全 文 ：西北农业学报　2010 , 19(4):91-95
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis S inica
5种引进禾本科牧草抗旱性与抗寒性比较①
杨顺强1 ,杨改河2 ,任广鑫2 ,王　磊1 ,吴银梅1 ,陈屏昭3
(1.昭通师范高等专科学校 化学系 ,云南昭通　657000;2.西北农林科技大学 农学院 ,陕西杨凌　712100;
3.昭通师范高等专科学校 教务处 ,云南昭通　657000)
摘　要:以引自美国的禾本科牧草高山早熟禾(Poa aalpine)、俄罗斯野麦(Elymus junceus)、无芒冰草
(Agrop y ron inerme)等 5 个草种为研究材料 ,分别通过人工控制水分和温度胁迫处理后测定其脯氨酸 、可溶
性蛋白质 、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性。结果表明 , 脯氨酸和可溶性蛋白质含量在水分
胁迫下随胁迫加剧而持续增加 , 温度胁迫下先增加后降低;SOD活性在水分胁迫下持续增加 , 温度胁迫下呈
增加-降低-增加的变化趋势;MDA 含量在水分胁迫下持续增加 , 温度胁迫下仅高山早熟禾增加显著(P<
0.05), 其余草种变化均不显著。运用隶属函数法综合评价各牧草的抗旱性和抗寒性 ,得出其抗旱性强弱顺序
为俄罗斯野麦>高山早熟禾>爱达荷冰草(Golda r)>爱达荷冰草(Secar)>无芒冰草;抗寒性强弱顺序为高
山早熟禾>俄罗斯野麦>爱达荷冰草(Seca r)>无芒冰草>爱达荷冰草(Go ldar)。
关键词:禾本科牧草;抗旱性;抗寒性;综合评价
中图分类号:Q945.79;S688.4 　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1004-1389(2010)04-0091-05
A comparative Study on Drought Resistance and Frost
Resistance of Five Kinds of Introduced Grasses
YANG Shunqiang
1 ,YANG Gaihe2 ,REN Guang xin2 ,
WANG Lei1 ,WU Yinmei1 and CH EN Ping zhao3
(1.Chemist ry Department of Zh ao-t ong T eacher s College , Zh aotong Yunnan　657000 , China;2.Northw est A&F
University , College of Agronomy , Yangling Shaanxi 　712100 , China;3.Educational Administ ration
Departm ent of Zh ao-t ong Teacher s College , Zhaotong Yunnan　657000 , Chin a)
Abstract:U sing Poa aalpine , E lymus junceus , Agropy ron inerme , Agropyron inerme(Secar)and
Agropy ron inerme(Goldar)as experimental materials , the dynamic variat ion o f proline , soluble pro-
tein ,malonaldehyde (MDA)and supero xide dismutase (SOD)in the different g rass species w ere in-
vestigated in different g row th phases t reatments under w ater and tempe rature st ress condi tion.The
results indicated that fo r all the materials , the varia tions o f proline and soluble pro tein content contin-
ually increased wi th aggravated w ater st ress , increasing fi rstly and then decreasing w ith temperature
st ress the variat ions of SOD content continual ly increased w ith w ate r st ress and assumes the change
tendency of increase- reduce-increase appeard under temperature-control led condit ion;the variations o f
MDA content continually increased w i th wa ter stress , only in Poa aalpine MDA content increased ob-
viously under temperature-controlled condition and the o thers the change w as no t remarkable.A t
last , using fuzzy mathematics method , the drought resistance ability o f those g ramineous grass species
w as evaluated as E lymus junceus >Poa aalpine >Agropy ron inerme(Goldar)>Agropy ron inerme
(Secar)>Agropy ron inerme , the cold resistance abili ty of tho se gramineous g rass species w as evalua-
①收稿日期:2009-11-05　　修回日期:2009-12-12
基金项目:国家林业局 948项目(2006-4-11);昭通师范高等专科学校第三批校级课题(XJKZ0901);西北农林科技大学人才基金
(01140512)。
作者简介:杨顺强(1980-),男 ,汉族 ,四川雷波人 ,主要从事植物资源开发与利用研究。 E-mail:ysq6666@163.com
ted as Poa aalp ine >E lymus j unceus>Agropy ron inerme(Seca r)>Agropy ron inerme >Agropy ron
inerme(Goldar).
