全 文 ：水分胁迫下豆科牧草的生理生化变化
倪　郁1 ,郭彦军2＊ ,吕　俊1 ,张家骅2
(1.西南农业大学农学系;2.西南农业大学动物科技学院;重庆　400716)
　　摘　要:试验在温室条件下 , 分别于 5 月 、8 月采用盆栽控水研究了 3 种豆科牧草(5 个品种)在水分胁迫下的一些生理
生化变化 , 包括叶片相对含水量 、细胞膜透性 、游离脯氨酸 、可溶性糖和 SOD酶活性的变化。结果表明:紫花苜蓿 Eureka和
Defi两个品种在供试牧草中是最抗旱的 ,且前者更强;百脉根和白三叶两个品种(Huia 和 Revendel)因鉴定时期不同而有所
差异 , 5 月份白三叶两个品种强于百脉根 ,而 8 月份随着百脉根生长速度的加快 , 其抗旱性强于白三叶品种。 其中 Huia 的
抗旱性要强于 Revendel。
关　键　词:豆科牧草;抗旱性;生理生化指标
中图分类号:Q945　　　文献标识码:A　　　文章编号:0564-3945(2004)03-0275-04
　　重庆地处四川盆地的东南缘 ,是三峡库区的腹地。
随着库区生态环境建设工作的逐步开展 ,人工草地在
库区沿江地带的分布面积不断扩大 ,草地畜牧业经济
发展较为迅速。而豆科牧草因其优良的品质和水土保
持效果 ,成了重点引进推广的对象。但因草种都是冷
地型品种 ,基本上来源于北方或国外 ,在重庆的适应性
差异较大。尤其是对春旱和伏旱比较敏感 ,在生产中
造成一定损失。其中土壤水分胁迫是制约大面积推广
豆科牧草的直接原因 。为此 ,我们于 2002年 3月 1日
至2002年 8月 28 日开展了本次试验 ,旨在比较分析
豆科牧草品种在水分胁迫下的抗旱生理生化指标变化
及其抗旱性大小 ,为生产上选择适宜豆科牧草品种提
供理论依据。
1　材料与方法
1.1　气候条件
重庆地区年平均气温 18.6℃, 1 月平均气温
7.4℃,绝对最低气温-1.8℃, 5 月平均气温 21℃, 8
月平均气温 28℃,最高温度达 35℃以上 ,并可持续到
10月初才结束。年平均降雨量 1239mm ,但各季分布
不均。春旱和伏旱天气较为明显 。夏季高温高湿 ,冬
季低温高湿 ,病虫害严重。日照时数 1140小时 ,无霜
期 300天以上。
1.2　供试材料
供试材料为 3 种多年生豆科牧草 , (A)白三叶
(Huia);(B)白三叶(Revendel);(C)紫花苜蓿
(Eureka)、(D)紫花苜蓿(Defi);(E)百脉根(南方型)。
1.3　盆栽胁迫干旱试验
以酸性紫色田土为基土 ,取 30个大型花盆(上直
径为 32cm 、下直径为 23cm 、高为 25cm),每盆装晒干
田土与腐熟鸡粪混合土 15kg(田土 13 kg:鸡粪 2 kg)
(pH6.8)。土壤基本性质:有机质含量 18.9 g kg-1 、
全氮(N)1.24 g kg-1 、全磷(P2O5)0.79 g kg-1 、全钾
(K2O)18.5 g kg -1 。于 2002年 3月 2 日将各品种分
别接种处理(取少许田间有豆科牧草根瘤菌的土样)
后 ,按其栽培技术进行播种 ,并浇足水分 。每个品种分
成对照和处理两组 ,每个设 3个重复。在大棚内培养 ,
以称重法控制水分 ,保持土壤水分含量在 20%左右
(田间持水量的 78%),出苗 1 个月后进行间苗 ,每盆
留10株 。于 5月 1 日和 8 月 11 日控制水分 ,处理组
停止浇水 ,使其自然干旱 ,对照组正常浇水。试验处理
期间各盆牧草没有死亡现象。
1.4　生理生化测定
分别在干旱胁迫 0d 、5d 、10d 、15d ,取其具有特征
性的功能叶片进行生理生化指标测定。每次各品种取
2个样 ,每个样重复 3次。
叶片相对含水量测定方法[ 1] :叶片相对含水量=
[(鲜重-烘干重)/(饱和重-干重)] ×100%。鲜重为
新鲜叶片重量(g);烘干重为 85℃24h重量;饱和重为
叶片在水中浸泡 20分钟 ,吸干表面水分后测得的重量
(g)。
超氧化化物歧化酶活性(SOD酶)的测定[ 2] :利用
SOD抑制氮蓝四唑(NBT)在荧光下的还原作用 。3ml
反应混合液中含有:20uM 核黄素 , 1300mM 甲硫氨
收稿日期:2003-03-26;修订日期:2003-05-30
基金项目:基金项目:国家十五重大专项“三峡库区生态环境安全及生态经济系统重建关键技术研究与示范”(2001BA604A03)
作者简介:倪　郁(1975-),女 ,内蒙赤峰人 ,硕士 ,讲师,主要从事植物生理生化的教学与科研工作。 E-mail:nmniyu@163.net
