全 文 ：第 17 卷
第 6 期

Vol. 17
No. 6
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2009 年
11 月

Nov.

2009
肇东苜蓿对高温的生理响应
姜义宝1 ,王成章1, 崔国文2*
( 1. 河南农业大学牧医工程学院, 河南, 郑州
450002; 2.东北农业大学动物科学技术学院, 黑龙江, 哈尔滨
150030)
摘要 : 高温对紫花苜蓿( Medicago sativa L . )产生伤害, 使其生长缓慢,易生病害, 以肇东苜蓿( Medicago sativa L.
cv . zhaodong )为材料,研究在 40
高温胁迫条件下叶片细胞膜相对透性、叶绿素含量、抗氧化系统和叶绿素荧光特
性等生理指标的变化情况。结果表明:随高温时间的延长 ,肇东苜蓿叶片的细胞膜相对透性和丙二醛 ( M DA )含量
增高,叶绿素含量、过氧化物酶( POD)、超氧化物歧化酶( SOD)、过氧化氢酶( CAT )等抗氧化系统以及叶绿素荧光
Fv/ Fm、Fv/ Fo 呈降低的变化趋势。高温下生理指标的改变, 可为高温地区肇东苜蓿栽培管理和抗热苜蓿品种选
育提供理论依据。
关键词:肇东苜蓿; 高温;叶绿素荧光; 抗氧化酶
中图分类号: Q945. 7; Q949. 747. 9



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2009) 06
0803
04
Physiological Responses of Medicago sativa L. cv.
Zhaodong to High Temperature Stress
JIAN G Yi
bao1 , WANG Cheng
zhang1 , CUI Guo
wen2*
( 1. C ol lege of Animal and Veterinary En gineering, Henan Agricultural University, Zhengzhou, H enan Provin ce 450002, C hina;
2. C ol lege of Animal S cience and Technology, Northeast Agricul tu ral Un iversity, H arbin , H eilongjiang Province 150030, Chin a)
Abstract: High temperature is harmful to alfalfa and induces slow grow th and incidence o f disease. In this
paper, leaf cell membrane permeability, chlorophyll content , ant i
ox idat iv e system , and the chlo rophy ll
fluorescence characterist ics of M edicago sativa L. cv. Zhaodong w ere analyzed under high temperature
st ress ( 40
) . The results show that w ith the increasing expo sure t ime to high temperature, leaf cell
membrane permeability and MDA content w er e incr eased, w hile leaf chlorophyll content , act ivit ies of
POD, SOD and CAT , chlorophyll f luo rescence Fv/ Fm and Fv/ Fo had a decreasing tendency. This study
of fers the theoret ical guidance for alfalfa plant ing and management in high temperature region and the
breeding and select ion of high temperature r esistant v ar iety.
Key words: M edicago sat iv a L. cv . Zhaodong; H igh temperature; Chlorophyll fluorescence; Ant io xidase


