全 文 ：中国生态农业学报 2011年 5月 第 19卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2011, 19(3): 619−625
* 国家科技部项目(2007BAD52B06, 2008BADB3B07)、农业部行业专项(nyhyzx07-022)和国家现代牧草产业技术体系建设专项资助
** 通讯作者: 师尚礼(1962~), 男, 博士, 教授, 主要研究方向为草种质资源与育种。E-mail: shishl@ gsau.edu.cn
南丽丽(1979~), 女, 讲师, 博士生, 主要从事草种质资源与育种研究。E-mail: nanll@gsau.edu.cn
收稿日期: 2010-08-02 接受日期: 2011-01-19
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00619
不同根型苜蓿根系对低温胁迫的响应及其抗寒性评价*
南丽丽1 师尚礼1** 陈建纲1 朱新强1 郭全恩2 赵文翰1
(1. 甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中美草地畜牧业可持续发展研究中心 兰州 730070;
2. 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所 兰州 730070)
摘 要 为了解不同根型苜蓿在越冬期根系对低温胁迫的响应特征及其抗寒性强弱, 本研究以根茎型“清水”
紫花苜蓿 (Medicago sativa L. cv. “Qingshui”)、根蘖型“甘农 2号”杂花苜蓿(M. varia Martin. cv. “Gannong No. 2”)
和直根型“陇东”紫花苜蓿(M. sativa L. cv. “Longdong”)为材料, 于 2009年 9月 15日、10月 15日、12月 15日, 2010
年 1月 15日、3月 15日在甘肃天水、榆中和武威 3个生态区, 对自然降温、升温过程中苜蓿根系脯氨酸、可
溶性蛋白质、可溶性糖和丙二醛(MDA)含量及过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性 6项生理指标的
动态变化进行监测。结果表明, 在 3 个生态区, 3 类根型苜蓿根系 MDA 含量随气温的变化均呈先升高后降低
再升高的变化趋势; 脯氨酸、可溶性糖含量和 CAT 活性均随气温的下降而增加, 随气温升高而减少; 而可溶
性蛋白质含量和 SOD活性在不同生态区的不同品种间随气温的变化规律不同。应用隶属函数法进行抗寒性综
合评判, 不同根型苜蓿抗寒性强弱顺序为: 根茎型“清水”紫花苜蓿>根蘖型“甘农 2号”杂花苜蓿>直根型“陇东”
紫花苜蓿; 同一品种在不同生态区抗寒性强弱顺序为: 榆中>武威>天水, 与所在地的海拔呈显著正相关。
关键词 苜蓿 根型 生态区 低温胁迫 自然降温 抗寒性 生理指标
中图分类号: Q945.7 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)03-0619-07
Field evaluation of the response and resistance to low temperature of alfalfa
root with different root types during over-wintering
NAN Li-Li1, SHI Shang-Li1, CHEN Jian-Gang1, ZHU Xin-Qiang1, GUO Quan-En2, ZHAO Wen-Han1
(1. Pratacultural College, Gansu Agricultural University; Key Laboratory of Grassland Ecosystem of Ministry of Education; Sino-US
Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Soil Fertilizer and
Agricultural Water-saving, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China)
Abstract Three alfalfa cultivars with different root types (rhizomatous root of Medicago sativa L. cv. “Qingshui”; creeping root of
M. varia Martin. cv. “Gannong No. 2”; and tap root of M. sativa L. cv. “Longdong”) were used to study root adaptability to low
temperatures during a natural temperature increasing-decreasing process in Tianshui, Yuzhong and Wuwei Counties of Gansu
Province. Dynamic variations in proline, soluble protein, soluble sugar and MDA contents, and CAT and SOD activities in the roots
were determined via trace analysis in late fall, winter and spring of the following year. The results showed that variations in root
MDA content increased with decreasing air temperature in late fall and early winter. The trend in MDA content then also sharply
decreased with decreasing air temperature and vice versa with increasing temperature in spring of the following year. Root contents
of proline and soluble sugar, and CAT activity increased with decreasing air temperature and vice versa; the rules of soluble protein
and SOD activity were difference with air temperature change in different ecotopes. Membership function analysis showed the order
of cold-resistance of alfalfa cultivars was as M. sativa L. cv. “Qingshui” with rhizomatous root > M. varia Martin. cv. “Gannong No.
