全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 29(4)：533— 536 2009年 7月
西北黄芪和山野豌豆对低温胁迫的生理响应研究
马正华1，王柳英 ，宋维秀
(1．青海大学 农牧学院，西宁 810003；2．青海大学 畜牧兽医科学院 ，西宁 810003)
摘 要：以两种野生豆科牧草(西北黄芪和山野豌豆)为试验材料，研究其对低温胁迫的生理响应。结果表
明：在低温胁迫下 ，西北黄芪和山野豌豆的相对电导率 、s0D活性 、可溶性糖含量 、脯 氨酸含量均表现 出上升
的趋势，且随着低温胁迫程度的加剧而加深 ；就相对电导率 、可溶性糖含量两项生理指标 而言 ，西北黄芪 5℃
增幅显著小于山野豌豆，而一5℃对 5℃增幅显著大于山野豌豆 ；就脯氨酸含量而言，西北黄芪 5℃增幅大于山
野豌豆，而一5℃对 5℃增幅显著小于山野豌豆；就 sOD活性而言，西北黄芪 5℃增幅大于山野豌豆，而一5℃对
5℃增幅显著大于山野豌豆。综合分析 ，认为西北黄芪比山野豌豆具更强的抗低温能力 ，同时说 明，两种牧草
对低温胁迫的生理响应规律不同，相对电导率和可溶性糖含量两项生理指标对低温的响应更加敏感。
关键词 ：豆科牧草 ；低温胁迫 ；生理指标 ；
中图分类号：Q945 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(20O9)04—0533—04
Physiological response of Astragalus fenzelianus
and Vicia amoena to low temperature stress
MA Zheng-Hua ，WANG Liu-Ying2，SONG W ei-Xiu
(1．Agriculture and Animal Husbandry College，Qinghai University，Xining 810003，China：2．Academy
of Anima l and Vertrinary Sciences，Qinghai University，Xining 810003，China)
Abstract：Effects of low temperature stress on physiological characteristics of A．fenzelianus seedlings and V．amoena
seedlings were studied．The results showed that the conductance rate，the soluble sugar content，the proline content
and the S0D activity were increased．Taking the conductance rate and the content of soluble sugar as index．the in—
creased degree in A．fenzelianus seedlings was significantly lower than that of V．amoena seedlings at 5℃ and signifi—
candy higher than that of V．aDtoeTla seedlings in一5℃ contracted with the 5℃ ；taking the proline content as index，
the increased degree in A．fenzelianus seedlings is significantly higher than that of V．amoena seedlings at 5℃ and
significantly lower than that of V．aD~oeHa seedlings in一5℃ contracted with the 5℃ ：taking the SOD activity as in—
dex，the increased degree of A．fenzelianus seedlings was significantly higher than that of amoena seedlings at 5℃
and in 5℃ contracted with the一5℃．Integrating the physiological characteristic indices，it was considered thatA．
