全 文 ：　　＊福建省科技厅重点项目(2003N044)资助
收稿日期:2005-01-07　改回日期:2005-02-27
低温胁迫下决明属牧草苗期活性氧代谢及其自适性响应的研究＊
翁伯琦　江福英　方金梅　应朝阳　黄毅斌
(福建农业科学院生态农业研究中心　福州　350013)
摘　要　试验研究低温胁迫对决明属牧草“CPI86134”品系苗期活性氧代谢及其自适性响应结果表明 , 随低温胁迫
强度的提高和低温胁迫时间的延长 ,植株体内活性氧净产生速率 、过氧化氢和丙二醛含量 、叶片电解质渗透率均增
加;植株体内活性氧清除酶超氧化物歧化酶 、过氧化物酶 、抗坏血酸过氧化物酶活性在 0 ～ 48h 胁迫时间内以较快速
率提高 , 48h 后其提高速率趋缓。活性氧清除酶活性的提高是“CPI86134”品系对低温胁迫伤害的一种自适性反应 ,
活性氧 、过氧化氢大量积累最终导致“ CPI86134”植株体膜脂过氧化和膜系统的损伤。
关键词　CPI86134　低温胁迫　活性氧　活性氧清除酶　丙二醛　电解质渗透率
Active oxygen metabolism and accommodation of Chamaecrista spp.under chilling stress in seedling period.WENG Bo-
Qi , JIANG Fu-Ying , FANG Jin-Mei , YING Zhao-Yang , HUANG Yi-Bin(Eco-Agriculture Research Centre , Fujian
Academy of Ag ricultural Sciences , Fuzhou 350013 , China), CJEA , 2006 , 14(2):43～ 45
Abstract　Active oxygen metabolism and accommodation of Chamaecrista spp.CPI86134 under chilling stress in seedling
period were studied.The results show that net rate of O 2 generation , H2O2 and malondialdehyde(MDA)contents , and
rate of leakage of electroly te significantly increase w ith enhanced and longer chilling stress;the contents o f scavenging en-
zymes(SOD , POD , AsA-POD)also fast increase in 48 hours under chilling stress , then slow ly drop.So w e can conclude
that the enhancements of scavenging enzymes activity are the adaptive response to chilling stress , and the severe accumula-
tio ns of O2 and H2O 2 result in the lipid peroxidation and the damage o f lipid system.
Key words　CPI86134 , Chilling stress , Active oxygen , Activ e oxygen scavenging enzymes , MDA , Leakage of electroly te
(Received Jan.7 , 2005;revised Feb.27 , 2005)
　　决明属(Chamaecrista spp.)牧草为多年生热带豆科牧草 ,在澳大利亚 、美国 、非洲等地已成为重要的商
业性豆科牧草 ,目前在我国南方主要用于山地红壤改良 、生态果园套种 、发展农区畜牧业等领域 ,但在大部
分亚热带地区面临着低温伤害和越冬率低的问题 。活性氧伤害学说认为[ 9] ,正常植物体内活性氧的产生与
清除处于平衡状态 ,不会导致细胞伤害 ,但在低温逆境条件下 ,植物细胞内活性氧代谢系统的平衡机制受到
破坏 ,产生的活性氧无法及时清除 ,造成植株体内活性氧 、过氧化氢等的积累 ,破坏或降低保护酶的结构 、活
性 ,引发或加剧细胞膜脂过氧化 ,造成膜系统的损伤 ,严重时导致细胞死亡。在牧草抗寒性研究中[ 1] ,对引
起膜系统损伤的直接因子 ———自由基和活性氧( 、H2O2 、-OH)的研究目前尚未见报道。本试验研究了低
温胁迫对决明属牧草苗期活性氧代谢及其自适性响应 ,为探索牧草抗寒机制及决明属豆科牧草在农业生产
中的推广应用提供理论依据。
1　试验材料与方法
供试牧草品种为豆科决明属牧草圆叶决明(Chamaecrista rotundifolia)“CPI86134”品系 ,由澳大利亚热
带牧草资源中心引进 。供试土壤为红壤 ,其有机质含量 11.0g/ kg , pH 5.04 , 全 N 0.39g/ kg , 碱解氮
35.01mg/ kg ,速效磷4.71mg/ kg ,缓效钾 154.69mg/ kg ,速效钾 69.86mg/ kg ,交换性钙 249.80mg/ kg ,交换
