全 文 ：第 27卷第6期
2009年 11月 干 旱 地 区 农 业 研 究Agricultural Research in the Arid Areas Vol.27No.6Nov.2009
　
收稿日期:2009-06-10
基金项目:国家林业局 948项目(2006-4-11);西北农林科技大学人才基金(01140512);昭通师范高等专科学校第三批校级课题
(XJKZ0901)
作者简介:杨顺强(1980—),男 ,四川雷波人 ,助教 ,主要从事植物资源开发与利用研究。E-mail:ysq6666@163.com。
　＊通讯作者:任广鑫(1969—),男 ,甘肃镇原人 ,副教授 ,主要从事植物资源开发与利用研究。 E-mail:rengx@nwsuaf.edu.cn。
8种美国引进禾本科牧草保护酶活性与抗旱性研究
杨顺强1 ,任广鑫2＊ ,杨改河2 ,冯永忠2
(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)
　　摘　要:通过盆栽控水试验 , 研究了猫尾草(Phleum Pratense L.)、扁穗冰草(Agropyron desertorum)、苇状羊茅
(Festuca arundinacea Schreber)等 8 种引进禾本科牧草在不同水分胁迫下叶片丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的动态变化。结果表明:MDA含量随水分胁迫加深而增加 , 在轻
微水分胁迫下增加剧烈 , 而在中度和严重水分胁迫下增加缓慢;SOD、CAT和 POD 的总体变化趋势是:随水分胁迫
加深酶活性先升高后降低;SOD活性在轻微和中度水分胁迫下变化平缓 , 在严重水分胁迫下急剧降低;CAT 活性在
所有处理下变化平缓 ,且维持较高活性;POD活性变化幅度较大 , 但在严重水分胁迫下仍能维持较高活性;运用模
糊隶属法进行抗旱性综合评价 ,得出抗旱性强弱顺序为:苇状羊茅>高冰草>细茎披碱草>猫尾草>扁穗冰草>
新麦草>披碱草>无芒雀麦。
关键词:禾本科牧草;水分胁迫;保护酶;模糊隶属法
中图分类号:S688.4;Q945.79　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7601(2009)06-0144-05
　　水分胁迫是干旱和半干旱条件下植物生长发育
经常面临的问题 。水分胁迫下 ,打破了植物细胞中
活性氧产生与清除之间的平衡 ,导致活性氧积累 ,引
发膜脂过氧化作用 。超氧化物歧化酶(superoxide
dismuatse ,SOD)、过氧化物酶(peroxidase , POD)、过
氧化氢酶(catalase ,CAT)等能够有效地清除植物体
内过量的活性氧 ,减轻或避免活性氧对细胞造成的
伤害 ,与植物抗旱性存在一定的关系[ 1 ～ 3] ,是植物在
长期进化过程中形成的清除活性氧的主要途径之
一。近些年来 ,人们已应用自由基理论对干旱胁迫
下的许多植物如小麦[ 4] 、草坪草[ 5] 、甘草[ 6] 、玉米[ 7]
等生理过程进行了研究 ,使水分胁迫下活性氧对植
物伤害及植物抗氧化酶防御系统反应的研究不断深
入 ,但针对多个引进禾本科牧草的集中研究相对较
少。本研究对猫尾草(Phleum Pratense L.)、扁穗冰
草(Agropyron desertorum)、苇状羊茅(Festuca arundi-
nacea Schreber)等 8种美国引进禾本科牧草进行不
同水分胁迫处理 ,测定 SOD 、CAT 、POD活性和MDA
含量的动态变化 ,探讨不同水分胁迫处理下抗氧化
酶活性与抗旱性的关系 ,综合评价各草种的抗旱性 ,
以期为牧草的引种筛选提供依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料
猫尾草(Phleum Pratense L.)、扁穗冰草(Agropy-
ron desertorum)、苇状羊茅(Festuca arundinacea Schre-
ber)、无芒雀麦(Bromus Inermis Leyss.)、披碱草(达乌
里)(Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.)、细茎披碱草
(Elymus junceus Fischer)、高冰草(Agropyron elonga-
tum)和新麦草(Agropyron trachycaulum)。以上草种均
为美国引进种 。为便于叙述 ,本文将上述品种依次
编号为:1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 、8。
1.2　试验方法
取当地大田表土(红油土),该土田间最大持水
量 θf 为 22.3%,将土装于直径 28 cm ,深 23 cm的塑
料花盆内 ,每盆装土5.0 kg 。于 2006年 4月 22日播
种 ,播种后置于西北农林科技大学农作一站温室大