＊通讯联系人。
第 35 卷第 3 期
2004 年 6 月 　　　　　　　　　　　　 土　壤　通　报Chinese Journal of Soil Science　　　　　　　　　　　　Vol.35 , No.3Jun., 2004
酸 ,750uM NBT , 0.05M pH7.8 磷酸缓冲液 。加入适
量酶液后在 4000lux 荧光下光照 15分钟 ,并在 560nm
下测定光密度 ,以缓冲液代替酶液作空白。
细胞膜透性的测定采用电导仪法[ 2] :将叶片洗
净 ,放入大试管中 ,加去离子水 20ml ,平衡 20分钟 ,期
间不断摇动 ,然后通过电导仪测定外液电导率的变化
即可反应出质膜受害程度和植物抗性的强弱 。
游离脯氨酸含量(茚三酮显色法)[ 3] :用磺基水杨
酸溶液处理叶片 ,使脯氨酸溶于其中 ,加酸性茚三酮显
色 ,于 520nm波长下进行比色测定 。
可溶性糖含量(蒽酮定糖法)[ 1] :将叶片研磨成匀
浆 ,定容 100ml ,室温下放置 40 分钟(经常摇动),过
滤;滤液加入蒽酮试剂显色。于 620nm 波长下比色测
定。
2　结果与分析
2.1　干旱胁迫对 3种豆科牧草叶片水分状况的影响
在干旱胁迫下 ,植物首先表现出来的是体内含水
量的下降。相对含水量(RWC)是反映植物水分状况
的参数 ,可部分地反应植物抗旱性的强弱[ 4] 。3种豆
科牧草在干旱胁迫下的 RWC 的变化如表 1 、2 所示。
随着干旱胁迫加剧 , 3 个豆科牧草品种的 RWC 都下
降 ,但下降幅度存在明显的品种间差异 。苜蓿两个品
种在干旱处理过程中 RWC 下降缓慢 ,其值始终高于
其它品种 ,在 5月和 8月都表现出同样的规律 。因此 ,
从豆科牧草的叶片保水能力可以看出 ,苜蓿两个品种
保水力最强 ,百脉根次之 ,白三叶两个品种居后。
表 1　5 月份水分胁迫下叶片相对含水量(%)的变化
Table 1　Changes of RWC(%)in leaf of dif ferent legumes in May under
w ater st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 0.91 cd CD 0.89 de DE 0.79 h H 0.61 i I
B 0.89 de DE 0.88 e E 0.78 h H 0.59 i I
C 0.95 a A 0.95 a A 0.92 bc BC 0.84 fg FG
D 0.94 ab AB 0.92 bc BC 0.85 f F 0.83 fg FG
E 0.93 abc ABC 0.93 abc ABC 0.82 g G 0.78 g H
注:小写字母表示在 p<0.05水平上差异显著;大写字母表示在 p<
0.01水平上。以下各表同。
2.2　干旱胁迫下 3种豆科牧草细胞膜透性的变化
随干旱胁迫程度的增加 , 3种豆科牧草的细胞膜
透性增加 。整个干旱处理过程中各品种细胞膜透性增
加如表 3 、4所示 。苜蓿两个品种膜透性增加比较平
缓 ,干旱胁迫下细胞电解质外渗量少 ,细胞膜稳定性
高 ,因此 ,其抵御干旱损伤的能力较强。各品种细胞膜
稳定性依次为紫花苜蓿 Eureka>紫花苜蓿 Defi>百脉
根>白三叶 Huia>白三叶 Revendel ,在 5 月份和 8月
份表现出同样的规律 。
表 2　8 月份水分胁迫下叶片相对含水量(%)的变化
Table 2　Changes of RWC(%)in leaf of di fferent legumes in August under
w ater st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 0.87 bc ABC 0.84 de C 0.70 i GH 0.62 jk I
B 0.87 bc ABC 0.84 de C 0.68 i H 0.58 k J
C 0.89 ab AB 0.86 cd BC 0.80 fg E 0.75 h F
D 0.90 a A 0.87 bc ABC 0.82 ef DE 0.73 h FG
E 0.90 a A 0.87 bc ABC 0.79 g E 0.64 j I
表 3　5 月份水分胁迫下叶片细胞膜透性(%)变化
Table 3　Changes of relative cell membrane permeability(%)in leaf of