2” with creeping root > M. sativa L. cv. “Longdong” with tap root. The order of alfalfa cold-resistance in relation to the ecotopes was
Yuzhong > Wuwei > Tianshui. Alfalfa cold-resistance and altitude were positively correlated.
Key words Alfalfa, Root type, Ecotope, Low temperature stress, Natural temperature dropping, Cold-resistance, Physical
index
620 中国生态农业学报 2011 第 19卷
(Received Aug. 2, 2010; accepted Jan. 19, 2011)
苜蓿的抗寒性很大程度上取决于根系, 苜蓿根
系可划分为直根型 (tap rooted)、侧根型 (branch
rooted)、根蘖型 (creeping rooted)和根茎型 (rhizo-
matous rooted)4类[1]。直根型苜蓿基因源主要来自于
紫花苜蓿, 侧根型、根蘖型和根茎型苜蓿都不同程
度地具有野生黄花苜蓿的基因 [2], 一般认为其对干
旱、严寒的抵抗力较强。但引种观察表明, 在一些
地区侧根型、根蘖型和根茎型苜蓿并未表现出比直
根型苜蓿更抗寒[3]。造成这种差异的原因是苜蓿抗
寒性既取决于其本身遗传特性, 也受环境因素对代
谢更迭的影响[4]。
低温胁迫下植物可积累更多的脯氨酸[5]、可溶性
蛋白质[6]、可溶性糖等。这些物质的大量积累可降低
细胞水势 , 增强持水力, 且可以缓和细胞外结冰后
细胞失水, 增强膜的稳定性; 也是植物越冬、再生的
能量和物质来源, 与植物抗寒性密切相关[7]。植物的
抗寒性还与植物体内保护酶系统的活性和膜脂过氧
化程度密切相关。抗寒性强的品种保护酶活性高, 对
环境反应快, 抗氧化能力强, 受冻害影响小[8]。
目前, 有关根蘖型、直根型苜蓿抗寒性的差异
及影响因素已有报道 [9−10], 但对不同生态区不同根
型苜蓿抗寒性的研究还鲜见报道。为此, 本研究跟
踪测定了田间自然降温过程中3个生态区不同根型
苜蓿根系的体内渗透调节物质、细胞膜质过氧化和
保护酶活性的变化, 并根据指标测定值的变化趋势,
采用隶属函数法对3个生态区不同根型苜蓿的抗寒
能力进行综合评价, 为不同根型苜蓿在生产中的推
广和应用提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
1.1.1 甘肃天水试验区 位于甘肃省天水市麦积区
中滩镇, 北纬 34°42′, 东经 105°39′, 海拔 1 100 m,
属大陆性半湿润季风气候, 年均气温 11.6 , ℃ 降水
量 427 mm, 蒸发量 1 504 mm, 无霜期 201 d, 沙壤
土。苜蓿播种期为 2009年 4月 23日, 出苗期为 2009
年 5月 1日。
1.1.2 甘肃榆中试验区 位于甘肃省兰州市榆中县
和平镇, 北纬 35°52′, 东经 104°09′, 海拔 1 874 m,
属温带半干旱大陆性气候, 年均气温 9.7 , ℃ 降水量
320 mm, 蒸发量 1 664 mm, 无霜期 177 d, 黑垆土。
苜蓿播种期为 2009年 4月 3日, 出苗期为 2009年 4
月 20日。
1.1.3 甘肃武威试验区 位于甘肃省武威市黄羊镇,
北纬 37°55′, 东经 102°40′, 海拔 1 530 m, 属温带干
旱荒漠气候, 年均气温 7.7 , ℃ 降水量 150 mm, 蒸
发量 2 020 mm, 无霜期 154 d, 灌淤土。苜蓿播种期
为 2009年 4月 13日, 出苗期为 2009年 4月 24日。
3个生态区的土壤化学性状见表 1。
1.2 试验设计
3个生态区均采用完全随机设计, 3个处理, 3次重
复, 9个小区; 播深 2 cm, 行距 30 cm, 小区面积 15.0
m2(3.0 m×5.0 m), 相邻 2小区间隔 0.5 m的保护行, 播