fenzelianus seedlings showed stronger cold resistance ability to low temperature than、，．amoena seedlings．It’S
therefore concluded that these two kinds of seedings responds differently to low temperature in terms of physiological
characteristics and the conductance rate，and the content of soluble sugar is more sensitive tO low temperature．
Key words：legume；low temperature stress；physiological characteristic
在青海省的天然草地中豆科牧草资源少，可供
人工栽培的豆科牧草品种极度匮乏。海拔 3 000 rn
以上的地区，天然草地中豆科牧草种类少，数量小，
人工草地中几乎没有豆科牧草，致使牧草营养物质
分配不平衡，成为制约域内畜牧业发展的瓶颈。因
此对青海省广泛分布的野生豆科牧草进行调研，从
收稿日期 ：2008—12—17 修回日期 ：2009—04一10
作者简介：马正华(1975一)，女 ，江西永新人，硕士 ，讲师，主要从事农业资源与环境专业的教学与研究，(E-mail)helen7501@126．corn。
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中选择抗寒性强，适 口性好 的优 良野生豆科牧草进
行驯化栽培，不仅可以补充天然草场中豆科牧草的
种类，而且可以大幅度提高人工草地牧草资源品质，
从而起到缓解草畜矛盾 ，实现畜牧业可持续发展的
重要作用。
西北黄芪 (Astragalus fenzelianus)是多年 生
豆科植物，生长于海拔 1 800~4 300的山坡草地，林
缘沟谷，属于良等饲料植物(陈 山，1994)；山野豌豆
( cia(271ZOg．n~)为多年生草本植物，喜冷凉气候，耐
寒性强，冬季气温降到-40℃时，如有雪覆盖，仍能
安全越冬，属于优等饲料植物(苏加楷等，1993；全国
牧草品种审定委员会，1994)。两种牧草在青海省都
有广泛分布，具有很好的饲用价值，且表现出很好的
抗寒能力，是建立人工割草地和放牧地的优良混播
草种。因此具备很好的应用栽培潜在价值，本文对
西北黄芪和山野豌豆两种野生豆科牧草进行 了有关
幼苗抗寒生理生化基础方面 的研究，旨在为这两种
野生豆科牧草今后的栽培驯化提供基础资料。
1 材料与方法
1．1材料处理
种子破除硬实后进行 常规浸种催芽 ，选择萌发
均匀的种子点播 于 口径 23 cm，深 20 cm 的塑料花
盆中，置于室外常规管理。盆内生长基质由 1：3的
细沙、大田土构成。当苗龄 75d时，选取长势整齐一
致、无病无损伤的幼苗测定常温下的相关生理指标
作为对照，然后分别将花盆置于人工气候箱和冰箱
中。试验在黑暗条件下进行，分(5±0．5)℃和(-5
±0．5)℃两种处理 ，处理 24 h后，取幼苗 叶片测定
各项生理指标 ，每个处理重复 3次。
1．2试验方法
质膜透性采用 电导法 ；可溶性糖含量采用蒽酮
比色法；游离脯氨酸含量采用茚三酮显色法；SOD
表 1 低温胁迫对幼苗叶片相对电导率和可溶性糖含量的影响
Table 1 Effect of low temperature stress on conductivity and soluble sugar of seedling leaves
牧草名称 Forage grasses
相对电导率 Relative conductivity( ) 可溶性糖含量 Content of the soluble sugar(rag／g)
2O℃ 5℃ 一5℃ 2O℃ 5℃ 一5℃
注：行间不同小写字母表示 P
The same below．
活性采用氮蓝四唑(NBT)显色法(邹琦，2000)。
2 结果与分析
2．1不同低温处理对幼苗叶片质膜透性的影响
细胞膜系统是植物受低温伤害的初始部位(简
令成，1992)，原生质膜的功能受损或结构破坏使其
透性增大，导致细胞 内的各种水溶性 物质包括电解
质不同程度的外渗。因此可以用相对电导率为标准
