全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 2 期 2013 年 1 月

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高温胁迫对蛇足石杉生理特性的影响
马英姿，张 慧，宋 荣，王志毅
中南林业科技大学生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004
摘 要：目的 研究蛇足石杉的最高耐受温度及耐受时间，为人工栽培蛇足石杉提供温度调控参考。方法 通过在 25、30、
35、40 ℃的不同温度下胁迫处理蛇足石杉，测定其叶片中的可溶性糖量、可溶性蛋白质量、游离脯氨酸量及超氧化物歧化
酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性在不同处理时间的量，并对其进行相关性分析。结果 随着温度的升高，各项指标均
有大幅度的变化，可溶性糖和游离可溶性脯氨酸的量呈上升的趋势，可溶性蛋白质量呈下降趋势，POD 和 SOD 活性均呈现
下降的趋势。35 ℃高温胁迫达 8 d 后，对蛇足石杉的各项生理指标有较大影响，外部形态表现轻度失水，继续处理至 12 d
后，叶片发黄，植株基本死亡；40 ℃高温胁迫 6 d 后，蛇足石杉的各项生理指标均出现较大幅度的变化，SOD 活性显著下
降，叶片发黄，第 8 天植株完全死亡。结论 高温对蛇足石杉的生长有明显影响，其生长温度在 25～30 ℃为宜，长时间持
续超过 35 ℃对其生长有明显的影响，40 ℃为极限高温，短期内会引起植株死亡。
关键词：蛇足石杉；高温胁迫；生理特性；可溶性物质；抗氧化酶
中图分类号：R282.21 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2013)02 - 0224 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.02.022
Effects of high temperature stress on physiological characteristics of Huperzia serrata
MA Ying-zi, ZHANG Hui, SONG Rong, WANG Zhi-yi
College of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China
Key words: Huperzia serrata (Thunb.) Trev.; high temperature stress; physiological characteristics; soluble substance; antioxidase

蛇足石杉 Huperzia serrata (Thunb.) Trev.又名
千层塔、金不换等，系石杉科（Huperziaceae）石杉
属 Huperzia Bernh.多年生蕨类植物，为我国传统草
药，有清热、除湿、消瘀和止血等功效[1]。近年来，
从中分离出一种低毒、强效、可逆并具高选择性的
抗乙酰胆碱酯酶抑制剂——石杉碱甲，具有治疗多
种神经退行性疾病的潜在作用，广泛用于老年痴呆
症的治疗。由于目前石杉碱甲的人工合成工艺不成
熟，药品所需原料全部依赖于天然。蛇足石杉植株
矮小，生长缓慢，野生资源数量有限，过度挖掘进
一步加剧了野生资源的枯竭。蛇足石杉对生长环境
条件要求很高，研究表明较低的光照度（1 200 lx）
及 90%的相对湿度条件较适合蛇足石杉的生长[2-3]；
且蛇足石杉对土壤的有机质量及湿度要求严格[4]。
目前尚未见温度对蛇足石杉生理特性的影响的相关
报道，适宜的温度是植物生长发育的必要条件，过高
或过低的温度胁迫会抑制植物的整个发育过程，长期
的逆境能对植物体产生遗传性或非遗传性效应[5]。在
自然条件下，蛇足石杉喜阴湿环境，多生于山地密
林或沟谷湿土中，其群居地的土壤中含水量较高且
腐殖质量丰富，生长所需环境的空气湿度、郁闭度
及年均降水量都较大。夏季是蛇足石杉新孢子产生、
生长、成熟的重要时期[6]，湖南等亚热带地区夏季
阳光强烈，温度常高达 35 ℃以上，对其生长发育
会有一定影响，因此研究高温胁迫对蛇足石杉生理
特性的影响对人工栽培的基本地理位置的选择及环
境温度的调控具有重要的意义。
1 材料
蛇足石杉 Huperzia serrata (Thunb.) Trev. 活体植
株采自湖南浏阳大围山。植株经中南林业科技大学喻
勋林教授鉴定。主要仪器为 722S 可见分光光度计。
2 方法
2.1 处理方法
将生长状况基本一致的蛇足石杉活体植株，盆