种量 10 kg·hm−2。供试品种根茎型“清水”紫花苜蓿
(Medicago sativa L. cv. “Qingshui”)、根蘖型“甘农 2号”
杂花苜蓿 (M. varia Martin. cv. “Gannong No. 2”)、直根
型“陇东”紫花苜蓿 (M. sativa L. cv. “Longdong”), 其
种子均由甘肃农业大学牧草教研组提供。
1.3 取样和测定方法
分别于 2009 年 9 月 15 日、10 月 15 日、12 月
15日, 2010年 1月 15日、3月 15日在各试验小区随
机挖取供试材料的根系, 测量不同根型苜蓿田间越
冬期各项生理指标的动态变化。酸性茚三酮法测定脯
氨酸(proline, Pro)含量, 考马斯亮蓝 G-250 染色法测
定可溶性蛋白质(soluble protein, SP)含量, 蒽酮比色
法测定可溶性糖(water soluble sugar, WSS)含量, 硫
代巴比妥酸法测定丙二醛(malondialdehyde, MDA)含
量, 高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶(catalase, CAT)
活性 , 氮蓝四唑光化还原法测定超氧化物歧化酶
(superoxide dismutase, SOD)活性[11], 均 3次重复。
表 1 3个生态区的土壤化学性状
Table 1 Chemical characters of soil in three tested ecotopes
生态区
Ecotope
土层深度
Soil depth (cm)
pH
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
速效氮
Available N
(mg·kg−1)
速效磷
Available P
(mg·kg−1)
速效钾
Available K
(mg·kg−1)
0~20 8.62 19.33 5.51 3.15 105.0 15.17 129.96 天水
Tianshui 20~40 8.50 9.07 5.65 3.12 102.2 6.97 244.92
0~20 8.47 13.48 5.37 3.79 74.2 10.93 164.94 榆中
Yuzhong 20~40 8.55 6.92 5.37 3.72 68.6 3.01 109.94
0~20 8.70 10.60 7.07 3.32 88.2 13.24 119.95 武威
Wuwei 20~40 8.67 10.38 5.37 3.03 84.0 9.77 69.94
第 3期 南丽丽等: 不同根型苜蓿根系对低温胁迫的响应及其抗寒性评价 621
1.4 数据统计分析
用 Microsoft excel 处 理 数 据 并 作 图 , 用
SPSS16.0软件进行显著性分析。本试验各指标的量
纲不同, 需对数据进行标准化处理, 其计算公式为:
ii
X X
Z
S
−= (1)
式中, Xi为原变量的第 i个观测值, X 为该变量所有
观测值的平均数, S为标准差。
应用 Fuzzy数学中隶属函数法[12]进行综合评判,
其中, 对与抗寒性呈正相关的脯氨酸、可溶性蛋白
质、可溶性糖、CAT和 SOD参数采用公式(2)计算:
min
max min
ijk
ijk
X X
F
X X
−= − (2)
对与抗寒性呈负相关的 MDA 参数采用公式(3)
计算:
min
max min
1 ijkijk
X X
F
X X
−= − − (3)
式中, Fijk为第 i个品种第 j个温度第 k项指标的隶属
度, Xijk为第 i个品种第 j个温度阶段第 k项指标测定
值, Xmax、Xmin为所有参试材料中第 k项指标的最大
值和最小值。
2 结果与分析
2.1 不同根型苜蓿根系脯氨酸含量的变化
由表 2可见, 甘肃天水、榆中和武威 3个生态区
各根型苜蓿根系脯氨酸(Pro)含量随温度季节变化呈
现先上升后下降的趋势。9~12月, “甘农 2号”在榆中
生态区根系 Pro 含量略有增加, 但增幅不显著, 其余
生态区根系 Pro 含量增幅显著(P<0.05), 其中天水生
