全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2001) 04-0283-04
低温胁迫对草地早熟禾抗性生理生化指标的影响
梁慧敏1 , 夏　阳1, 杜　峰2, 张普金2
( 1 山东省林业科学研究所, 济南 250014; 2 甘肃农业大学草业工程学院, 兰州 730070)
摘要: 研究低温胁迫对草地早熟禾生理生化指标的影响。结果表明,在 5℃下,超氧化物岐化酶( SOD)和过氧化氢
酶( CAT )的活性随着胁迫时间的延长而增加, 当 4 h 时出现最大值,之后活性逐渐下降。当温度为 0℃与- 6℃时,
两种酶的活性随着胁迫时间的延长而急剧下降,接近于零,温度越低,下降越快。叶绿素和类胡萝卜素含量随着肋
迫时间的延长而下降, 温度越低下降越快。5℃对脯氨酸含量无明显影响,在 0℃与- 6℃时, 随着时间的延长 ,含量
则明显增加。5℃和0℃低温胁迫对质膜相对透性无明显影响, - 6℃时, 质膜相对透性明显增大。供试指标对低温胁
迫敏感性的顺序是: 超氧化物岐化酶、过氧化氢酶> 类胡萝卜素> 脯氨酸> 叶绿素> 质膜相对透性。
关键词: 草地早熟禾; 低温胁迫; 生理生化指标
中图分类号: Q948. 112. 2　　文献标识码: A
Effect of Low Temperature Stress on Physiological Process
of Kentucky Bluegrass
LIANG Hui-min1, XIA Yang 1 , DU Feng2 , ZHANG Pu-jin2
( 1 Shandong Fo restr y Academy, Jinan 250014, China ; 2 Gansu Ag r icultur al U niver sity , L anzhou 730070, China )
Abstract: Ef fects of low temper ature st ress on physiological process of Kentucky bluegr ass ( Poa
p r atensi s) w as invest ig ated. The result show ed that under 5℃ the st ress act iv it ies of SOD and CAT in-
creased w ith the str ess t ime and reached the peak af ter 4 hours and them SOD and CAT increased with the
st ress t ime and reached the peak after 4 hour and then decreased. Under 0℃ and -6℃ enzyme activit ies de-
creased sharply and almost r eached the zero. T he enzyme act ivit ies of -6℃ decreased than that of 0℃. T he
chlor ophyl l and carot in contents decreased w ith the str ess t ime and the low er of temperature w as the faster
it decreased. U nder 5℃ the pro line content remained unchanged and under 5℃ and 0℃ it increased signifi-
cantly w ith the str ess t ime. Under 5℃ and 0℃ membrane relat ive penet rat ion remained unchanged and un-
der -6℃ it increased signif icant ly . The order of sensit ivity to low temperature st ress is SOD, CAT > car ot in
> proline> chlo rophy ll> membrane relat iv e penet rat ion.
Key words : Kentucky blueg rass; Low temperature st ress; Phy siolo gical and biochemica index process
　　我国北方地区冬季寒冷,草坪草越冬困难, 在春
秋两季又常受寒流侵袭而造成泛斑、春季发芽晚、秋
季早衰、生长不良等现象, 影响草坪的美观, 降低草
坪的利用价值。因此,低温胁迫已成为提高我国北方
地区草坪使用价值的限制因子。逆境胁迫对植物各
种生理活动产生不利影响[ 1] , 同时,植物对逆境也产
生一些适应性变化,该变化将通过植物的生理生化
过程反映出来。如植物在逆境胁迫下生物氧自由基
增加,使膜系统受损,而超氧化物岐化酶( SOD)和过