棚内 。水分按占田间最大持水量的百分比计。水分
梯度包括:正常供水(CK ,80%θf ～ 85%θf);轻微胁
迫〔SWS(slight water stress),65%θf ～ 70%θf〕;中度胁
迫〔MWS(moderate water stress),55%θf ～ 60%θf〕;严
重胁迫〔HWS(heavy water stress),40%θf ～ 45%θf〕四
个梯度。前期采用相同的管理方法 ,使水分保持在
对照水平培养 ,考虑各草种生育期的不一致 ,采用分
别控水法 ,即当某一草种开始拔节时采用称重法控
制水分 ,每隔 1 d称重 1次 ,达到所设水分梯度后 1
周取样测定各生理指标 。
1.3　测定项目及方法
酶液的提取参照高俊凤[ 8]的方法略有修改 ,鲜
叶样剪碎 ,称取鲜重(FW)1.000 g ,加0.05 mol/L ,pH
7.8的磷酸缓冲液(内含 1%的 PVP)3.0 ml 及少量
石英砂 ,于冰浴中研磨 ,冲洗定容至 10 ml , 10 000 g 、
4℃下离心 15 min , 上清液即为酶提取液。用于
SOD 、POD 、CAT 活性及MDA含量的测定 。
丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法 、
SOD活性测定采用氮蓝四唑比色法 、POD活性测定
采用愈创木酚法 ,以上三项均参照高俊凤[ 9]的方法;
CAT活性测定采用郝再彬等[ 9]的方法 。
1.4　综合评价方法
本文采用模糊数学的隶属(反隶属)函数
法[ 10 ,11]并结合各指标权重系数[ 12]对各草种抗旱性
进行综合分析。具体计算标准如下:
(1)与抗旱性呈正相关的指标
U(ijk)= X ijk -X jminX jmax -X jmin (1)
(2)与抗旱性呈负相关的指标
U(ijk) =1- X ij -XkminXkmax -Xkmin (2)
(3)权重系数计算
Wij = CVij∑n
i=1
CVij
(3)
(4)各草种抗旱隶属值
X i = 1n ∑
n
i=1
U(ijk)·Wij (4)
式中 , U(ijk)为第 i个草种第 k 个水分胁迫下第 j项
指标的隶属度;X ijk为 i草种j性状第k个水分胁迫下
的测定值;X jmax , X jmin为所有参试草种中第 j 项指标
的最大值和最小值;Wij为第 i草种 j性状的权重系
数;CVij为第 i 草种 j性状的变异系数;∑n
i=1
CVij 为各
指标变异系数之和;n表示综合评价的指标数; X i为
i品种的抗旱隶属值 , X i越大则抗旱性越强。
所得数据用 SPSS 12.0 for Windows进行数学统
计分析 ,多重比较采用 LSD法 。
2　结果与分析
2.1　不同水分胁迫下MDA含量的变化
MDA是膜脂过氧化作用的产物之一 ,其含量的
高低代表膜脂过氧化的程度 ,即MDA含量越高 ,膜
脂过氧化程度越严重 ,膜透性越大[ 13] 。由表 1可以
看出 , 8种牧草叶片中MDA含量随水分胁迫程度的
加剧而不断增加 ,增加幅度因种而异 。其中 3 、4 、5 、
6 、7号种在各水分处理下增幅均达显著水平(P <
0.05);1号种增加缓慢 ,且含量较低 ,仅在 HWS 处
理下增幅最大 , 3号种在 MWS 处理下增幅最大 ,其
余草种则在SWS处理下增幅最大。
表 1　不同水分胁迫对 MDA的影响
Table 1　The effect of different water stress on MDA
草种号
No.of
species
MDA(mmol/g)
CK SWS MWS HWS
CV
(%)
1 1.274dB 1.293eB 1.312hB 1.516hA 7.786
2 2.494aC 3.684bB 3.855dA 3.907dA 17.743
3 0.408eD 0.827fC 1.521gB 1.736gA 50.668
4 1.773cD 2.368cC 2.545eB 3.233eA 22.538
5 2.523aD 3.916aC 4.091cB 5.074bA 24.976
6 1.933bD 3.672bC 5.023aB 5.256aA 35.652
7 1.274dD 1.543dC 2.355fB 2.516fA 29.367
8 0.088fC 3.834aB 4.634bA 4.701cA 61.097
　　注:表中数字均为 3次重复的平均值,不同小写与大写字母分别
表示各草种和水分处理在 0.05水平下的差异显著性,以下各表与此
相同。
Note:The numbers in the table are the mean values of three replicates ,
and different letters at same column indicated the significance at P<0.05
level.They are the same as follows.