性镁 32.62mg/ kg 。试验为盆栽试验 ,土壤经压碎过筛混匀后装盆(直径 16cm ,高 13cm),每盆装土 2kg ,播
种 30粒(种子在水中经过重力浮选),播种深度为 1.5cm ,用喷壶少量多次浇水(预防水流太大冲击种苗),第
1次浇水浇透(以盆底滴出水滴为准),待长出 2片真叶后间苗 ,每盆留苗 10株 ,并接入根瘤菌 1g/盆 ,7d后
每盆分别施尿素 0.4g 、过磷酸钙 1g 、氯化钾 1g ,并将苗移入 LRH-250-GS 型人工气候箱中培养(温度 25℃,
第1 4卷第2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol.14　No.2
2 0 0 6 年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April , 　2006
光强 3000lux ,光周期 12h)。幼苗在人工气候箱中长至 15 ～ 20cm 高时 ,按设计要求进行低温胁迫试验 ,低温
胁迫梯度设 5℃、10℃、15℃3个处理 ,以 25℃为对照(CK);胁迫时间分别为 24h 、48h 、72h 、96h和 120h ,其中
以胁迫 120h 处理作为讨论温度梯度对“CPI86134”生理代谢影响的参比标准 ,以 5℃处理作为讨论低温胁迫
时间对“CPI86134”生理代谢影响的参比标准 。
取不同处理相同叶位叶片进行测定 ,每处理重复 3次 。参照王爱国方法测定活性氧[ 2] ,参照林植芳方法测
定过氧化氢 、过氧化物酶和丙二醛[ 3] ,参照朱广廉方法测定超氧化物歧化酶[ 4] ,参照中国科学院上海植物生理
研究所方法测定抗坏血酸过氧化物酶(AsA-POD)[ 5] ,采用 DDS-12A型数显式电导仪测定叶片电解质室温浸出
液的电导率 R1 和沸水中煮沸 10min冷却后定容到 20mL测定的电导率 R 2 ,相对电导率=R1/ R2×100%,计算
出电解质渗透率。
2　结果与分析
2.1　低温胁迫对“CPI86134”植株体内活性氧净产生速率与过氧化氢含量的影响
　　低温胁迫下“CPI86134”幼苗体内活性氧净产生速率和过氧化氢含量均随低温胁迫强度的提高和低温
胁迫时间的延长而急剧增加 。低温胁迫 120h 后 15℃、10℃、5℃处理活性氧净产生速率分别为
5.257nmol/ mg·min 、7.050nmol/mg·min和 10.634nmol/ mg·min , 较对照 25℃处理分别提高 71.24%、
129.64%和246.38%, 15℃、10℃、5℃处理过氧化氢含量分别为139.060nmol/gDW 、169.386nmol/gDW和
200.089nmol/gDW ,较对照分别增加20.55%、46.84%和73.45%,两者各低温处理之间差异均达极显著
水平 。5℃处理24h 、48h 、72h 、96h 、120h后“CPI86134”叶片活性氧净产生速率分别为6.088nmol/mg·min 、
7.131nmol/ mg·min 、8.183nmol/mg·min 、9.262nmol/mg·min 和 10.643nmol/mg·min , 较对照分别增加
98.31%、132.28%、166.47%、201.69%、246.68%,而处理24h 、48h 、72h 、96h 、120h后过氧化氢含量分别为
141.470nmol/gDW 、154.637nmol/gDW 、170.316nmol/gDW 、184.211nmol/gDW和200.089nmol/gDW ,较对
照分别增加22.64%、34.05%、47.65%、59.69%、73.45%, 两者各低温胁迫时间之间的差异均达极显著
水平 。
2.2　低温胁迫对“CPI86134”活性氧清除酶活性的影响
由图 1可知超氧化物歧化酶活性随低温胁迫强度的加深而不断提高 , 15℃和 10℃处理超氧化物歧化酶
活性在胁迫 0 ～ 48h内以较快速率提高 ,48h 之后提高速率变小;而 5℃处理超氧化物歧化酶活性在 0 ～ 48h
内极速提高 ,48h处达到峰值 ,之后缓慢下降;5℃和 10℃处理与对照间差异达极显著水平 ,15℃处理与对照
间差异达显著水平。过氧化物酶活性变化趋势与超氧化物歧化酶基本相同 ,15℃和 10℃处理过氧化物酶活
性在胁迫 0 ～ 120h内逐步提高;5℃处理过氧化物酶活性也在胁迫 48h 处达到峰值后缓慢下降。15℃、10℃、
5℃处理与对照间 ,10℃、5℃处理与 15℃处理间差异均达极显著水平 ,而 5℃与 10℃处理间差异达显著水
平。5℃低温胁迫处理 0 ～ 120h与 25℃对照处理及处理 24h与其他时间处理差异均达极显著水平 。抗坏血
酸过氧化物酶活性随低温胁迫程度的加深而不断提高 。
图 1　低温胁迫对“CPI86134”超氧化物歧化酶 、过氧化物酶及抗坏血酸过氧化物酶活性的影响
Fig.1　Effects o f chilling stress on the activity of SOD , POD and AsA-POD in the leaves of `CPI86134
2.3　低温胁迫对“CPI86134”膜质过氧化的影响
丙二醛含量是反应膜脂过氧化强弱的重要指标。低温胁迫下“CPI86134”叶片丙二醛含量显著上升 ,低