态区“甘农 2号”在 12 月份根系 Pro积累到最大含量;
随着寒冷的加剧, 12月到翌年 1月中旬, 天水生态区
“甘农 2号”根系 Pro含量开始迅速下降, 其余根系 Pro
含量持续增加, 且在翌年 1 月积累到最大含量; 1~3
月, 不同生态区各根型苜蓿根系 Pro 含量均下降, 除
“甘农 2 号”杂花苜蓿和“陇东”紫花苜蓿在天水翌年 3
月根系Pro含量显著低于上一年 9月份的含量(P<0.05)
外, 其余均显著高于上一年 9月份的含量(P<0.05)。
2.2 不同根型苜蓿根系可溶性蛋白质含量的变化
由表 3可见, 各根型苜蓿在天水生态区和“甘农
2 号”在武威生态区根系可溶性蛋白质(SP)含量随生
育期温度的变化呈先升高后降低的变化趋势, 各根
型苜蓿在榆中生态区和“清水”紫花苜蓿、“陇东”紫
花苜蓿在武威生态区根系可溶性蛋白质(SP)含量随
生育期延长呈先增加后降低然后再增加的趋势。
9~10月, 除“陇东”紫花苜蓿在武威根系 SP含量增幅
不显著外, 其余苜蓿根系 SP含量在天水和武威显著
增加(P<0.05), 在榆中显著降低(P<0.05); 10~12 月,
“清水”紫花苜蓿和“陇东”紫花苜蓿在武威有所降低,
其余显著增加(P<0.05); 随着低温强度的增加, 12月
到翌年 1 月, 3 个生态区各根型苜蓿根系 SP 含量急
剧增加(P<0.05)并达到最大值; 1 月以后各根型苜蓿
根系 SP含量开始下降, 但所有品种在翌年 3月根系
SP 含量仍显著高于上一年 9 月份(P<0.05)。田间越
冬期间, 根茎型“清水”紫花苜蓿根系 SP含量相对较
高且持续增加, 持续时间较长, 对品种的抗寒及其
生存具有重要生理意义。
表 2 3个生态区不同根型苜蓿根系脯氨酸含量变化
Table 2 Variation in proline content in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes µg·g−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 217.68±0.34e 307.62±0.55c 354.14±0.16b 414.99±0.72a 287.52±0.28d
Ⅱ 225.36±0.46d 358.55±0.60b 360.20±0.80a 273.15±0.67c 178.36±0.19e
天水
Tianshui
Ⅲ 152.30±0.60d 265.34±0.29c 347.61±0.57b 409.32±0.58a 125.30±0.16e
Ⅰ 284.76±0.48e 351.51±0.56d 354.13±0.80c 558.75±1.05a 535.47±1.15b
Ⅱ 359.65±0.60c 360.26±0.50c 361.07±1.32c 574.03±1.25a 554.33±1.31b
榆中
Yuzhong
Ⅲ 326.43±0.44e 357.07±0.71d 366.45±0.40c 576.22±0.55a 556.29±1.19b
Ⅰ 287.58±3.99d 356.95±0.47c 354.58±0.20c 564.67±0.41a 560.35±1.23b
Ⅱ 291.23±0.75e 360.38±0.54d 365.39±0.63c 575.57±0.50a 563.80±1.51b
武威
Wuwei
Ⅲ 331.46±0.56e 360.31±0.45d 371.39±0.45c 599.57±0.70a 583.60±0.99b
Ⅰ: “清水”紫花苜蓿 M. sativa L. cv. “Qingshui”; Ⅱ: “甘农 2号”杂花苜蓿 M. varia Martin. cv. “Gannong No. 2”; Ⅲ: “陇东”苜蓿 M.
sativa L. cv. “Longdong”. 同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05) Different small letters in each row indicate significant difference at 0.05 level.