2.2　不同水分胁迫下 SOD活性的变化
SOD是清除细胞内超氧阴离子(O2·)的关键酶 ,
它能有效减少活性氧对植株体的毒害作用 。由表 2
可以看出 ,不同草种 SOD活性随水分胁迫变化趋势
不尽相同 , 1 、2 、3 、5 、6 、7号草种随水分胁迫加剧先
升高后降低 ,其中 1 、5 、6 、7 在 SWS 处理下活性最
大 ,2 、3在MWS处理下活性最大;4 、8号草种随水分
胁迫加剧而持续降低;所有草种的 SOD活性都是在
HWS处理下降到最低;除 4 号种外 ,其余草种的
SOD活性受水分胁迫处理的不同变化差异显著 ,CK
和HWS 处理下 ,各草种间 SOD活性存在一定的差
异 ,但均不显著 , SWS 和 HWS 处理下 ,部分草种间
SOD活性差异达显著水平(P<0.05)。
2.3　不同水分胁迫CAT活性的变化
CAT能清除细胞内过多的 H2O2 ,使其维持在低
水平上 ,保护膜的结构。从表 3可以看出 ,CAT 活性
变化的总体趋势是随着水分胁迫的加剧先升高后降
低 ,1 、5 、7号草种的 CAT 活性在 SWS处理下达到最
高;3 、8号种在MWS处理下达到最高;2号种持续升
高 ,在 HWS 处理下达到最高;6号种持续降低 , 在
HWS处理下达到最低;4号种在各水分处理下几乎
无变化 ,仅在MWS处理下略有降低 ,其中 2 、8号草
种的 CAT 活性在 HWS 处理下高于 CK ,其余均低于
CK;除 4号种外 ,其余草种的 CAT 活性受水分胁迫
的不同变化差异显著(P <0.05)。
145第 6期　 　　　　　杨顺强等:8种美国引进禾本科牧草保护酶活性与抗旱性研究
表 2　不同水分胁迫对 SOD的影响
Table 2　The effect of different water stress on SOD
草种号
No.of species
SOD〔U/(g·h)〕
CK SWS MWS HWS
CV(%)
1 315.747aAB 384.354abA 311.688bcAB 96.038aB 59.011
2 268.676aB 305.764abB 567.857aA 21.251aC 79.941
3 355.89aAB 370.023aAB 510.204abA 191.226aB 38.315
4 236.083aA 144.869bA 46.764dA 16.414aA 106.56
5 287.025aA 321.932abA 144.841cdAB 57.767aB 66.121
6 374.79aA 419.048aA 236.111cdAB 51.948aB 64.184
7 223.464aAB 414.566aA 233.193cdAB 119.048aB 57.445
8 345.455aA 266.667abAB 179.592cdAB 47.619aB 66.149
表 3　不同水分胁迫对 CAT的影响
Table 3　The effect of different water stress on CAT
草种号
No.of species
CAT〔U/(g·min)〕
CK SWS MWS HWS
CV(%)
1 344.944dB 381.806eA 350.583cB 174.611eC 27.707
2 448.472bB 463.861cB 483.750aA 500.000aA 4.748
3 330.528dB 364.194eA 364.417cA 228.194dC 18.603
4 500.000aA 500.000aA 490.222aA 500.000aA 0.910
5 410.389cB 469.528bcA 410.278bB 396.222bB 7.251
6 467.333bA 435.306dB 350.806cC 327.012cD 15.813
7 461.306bB 486.750abA 404.583bC 390.722bC 9.723
8 336.444dC 469.250bcA 477.694aA 400.889bB 14.980
2.4　不同水分胁迫 POD活性的变化
POD是植物体内担负清除 H2O2 的主要酶类之