收稿日期：2012-06-26
基金项目：湖南省科技厅科技计划项目（2011NK3042）；湖南省教育厅学位与研究生教学教改项目（JG2011B027）；湖南省教育厅重点研究项
目（2012A146）
作者简介：马英姿（1967—），女，河南省巩义人，博士，副教授，主要从事药用植物资源保护与利用。
Tel: (0731)85623494 E-mail: ma_yingzi@163.com
网络出版时间：2012-12-18 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/12.1108.R.20121218.1014.004.html
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 2 期 2013 年 1 月

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栽置于温度为 25 ℃、相对湿度为 90%的人工气候
箱内，进行预培养 7 d，待长势稳定后再进行相关的
高温胁迫处理。预培养后的蛇足石杉随机分为 4 组，
每组 3 盆，放置于人工气候培养箱中进行高温胁迫
处理。实验因素为温度（℃）和处理时间（d），处
理温度分别为 25、30、35、40 ℃，以 25 ℃为对照
（CK）。每个温度处理时间分别为 2、4、6、8 d，培
养条件为两周期，光照 13 h，湿度 75%；黑暗 11 h，
湿度 85%。
2.2 生理生化指标的测定方法
2.2.1 可溶性物质的测定[7] 可溶性糖测定采取蒽
酮法，葡萄糖标准曲线与回归方程为 Y＝0.261 1 X＋
0.010 6，r＝0.980 6。可溶性蛋白质测定采用考马斯
亮蓝 G-250 染色法，蛋白质标准曲线与回归方程 Y＝
0.453 X－0.017 8，r＝0.928 4。游离脯氨酸量测定采
用酸性茚三酮法，脯氨酸标准曲线与回归方程 Y＝
0.010 6 X＋0.007，r＝0.984 8。
2.2.2 抗氧化系统保护酶的测定[7-8] 超氧化物歧
化酶（SOD）活性测定，以抑制 NBT 光还原的 50%
为一个酶活性单位，测定 SOD 总活性。过氧化物酶
（POD）活性采用愈创木酚氧化法，以每分钟内 A470
变化 0.01 为 1 个过氧化物酶活性单位（μg/min），计
算 POD 活性。
2.2.3 数据整理及分析 分别采用 Excel 软件、
SPSS17.0 统计软件进行数据整理和统计分析。
3 结果与分析
3.1 高温对蛇足石杉可溶性物质的影响
3.1.1 可溶性糖量的变化 从图 1 中可以看出，随
着处理温度的升高及胁迫时间的持续，蛇足石杉叶
片中可溶性糖量的积累基本呈现先升高后降低的趋
势，不同温度处理 2 d 后，处理组的可溶性糖量均
高于 CK，其中在 40 ℃时，可溶性糖量显著增加，
是 CK 的 1.1 倍；处理 4 d 后各处理组可溶性糖量开
始显著增加，40 ℃时是 CK 的 1.2 倍；处理 6 d 后，
40 ℃处理组的可溶性糖量出现最大值，是 CK 的
1.4 倍，25、35 ℃组可溶性糖量开始下降，但仍然
高于 CK；处理 8 d 之后，40 ℃处理组的可溶性糖
量急剧下降，其他各组虽然整体下降，但是最终量
仍然高于 CK。对 35 ℃和 40 ℃不同处理时间的蛇
足石杉叶片中可溶性糖量变化进行相关性分析，发
现高温胁迫时间与可溶性糖量的相关系数分别为
0.997、0.955，呈正相关性，即随着高温胁迫时间的
持续，可溶性糖量相应增加。

图 1 不同高温处理对可溶性糖量的影响
Fig. 1 Effects of different high temperature
treatments on soluble sugar content
3.1.2 可溶性蛋白质量的变化 高温逆境直接可以
引起植物体内蛋白质的变性和凝聚，从而使植物体
受到伤害[9]。由图 2 可以看出，处理 2 d 后，处理
组的可溶性蛋白质量均低于 CK，其中 40 ℃时的量
仅为 CK 的 68%，35 ℃时的量为 CK 的 87%；4 d
后，30 ℃时可溶性蛋白质量较 CK 相比出现明显升
高，是对照的 1.08 倍，35 ℃和 40 ℃时可溶性蛋白
质的量下降并低于 CK；处理 6 d 后，30 ℃时可溶
性蛋白质量开始下降，并低于 CK；8 d 后，40 ℃
处理组量极低，仅为 CK 的 39%，说明此时处理植
株叶细胞片已经受到了严重的高温伤害。通过相关
性分析表明，在 35 ℃和 40 ℃的高温胁迫下，胁迫
时间和可溶性蛋白质量均呈负相关，相关系数分别
为−0.995、−0.987，即随着胁迫时间的延长，蛇足
石杉叶片内可溶性蛋白质量降低。
3.1.3 游离脯氨酸量的变化 由图 3 可见，与 CK