下同 The same below.
622 中国生态农业学报 2011 第 19卷
2.3 不同根型苜蓿根系可溶性糖含量变化
由表 4可见, 随着秋冬温度的下降, 甘肃天水、榆
中和武威 3 个生态区各根型苜蓿根系可溶性糖(WSS)
含量都普遍升高; 随翌年温度的回升, WSS含量都呈现
降低趋势。9~12 月, 3 个生态区各根型苜蓿根系 WSS
含量缓慢增加; 12月到翌年 1月, 除榆中生态区“甘农 2
号”根系 WSS 含量增加不显著外, 其余均显著增加
(P<0.05)且达到最大值; 1月后, 除榆中生态区“清水”紫
花苜蓿根系 WSS 含量降幅不显著外, 其余均显著降低
(P<0.05)。在整个测试期内, 根茎型“清水”紫花苜蓿在
每一时期根系 WSS 含量的积累不都是最高, 但能以最
少的消耗度过冬季, 证明其具有较好的抗寒能力。
2.4 不同根型苜蓿根系MDA含量的变化
由表 5 可见, 随着秋天气温下降, 甘肃天水、榆
中和武威 3 个生态区各根型苜蓿根系 MDA 含量均在
10 月中旬达到最高; 随气温进一步降低, 各根型苜蓿
根系MDA含量降幅显著(P<0.05), 均于翌年 1月中旬
达到最低; 翌年 3 月, 除武威生态区“清水”紫花苜蓿
和“陇东”紫花苜蓿根系 MDA 含量增幅不显著外, 其
余均显著增加(P<0.05)。
表 3 3个生态区不同根型苜蓿根系可溶性蛋白质含量变化
Table 3 Variation in protein content in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes mg·g−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 11.33±0.21e 20.31±0.15d 29.36±0.29c 91.91±0.53a 72.36±0.53b
Ⅱ 7.53±0.09e 15.07±0.03d 18.43±0.03c 74.11±0.16a 60.15±0.14b
天水 Tianshui
Ⅲ 12.55±0.19e 18.60±0.18d 19.75±0.59c 81.44±0.58a 52.70±0.41b
Ⅰ 36.23±0.80d 27.23±0.12e 38.48±0.53c 99.40±0.58a 91.11±0.41b
Ⅱ 30.24±0.16c 19.95±0.27e 23.30±0.62d 79.21±0.35a 72.72±0.09b
榆中 Yuzhong
Ⅲ 20.20±0.58d 16.65±0.13e 25.11±0.74c 80.79±0.38a 72.16±0.08b
Ⅰ 15.98±0.49e 26.03±0.77c 22.50±0.12d 92.84±0.80a 85.91±0.19b
Ⅱ 12.47±0.13e 19.62±0.66d 21.96±0.43c 94.77±0.51a 74.18±1.76b
武威 Wuwei
Ⅲ 24.02±0.69c 26.25±0.26c 20.20±0.58d 83.59±2.93a 69.97±0.91b
表 4 3个生态区不同根型苜蓿根系可溶性糖含量变化
Table 4 Variation in soluble sugar content in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes mg·g−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 148.71±0.10b 149.60±0.05b 150.58±0.24b 175.49±0.27a 103.48±0.12c
Ⅱ 146.91±0.07c 150.71±0.03b 152.15±0.03b 169.15±0.16a 62.79±0.14d
天水
Tianshui
Ⅲ 137.28±0.01bc 135.78±0.30c 139.63±0.02b 149.81±0.03a 65.53±0.07d