氧化氢酶( CAT )由于具有消除自由基的作用,其活
收稿日期: 2001-01-11; 修回日期: 2001-08-30
基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目,编号: ZR-95-047
作者简介: 梁慧敏( 1962-) ,女,汉族,宁夏银川人,副教授,硕士。1983年毕业于甘肃农业大学草原系,留校任教至 2000年,主要从事牧草
遗传育种和生理生化的教学和科研工作,获省地级奖多项,发表论文 20多篇。E-mail : lzhsh88@ ji-pub lic. s d. ch info. net。杜峰
现工作单位为中国科学院水利部水土保持研究所
第 9卷　第 4期
　Vol. 9　　No. 4
草　地　学　报
ACTA AGREST IA SINICA
　2001 年　12月
　Dec. 　2001
性的高低可反映植物抗逆性的强弱。但以上工作主
要集中在作物、牧草和蔬菜等研究方面 [ 2～4] , 有关草
坪草的不同低温胁迫下超氧化物岐化酶( SOD)和过
氧化氢酶( CAT )的研究报道尚未见到。植物绿色组
织均有类胡萝卜素存在,类胡萝卜素起着保护叶绿
素免受光氧化的重要生理作用 [ 5] , 而逆境下脯氨酸
的变化及其作用是当前生理学研究的重要问题之
一[ 3]。本文以冷地型草坪草草地早熟禾( Poa p raten-
si s L. cv . Compact )为试材, 通过比较在不同低温
胁迫下其叶片内 SOD、CAT 活性变化、游离脯氨酸
累积、叶绿素和类胡罗卜素含量变化及质膜相对透
性的变化,探讨这些因子对低温胁迫的敏感性及其
相关关系,为草坪草低温逆境下栽培技术的改进提
供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试材料为丹麦三叶公司( A/ S)的草地早熟禾
( Poa p r atensis L. cv. Compact )。取自甘肃农业大
学校园内草枰草引种试验田( 1997年播种)。于 1998
年 7月 1日至 8月 15日每隔 15 d随机采集草样 1
次,每次每样重复 3份。用剪刀齐地刈割, 除去枯枝
杂草后,将地上部分装入塑料袋,洗净后以备分析。
1. 2　试验方法
将供试材料分别置于 5℃、0℃、- 6℃低温条件
下,保持 0～10 h,每隔 1h测定生理生化指标。
1. 2. 1　叶片超氧化物岐化酶( SOD)活性按 SOD抑
制氮蓝四唑( NBT )光化还原法测定　取 0. 5 g 叶片
置于 50 mmol/ L 磷酸缓冲液( ph 7. 8) ,在冰浴中研
磨提取酶液。反应体系中含 50 mmol/ L 磷酸缓冲
液, 130 mmo l/ L 甲硫氨酸, 750
mol/ L 氮蓝四唑
( NBT ) , 100
mol/ L EDT A 和 20
mol/ L 核黄素。
先在日光灯下反应 10 min, 然后以黑暗终止反应,
立即在 560 nm 下比色。以抑制 NBT 光化还原的
50%为一个酶活性单位。
1. 2. 2　过氧化氢酶( CAT )活性测定[ 6]　反应液中
含 500 mmol/ L 磷酸缓冲液, 10 mmol/ L 过氧化氢
及酶提取液 200
L。30℃下反应1 min,加 10%硫酸
终止反应。用 10 mmol/ L KM nO 4滴定剩余 H2O 2,
根据 H2O2 的消失量计算过氧化氢酶活性。酶活单
位为 H2O 2
mo l·mg - 1 pr otein·min- 1。
1. 2. 3　质膜相对透性测定[ 7]　称取 0. 2 g 鲜样, 用
无离子水洗净, 剪碎放入具塞试管,加入 10 mL 无
离子水, 真空抽气 10 min,振荡,加塞在室温下静置
30 min。用 DDS-11A 型电导仪测定溶液的电导率
E1 , 然后置沸水浴中 10 m in, 冷却后测定溶液总电
导率 E2, 无离子水电导率为 E0。质膜相对透性可用
下式计算:
质膜相对透性( % ) P= [ ( E1- E0) / ( E2- E0) ]×100
1. 2. 4　叶绿素和类胡萝卜素的测定 [ 8]　用 80%的
丙酮提取, 在 660 nm、646 nm、470 nm 下测定光
密度。
1. 2. 5　叶片游离脯氨酸含量的测定[ 7]　采用磺基
水扬酸法。取鲜样 0. 2 g, 用 3%磺基水扬酸浸提,
2. 5%酸性茚三酮显色, 5 mL 甲苯萃取,用 721型分
光光度计在 520 nm 下比色测定。
1. 3　数据处理
数据为 3重复的平均值。
2　结果与分析
2. 1　SOD、CAT活性变化
在不同温度胁迫下, 两种酶活性变化曲线各异,
总趋势呈现三种情况。在 5℃下, SOD和 CAT 的活
性随着胁迫时间的延长而增加, 4 h 时达到最大值,
随着胁迫时间的继续延长,两种酶的活性逐渐下降。
在 0℃及- 6℃时,两种酶的活性随着胁迫时间的延
长,从胁迫开始就急剧下降,尤其是当温度为- 6℃,
胁迫时间达7 h时,两种酶的活性均降为零(图 1)。
2. 2　类胡萝卜素和叶绿素含量变化