一 ,POD能催化 H2O2氧化其他底物后产生 H2O 。从
表4可以看出 ,整个处理过程中所有草种均维持着
较高的POD活性 ,POD活性随水分胁迫的加剧先升
高后降低 ,在MWS处理下达到最大活性 ,且大都显
著高于其他处理(P<0.05);1 、2 、7 、8号草种的最低
值出现于 CK处 , 3 、4 、5 、6则在 HWS 处理下达到最
低。
表 4　不同水分胁迫对 POD的影响
Table 4　The effect of different water stress on POD
草种号
No.of species
POD〔μg/(g·min)〕
CK SWS MWS HWS
CV(%)
1 573.234cdB 674.085cdB 964.723bA 666.426bcB 21.926
2 501.106dB 571.532cdB 967.064bA 543.021cB 31.083
3 671.745cdBC 735.575bcB 972.383bA 549.617cC 22.722
4 925.149aB 1153.022aA 1236.851aA 778.979abB 19.002
5 708.128cB 619.404cdB 1259.617aA 610.681bcB 36.075
6 899.617abB 903.872bB 1280.256aA 872.596aB 19.242
7 732.170bcAB 553.234cdB 880.043bA 766.426abA 24.898
8 498.340dB 512.170dB 840.043bA 742.809abA 30.346
2.5　牧草抗旱性综合评价
牧草抗旱性综合评价就是按牧草种的抗旱能力
大小进行筛选 、评价和归类的过程。鉴定一个草种
的抗旱性应采取若干性状的综合评价 ,但又不能等
量齐观。抗旱性鉴定既需要合适的研究方法 ,也需
要在合适的研究方法基础上建立起合适的数量化指
标体系来进行抗旱性的综合评价。本试验研究中 ,
我们采用隶属函数法[ 10 ,11] , 结合各指标的权重系
146　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 27卷
数[ 12] ,对 8个牧草种进行抗旱性综合分析评判 。计
算出各草种抗旱隶属值(表 5)。根据综合评判值得
出 8个牧草抗旱性强弱顺序为:3>7>6>1>2>8
>5>4。
表 5　8 个牧草种的抗旱性综合评价
Table 5　Comprehensive evaluation of eight species of forage grasses
草种号
No.of
species
MDA
U(ijk) 权重
Weight
SOD
U(ijk) 权重
Weight
CAT
U(ijk) 权重
Weight
POD
U(ijk) 权重
Weight
Xi
1 0.756 0.067 0.481 0.507 0.425 0.238 0.283 0.188 0.112
2 0.343 0.133 0.500 0.599 0.920 0.036 0.188 0.233 0.105
3 0.800 0.389 0.624 0.294 0.452 0.143 0.299 0.174 0.153
4 0.537 0.151 0.185 0.715 0.992 0.006 0.672 0.128 0.076
5 0.262 0.186 0.349 0.492 0.759 0.054 0.385 0.268 0.091
6 0.249 0.264 0.470 0.476 0.678 0.117 0.628 0.143 0.115
7 0.645 0.242 0.429 0.473 0.803 0.080 0.300 0.205 0.121
8 0.376 0.354 0.362 0.383 0.757 0.087 0.192 0.176 0.093
　　注: U(ijk)为各指标在不同水分处理下隶属度的平均值。
Note: U(ijk)is the average value of membership of each index at different water treatments.