来衡量植物在低温逆境下的膜损伤程度。
由表 1和表 2可以看出，低温胁迫下两种牧草
幼苗叶片的相对电导率明显提高，且随着胁迫程度
的加深呈急剧上升趋势。方差分析表明，各温度处
理与对照问差异均达到显著水平 。山野豌豆的 5℃
增幅显著大于西北黄芪，说明5℃低温胁迫下，山野
豌豆细胞膜受损程度相对较大，导致细胞膜透性增
大，电解质外渗率相应增大。两种牧草的一5℃增幅
均有显著上升，尤其是山野豌豆，相对电导率已经达
到 100 ，导致电解质完全外渗，说明两种牧草幼苗
叶片的结构和功能已经严重受损趋于破坏 。
2．2不同低温处理对幼苗可溶性糖含量的影响
由表 1和表 2可以看 出，低温胁迫下两种牧草
幼苗叶片的可溶性糖含量明显提高，且随着胁迫程
度的加深呈明显上升趋势。
方差分析表 明，各温度处理与对照间差异均达
到显著水平。在 5℃低温时，山野豌豆体内可溶性
糖含量积累程度显著大于西北黄芪，两种牧草间差
异极显著。一5℃低温胁迫下，两种牧草的可溶性糖
含量与对照相比有大幅度的上升，两种牧草间差异
显著。西北黄芪的一5℃对 5℃增幅显著大于山野
豌豆。低温胁迫下，供试牧草幼苗叶片中可溶性糖
含量均表现出快速上升的趋势，且增加幅度随着低
温胁迫程度的加深而加大。但山野豌豆与西北黄芪
在可溶性糖含量的积累方式上存在有一定差异，山
4期 马正华等：西北黄芪和山野豌豆对低温胁迫的生理响应研究 535
野豌豆在就可溶性糖含量的变化而 言，山野豌豆抵
御低温的能力低于西北黄芪。
2．3不同低温处理对幼苗脯氨酸含量的影响
脯氨酸在植物渗透调节中起着重要的作用，脯
氨酸的积累可调节组织的渗透势，可以增加细胞液
的浓度，降低冰点，对原生质具有保护作用，对维持
膜的完整性及提高植物 的抗 逆性具有 重要的意义
(Nichoi等，1989；汤章城，1984；王娟 ，2001)。
由表 3和表 4可 以看 出，低温胁迫下 ，两种牧草
幼苗叶片脯氨酸含量明显提 高，且 随低 温胁迫程度
的加深，脯氨酸含量逐渐升高。方差分析表明，各温
度处理与对照间差异均达到显著水平 。说明 5℃低
温胁迫下，山野豌豆体内生理变化明显，脯氨酸含量
大量增加来增加细胞液浓度，降低冰点，抵御低温对
它们的伤害。而西北黄芪体内的生理变化则相对较
小。表明就脯氨酸含量的变化而言，二者对于低温
的生理反应存在一定差异。由此可见，低温胁迫期
间脯氨酸含量在供试牧草体内有一定的积累，且随
着低温胁迫程度的加深，脯氨酸含量迅速升高。就
脯氨酸含量的变化而言，山野豌豆抵御低温的能力
表 2 电导率百分率变化与可溶性糖含量的差异显著性比较
Table 2 Comparison of significant difference on conductivity change and soluble sugar content of seedling leaves
西北黄芪
Astragalus lenzelianus
山野豌豆 Wcia口mo 口
58．5士4．27bB 510．5士10．20aA 285．3士5．10aA 55．4士2．06aA 340．7士9．66bB 183．6士8．40aA
76．3士2．52aA 383．1士5．00aA 180．0士4．04bA 429．0士13．2bB 596．7土11．43aA 31．7±1．51bB
表 3 低温胁迫下幼苗叶片脯氨酸含量和 SOD活性的变化
Table 3 Effect of low temperature stress on proline content and SOD activity of seedling leaves
表 4 两种牧草幼苗叶片脯氨酸含量和 SOD活性的差异显著性比较
Table 4 Comparison of significant difference on proline content and SOD activity of seedling leaves
西北黄芪
Astragalus fenzelianus
山野豌豆Vicia alaoen~2
230．2士8．40aA 446．9士11．92bB 65．6士2．14bB 46．50士0．01aA 107．45士0．01aA 41．60±0．OlaA
126．4士5．21bB 540．6士10．58aA 182．9士4．63aA 16．31士0．01bB 26．36士0．02bB 8．63士0．01bB
与西北黄芪相似。
2．4低温胁迫下内源保护酶 系的变化
低温逆境下 ，细胞 内 自由基产生和清除的平衡