紫花苜蓿(M edicago sat iv a L. ) (以下简称苜
蓿)是豆科苜蓿属牧草,具有适应性广、产量高、品质
好等优点,有
牧草之王
的美称,在我国人工草地建
设和牧草产业化中占有主要地位。苜蓿适宜生长温
度为 15~ 25
, 在我国苜蓿产区(黄淮海和长江中
下游地区)夏季由于持续高温, 对生长发育影响很
大,存在明显的高温
休眠
现象,并且高温对苜蓿产
生一定程度的伤害, 导致后期生长缓慢 [ 1]。由于高
温常伴随着干旱和各种病害的发生使其抗性下降,
生长势减弱, 导致产量降低, 营养物质含量发生改
变[ 2, 3]。提高苜蓿耐热能力, 推迟或缩短高温
休
眠
期,是提高苜蓿生产力的重要途径, 受其地域性
的限制,苜蓿在北方耐寒、抗旱及耐盐性的报道较
多[ 4 , 5] ,而耐热性方面则较少。肇东苜蓿(M. sativa
L. cv. Zhaodong)为北方优质地方品种,本文对高
温下肇东苜蓿的生理变化进行分析, 为高温地区苜
蓿栽培管理和选育耐热品种,提供一定的理论基础。
1
材料和方法
1. 1
材料与处理
试验材料为肇东苜蓿, 挑选籽粒饱满、健康无病
虫害种子,用 5% 的次氯酸钠溶液消毒 5 min,然后
分别用自来水和蒸馏水冲洗 3次,放到烧杯中, 种子
收稿日期: 2008
07
10;修回日期: 2009
09
14
基金项目:国家科技支撑计划项目 ( 2006BAD0409) ;河南省教育厅项目( 2009A230004)
作者简介:姜义宝( 1976
) ,男,山东巨野县人,讲师,博士研究生,研究方向为牧草栽培、加工与应用, E
mail : yibaojiang@ sina. com; * 通
讯作者 Author for corr espondence, E
mail: cgw 603@ 163. corn
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浸种催芽后种在装有蛭石的培养杯中, 萌发后以 l/ 4
强度的 Hoagland( pH 6. 5)营养液浇灌。幼苗生长
在光照强度6000LX, 光周期为 12 h(白天) / 12 h(黑
夜) , 培养温度为 25
(白天) / 20
(黑夜)和空气
相对湿度为 65%的人工气候箱中。当第 4- 5片真
叶展开后,将幼苗放在 40
下进行高温胁迫处理,
分别在胁迫 3、6、12、18、24 h后将幼苗取出,采摘第
2片真叶测量各种指标,重复 3次。
1. 2
测量方法与指标
细胞膜相对透性的测定用 DDS
11C 电导仪测
定,用相对电导率表示;叶绿素含量测定采用分光光
度计法 [ 6] ; 过氧化物酶 ( POD)、超氧化物歧化酶
( SOD)、过氧化氢酶( CA T)参照李合生和王学奎的
方法测定 [ 7, 8] , POD 采用愈创木酚法, 以每分钟内
A470值减少 0. 01 为 1 个过氧化物酶活力单位
( U) ,酶活性以 U
g - 1min- 1 FW 表示; CAT 采用
高锰酸钾法,以酶活性用每克样品鲜重 1 min 内分
解 H 2O2 的毫克数表示; SOD采用氮蓝四唑法, 对
照管罩上黑色纸套, 在相同光照和温度条件下反应,
以不照光的对照作为空白管, 于 560 nm 处测定光
密度,单位为 U
g- 1 FW;丙二醛( MDA)含量测定
采用硫代巴比妥法, 以
mol
g- 1 FW表示[ 9] ;叶绿
素荧光采用 OS1
FL 调制式分析仪, 在选定的植株
上取相同部位的叶片(第 2片叶) 测量各荧光参数,
测定前各叶片皆先暗适应 20 m in。根据已测得荧光
参数Fv/ Fm (原初光能转化效率) 、Fo (初始荧光)和
Fm (最大荧光) ,并计算 PS
潜在光化学活性Fv/ Fo,
每个荧光参数测定皆重复 6次。
1. 3
数据处理
采用 Excel和SAS 6. 12软件进行试验数据处理。
2
结果与分析
2. 1高温对细胞膜相对透性的影响
细胞膜相对透性变化可作为植物受伤害程度的
指标之一。由图 1可知, 随着高温胁迫时间的延长,
细胞膜相对透性迅速升高,从 12 h 开始处理组显著
高于对照组( P< 0. 05或 P< 0. 01) ,表明高温增加
了肇东苜蓿叶片的伤害程度。
2. 2
高温对叶绿素含量的影响
由图 2可知, 在高温胁迫期间肇东苜蓿叶绿素
含量呈降低变化, 在 0- 6 h 降低缓慢, 处理组与对
照组相比无显著差异。但随胁迫时间延长, 叶绿素
含量下降幅度增大, 胁迫 12、18、24 h时处理组分别
比对照组胁迫降低了 43. 72%、71. 78%、71. 23% ,
并且差异显著( P< 0. 05或 P< 0. 01) , 表明高温使
叶绿素发生分解。
2. 3
高温对MDA含量的影响
MDA 是脂质过氧化反应的一个产物, 其含量
可以反映细胞膜脂质过氧化程度和植物对逆境条件
反应的强弱,随着高温胁迫时间的延长, M DA 明显
增加(图 3) ,在胁迫第 6 h, 处理组显著高于对照组
( P< 0. 05) ,在胁迫 24 h时比对照组高 350. 39%。
图 3
高温胁迫对丙二醛含量的影响
Fig . 3
Effect o f high temperatur e on M DA content
804
第 6期 姜义宝等:肇东苜蓿对高温的生理响应
2. 4
高温对 POD、SOD和 CAT活性的影响
POD、SOD 和CAT 是植物活性氧清除系统的
重要组成部分, 能有效清除植物体内的自由基和过
氧化氢,与植物的抗逆性相关。由图 4可知, 处理组
POD活性在高温胁迫期间呈先升后降的变化趋势,
其活性在胁迫 6 h后开始降低, 在 12、18、24 h 时分
别比对照组低 12. 10%、38. 85%、41. 79%, 并且在
18、24 h 时显著低于对照组( P< 0. 05)。
图 4
高温胁迫对 POD活性的影响
Fig . 4
Effect of high temperatur e on POD act ivit y


SOD活性在胁迫期间一直呈下降趋势(图 5) ,在
12、18、24 h 时处理组分别比对照组低 18. 06%、41.
41%、44. 10%,且差异显著( P< 0. 05或 P< 0. 01)。
图 5
高温胁迫下对 SOD活性的影响
Fig. 5
Effect of high temperatur e on SOD activ ity