3　讨　论
通常情况下 ,植物细胞内自由基的产生与清除
处于一种动态平衡 ,一旦这种平衡遭到破坏 ,自由基
便产生积累 ,体内自由基的积累能启动膜脂过氧化
和膜脂脱脂化作用 ,导致膜的损伤和破坏[ 14] ,这种
动态平衡被破坏的直接结果就是丙二醛(MDA)含量
的增加[ 15] 。本试验中 ,随水分胁迫的加剧 MDA含
量持续增加 ,这一点与前人在红松 、甘草等[ 5 ,16]试验
材料上的研究结果一致 ,即MDA的积累与干旱胁迫
程度呈正相关。
SOD 、POD 、CAT 是植物体内清除过量活性氧的
重要酶促防御系统 ,在水分胁迫下可减轻或避免植
物体的氧化损伤 ,抗旱性强的品种在逆境条件下能
维持较高的 SOD 、CAT 和 POD 等酶的活性 ,以利于
清除超氧自由基 ,降低膜质过氧化水平 ,从而减轻膜
伤害程度[ 17] 。本试验表明 ,几种保护酶在水分胁迫
处理下几乎都发生了显著变化(P <0.05),几乎都
是随水分胁迫的加剧先升高后降低 。表明在一定干
旱胁迫范围内 ,各草种通过酶活性的增加来提高适
应干旱胁迫的能力 ,但是当胁迫超出了其忍耐范围 ,
保护酶不但不再增加 ,反而下降 ,说明各草种忍耐干
旱胁迫的能力是有限的 。研究表明 , SOD 、CAT 和
POD活性与MDA含量呈负相关[ 18] ,在本试验中 ,严
重水分胁迫下 SOD 活性高的草种其 MDA含量低 ,
但与 CAT 和POD的活性相关性不明显;这是因为只
有当SOD把O2·转化为H2O2 后 ,CAT 和POD才能把
H2O2转化为 H2O ,最终清除 O2· ,减轻活性氧对植株
体的毒害作用 ,所以即使有较高的 CAT 和 POD活
性 ,只要 SOD活性低 ,膜脂过氧化程度也严重 ,如 2 、
4号草种 。表明只有几种保护酶协同作用 ,才能高
效地清除自由基 ,确保较低的膜脂过氧化水平 ,以维
持细胞膜的完整性 。
牧草抗旱性的鉴定(评价)是个复杂的过程 ,它
是受诸多因素共同作用的结果 ,为此我们运用模糊
隶属函数法 ,结合各指标权重系数综合评价各牧草
抗旱性 ,得出其抗旱性强弱顺序为:3>7>6>1>2
>8>5>4 ,这与试验处理过程中各草种的长势 、萎
蔫和干枯状况几乎一致 ,表明此评价结果是可靠的。
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Study on protective enzyme activity and drought resistance of
8 introduced American forage species
YANG Shun-qiang1 ,REN Guang-xin2 ,YANG Gai-he2 ,FENG Yong-zhong2
(1.Chemistry Department , Zhaotong Teacher s College , Zhaotong , Yunnan 657000 , China;
2.College of Agronomy , Northwest A &F University , Yangling , Shaanxi 712100 , China)
　　Abstract:Pot experiment was adopted to study the activity change of MDA , SOD , CAT and POD in 8 forage
species introduced from USA.The results indicated that MDA content increased greatly under low water stress , but the
increase tended to slow when water stress became moderate and high.As to SOD , CAT and POD , with the increasing
water stress , enzyme activity increased first and then began to decrease.Under low and moderate stress conditions the ac-
tivity of SOD had no significant change but sharply decreased when water stress became high.The activity of CAT was
comparatively high and changed slightly under all treatments.Although the activity of POD changed significantly , it still
maintained a relatively high level even under serious stress conditions.At last , fuzzy subordination method was used for
comprehensive evaluation of grass drought resistance and the result of the 8 species was Festuca arundinacea Schreber >
Agropyron elongatum > Elymus junceus Fischer >Phleum Pratense L.> Agropyron desertorum >Agropyron trachy-
caulum >Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.> Bromus Inermis Leyss.
Keywords:gramineal grasses;water stress;protective enzyme;fuzzy subordination
148　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 27卷