遭到破坏。SOD是植物对膜脂过氧化的酶促防御
系统中重要的保护酶，SOD在细胞保护酶系统中的
作用是清除超氧自由基 O ，同时产生歧化性产物
H O。，从而使植物抵抗在逆境胁迫下代谢过程产生
的有害物质对细胞的伤害(Prasad，1996；曾韶西等，
1997)。因此，抗氧化酶 SOD活性可以反映植物抵
抗和适应逆境胁迫的能力。
由表 3可以看出，低温胁迫下，两种牧草幼苗叶
片中 SOD活性明显提高，且随低温胁迫程度的加
深，SoD活性逐渐升高。方差分析表明，各温度处
理与对照间差异均达到显著水平。随着低温胁迫程
度的加深，SOD活性缓慢升高 。
由表 4可以看出，在 5℃和一5℃低温胁迫下，
两种牧草的 SOD活性 与对 照相 比均有一定程度的
上升，一5℃低温与 5℃低温处理相比也有一定幅度
的上升，两种牧草间差异显著，说明低温胁迫下，西
北黄芪体内SOD活性升高程度明显大于山野豌豆。
由此可见，低温胁迫下，供试牧草幼苗叶片中
S0D活性均表现出逐渐上升的趋势，且随着低温胁
迫程度的加深，S0D活性缓慢升高。就 SOD活性
的变化而言，山野豌豆抵御低温的能力与西北黄芪
536 广 西 植 物 29卷
相似。
3 讨论
本试验结果表明，在 5℃低温胁迫下 ，山野豌豆
和西北黄芪幼苗生长均表现正常。牧草没有发生叶
黄，叶片渍水等现象，生长态势良好，表明二者对于
5℃低温均有良好的适应能力，说明 5℃低温并没
有影响到植物的外部形态变化。但从各项生理指标
的变化可以看出，植物组织 内部已经发生了一系列
的变化。一5℃低温胁迫 时 ，两种 牧草 叶片冻 害明
显 ，山野豌豆已经无法正常生长，西北黄芪生长能力
弱，此时，植物组织内部生理变化更加显著。
两种牧草的细胞膜系统与对照相比有一定程度
的破坏 ，5℃低温 时，山野豌 豆膜结构受损 ，电解质
已经大量渗出，一5℃时受到胁迫，膜结构受损程度
加剧，虽然电解质继续外渗，但由于体内电解质存留
已经不多，所以在完 全渗 出的情况下，一5℃对 5℃
增幅也不是很大。西北黄芪 5℃时，膜结构受损较
轻，电解质部分渗出，体内还有大量电解质存留，一5
℃时受到胁迫，膜结构受损严重，电解质大量外渗，
所以在大量渗出的情况下，一5℃对 5℃增幅很大。
因此就质膜透性而言，山野豌豆对低温的抵御能力
低于西北黄芪。
根据试验可溶性糖含量的测定结果 ，在 5℃低
温胁迫下，山野豌豆体内可溶性糖含量积累程度极
显著的大于西北黄芪，说明山野豌豆体内生理变化
明显 ，需要迅速积累大量可溶性糖来增 加细胞液浓
度，减缓电解质的大量外渗。降低冰点，抵御低温对
它们的伤害。可能与此时细胞膜已经受到一定损伤
有关。而西北黄芪体内的生理变化则相对较小。可
能是细胞膜受损程度远远小 于山野豌豆 ，故无需调
用大量渗调物质。一5℃低温胁迫下，西北黄芪体内
可溶性糖含量上升幅度极显著的大于山野豌豆，说
明西北黄芪在较低温度下体内仍能迅速的大量积累
可溶性糖来增加细胞液浓度，降低冰点，抵御低温对
它们的伤害。而山野豌豆则相对表现出缓慢积累可
溶性糖的趋势，说明一5℃低温胁迫下，山野豌豆体
内已不能迅速大量的积累可溶性糖来增加细胞液浓
度，增加抗寒能力，说明其~1-5℃低温的适应抵御
能力明显不如西北黄芪。可以看出，山野豌豆对低
温的敏感程度大于西北黄芪，易受低温影响，对低温
的适应能力相对较低。说明二者在抗寒生理上有一
定差异。就可溶性糖含量的变化而言，山野豌豆抵
御低温的能力低于西北黄芪。
脯氨酸在植物渗透调节中起着重要 的作用，脯
氨酸的积累可调节组织的渗透势，降低冰点，对维持
膜 的完整性及提高植物的抗逆性具有重要的意义。
低温胁迫下，脯氨酸含量的显著提高可能是植物对
低温胁迫的一种适应性反应，也可能是植物抗寒力
提高的表现(方芳等，2000)。从本试验结果可知，山
野豌豆在一5℃低 温胁迫下 ，叶面渍水严重 ，出现冻
害，但脯氨酸含量增加却十分显著，证明了山野豌豆
体 内脯氨酸的积累具有滞后性 。从而也从侧面说明
了脯氨酸含量的显著提高更可能是植物对低温胁迫
的一种适应性反应，而不是植物抗寒力提高的表现。
总之，从脯氨酸对低温的敏感程度上看，山野豌豆大
于西北黄芪 ，易受低温影响，对低温的适应能力相对
较低 。因此 ，西北黄芪耐低 温能力强于山野豌豆。
低温对脯氨酸含量的影响在两种牧草中表现不一，
在西北黄芪 中，脯氨酸含量积 累的滞后性表现不是
很明显，其原因有待于进一步研究。
在低温胁迫条件下，供试牧草可诱导 SOD活性
氧清除剂含量的提高 ，避免对植物组织的伤害；在不
