全 文 ：＊通讯作者 , E-mai l:yi jin@163.com
收稿日期:2010-10-22;修回日期:2011-02-29
基金项目:国家自然科学基金(30260010)
作者简介:高丽慧(1981-),女 ,内蒙古乌拉特前旗人, 硕士研究
生 , 2009年 7月毕业于内蒙古农业大学 ,主要从事低温下牧草生理
生化研究 , E-m ail:gaolihuilihui@163.com.
文章编号:1673-5021(2011)03-0107-05
三种禾本科牧草低温胁迫的生理响应
高丽慧 , 易　津＊ ,李　菲 , 雷雪峰 , 马　杰
(内蒙古农业大学农学院 , 内蒙古　呼和浩特　010019)
　　摘要:研究低温胁迫对中间偃麦草(E ly trigia intermedia)、羊草(Leymus chinensis)和老芒麦(E lymus sibiricus)
生理指标的影响。结果表明 ,随温度的降低和胁迫时间的延长 , 其总叶绿素含量均呈下降趋势 , 但细胞伤害率和游
离脯氨酸的含量均增加;中间偃麦草伤害率最小 , 叶绿素下降幅度最低 , 游离脯氨酸积累最多 , 而老芒麦则与之相
反。三种禾本科牧草的脯氨酸积累和伤害率呈正相关 , 它们与叶绿素含量呈负相关。
关键词:禾本科牧草;低温胁迫;抗寒性;生长期
中图分类号:S543　　　文献标识码:A
　　低温胁迫对植物各种生理活动产生不利影
响[ 1] 。在低温胁迫下 ,植物细胞内的生理代谢发生
变化 ,细胞膜系统被破坏 ,结构和功能瓦解 ,膜透性
增大 ,胞液离子外渗 ,代谢失调[ 2 ～ 5] ;外部形态上也
表现出相应的变化 ,如叶片萎蔫 、黄化等[ 5 ～ 6] 。本文
以中间偃麦草(E ly trigia intermedia)、羊草(Ley-
mus chinensis)及老芒麦(E lymus sibiricus)成株为
材料 ,探讨其叶片在低温胁迫下的叶绿素含量 、游离
脯氨酸含量及细胞伤害率的变化。
1　材料与方法
1.1　供试牧草
试验选用 2006年内蒙古农业大学牧草地收获
的中间偃麦草 、羊草和老芒麦 。
1.2　试验设计
选取已进行恢复性生长的试验材料 ,当牧草长
到 6片叶时 ,取其相同部位无病无损伤的材料部分
用于测定常温下的相关生理指标 ,其余进行低温胁
迫 ,3 个处理温度分别为:0℃、-5℃、-10℃,每温
度下处理时间为:0h(对照)、12h 、24h 、36h ,然后取
出样品 ,选取经过冷冻且在一定部位上生长叶龄与
对照一致的叶片若干 ,剪下后 ,先用纱布拭净 ,称重 ,
测定叶片质膜电解质外渗率 、叶绿素含量和游离脯
氨酸含量 。
1.3　试验方法
1.3.1　细胞伤害率的测定
采用电导法测定 。取牧草叶片 ,用去离子水清
洗 2 ～ 3次 ,称取 0.2g ,将牧草叶片剪成长 1cm 左
右放入 10m l具塞试管中 ,加入 8m l的去离子水后 ,
立即放入真空干燥器中用真空泵抽气 15min ,摇匀 ,
在室温下静置 3h。3h 后将各试管充分摇匀 ,用电
导仪测其初电导值 S1 。加塞 , 在沸水浴中浸提
20min ,取出试管后用自来水冷却至室温 ,摇匀 ,平
衡后测定终电导值 S2 。
相对电导率 L =S1/S2
伤害率=1-(1-S1/S2)/(1-C i/C f)
式中 ,C i 和 C f 分别为对照的电导值和对照煮
后的电导值。
1.3.2　叶绿素含量的测定
准确称取牧草新鲜叶片 0.05g ,加入 5m l 80%
的丙酮 ,少许 CaCO 3 和石英砂研磨 , 4000r/min 离
心 3min , 提取上清液用分光光度计于 663nm 、
652nm 和 645nm 下比色。
1.3.3　游离脯氨酸含量的测定
采用磺基水杨酸法 ,称取 0.1g 不同材料牧草的
叶片各四份 ,剪碎后放入试管中(无需研磨),加 3%
磺基水杨酸溶液 5.0ml ,沸水浸提 10min 。冷至室
温后振荡 30s , 10000g 离心 15min 后 ,取上清液备
用。吸取 2.0m l提取液于试管中 ,再加 2.0m l冰醋
酸和 3.0m l 2.5%酸性茚三酮溶液(以 3∶2 的冰乙
酸和 6.0mol/ L 磷酸为溶剂进行配制),混匀 ,置沸
水浴中显色 40min ,冷却后加入 5.0ml 甲苯 ,充分
振荡混匀 ,以萃取红色物质 ,静置分层后 ,吸取甲苯
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第 33 卷　第 3 期　　　　　　　　　　中　国　草　地　学　报　　　　　　　　　　2011 年 5 月
　　Vol.33　No.3　　　　　　　　　　Chinese Journal of G rassland　　　　　　　　　 May 2011　　
萃取液 ,于 520nm 处比色。
1.4　数据处理
试验数据用 SAS 进行统计 ,Excel制图。
2　结果与分析
2.1　低温对牧草细胞伤害率的影响
在相同温度下 ,随着胁迫时间的延长 ,三种牧草
相对电导率均增大 ,伤害率也增大 。在相同时间下 ,
三种牧草随着温度的降低 ,相对电导率逐渐增大 ,伤
害率也逐渐增大。其中 ,中间偃麦草的变化曲线基
本上与横坐标平行 ,说明其相对电导率变化幅度小 ,
受伤害小 ,而老芒麦的变化曲线呈明显的上升趋势 ,
说明其受低温和胁迫时间的影响大 ,相对电导率变