dif ferent legumes in May under water st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 5.6 n M 6.8 k K 10.6 j J 32.8 b B
B 5.21 o NO 5.45 no MN 12.65 g G 39.4 a A
C 5.98 m L 6.15 l L 11.00 i I 22.3 e E
D 5.17 o NO 6.05 lm L 12.1 h H 26.0 d D
E 3.80 q P 4.95 p O 14.45 f F 26.5 c C
表 4　8 月份水分胁迫下叶片细胞膜透性(%)变化
Table 4　Changes of relative cell membrane permeability(%)in leaf of
dif ferent legumes in August under w ater stress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 2.15 gh GH 2.53 f F 3.33 d D 4.64 b B
B 1.39 l JK 2.13 gh GH 3.69 c C 5.97 a A
C 1.25 m K 1.56 k I 1.95 i H 2.25 g G
D 1.23 m K 1.71 k I 2.00 hi H 2.67 f F
E 1.50 kl J 1.74 jk I 1.95 i H 2.91 e E
2.3　干旱胁迫下几种豆科牧草的脯氨酸积累变化
研究表明 ,脯氨酸(Pro)积累能力应包括 Pro维持
积累量和维持积累时间。一般而言 ,抗旱性强的植物
Pro 维持积累时间长 ,维持积累量也较大[ 5] 。在 5月
份和 8月份 ,干旱迫使 5种豆科牧草的游离 Pro 均发
生了显著的积累 ,但积累量及变动模式因种的抗旱性
和胁迫程度的不同而不同(表 5 、6)。5 月份干旱处理
初期 ,各豆科牧草 Pro 含量增加平缓 ,中后期 , Pro 累
积量与对照相比成倍增加 。苜蓿两个品种在干旱胁迫
第15天时的 Pro积累量与初期相比分别增加了650%
和 427%,其它豆科牧草的游离 Pro 含量变幅为 85%
276 土　壤　通　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　35卷
左右。8月份苜蓿两个品种和百脉根在整个干旱胁迫
过程中 Pro一直上升 ,而白三叶两个品种在干旱处理
后期开始下降。游离 Pro 在两个时期干旱处理末期的
积累量大小依次为:Eureka>Defi>Huia>Revendel>
百脉根。
表 5　5 月份水分胁迫下叶片游离脯氨酸含量(mg g-1 FW)的
变化
Table 5　Changes of f ree proline content(mg g -1 FW)in leaf of dif ferent
legumes in May under w ater stress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 0.0465 q P 0.1045 l L 0.2741 e E 0.2913 c C
B 0.0477 p P 0.0556 o O 0.1806 I I 0.2704 f F
C 0.0831 n N 0.0901 m M 0.2766 d D 0.6238 a A
D 0.1127 k K 0.1314 j J 0.2567 g G 0.5937 b B
E 0.0245 t S 0.0283 s R 0.0311 r Q 0.1826 h H
表 6　8 月份水分胁迫下叶片游离脯氨酸含量(mg g-1 FW)的
变化
Table 6　Changes of f ree proline content(mg g -1 FW)in leaf of dif ferent
legumes in August under w ater st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 0.0521 n N 0.1590 e E 0.1442 f F 0.1056 h H
B 0.0598 k K 0.1319 g G 0.0572 l L 0.0478 o O
C 0.0557 m M 0.0790 j J 0.5138 c C 1.0040 a A