2. 2. 1　不同强度的低温胁迫所导致的叶绿素含量
的变化趋势不同, 在 5℃下, 0～6h 内表现低水平波
动性特点, 6h后呈缓慢下降趋势。在 0℃下, 其含量
呈平缓下降趋势。而在- 6℃下,叶绿素含量下降速
度明显加快。
2. 2. 2　类胡萝卜素含量在 5℃下, 3h 内虽有所增
加, 但在处理期间基本呈缓慢下降趋势。在 0℃和
- 6℃低温下,随着胁迫时间的延长温度越低下降越
快(图 2)。
284 草　地　学　报 第 9卷
图 1　低温胁迫对早熟禾 SOD和 CAT 酶活性的影响
Fig. 1　T he effect o f low temperatur e on SOD and CAT enzyme activit es o f Poa p ratensis L . cv . Compact
图 2　低温胁迫对早熟禾叶绿素和类胡萝卜素含量的影响
Fig. 2　The effect o f low temperatur e on chlo rophy ll and car otin cont ent s o f Poa p ratensis L . cv . Compact
图 3　低温胁迫对早熟禾脯氨酸含量和质膜相对透性的影响
F ig . 3　The effect of low temperature on proline and membrane relativ e penetr ation of P oa p ratens is L . cv . Compact
285第 4期 梁慧敏等:低温胁迫对草地早熟禾抗性生理生化指标的影响
2. 3　脯氨酸含量和质膜相对透性变化
在 5℃低温胁迫下脯氨酸含量变化不大,在 0～
5 h之内没有引起脯氨酸在叶片内的累积, 5 h 以后
稍许上升,但幅度不大。在 0℃和- 6℃下, 脯氨酸含
量随着胁迫时间的延长而急剧上升。质膜相对透性
在 5℃和 0℃下变化不大, 在- 6℃下则随着胁迫时
间的延长急剧增加,结果表明,脯氨酸含量对低温胁
迫的反应比质膜相对透性的反应敏感(图 3)。
3　讨论
3. 1　正常情况下, 植物体内 SOD 和 CAT 活性维
持一定水平, 以除去不断产生的自由基( O -2 ) ,此时
植物体内SOD和 CAT 活性和 O -2 含量达到一定的
平衡关系。而在逆境胁迫下,由于 SOD和 CA T 等
保护酶活性降低或者 O -2 含量过高, 都有可能打破
平衡, 造成伤害。O -2 不仅对 DNA、多糖、蛋白质和
脂质等生物大分子有破坏作用, 而且还可通过
Haber-w eise 反应 产生毒性更 强的羟 自由基
( OH[ 9] ) ,从而加重对植物的损伤。低温导致植物体
内生理生化活动减慢, 使得产生的 O -2 至少不会增
多。由此看来,低温使 SOD 和 CAT 的活性降低是
主要的。然而适量的 O -2 有可能提高某些生物的
SOD 和 CAT 活性[ 9, 10]。本文结果表明, 在 5℃下 4
h, SOD 和 CAT 活性达到最高峰,但温度过低, 时间
过长,这种保护性适应能力就下降和丧失。因而低温
伤害与植物体内 SOD 和 CAT 活性高低关系密切。
3. 2　类胡萝卜素在植物体内可保护叶绿素类免受
强光导致的光氧化破坏 [ 5]。许多研究证明, O -2 的积
累直接引发叶绿素的破坏及部分特异性地破坏叶绿
素 a, 致使叶绿素分解破坏和叶绿素 a / b 比例下
降[ 11 ]。经过低温黑暗处理的菠菜叶片中,叶绿体在
光照下能诱导不饱和脂肪酸的过氧化和 MDA 的形
成,同时光合电子传递活力丧失[ 2]。本文研究结果表
明,叶绿素和类胡萝卜素只有在较低温度胁迫下含
量明显下降, 且叶绿素较类胡萝卜素敏感性差。
3. 3　二十世纪 80年代以来, 有关逆境下脯氨酸含
量变化的研究很多,但结果各异[ 3]。很多材料说明植
物的抗寒性与脯氨酸含量存在相关性。植物在低温
下游离脯氨酸的大量积累被认为是对低温胁迫的适
应性反应[ 12]。从本试验结果看,随着低温胁迫的加
剧和时间的延长脯氨酸含量增加, 而低温下植物体
内可溶性物质含量的增加,有利于提高植物的的抗
寒能力。
3. 4　根据 Lyons等的理论[ 13] ,低温对植物细胞的
伤害,首先影响的是膜相,其后才是膜酶或非膜酶活
性。但有些试验证明[ 14] ,低温伤害的原初部位是细
胞膜上的酶蛋白如 ATP 酶等。本试验中质膜相对
透性在- 6℃低温胁迫时才明显增大,表明质膜透性
受到低温胁迫的温度较 SOD 和 CAT 低。
4　结论
4. 1　适当的低温胁迫可诱导草地早熟禾 SOD、
CAT 及类胡萝卜素等活性和含量的提高, 避免 O -2
对其伤害。而过度低温胁迫则导致 SOD、CAT 及类
胡萝卜素等活性降低,叶绿素分解,质膜相对透性增
大,细胞受到伤害。
4. 2　综合几项生理生化指标对草地早熟禾低温胁
迫的反应看出, SOD、CAT 及类胡萝卜素对低温变
化较敏感,脯氨酸次之,而叶绿素和质膜相对透性最
不敏感。
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286 草　地　学　报 第 9卷