Ⅰ 150.82±0.04b 152.43±0.02b 152.79±0.00b 181.59±0.62a 179.39±0.29a
Ⅱ 152.89±0.03ab 155.18±0.03a 155.23±0.01a 155.65±0.84a 143.36±0.84b
榆中
Yuzhong
Ⅲ 145.89±0.00b 148.78±0.04b 148.75±0.02b 170.21±0.55a 139.50±0.53c
Ⅰ 147.65±0.04d 150.81±0.05d 160.86±0.02c 185.44±0.05a 178.29±0.46b
Ⅱ 150.41±0.01d 151.84±0.00d 153.59±0.02c 183.70±0.02a 173.97±0.21b
武威
Wuwei
Ⅲ 153.15±0.03d 157.19±0.02c 148.50±0.01e 168.18±0.20a 163.38±0.29b
表 5 3个生态区不同根型苜蓿根系 MDA含量变化
Table 5 Variation in MDA content in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes µmol·g−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 49.09±0.14b 61.50±0.33a 40.94±0.29c 12.92±0.17e 31.26±0.16d
Ⅱ 47.11±0.27b 55.29±0.16a 41.92±0.17c 18.85±0.20e 38.09±0.33d
天水
Tianshui
Ⅲ 45.72±0.26b 63.81±0.33a 37.14±0.18c 21.62±0.29e 28.05±0.22d
Ⅰ 18.31±0.69c 30.80±0.25a 21.44±0.43b 12.17±0.14e 14.10±0.21d
Ⅱ 28.42±0.04b 31.98±0.04a 21.73±0.03c 13.50±0.05e 17.18±0.02d
榆中
Yuzhong
Ⅲ 29.15±0.01b 38.58±0.10a 25.86±0.21c 13.67±0.47e 16.85±0.29d
Ⅰ 35.53±0.12b 44.65±0.36a 20.72±0.57c 16.41±0.02d 17.32±0.27d
Ⅱ 46.56±0.23b 51.17±0.49a 25.82±0.90c 16.18±0.06d 24.91±0.07c
武威
Wuwei
Ⅲ 33.97±0.22b 41.54±0.40a 27.57±0.04c 24.92±0.07d 25.84±0.35cd
第 3期 南丽丽等: 不同根型苜蓿根系对低温胁迫的响应及其抗寒性评价 623
2.5 不同根型苜蓿根系 SOD活性的变化
由表 6可知, 9~12月, 除天水生态区“陇东”紫花
苜蓿根系 SOD活性呈先降低后增加的趋势, 其余苜
蓿在甘肃天水、榆中和武威 3个生态区根系 SOD活
性均显著升高, 且在 12 月份达到峰值, 这可能是由
于低温胁迫下植物体内活性氧的产生增多, 植物启
动保护机制使 SOD活性升高, 以防御活性氧伤害。
12月到翌年 1月, 根系 SOD活性均下降, 说明植物
对低温都有一定的耐受范围, 植物体内的保护机制
会受损; 1~3月, 天水生态区“甘农 2号”杂花苜蓿、
武威生态区“清水”紫花苜蓿和“甘农 2 号”杂花苜蓿
根系 SOD 活性有所升高, 天水生态区“陇东”紫花苜
蓿和榆中生态区“清水”紫花苜蓿根系 SOD活性有所
降低, 其余变化不大。
2.6 不同根型苜蓿根系 CAT活性的变化
由表 7可见, 甘肃天水、榆中和武威 3个生态区
各根型苜蓿根系 CAT 活性随气温的变化均呈先升高
后降低的趋势。9~12 月, 各根型苜蓿根系 CAT 活性
普遍升高, 在天水生态区各根型苜蓿根系 CAT 活性