图 2 不同高温处理对可溶性蛋白质量的影响
Fig. 2 Effects of different high temperature
treatments on soluble protein content

30
20
10
0
25 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
可
溶
性
糖
/
(m
g·
g−
1 )

2 4 6 8
t / d

25 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
0.008
0.006
0.004
0.002
0
2 4 6 8
t / d
可
溶
性
蛋
白
质
/
(m
g·
g−
1 )

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图 3 不同高温处理对游离脯氨酸量的影响
Fig. 3 Effects of different high temperature
treatments on free proline content
相比，30 ℃时游离脯氨酸量相对稳定，呈现先降
低后升高最后接近对照水平；35 ℃和 40 ℃高温
处理时，游离脯氨酸量持续升高；处理 6 d 后，40
℃高温下脯氨酸量达到最高，是 CK 的 6.4 倍，处
理 8 d 后，脯氨酸量下降但仍远大于 CK。通过相
关性分析，35 ℃和 40 ℃时蛇足石杉的游离脯氨
酸量与胁迫时间均呈显著的正相关，相关系数分别
为 0.986、0.937。
对 40 ℃处理叶片中可溶性物质量和处理时间
进行相关性分析（表 1），表明可溶性蛋白质的量和
可溶性糖、游离脯氨酸量均呈负相关；由相关系数
可以看出，高温对可溶性蛋白质量的影响更显著，
游离脯氨酸和可溶性蛋白质的关系较密切，随着游
离脯氨酸量的积累，可溶性蛋白质量不断减少。多
重性检验表明，可溶性物质量与胁迫时间存在显著
性差异，其中可溶性蛋白质量差异性更显著，其量
在处理 6 d 和 8 d 后与 CK 相比达到极显著水平。
3.2 高温对蛇足石杉抗氧化系统保护酶的影响
3.2.1 SOD 活性的变化 由图 4 可以看出，25 ℃
时蛇足石杉体内的 SOD 活性基本稳定，温度升高
其活性产生明显变化，处理 4 d 时，不同温度处理
表 1 40 ℃高温胁迫时蛇足石杉可溶性物质的
相关性分析
Table 1 Correlation analysis of solute content in H. serrata
under 40 ℃ high temperature stress
影响因子 胁迫时间 可溶性糖 可溶性蛋白质 游离脯氨酸
胁迫时间 1.000
可溶性糖 0.955 1.000
可溶性蛋白质 −0.987 −0.894 1.000
游离脯氨酸 0.937 0.791 −0.981 1.000
的 SOD 活性与 CK 相比显著升高，在 40 ℃时达到
最高值，是对照的 1.57 倍；随着各个温度处理组处
理时间的延长，SOD 活性开始下降，35 ℃处理组
在处理 8 d 后，SOD 活性也明显低于对照水平；40
℃处理 6 d 后，SOD 活性急剧下降，仅为对照的
64%。说明 40 ℃高温持续 6 d 后，已经对蛇足石杉
叶片细胞造成了的严重伤害；35 ℃持续 8 d 后也对
蛇足石杉叶片细胞产生不良影响。相关性分析表明，
在 40 ℃的高温胁迫下，胁迫时间和 SOD 活性的相
关系数为−0.743，呈负相关。