Key words:Fo rage g rass;Drought- resistance;Cold-resistance;Synthetic evaluation
　　温度和水分是影响植物生长和发育的主要环
境因子 ,植物在生长 、发育过程中经常会受到缺
水 、低温的胁迫伤害。为此 ,人们对植物的抗旱性
和抗寒性做了大量的研究 ,但这些研究主要集中
在水分或温度胁迫下植物渗透调节物质 、保护酶 、
膜质过氧化程度等生理生化指标的变化与植物抗
旱性[ 1-4] 或抗寒性[ 5-8] 的关系上 ,而同时针对植物
地上部分和地下部分生理生化指标的动态变化与
植物的抗旱性和抗寒性的综合比较研究报道较
少[ 9] ,本研究以 5种从美国引进的禾本科牧草为
材料 ,分别在水分和温度胁迫处理下测定各草种
叶片和根系中的脯氨酸 、可溶性蛋白质 、丙二醛含
量和 SOD活性的动态变化来鉴定各草种的抗旱
性和抗寒性。以期为牧草的引种筛选及抗旱性和
抗寒性的综合评判提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1　试验材料及处理
以美国引进的高山早熟禾(Poa aalpine)、俄
罗斯野麦(Elymus j unceus)、无芒冰草(Agrop y-
ron inerme)、爱达荷冰草(Agropy ron inerme)(品
种名Seca r)、爱达荷冰草(Agrop yron inerme)(品
种名Go ldar)5 种禾本科牧草为材料(为便于叙
述 ,将上述草种依次编号为 Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、Ⅴ)。取
当地大田表土(红油土最大田间持水量为 21%～
23%,萎蔫系数为 8.4%～ 8.8%[ 10]),装于直径
28 cm ,深 23 cm 的塑料花盆内 ,每盆装土 5 kg ,
2007-03-22播种 ,置西北农林科技大学农作一站
温室大棚内常规培养。2007-06-26 分别进行水
分 、温度胁迫处理 。
水分采用盆栽称质量法控制 ,每隔 1 d 称量
一次 。试验设 CK1.正常供水(80%～ 85%);
SWS.轻微胁迫(Slight w ater stress , 65% ～
70%);NWS.中度胁迫(Moderate w ater st ress ,
55%～ 60%);HWS.严重胁迫(Heavy w ater
st ress ,40%～ 45%)4个处理 ,水分按占田间最大
持水量的百分比计 。
温度采用 ZPQ-280D智能气候箱和低温冰箱
人工控温。处理包括 CK2.白天(7:00—19:00),
光照 12 300 lx , 温度 25℃, 湿度 60%;夜间
(19:00 —7:00),光照 0 ,温度 20℃,湿度 75%,处
理 24 h 。CH .抗寒锻炼(Co ld hardening),采用逐
步降温法 ,白天温度分别为 20 、15 、10 、5 、2℃,相
对应的晚间温度分别为 15 、10 、5 、5 、2℃,各处理
24 h;CT .冷冻处理(Cold t reatment),将 CH 处
理后的材料转入 -10℃冰箱内冷冻处理 24 h 。
TG.返青处理(Turning green),将 CT 后的材料
按 CH 降温的相反顺序依次升温 ,然后在 CK2条
件下培养 15 d ,以上各处理均从各草种中随机选
取 3盆进行处理。
1.2　测定项目及方法
2009-06-27-07-23取样测定 ,达到所设处理
要求后 ,水分胁迫取叶片样 ,温度胁迫取根样 ,为
保证冷冻处理后所取根样为活体植株的根样 ,采
用 TTC 法对各植株根系活力进行鉴定 ,以此筛
选活植株取样。脯氨酸含量采用磺基水杨酸
法[ 1 1] ;可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝 G-205
染色法测定[ 12] ;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴
比妥酸(TBA)比色法测定[ 13] 。SOD活性采用氮
蓝四唑(N BT)法测定[ 11] ,以反应抑制氮蓝四唑
(NBT)光氧化还原 50%的酶量为一个酶活力单
位 。
1.3　抗旱 、抗寒性综合评价
采用模糊数学的隶属(反隶属)函数法[ 14-15] 对
各草种的抗旱性和抗寒性进行综合分评判 。具体
计算标准如下:
①与抗逆性成正相关的指标
U(ijk)=X(ijk)-X jmin
X jmax -X jmin (1)
②与抗逆性成负相关的指标
U(ijk)=1- X ij -X kmin
X kmax -X kmin (2)
③抗逆性的隶属值
X i=1
n
∑n
i =1U(ijk) (3)
式中U(ijk)为第 i个草种第 k 个处理下第 j 项
指标的隶属度;X(ijk)为 i草品种 j 性状第 k 处理
下的测定值;X jmin ,X jmax为所有参试草种中第 j 项
指标的最大值和最小值; X i 为 i 品种的抗逆性隶
属值 , X i 越大则抗逆性越强。
·92· 西　北　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　19 卷
1.4　数据处理
所得试验数据用 SAS 统计软件进行数学统
计分析 ,多重比较采用 Duncan法 。
2　结果与分析
2.1　不同处理脯氨酸含量变化
水分胁迫下 ,各草种叶片中脯氨酸含量随胁
迫的加剧而持续增加 ,其含量和增幅因品种而异 ,
其中Ⅳ草种增幅最大 ,增加了 78倍 , Ⅰ草种增幅
最小 ,仅增加了 10倍 。低温处理后 ,各草种根系
中脯氨酸含量随处理变化呈先升高后降低的变化
趋势 , Ⅰ草种在 CH 后积累到最大含量 ,而后持续
降低;其余草种在 CT 后积累到最大含量 , TG 后
降低 ,但所有草种在返青后根系中的脯氨酸含量
仍显著高于 CK2的含量(P<0.05)(图 1)。低温
处理下各草种根系中脯氨酸含量整体高于水分处
理下各草种叶片中的含量 ,但其增幅小于水分处
理的 ,增加最多者(Ⅲ)仅增加了 5.36倍。
不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著 ,表 2 、3 、4与此相同
Different small let ter m eans signif icant dif f erence at P<0.05, it was the same in f ig 2 , 3 and 4.