化幅度大 ,受伤害大(图 1 、图 2)。经方差分析得:中
间偃麦草 、羊草和老芒麦 ,在处理温度 0℃与-10℃
下 ,相对电导率的变幅之间均存在显著性差异。羊
草和老芒麦的伤害率在相同时间下 ,在处理温度
0℃与-10℃下均存在显著性差异 ,而中间偃麦草的
伤害率只有在处理时间为 36h 时 ,在处理温度 0℃
与-10℃下存在显著性差异 。第 36h 的变幅 , 在
0℃、-5℃和-10℃时 ,顺序均为老芒麦>羊草>中
间偃麦草 。在 0℃、-5℃和-10℃的胁迫温度下 ,
伤害率最大的是老芒麦 ,其次是羊草 ,最小的是中间
偃麦草。
图 1　三种牧草叶片在低温胁迫下相对电导率的变化
Fig.1　Change s in membrane pe rmeability of three kinds of g rasses leaves under low tem pera ture stress
图 2　三种牧草叶片在低温胁迫下的伤害率
Fig.2　The rate of cell injury of three kinds o f g rasses leaves under low temperature str ess
2.2　低温对叶绿素含量的影响
三种牧草在相同时间下 ,随着温度的降低 ,叶绿
素含量越来越少 。同时 ,在相同的温度下 ,随着处理
时间的延长 ,叶绿素含量也逐渐减少;其中 ,老芒麦
的变化曲线基本上呈直线下降趋势 ,变化幅度较大 ,
说明其受害程度严重 ,而中间偃麦草的变化曲线平
缓 ,变化幅度小 ,说明其受害程度小(图 3)。经方差
分析得出:三种牧草在胁迫温度为 0℃与-10℃时
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中国草地学报　2011年　第 33 卷　第 3 期
的变幅均存在显著性差异。在 0℃、-5℃和-10℃
时 ,随着胁迫时间的延长 ,叶绿素含量均有所下降 ,
在每个胁迫温度下 ,老芒麦的下降幅度都是最大 ,其
次是羊草 ,下降幅度最小的是中间偃麦草。
图 3　三种牧草叶片在低温胁迫下叶绿素含量的变化(mg/ g)
F ig.3　Changes in chlo rophyll content of three kinds o f g rasses leaves under low temperature str ess(mg/ g)
2.3　低温对游离脯氨酸含量的影响
在相同的处理时间下 ,随着温度的降低 , 三种
牧草游离脯氨酸积累越来越多。同时 ,在相同的温
度下 ,随着处理时间的延长 ,游离脯氨酸含量也逐渐
增加 ,其中 ,中间偃麦草的游离脯氨酸含量增加急
剧 ,而老芒麦的脯氨酸含量增加平缓 ,增加幅度较小
(图 4)。方差分析得出:在胁迫时间为 12h 、24h 、
36h的条件下 , 三种牧草在不同的温度梯度下的脯
氨酸含量之间均存在极显著性差异。三种牧草上升
的幅度在 0℃、-5℃、-10℃时均存在显著性差异 ,
并且中间偃麦草上升幅度最大 ,老芒麦上升幅度最
小。
图 4　三种牧草叶片在低温胁迫下游离脯氨酸含量的变化(μg/ g)
Fig.4　Change s in pro line content of three kinds o f gr asses leaves under low temperature str ess(μg/g)
2.4　三种禾本科牧草各指标之间的相关性分析
三种牧草的脯氨酸与伤害率间均存在极显著正
相关 ,羊草和中间偃麦草的脯氨酸和叶绿素间存在
极显著负相关 ,老芒麦的脯氨酸与叶绿素间存在显
著负相关;羊草和中间偃麦草的伤害率与叶绿素间
存在显著负相关(表 1)。
3　讨论
严青等[ 7] 研究低温胁迫对三种牧草幼苗生理指
标的影响表明随温度的降低和胁迫时间的延长 ,其
叶绿素含量均呈下降趋势 ,本试验的结果与之一致 ,
随着胁迫时间的延长和温度的降低 , 三种牧草的总
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高丽慧　易　津　李　菲　雷雪峰　马　杰　　　三种禾本科牧草低温胁迫的生理响应
表 1　三种牧草在低温胁迫下各指标间的相关性分析
Table 1　The indicator analysis of three kinds of grasses under low temperature stress
指标 Index
羊草(Leym uschinensis)
脯氨酸
Pro
伤害率
In jury rate
老芒麦(E lym us sibir icus)
脯氨酸
Pro
伤害率
Injury rate
中间偃麦草(E lytrig ia intermed ia)
脯氨酸
Pro
伤害率
Inju ry rate
伤害率 0.833＊＊ 0.927＊＊ 　　　　　0.861＊＊
叶绿素 -0.922＊＊ -0.788＊ -0.790＊ 　　-0.65 　　　　-0.894＊＊ 　　　-0.777＊
　　注:＊表示 0.05水平相关显著 , ＊＊表示 0.01水平相关极显著。
Note:＊Indicated signif icant correlation at 0.05 level , ＊＊ indicated ext remely signifi cant correlat ion at 0.01 level.