44　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 卷
温胁迫强度越强上升幅度越大(见图 2),这表明低温胁迫引起“CPI86134”叶片细胞膜脂过氧化加剧 ,膜脂过
氧化加剧程度与低温胁迫程度成正比。
图 2　低温胁迫对“CPI86134”
丙二醛含量的影响
Fig.2　Effect of chilling stress
on the content of MDA in
the leaves of `CPI86134
2.4　低温胁迫对圆叶决明电解质渗透率的影响
低温胁迫 120h后“CPI86134”叶片细胞膜电解质渗透率随胁迫温度升高
而降低 , 5℃、10℃、15℃、25℃处理电解质渗透率分别为58.722%、43.780%、
24.869%和12.850%,各处理间差异均达极显著水平 ,表明低温对“CPI86134”
叶片细胞质膜伤害中温度起了决定性作用。低温胁迫持续时间对“CPI86134”
叶片细胞质膜透性的影响也极为显著 , 5℃0h 、24h 、48h 、72h 、96h 、120h 胁迫处
理电解质渗透率分别为 12.850%、36.844%、39.323%、45.473%、52.503%和
58.722%,随胁迫时间的加长叶片细胞膜电解质渗透率上升 ,除24h与48h处理
间差异未达极显著水平外 ,其余各胁迫处理与对照间 、各胁迫处理间差异均达
极显著水平。
3　小结与讨论
植物正常生长时体内活性氧的产生与防御系统的清除功能之间达到一定
的动态平衡 ,活性氧维持在不引起对植物造成伤害的水平上 。但低温胁迫下植
物细胞内活性氧自由基代谢的平衡被破坏 ,体内活性氧净产生速率和含量的提
高是植物受到低温伤害的重要原因之一 。低温胁迫导致“CPI86134”叶片活性氧净生产速率和过氧化氢含
量显著上升 ,超氧化物歧化酶 、过氧化物酶 、抗坏血酸过氧化物酶含量明显提高 ,这与焦德茂[ 6] 、梁慧敏[ 7]等
研究结果基本一致。低温胁迫促使“CPI86134”叶片抗氧化保护机制的提高是植物抵御活性氧伤害的一种
适应机制。活性氧清除酶的生物合成通常受细胞内底物水平的调控 ,在一定浓度范围内随活性氧浓度的提
高而升高 。据冯晴[ 8]等报道 ,适当浓度的过氧化氢可促进超氧化物歧化酶 、抗坏血酸过氧化物酶等保护酶
活性的提高 ,但当活性氧 、过氧化氢大量积累 、超过防御系统的清除能力时 ,就会引起活性氧膜脂过氧化 ,造
成细胞膜系统的损伤 ,导致植物低温伤害[ 10] 。5℃低温胁迫 120h 时“CPI86134”的活性氧净产生速率提高
246.68%,过氧化氢含量提高 73.45%,而相应超氧化物歧化酶 、过氧化物酶 、抗坏血酸过氧化物酶活性分别
提高20.95%、22.85%和33.44%,故保护酶活性的提高速率低于活性氧提高的速率 ,必然导致活性氧 、过氧
化氢的大量积累 ,则最终导致膜脂过氧化产物丙二醛的积累 。分析结果表明 ,活性氧净产生速率(X)与过氧
化氢含量呈极显著相关(Y =81.82+11.40X , r=0.99＊＊ , n =4),与丙二醛含量呈显著相关(Y =0.16+
0.02X , r=0.98＊ , n =4),可见活性氧积累是膜系统损伤的重要原因 。
参　考　文　献
1　王榕楷 ,丁小球 ,胡玉佳.三种草坪草的耐寒性及其与超氧化物歧化酶作用关系初步研究.中国草地 , 2001 , 23(1):46～ 50
2　王爱国 ,罗广华.植物的超氧物自由基与羟胺反应的定量关系.植物生理学通讯 , 1990(6):55～ 57
3　林植芳 ,李双顺 ,林桂珠等.衰老叶片和叶绿体中H2O 2 的累积与膜脂过氧化的关系.植物生理学报 , 1988 , 14(1):16～ 22
4　朱广廉 ,钟诲文 ,张爱琴.植物生理学实验.北京:北京大学出版社 , 1990.37～ 39 , 51～ 54 , 242～ 248
5　中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指南.北京:科学出版社 , 1998.315～ 316
6　焦德茂 ,李　霞 ,黄雪清.不同高产水稻品种生育后期叶片光抑制光氧化和早衰的关系.中国农业科学 , 2002 , 35(5):487～ 492
7　梁慧敏 ,夏　阳 ,杜　峰等.低温胁迫对草地早熟禾抗性生理生化指标的影响.草地学报 , 2001 , 9(4):283～ 286
8　冯　晴 ,徐朗莱 ,叶茂炳等.两品种小麦叶片衰老过程中清除 H2O2 能力的差异.作物学报 , 1998 , 24(6):828～ 833
9　Albert H., Mfarkhart I.H.Chilling injury:A review of possible causes.Hortscience , 1986 , 6:1309～ 1333
10　Price A.H., Hendry G.A.F.Iron-catalyzed oxygen radical formation and it s possible contribution to drought damage in nine nat ive grasses
and three cereals.Plant Cell Environ., 1991 , 14:477～ 481
第 2 期 翁伯琦等:低温胁迫下决明属牧草苗期活性氧代谢及其自适性响应的研究 45