D 0.0603 k K 0.0885 i I 0.4891 d D 0.8812 b B
E 0.0270 r R 0.0286 q Q 0.0302 p P 0.0474 o O
2.4　干旱胁迫下可溶性糖含量的变化
可溶性糖在干旱胁迫时可作为渗透调节物质而维
持细胞膨压 , 因此被认为是对干旱忍耐的适应物
质[ 6] 。从表 7 、8可以看到 ,胁迫环境下的 3 种豆科牧
草可溶性糖含量显著增加 。5月份均呈上升趋势 ,干
旱处理后期大量积累;8 月份白三叶两个品种在干旱
处理后期下降。8月份可溶性糖含量在处理结束时的
积累量大小依次为 Eureka>Defi>百脉根>Huia>
Revendel。
2.5　干旱胁迫下 SOD酶活性的变化
SOD是细胞膜系统的重要保护酶之一 ,它具有消
除自由基 、降低膜脂过氧化及维持细胞膜稳定性的功
能[ 7] 。由表 9 、10可知 ,经水分胁迫后 SOD活性都有
不同程度提高 ,苜蓿两个品种在 5月份与 8月份 SOD
活性均显著升高 ,其它品种在 5 月份干旱处理末期
SOD显著下降 。8 月份干旱处理末期 SOD 活性大小
均为:Eureka>Defi>百脉根>Huia>Revendel。
表 7　5 月份水分胁迫下叶片可溶性糖含量(mg g -1 FW)的变
化
Table 7　Changes of soluble sugar content(mg g -1 FW)in leaf of dif ferent
legumes in May under w ater stress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 8.5 i H 9.3 gh FGH 12.2de CDE 15.7b B
B 8.5 i H 8.9 h GH 9.2gh FGH 13.5cd C
C 10.2 fgh EFGH 12.6 cd CD 16.9b AB 18.6a A
D 8.5 i H 13.6 c C 16.8b AB 17.0b AB
E 10.2 fgh EFGH 10.6 fg EFG 11.0ef DEF 11.3ef DE
表 8　8 月份水分胁迫下叶片可溶性糖含量(mg g -1 FW)的变
化
Table 8　Changes of soluble sugar content(mg g -1 FW)in leaf of dif ferent
legumes in August under w ater st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 1.62 n M 1.74 m L 2.24 h G 2.17 i H
B 1.88 l K 2.03 j I 2.25 h G 1.96 k J
C 1.88 l K 2.56 f E 3.74 b B 3.86 a A
D 2.53 f E 2.54 f E 2.82 d D 2.93 c C
E 2.23 h GH 2.26 h G 2.44 g F 2.76 e D
表 9　5 月份水分胁迫下叶片 SOD 酶活性(unit g-1 FW)的变
化
Table 9　Changes of SOD(unit g -1 FW)in leaf of dif ferent legumes in
May under water st ress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 292.77 j J 346.38 d D 306.98 h H 225.12 p P
B 298.72 i I 344.68 e E 333.02 f F 204.32 r R
C 244.26 n N 245.58 m M 369.50 c C 621.54 a A
D 228.84 o O 255.32 l L 325.11 g G 568.21 b B
E 217.87 q Q 369.59 c C 256.38 k K 107.91 s S
表 10　8月份水分胁迫下叶片 SOD酶活性(unit g-1 FW)的变
化
Table10 Changes of SOD(unit g -1 FW) in leaf of di ff erent legumes in
August under w ater stress
品种
Variety
0d 5d 10d 15d
A 350.26 r R 440.06 o O 465.27 l L 706.49 d D