由图 6可知, 随胁迫时间延长, CAT 活性呈降
低变化,在 12、18、24 h 时处理组分别比对照组低
51. 93%、50. 92%、65. 41% , 且差异显著( P< 0. 05
或 P< 0. 01)。
2. 5
高温对 Fv/ Fm和 Fv/ Fo的影响
Fv/ Fm 值是 PS
最大光化学量子产量, 常用
于度量植物叶片 PS
原初光能转换效率。由图 7
可知,随着高温胁迫加重, Fv/ Fm 比值呈下降趋
势, 6 h 处理组显著低于对照组 ( P< 0. 05 或 P <
0. 01) , 在胁迫期间 24 h 的 Fv/ Fm 比对照组低
15. 19%。Fv/ Fo 是指 PS
潜在活性, Fv/ Fo 比
值随着高温胁迫加强总体呈现下降趋势, 12 h处理组
显著低于对照组( P< 0.05或 P< 0. 01) ,而 24 h处理
组的 Fv/ Fo 比值比对照组低 35. 93%。
3
讨论
高温超过植物组织的耐受能力后, 会使其受到
伤害,首先膜系统发生变化。在高温胁迫 3 h,肇东
苜蓿的电解质渗出率增加, 即相对电导率升高, 并随
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着高温胁迫时间的延长, 表现更加明显,说明电导率
的变化程度与植物抗热能力和受伤害程度密切相
关[ 10] , 同时表明肇东苜蓿幼苗在 40
高温不耐受,
夏季炎热高温易对苜蓿组织造成伤害。
MDA 是膜脂过氧化的最终产物, 其积累间接
反应植物体内活性氧的变化情况, 徐胜 [ 11]在高温胁
迫下,发现植物内 MDA 含量显著升高。本试验在
高温下苜蓿叶片 MDA 含量增加,随着时间推移, 积
累越来越多,表明肇东苜蓿受伤害程度加重, 在常温
条件下肇东苜蓿 MDA 含量保持相对稳定, 这与高
温下早熟禾( Poa p ratensis L. )等牧草变化结果相
一致[ 12, 13 ]。SOD、CAT 和 POD 是植物细胞内清除
活性氧的重要保护酶, 一定限度内保护酶可诱导植
物避免活性氧自由基对自身的伤害[ 14] 。本试验中
高温使肇东苜蓿正常的氧代谢受到干扰, 逆境初期
POD活性升高,表现为保护效应, CA T、SOD 降低,
随着胁迫时间的延长, POD、CAT、SOD 逐渐降低,
使自由基积累, MDA 含量显著增加,细胞膜系统损
伤,加重了苜蓿伤害。徐胜 [ 15] 研究认为高温胁迫
下,植物体内自由基增加,一方面诱导一些酶活性升
高,同时, 这些自由基又可直接攻击生物大分子, 使
一些酶活性丧失,尤其是与清除自由基活性氧有关
的过氧化物酶。所以随着高温胁迫时间延长, 肇东
苜蓿保护酶活性逐渐降低, 可能是过量氧自由基引
发了膜脂过氧化,导致酶失活。
叶绿素是参与光合作用光能吸收、传递和转化
的重要色素,含量高低反映了植株的生长状况和光
合能力。本试验中高温胁迫加速肇东苜蓿叶绿素降
解,造成叶绿素含量明显降低,从而降低叶绿体对光
能的吸收,进而降低光合速率,刘金祥报道高温下香
根草( Vet iv er ia z i z anioides ( L . ) Nash )叶绿素含
量降低[ 16] ,原因可能是由于高温胁迫使叶绿素合成
受到阻碍,或者 MDA 含量增多也会使叶绿素发生
降解。高温下植物叶绿素荧光参数会发生改变 [ 17]。
Fv/ Fm 是暗适应下植物 PS
的最大光化学效率,
Fv/ Fo 的大小代表 PSII潜在活性, 在高温下叶片叶
绿素、Fv / Fm、Fv/ Fo 降低, 使肇东苜蓿的 PSII 原
初光能转换效率、潜在活性降低,影响光合电子传递
的正常进行。高温胁迫下叶绿素含量降低和电子传
递受抑可将过剩的光能转化成 Mehler 反应的激发
能,导致活性氧的产生;另一方面以分子态氧为受体
的光合电子传递支路反应的增强也提高了活性氧的
积累量[ 18] ,对肇东苜蓿造成的伤害加大,进而限制
生长发育。
4
结论
正常情况下植物体内的各项代谢及生理生化过
程都比较稳定且协调, 在逆境胁迫中则发生改变,特
别在高温下,如本试验设置的 40
, 肇东苜蓿叶片
的细胞膜相对透性和 MDA 积累增加,并降低了叶
绿素含量和 POD、SOD、CAT 等抗氧化系统的活
性,使 Fv/ Fm 和 Fv/ Fo 受到抑制。由于苜蓿品种
繁多,不同品种之间特性差异较大,耐热机理相当复
杂。因此,需要对苜蓿多个品种不同梯度温度下的
耐热性和指标如超微结构和分子水平, 如热激蛋白
或耐热基因的表达等方面进一步分析, 才可深入了
解高温对苜蓿的影响机制,为苜蓿耐热品种的选育
以及栽培管理提供更为全面系统的科学依据。
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(责任编辑
李
扬)
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