均在12月份达到最高值, 而后降低; 12月中旬到翌年
1月, 榆中和武威生态区各根型苜蓿根系 CAT活性均
在翌年 1月达到最高值, 1月以后显著降低(P<0.05)。
2.7 田间低温胁迫下不同根型苜蓿品种抗寒性综
合评价
植物受到逆境胁迫后, 受多种因素影响, 生理
变化错综复杂[13], 孤立地用某一指标表示这一复杂
的生理过程, 很难真实地反映植物的抗寒性本质[14]。
因此, 采用隶属函数值法对各项指标测定值用模糊
数学隶属度公式进行定量转换, 根据函数值的大小
对不同生态区 3 类根型苜蓿抗寒性进行综合评定,
综合评定值越大, 抗寒性越强, 反之则弱。3个生态
区各根型苜蓿 6 项抗寒指标的综合评判结果见图 1,
不同根型苜蓿抗寒性强弱顺序为: 根茎型“清水”紫
花苜蓿>根蘖型“甘农 2 号”杂花苜蓿>直根型“陇东”
紫花苜蓿; 同一苜蓿品种在不同生态区抗寒性强弱
顺序为榆中>武威>天水。
表 6 3个生态区不同根型苜蓿根系 SOD活性变化
Table 6 Variation in SOD activity in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes U·g−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 5.91±0.16c 6.23±0.14b 7.19±0.09a 5.00±0.21d 4.78±0.22d
Ⅱ 5.33±0.18b 6.11±0.18a 6.23±0.21a 4.77±0.27c 5.39±0.10b
天水
Tianshui
Ⅲ 6.08±0.11a 5.32±0.12c 5.85±0.14b 5.18±0.15c 4.81±0.07d
Ⅰ 5.85±0.06b 6.61±0.26a 6.95±0.18a 5.48±0.34b 3.85±0.22c
Ⅱ 6.37±0.06a 6.43±0.13a 6.57±0.08a 3.84±0.32b 3.89±0.27b
榆中
Yuzhong
Ⅲ 5.72±0.25b 6.27±0.14a 6.30±0.16a 4.60±0.09c 4.50±0.10c
Ⅰ 6.09±0.19b 6.43±0.09a 6.60±0.18a 5.19±0.14d 5.54±0.20c
Ⅱ 6.22±0.15b 6.44±0.13ab 6.53±0.06a 4.59±0.18d 4.94±0.12c
武威
Wuwei
Ⅲ 5.32±0.13b 6.06±0.13a 6.23±0.56a 4.58±0.14c 4.86±0.11bc
表 7 3个生态区不同根型苜蓿根系 CAT活性变化
Table 7 Variation in CAT activity in root of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes mg·g−1·min−1
取样日期(月-日) Sampling date (month-day) 生态区
Ecotype
品种
Cultivar 09-15 10-15 12-15 01-15 03-15
Ⅰ 14.62±0.34e 22.51±0.20c 54.40±0.35a 29.52±0.34b 19.52±0.15d
Ⅱ 28.53±0.31d 40.40±0.28b 55.50±0.44a 33.49±0.26c 16.26±0.00e
天水
Tianshui
Ⅲ 20.81±0.01d 27.42±0.03c 42.52±0.02a 29.26±0.30b 11.44±0.28e
Ⅰ 26.77±0.34c 26.88±0.20c 84.87±0.76b 105.14±1.01a 16.30±0.01d
Ⅱ 39.23±0.03d 44.44±0.03c 76.54±0.01b 87.42±0.84a 24.18±0.84e
榆中
Yuzhong