B 280.36 t T 395.60 p P 588.32 i I 685.85 e E
C 443.22 m M 565.37 j J 612.03 h H 762.60 a A
D 367.26 q Q 442.35 n N 555.76 k K 733.58 b B
E 324.30 s S 654.03 g G 668.24 f F 710.36 c C
3　结论与讨论
从本文研究结果看 ,土壤水分胁迫对几种牧草生
2773 期　　　　　　　　　　　　　　　倪　郁等:水分胁迫下豆科牧草的生理生化变化
长发育有不利的影响 ,而受影响的程度随牧草品种和
生长阶段不同而有别 。紫花苜蓿两个品种在供试牧草
中是最抗旱的 ,其中 Eureka 强于 Defi;其它三个品种
因鉴定时期不同而有所差异 。根据相对含水量
(RWC)、质膜透性以及 8月份的 Pro 、可溶性糖和SOD
的测定结果 ,百脉根强于白三叶两个品种 。其中白三
叶品种间 ,Huia的抗旱性强于 Revendel。而根据 5月
份 Pro 、可溶性糖和 SOD鉴定的结果为白三叶两个品
种较强于百脉根 。这种差异可能是由于不同豆科牧草
早期的生长发育速度不一致所致。特别是百脉根早期
较白三叶生长缓慢 ,但后期其生长速度增加较快 ,可溶
性糖的积累量和 SOD酶活性高于白三叶两个品种;8
月份干旱末期的 Pro 含量虽然低于白三叶品种 ,但一
直在上升 ,而白三叶品种在干旱后期积累量逐渐减少。
当然 ,植物在干旱胁迫下的各种生理生化变化受
个体发育水平和环境因子的共同调节 ,可溶性糖和游
离脯氨酸均具有渗透调节作用 ,但因品种间和品种内
差别而存在调节程度的差别[ 8] 。在实践中对牧草抗
旱性的测定 ,要采用两种或两种以上方法对照进行 ,其
所测结果可相互参考 ,并结合其田间表现 , 将更准
确[ 9] 。
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Physiological—biological Changes of Legumes under Drought Stress
N I Yu
1 ,GUO Yan-jun2 ,LV Jun1 ,ZHANG Jia-hua2
(1.Agr icu ltural Science Depar tment , Southwest Agricul tural Universi ty , Chongqing 400716;
2.A nima l S cience Department , Southwest Agricultural Un iversity , Chongqing 400716)
Abstract:The physiological-biochemical changes of three legume varieties w ere determined in M ay and August
under drought st ress in a green house.The results showed that tw o M edicago sativa varieties(Eureka and Defi)were
the best in drought resistance among allselected varieties and the Eureka w as bet ter than the Def i.The drought
resistance betw een Lotus co rniculatus and two trifolium repens (Huia and Revendel)was dif ferent in M ay and
August.T .repens w as better than L.corniculatus in M ay , while they show ed opposite in August because of the rapid
g row th of L.corniculatus in the late period.The Huia was bet ter than the Revendel.
Keywords:Legumes;Drought resistance;Physiological-Biological index
278 土　壤　通　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　35卷