同低温胁迫程度下，山野豌豆诱发 SOD活性能力均
显著低于西北黄芪，这可以从两个方面解释。一是
山野豌豆自身抗寒能力强于西北黄芪，不需要诱导
相对多的SOD即可适应低温环境，完成正常生理功
能 ；一是说明山野豌豆 自身抗寒能力弱于西北黄芪，
必须诱导相对多的 s0D活性方能抵御低温环境，完
成正常的生理功能。不论哪一种解释，都说明 S0D
活性与低温胁迫程度有一定的相关性。但是综合电
导率与可溶性糖含量以及植物的外观形态变化，可以
判断供试材料必须通过诱导 SOD活性才能抵御低温
不良环境。而具体诱导SOD活性的多与少则与两种
供试牧草 自身的抗寒能力有关。因此，认为 SOD活
性升高是植物的抗寒能力提高的一种表现。就 SOD
活性而言，西北黄芪抗寒能力大于山野豌豆。
本试验中，低温胁迫下，两种牧草的相对电导
率、可溶性糖含量和脯氨酸含量和SOD活性均呈现
上升趋势，且随着低温胁迫程度的加剧而加剧。说
明低温胁迫下上述生理指标均与植物抗寒性密切相
关。两种牧草对低温胁迫的生理响应机制不同，主
要体现在低温胁迫过程中各项生理指标的变化幅度
差异性上。质膜透性和可溶性糖含量两项指标对低
(下转第 475页 Continue on page 475)
4期 李利强 ：双褶贝母兰的重新发现及其植物地理学意义 475
地区被认为与热带亚洲在植物地理学上有亲密关系
(刘仲健等，2007；Liu等，2008)。因此，麻栗坡发现双
褶贝母兰这一附生兰，为它作为向其东面和北面的中
国一日本森林植物亚区的过渡区提供了一个依据。
另一方面，高黎贡山的许多与热带有关的兰科植物种
类往往可以在麻栗坡找到，而热带亚洲至大洋洲的
属，如毛兰属(Eria)，石斛兰属(Dendrobium)，万代兰
属 (Vanda)，鸟 舌 兰 属 (Ascocentrum)，蜘 蛛 兰 属
(Arachnis)，指甲兰属(Aerides)等，在麻栗坡都有代
表(曾建飞等，2003；陈利君等，2008)，更加证实了这
一 看法。亦即在植物地理学上，它显示了与中国一 日
本森林亚区的密切亲缘性，不仅是热带的北缘 ，也是
亚热带的南缘，是南北交汇的过渡区。正因为该地区
为热带与亚热带的过渡区，其多变的环境因子为双褶
贝母兰花的多个表型性状的产生提供 了可能。麻栗
坡发现双褶贝母兰和它的花的表型性状多样性，为该
物种的系统学、繁殖生态学和遗传多样性的研究提供
了依据。
参考文献：
刘仲健 ，陈利君 ，雷嗣鹏 ，等．2007．疣花三角兰(Trias verruco—
aa)的生殖策略[-j-]．生态学报 ，27(11)：4 46O一4 468
吴征镒．1979．论 中国植物 区系的分 区问题[J]．云南植物研
究 ，1：1—22
吴征镒 ，路安 民，汤 彦承 ，等．2003．中国被 子植物 科属 综论
[M]．北京 ：科学出版社
陈心启．1999．中国植物志[M3．北京：科学出版社，18：360-361
曾建飞 ，霍春雁．2003．云 南植 物志[M]．北京：科学 出版社 ，
14：1O0— 819
Chen LJ(陈利君)，Liu ZJ(刘仲健)．2008．Dendrobium monili—
for／he var．malipoense A new variety of orchidaceae from，China
(麻栗坡石斛，中国兰科一新变种 )EJ3．J Wuhan Bot Res(武
汉植物学研究)，26(4)：357—360
Dingle EJ．2007．Arcoss China on foot[M]．Plain Label Books
Liu ZJ，Chen LJ，Liu KW ， a1．2008．Chenorchis，a orchid genus
and its eco-strategy of ant polination[J]．Acta Ecologica sini—
ca，28(6)：2 433—2 444
Liu 7-3(刘仲健 )，Chen LJ(陈 利君)，Rao wH(饶 文辉)，el a1．
2008．Correlation between numerical dynamics and reproductive
behavior in Cypripedium lentiginosum(长瓣杓兰种群数 量动
态与生殖行为的相关 性)fJ3．Acta Ecol Sin(生态学报)，28：
l11— 121
Rolfe RA 1903．Orchidaceae．In：Forbes F B＆ W B Hemsley，
