐照后,其本身修复能力较强,使得发
芽率或理化性质没有发生明显改变。当菊苣受到
200Gy以上高剂量辐照后,菊苣发芽率和理化性质
发生了显著的改变,辐照对菊苣产生了较严重的损
伤,说明高剂量60Co-γ辐照对菊苣诱变效果较明显,
但诱变是正向还是逆向需要在农艺性状等方面做进
一步研究。
参考文献
[1]　张玉,白史且,王曾珍,等.航天搭载菊苣种子的生物学特性研
究[J].草业学报,2012,21(4):300-304
[2]　王志东.我国辐射诱变育种的现状分析[J].同位素,2005,18
(3):183-185
[3]　宣继萍,郭爱桂,刘建秀,等.狗牙根辐射诱变后代外部性状变
异分析[J].草业学报,2005,14(6):107-111
[4]　康玉凡,马鹤林,陈有军,等.我国苜蓿品种的适宜辐射剂量
[J].内蒙古农牧学院学报,1998,19(2):68-74
[5]　段雪梅,田新会,姚泽恩,等.辐射对巫溪红三叶种子发芽率及
幼苗生长的影响[J].贵州农业科学,2009,37(6):123-125
[6]　费永俊,吴亭谦.60Co-γ辐射在高羊茅表型和子代上的响应
[J].中国草地学报,2009,31(4):53-56
[7]　支中生,高卫华,张恩厚,等.苏丹草辐射敏感性及适宜剂量预
测[J].内蒙古草业,1999(3):54-57
[8]　黄慧德,易克贤.60Co-γ辐射对柱花草种子发芽的影响[J].热
带农业科学,2001,92(4):22-25
[9]　郭海林,刘建秀,郭爱桂,等.杂交狗牙根诱变后代综合评价
[J].草地学报,2008,16(2):145-149
[10]王文恩,包满珠,张俊卫.60Co-γ射线对狗牙根干种子的辐射
效应(简报)[J].草地学报,2007,15(2):187-189
[11]王文恩,张俊卫,包满珠.60Co-γ辐射对野牛草干种子的刺激
生长效应[J].核农学报,2005,19(3):191-194
[12]王月华,韩烈保,尹淑霞,等.60Co-γ射线辐射对早熟禾种子发
芽及种子内酶活性的影响[J].中国草地学报,2006,28(1):54-
57
[13]王传海,郑有飞,王鑫,等.UV-B辐射增加对黑麦草生长及产
量影响的初步研究[J].草业学报,2005,14(1):78-81
[14]张殿忠,汪沛洪,赵会贤.测定小麦叶片游离脯氨酸含量的方法
[J].植物生理学通讯,1990(4):62-65
[15]郝再彬,苍晶,徐仲.植物生理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大
学出版社,2004
[16]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出
版社,2000
[17]曹兵,宋丽华,谢应吉.土壤干旱胁迫对臭椿苗木生理指标的影
响[J].东北林业大学学报,2008(9):11-13
[18]陈光尧,王国槐,罗峰.油菜辐射育种研究进展[J].湖南农业大
学学报,2007,33(2):162-165
[19]古今,陈宗瑜,訾先能,等.植物酶系统对 UV-B辐射的响应机
制[J].生态学杂志,2006,25(10):1269-1274
[20]ZhangJB,HuangW N.Advancesonphysiologicalandeco-
logicaleffectsofcadmiumoilplants[J].ActaEcologicaSinica,
2000,20(5):515-520
[21]金梦阳,危文亮.续随子辐射效应研究及适宜辐射剂量预测
[J].中国油料作物学报,2008,30(4):428-432
[22]谭美莲,汪磊,严明芳.辐射对蓖麻种子生长及生理指标的影响
[J].作物研究,2012,26(1):35-39
(责任编辑　刘云霞)
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
(上接146页)
[19]周中亮,包满珠,王文恩.高温胁迫对6个高羊茅株系生理指
标的影响[J].草业科学,2011,28(7):1284-1290
[20]LiuXZ,HuangBR.Heatstressinjuryinrelationtomeme-
branelipidperoxidationincreepingBentgrass[J].CropSci-
ence,2000,40(2):503-510
[21]马博英,徐礼根,金松恒,等.多效唑对多年生黑麦草耐热性的
影响[J].园艺学报,2005,32(6):1118-1120
[22]张鹤山,刘洋,王凤,等.18个三叶草品种耐热性综合评价[J].
草业科学,2009,26(7):44-49
[23]徐胜,李建龙,何兴元,等.冷季型草坪草对高温胁迫的生理生
态适应机理研究进展[J].生态学杂志,2006,25(6):698-670
[24]AlmeselmaniM,DeshmukhPS,SairamRK,etal.Protec-
tiveroleofantioxidantenzymesunderhightemperaturestress
[J].PlantScience,2006,171(3):382-388
[25]汤日圣,汪军,邓国平,等.高温胁迫对草地早熟禾某些生理指
标的影响[J].江苏农业学报,2010,26(6):1192-1196
[26]LyonsEM,PoteJ,DaCostaM,etal.Whole-plantcarbonre-
lationsandrootrespirationassociatedwithroottoleranceto
highsoiltemperatureforAgrostisgrasses[J].Environmental
andExperimentalBotany,2007,59(3):307-313
[27]陈传军,沈益新,周建国,等.高温季节草地早熟禾草坪质量与
叶片抗氧化酶活性的变化[J].草业学报,2006,15(4):81-87
(责任编辑　李美娟)
151