Ⅲ 33.12±0.69d 36.52±0.08c 43.48±0.26b 48.97±0.85a 6.08±0.03e
Ⅰ 33.57±0.68c 44.12±0.68b 43.42±1.02b 50.28±0.18a 22.91±1.35d
Ⅱ 41.62±1.88e 47.84±0.86d 79.59±2.88b 87.69±1.48a 62.05±1.86c
武威
Wuwei
Ⅲ 22.72±0.30e 31.94±0.68c 46.09±3.05b 51.64±0.60a 26.28±0.67e
624 中国生态农业学报 2011 第 19卷
图 1 3个生态区不同根型苜蓿抗寒性综合评判
Fig. 1 Comprehensive evaluation of cold-resistance of alfalfa cultivars with different root types in three ecotypes
将各项指标隶属度平均值与综合评定值进行相
关分析, 结果表明, 田间越冬期脯氨酸、可溶性蛋白
质、可溶性糖、MDA含量与综合评价值达极显著相
关 , 相关系数分别为 0.862、0.845、0.823、0.954;
SOD、CAT 与综合评定值相关系数为 0.169、0.666,
未达到显著水平。说明在低温胁迫下, 脯氨酸、可
溶性蛋白质、可溶性糖含量越高, MDA含量越少, 抗
寒性越强。用综合评定结果与各生态区地理气候因
子作相关分析, 结果表明综合评定结果与纬度呈正
相关, 相关系数为 0.434, 但不显著; 与经度、年均
气温、年均降水量呈负相关 , 其相关系数分别为
−0.434、−0.584、−0.487, 相关性不显著; 与海拔高
度显著正相关, 相关系数为 0.999。说明各根型苜蓿
抗寒能力随生态区海拔高度的升高而增强, 反映了
各根型苜蓿抗寒能力遗传变异与环境变化的关系。
3 讨论与结论
植物在遭受环境胁迫时, 活性氧会大大增加[15],
MDA 是植物在遭受逆境伤害时细胞膜脂的过氧化
产物,对细胞产生伤害作用。本研究中各根型苜蓿在
3个生态区根系MDA含量均呈现先增加后降低然后
再增加的变化趋势。9月份气温下降, 各根型苜蓿根
部积累了大量的 MDA, 10月份 MDA含量达到最大
值, 翌年 1 月降低到最低值, 这是因为持续低温期
间根系中 Pro、SP 和 WSS 都不同程度地主动积累,
从而提高植物细胞的渗透调节能力[16], 有效防止了
活性氧对膜脂和蛋白质的过氧化作用; 另外, SOD、
CAT 是酶促防御系统的重要保护酶类, 其活力在抗
寒锻炼后持续升高并协同作用及时清除了体内活性
氧和自由基, 对细胞起到保护作用。翌年 1~3月, 由
于低温保护物质 Pro、SP和 WSS逐渐减少及保护酶
SOD和 CAT活性减弱, MDA含量又开始逐渐升高。
相关分析得出, 低温胁迫下脯氨酸、可溶性蛋
白质、可溶性糖、MDA含量与综合评价值极显著正
相关, 说明这几项指标可作为各根型苜蓿抗寒性鉴
定指标, 其他作为参考指标, 来综合评价其抗寒性。
不同生态区的光照、温度、水分、营养条件、土壤
物理状况及其他生态因子对根系的生长均有不同程
度的影响, 相关分析表明, 各根型苜蓿抗寒能力随
着不同生态区海拔高度的升高而增强, 这是各根型
苜蓿对各生态区综合生态因子变化的遗传适应。
植物的抗寒性是受其生理生化特征综合作用的
遗传表现, 因此, 单一抗寒指标难于判断植物对寒
冷的综合适应能力[12], 隶属函数分析提供了一条在
多指标测定基础上对苜蓿抗寒性进行综合评价的途
径。本研究运用隶属函数法对 3 个生态区各根型苜
蓿根系 Pro、WSS、SP、MDA、CAT及 SOD 6个生
理指标进行综合分析, 得出其抗寒性顺序为根茎型
“清水”紫花苜蓿>根蘖型“甘农 2 号”杂花苜蓿>直根
型“陇东”紫花苜蓿, 这与洪绂曾[17]、梁慧敏等[9]试验
结论一致, 说明分枝型根系比单个直根能更好地忍
受冻拔现象。
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