叶绿素含量均呈现下降趋势。在-10℃时 ,下降幅
度最大 ,说明较低温度对叶绿素含量影响较大 。
逆境条件下脯氨酸的积累与植物受伤害程度成
显著正相关 ,说明脯氨酸的积累是逆境引起的伤害
反应[ 8] 。在低温胁迫下随着温度的下降 ,脯氨酸的
含量逐渐上升 ,脯氨酸也被认作是具有低温保护效
应的物质[ 9] 。池春玉等[ 10] 对低温胁迫下三种冷季
型草坪草脯氨酸含量及膜透性的变化进行研究 ,结
果表明低温胁迫下三种草坪草叶片内脯氨酸含量均
有极显著的增加。本试验与此结果相同 ,随着温度
的降低和胁迫时间的延长 ,游离脯氨酸含量均有不
同程度的积累。
植物细胞质膜透性的变化 ,是一个重要的抗逆
性指标 ,植物细胞膜具有选择性渗透的能力 。当植
物受到逆境影响时 ,细胞膜会遭到破坏 ,膜透性增
大 ,从而使细胞内的电解质有不同程度的外渗 ,植物
细胞浸提液的电导率有不同程度的增大 ,细胞伤害
率增大。林立东[ 11] 研究结果表明低温下冷季型草
坪草早熟禾 、黑麦草和高羊茅的相对电导率均呈增
加趋势。本试验结果与之相一致 ,随着温度的降低 ,
胁迫时间的延长 , 三种牧草的相对电导率和细胞伤
害率都在增大 ,在胁迫的第 36h时 ,3个胁迫温度下
均为老芒麦上升幅度最大 ,说明老芒麦抵御低温的
能力较差 。中间偃麦草上升幅度最小 ,受低温影响
最小 ,说明中间偃麦草对低温具有一定的抵御能力 ,
细胞质膜结构较为稳定。
三种牧草的脯氨酸含量与伤害率都存在极显著
正相关 ,说明在低温胁迫下 ,随着牧草受害程度增
大 ,即伤害率的增大 ,植株通过增加脯氨酸来增大细
胞液浓度 ,抵御低温 ,维持正常生长 。
4　结论
随温度的降低和胁迫时间的延长 ,脯氨酸和伤
害率都呈增加趋势 ,而叶绿素含量呈下降趋势 。羊
草 、老芒麦和中间偃麦草的脯氨酸和伤害率均呈极
显著正相关 ,此两种指标与指标叶绿素呈显著负相
关。中间偃麦草伤害率最小 ,叶绿素下降幅度最低 ,
游离脯氨酸积累最多 ,而老芒麦则与之相反 。
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The Physiological Response to Low Temperature
Stress of Three Gramineous Pastures
GAO Li-hui , YI Jin , LI Fei , LEI Xue-feng , MA Jie
(College of A gronomy , I nner Mongolia A gricul tural Univ ersity , Hohhot 010019 , China)
Abstract:The ef fect of low temperature stress on phy siolo gical indicators o f E ly trigia intermed ia ,
Leymus chinensis and Elymus sibiricus were studied.T he results indicated that wi th the temperature decli-
ning and st ress time prolonging , the content o f chlo rophy ll declined , the rate o f cel l injury and free proline
content in E ly trigia intermedia , Leymus chinensis and Elymus sibiricus increased.T he cell injury rate of
Ely trigia intermedia was the least , the decreasing scope o f chlorophy ll content of Ely trigia intermedia
was also the least , f ree pro line content of E ly trigia intermedia was dramatically increased.but E lymus
sibiricus is adverse to E ly trigia intermedia .Free proline content in three g rasses w as posit ively correlated
to injury rate , they w ere negatively correlated w ith chlorophyll content.
Key words:G ramineous pastures;Low temperature st ress;Co ld resistance;Grow th period
—111—
高丽慧　易　津　李　菲　雷雪峰　马　杰　　　三种禾本科牧草低温胁迫的生理响应