图 4 不同高温处理对 SOD 活性的影响
Fig. 4 Effects of different high temperature
treatments on SOD activity
3.2.2 POD 活性的变化 POD 也是植物体内抗氧
化保护酶系统的重要组成部分，其活性也能作为判
断植物耐热性的指标。由图 5 可以看出，30 ℃处理
4 d 后，POD 活性上升，之后下降到对照水平；35 ℃
和 40 ℃处理组，处理 2 d 后，POD 活性较对照显
著升高，其中 40 ℃时活性是对照的 1.82 倍，说明
温度升高到 35 ℃后，已经对蛇足石杉叶片细胞产
生了显著的影响，之后 35 ℃处理组的活性先降低
后升高，最后保持稳定，但仍高于对照水平；40 ℃
处理组，随着时间的延长，POD 活性持续下降，8 d
后仅为对照的 87%，说明持续高温破坏了过氧化物
酶的活性。相关性分析表明，在 35 ℃和 40 ℃的高
温胁迫下，胁迫时间和 POD 量的相关系数分别为
−0.928、−0.994，均呈负相关关系。
对 40 ℃处理时，蛇足石杉叶片中 SOD 和 POD
活性进行相关性分析，表明二者呈现正相关关系
（0.809），通过相关性比较发现，随着胁迫时间的持
续，温度对蛇足石杉叶片中 POD 活性的影响更显
著。多重检验表明，40 ℃高温处理下抗氧化系统保

25 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
2 4 6 8
t / d
游
离
脯
氨
酸
/
(m
g·
g−
1 )


25 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
2 4 6 8
SO
D
活
性
/
(μ
g·
m
in
−1
)
1 200
1 000
800
600
400
200
0
t / d
游
离
脯
氨
酸
/
(×
10
−5
m
g·
g−
1 )

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图 5 不同高温处理对 POD 活性的影响
Fig. 5 Effects of different high temperature
treatments on POD activity
护酶活性与胁迫时间呈显著差异（P＜0.05），SOD
活性在处理 6 d 和 8 d 后与 CK 呈极显著差异（P＜
0.05），POD 活性在处理 4 d 和 6 d 后与 CK 呈极显
著差异（P＜0.05）。
4 讨论
4.1 高温胁迫对蛇足石杉叶片中可溶性物质量的
影响
渗透调节是植物在逆境胁迫下降低渗透势、抵
抗胁迫的一种重要方式，可溶性糖、可溶性蛋白质
和游离脯氨酸都是重要的渗透调节物质，在植物体
遭受高温胁迫时，可溶性糖量通常会升高，但在某
些植物体内其量随温度的升高而下降或呈现低、高、
低的趋势[10-12]，可能是因为高温造成植物体内降解
蛋白质的酶失活从而影响淀粉分解为可溶性糖，同
时逆境的胁迫使植物细胞呼吸作用加强，消耗了细
胞内贮存的糖类从而造成可溶性糖量的下降。
高温可以破坏构成蛋白质的多肽健，直接引起
植物体内蛋白质的凝聚和变性，合成蛋白质的酶失
活，造成蛋白质合成受阻，因此，蛋白质在高温胁
迫下表现出随温度升高而下降的趋势[9,13]。由于植物
体内脯氨酸合成酶类有反馈抑制作用，所以正常情
况下脯氨酸量不高，但是遭受逆境胁迫时，反馈抑
制作用减弱，导致体内游离脯氨酸量上升[14]，同时
脯氨酸具有较强的水合能力，逆境下积累的游离脯
氨酸可以作为溶质来调节细胞内水环境的变化[15]。
水分参与蛋白质的空间构型，在高温下植物受到水
分的胁迫，蛋白质空间构型遭到破坏从而失活变性，
造成植物体内酶钝化，使蛋白质合成速率下降，植
物体内蛋白质的合成速率和植物体的抗热性是密切
相关的。脯氨酸的强水合作用可以加强高温胁迫下
蛋白质的水合作用，从而减弱蛋白质的变性失活程
度，有利于植物细胞维持正常的生理活性[16]。
本实验结果表明，蛇足石杉叶片中可溶性糖和
游离脯氨酸的量随着高温胁迫时间的延长呈上升趋
势，可溶性蛋白质呈下降趋势。说明在高温胁迫下，
蛇足石杉通过积累体内的可溶性糖来稳定细胞膜结
构，从而减少高温的迫害。但在 40 ℃高温处理 6 d
后，蛇足石杉叶片内可溶性糖量急剧下降，分析原
因可能是叶片细胞内的淀粉酶及细胞膜上的蛋白质
活性急剧下降甚至失活，从而影响淀粉水解并破坏
了细胞膜的结构，从而使可溶性糖量急剧下降。
蛇足石杉叶片中的游离脯氨酸在 35 ℃和 40
℃时量显著升高，说明胁迫温度越高，蛇足石杉
叶片内游离脯氨酸积累就越快，在一定温度范围
内，游离脯氨酸的积累与胁迫时间和胁迫强度呈
正相关，在正常情况下游离脯氨酸主要参与蛋白
质合成[13]，高温抑制了蛇足石杉叶片中蛋白质的合
成，从而也抑制了脯氨酸参与蛋白质的合成作用，
因此在蛇足石杉体内进一步积累。
蛇足石杉 30 ℃处理组叶片中可溶性蛋白质量
呈现先降低后升高再降低的趋势，可溶性蛋白质量
短时间内升高，可能是因为 30 ℃的高温激起蛇足
石杉的热激反应，热激蛋白合成启动，其可以参与
维持变性蛋白的可溶状态，并进一步使之复性[17]，
从而使可溶性蛋白质量呈现升高的趋势；当温度升
高到 35 ℃和 40 ℃时，热激蛋白合成受到抑制，植
物体受到高温的伤害，因此可溶性蛋白质的量开始
下降并低于对照水平，随着处理时间的延长及相对
高温的持续，各处理组的蛇足石杉体内可溶性蛋白
质量开始下降，并最终低于对照水平。
4.2 高温胁迫对蛇足石杉叶片中抗氧化系统保护
酶活性的影响
植物体在生长发育过程中受到各种不良环境的
胁迫时，均能导致细胞产生大量的活性氧。在正常
情况下，植物体内的活性氧的产生和清除处于动态
平衡，一旦平衡被打破，细胞内活性氧会急剧积累
从而使细胞受氧胁迫[18]。为了适应逆境环境，植物
体在长期进化过程中形成了完善和复杂的酶类和非
酶类抗氧化保护系统来清除活性氧，其中抗氧化保
护酶类主要有 SOD、POD 和 CAT 等。
随着胁迫温度的升高，蛇足石杉体内超氧化物
歧化酶和过氧化物酶活性都基本呈现先升高后下降