图 1　不同处理对脯氨酸含量的影响
Fig.1　 Proline content under dif ferent treatments
2.2　不同处理可溶性蛋白质含量变化
水分胁迫下 ,各草种叶片中可溶性蛋白质的
含量随胁迫加剧而持续增加 ,仅 Ⅱ草种在 MWS
和 HWS 间差异不显著 ,其余处理间差异显著(P
<0.05)。低温胁迫下 ,各草种根系中可溶性蛋白
质的含量变化差异性较大 ,CH 后 , Ⅰ 、Ⅲ 、Ⅴ略有
增加 ,增幅不显著 , Ⅱ 、Ⅳ增幅显著(P <0.05);
CT 后 , Ⅰ增幅显著 , Ⅱ 、Ⅳ降幅显著 , Ⅲ 、Ⅴ变化
不显著;TG 后 ,除 Ⅲ略有增加外 ,其余均降低 ,但
仅 Ⅰ降幅显著 ,其中 Ⅲ 、Ⅴ在整个过程中变化平
缓 ,变化差异均不显著(P>0.05)(图 2)。
图 2　不同处理对可溶性蛋白质含量的影响
Fig.2　Soluble protein content under different treatments
2.3　不同处理丙二醛(MDA)含量变化
由图 3 可见 , 水分胁迫下 , 各草种叶片中
MDA 含量随胁迫加剧而持续增加 ,且各处理间
差异显著(P <0.05)。温度胁迫下 ,仅 Ⅰ草种根
系中 MDA含量随处理变化持续增加 ,在 TG 后
增加到最大含量 ,增幅达显著水平(P <0.05),但
·93·4 期　　　　　　　　　　　　　杨顺强等:5种引进禾本科牧草抗旱性与抗寒性比较
其含量相对较低 ,仅在返青后高于其他草种;其余
各草种MDA含量在整个处理过程中变化差异不显
著(P>0.05)。
2.4　不同处理 SOD活性变化
由图 4可见 ,水分胁迫下 , Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ四个
草种叶片中的 SOD活性持续增加 ,增幅显著 , Ⅴ
草种的 SOD活性先显著升高 ,在 MWS 下活性最
高 ,HWS后显著降低 (P <0.05)。温度胁迫下 ,
各草种根中 SOD活性呈升高-降低-升高的变
化趋势 。CH 后 ,SOD活性均有所升高 ,其中 Ⅰ 、
Ⅱ 、Ⅳ升高显著 , Ⅲ 、Ⅴ升高不显著;CT 后 ,各草
种根系中 SOD 活性均显著降低 , TG 后 , SOD 活
性除Ⅲ升高不显著外 ,其余升高均达显著水平(P
<0.05)。
图 3　不同处理对MDA含量的影响
Fig.3　MDA content under different treatments
图 4　不同处理对 SOD活性的影响
Fig.4　SOD activity under different treatments
表 1　不同牧草种抗逆性综合评判
Table 1　Synthet ic evaluation of stress-resistance character of different forage grasses
抗逆性
St ress-
resis tance
草种
Grass
species
U(ijk)
M DA 含量
MDA content
SOD活性
SOD act ivity
可溶性蛋白质
Solub le protein
脯氨酸
Proline
X i
抗旱性 Drou ght- resistance Ⅰ 0.715 0.767 0.266 0.354 0.526
Ⅱ 0.817 0.790 0.468 0.225 0.575
Ⅲ 0.586 0.426 0.451 0.263 0.432
Ⅳ 0.525 0.674 0.448 0.215 0.466
Ⅴ 0.776 0.505 0.399 0.325 0.501
抗寒性 C old-resis tance Ⅰ 0.596 0.689 0.483 0.176 0.486