Enumeration of al the plants known from China proper，Formo—
sa，Hainan，the Co rea．The Luchu Archipelago and the Island of
Hongkong[J]．J Linn Soc Bot，36：5—67
(上接第 536页 Continue from page 536)
温十分敏感，且与植物抗寒能力呈显著正相关关系，
脯氨酸含量和 SOD活性两项指标对低温具有一定敏
感性，但与植物抗寒能力的关系有待于进一步研究。
参考文献：
全国牧草品种审定委员会．1994．中国牧草登记 品种集 (修订
版)[ ．第 1版．北京：中国农业大学出版社，178—179
苏加楷。张文淑，李敏．1993．牧草 高产栽培[M]．第 1版．北
京 ：金盾出版社，5O一5l
陈山．1994，中国草地饲用植 物资源[M]．第 1版．沈 阳：辽 宁
民族出版社．600
汤章城．1984．逆境条件下植物脯氨酸的积 累及其可能的意义
EJ]．植物生理学通讯 ，(1)：15—21
皱琦．2000．《植物生理学》实验指导[M]．第 1版．北京 ：中国
农业出版社 ，8
Fang F(方芳)，Guo SL(郭水良)．2000．Concentration changes of
free proline of two exotic weeds(Veronica)under diferent condi—
tions and their biological significance(不同环境条件下 Veronica
两种外来杂草叶 片游 离脯氨酸 含量变化 及其生物学 意义)
[J]．J Zh~iang Norm Univ(Nat Sci )(浙江师大学报 ·
自然科学版)，23(2)：l9O一192
J Jan Lc(简令成)．1992．Advances of the studias on the mecha—
nism of plant cold hardiness(植物抗寒机理研究 的新进展)[J]．
Chin Bul Bot(植物学通报)，9(3)：17—22
Nichoi ASS，Quinton JC．1989．Hdroxyly radical scavenging activity
of compatible solutes[J]．Phytochemistry，28(4)：1 O57—1 060
Prasad TK．1996，Mechanism of chiling induce doxidative stress
injury and tolerances．changesinanti oxidant system，oxidation of
proteins and lipids and protease activities[J]．Plant，(10)：1 017
— 1 026
Wang HX(王 红 星)，Gu HM(古 红梅 )，Zhou L(周 琳)，et a1．
2003．Relation between the frost resistance and the carbohydrate
content of leaves growing in different period(不同生长时期叶片
中可溶性糖含量与抗寒性关系)[J]．J Zhoukou Teachers Coll
(周 口师范学院学报)，20(5)：51—52
Wang J(王娟)，Li DQ(李德全)．200】．The accumulation of plant
osmoticum and activated oxygen metabolism under stress(逆境
条件下植物体内渗透调节物质的积累与活性氧代谢)EJ]．
Chin Bul Bot(植物学通报)，18(4)：459—465
Zeng SX(曾韶西)，Wang YR(王 以柔)，Li MR(李美茹)．1997．
Co mparison of the changes of membrane protective system in rice
seedlings during enhancement of chiling resistance by different
stress pretreatment(不同胁迫预处理提高水稻幼苗抗冷期间
膜保护系统的变化比较)[J]．Acta Bot Sin(植物学报)，39：
308— 3】4