25 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
PO
D
活
性
/
(μ
g·
m
in
−1
)
800
600
400
200
0
2 4 6 8
t / d
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的趋势，这是因为短期的高温胁迫引起蛇足石杉叶
片内超氧阴离子的产生，从而诱导清除活性氧的酶
SOD、POD 活性在短期内升高，维持细胞体内活性
氧产生和清除的动态平衡；随着高温胁迫时间持续，
40 ℃处理 6 d 后，蛇足石杉体内 SOD 急剧下降，8
d 后 SOD 和 POD 活性均达到最低值，原因是 40 ℃
的高温持续 6 d 后破坏酶的构象，从而使 SOD、POD
活性开始急剧下降，致使活性氧开始积累，打破了
活性氧产生和清除的动态平衡，从而使植物体受到
高温的伤害。
综上所述，35 ℃和 40 ℃时的胁迫处理，各生
化指标都出现了明显的变化，其中，40 ℃处理 46 d
后 SOD 活性急剧下降，35 ℃处理 8 d 后 SOD 也明
显低于对照；对各处理组的形态观察发现，40 ℃处
理 6 d 时，蛇足石杉叶片开始下垂变黄，呈失水状
态，处理 8 d 后，蛇足石杉叶片枯黄下垂，植株死
亡；35 ℃处理 8 d 后，蛇足石杉的叶片也开始轻度
失水，慢慢变黄。因此，可以得知，在 40 ℃的极
限高温下连续胁迫达 6 d 以上时，蛇足石杉的形态
结构和生理活性都会受到严重破坏，造成死亡。35
℃以上的高温胁迫达到 8 d 以上时，蛇足石杉的各
项指标均出现明显的变化，表明持续 8 d 以上的 35
℃高温已对其生理功能有较大的影响，继续培养达
12 d 后叶片开始出现发黄的症状，15 d 后死亡。因
此，在人工栽培蛇足石杉时，温度不宜长时间持续
超过 35 ℃，应在 40 ℃的温度以下栽培。
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