Ⅱ 0.380 0.603 0.360 0.443 0.447
Ⅲ 0.358 0.598 0.271 0.335 0.391
Ⅳ 0.519 0.565 0.252 0.272 0.402
Ⅴ 0.408 0.582 0.191 0.331 0.378
2.5　抗旱性和抗寒性综合评价
运用隶属函数法来综合评判各牧草的抗旱性
和抗寒性(张伟玉[ 14] 、张文辉[ 15] ),对与抗旱性和
抗寒性成正相关的脯氨酸 、可溶性蛋白质 、SOD
三个指标采用上述公式(1)、(3), 成负相关的
MDA 指标采用公式(2)、(3)。分别求出各草种
·94· 西　北　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　19 卷
的抗旱和抗寒隶属值作为抗旱和抗寒能力的评判
标准 ,进行比较 ,隶属值越大 ,抗逆性越强 ,反之则
弱 。综合评判显示(表 1):抗旱性强弱顺序为 Ⅱ
>Ⅰ>Ⅴ>Ⅳ>Ⅲ ,抗寒性强弱顺序为 Ⅰ >Ⅱ>
Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ。
3　讨论与结论
研究表明 ,干旱和低温胁迫都会使植物体积
累更多的脯氨酸 、可溶性蛋白质等渗透调节物质 ,
这些物质的积累可减轻渗透胁迫[ 16] 、降低冰
点[ 5-6] 、防止膜质和蛋白质的过氧化作用[ 17-18] 等 。
干旱 、低温等逆境条件下 ,植物组织细胞内会产生
过量的 O 2 -· 、H 2O2 等活性氧 ,活性氧伤害细胞的
机理在于活性氧导致膜质过氧化 ,破坏膜结构 ,产
生较多的膜质过氧化产物—MDA , MDA 含量的
高低可反映细胞膜的伤害程度 ,因而它的产生量
成了鉴别和了解逆境胁迫对生物膜危害程度的重
要指标之一[ 19-20] 。为抵御活性氧对细胞的伤害 ,
植物便启动活性氧清除机制。SOD是清除活性
氧的主要保护酶 ,众多研究表明 , SOD活性与植
物抗逆性呈正相关[ 15 , 1 9 , 21] 。本试验水分胁迫下 ,
各草种叶片中脯氨酸 、可溶性蛋白质的含量都随
干旱的加剧而增加 ,大多增幅显著(P<0.05);温
度胁迫下 ,各草种根系内脯氨酸 、可溶性蛋白质的
含量随温度变化呈先增加后降低的趋势 ,大都在
CH 或 CT 处理下含量最高。水分胁迫下 , 各草
种体内 MDA 含量和 SOD活性随胁迫加剧而持
续增加;低温胁迫下 ,仅 Ⅰ草种根系中 MDA 含量
随胁迫加剧而显著增加 ,其余变化平缓 ,增加不显
著 。SOD活性在整个温度胁迫处理过程中呈升
高-降低-升高的变化趋势。以上结果表明 ,各
草种都有在逆境条件下积累渗透调节物质 、改变
保护酶活性来抵御逆境 ,减轻伤害的适应机制 ,但
其积累量和对逆境的敏感性因逆境条件 、组织器官
和草种的不同而不同 ,这是不同草种在长期适应不
同环境后各组织器官所形成的适应性反应。
由于植物的多样性 、生理过程的复杂性 、环境
条件的易变性和综合性 ,形成了植物适应逆境方
式的多样性 ,所以牧草的抗旱性和抗寒性是受诸
多因素共同作用的结果 。为此运用隶属函数法来
综合评价各牧草的抗旱性和抗寒性 ,得出其抗旱
性强弱顺序为 Ⅱ>Ⅰ >Ⅴ>Ⅳ>Ⅲ;抗寒性强弱
顺序为 Ⅰ>Ⅱ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ。2种抗性排序差异
较大 ,这是因为各草种的抗旱性和抗寒性是长期
对环境适应的遗传表现 ,在水分和温度 2种不同
胁迫下 ,各自会做出不同的生理响应。本试验最
后鉴定筛选出Ⅰ和 Ⅱ两个草种同时具有较高的抗
旱性和抗寒性。
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