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苜蓿属三种牧草主要贮藏物质含量的变化



全 文 :*通讯作者,E-mail:sfl0000@126.com
收稿日期:2014-06-19;修回日期:2014-07-28
基金项目:国家自然科学基金“扁蓿豆抗寒相关基因对低温胁迫
响应机理的研究”(31460626);内蒙古应用技术研究与开发资金项目
“抗逆优良乡土草种的选育研究”;内蒙古现代农牧业产业科技服务
体系-人工草牧场建设项目
作者简介:张璐(1990- ),女,内蒙古丰镇人,在读硕士,主要研
究方向为牧草遗传育种,E-mail:993784353@qq.com.
文章编号:1673-5021(2014)06-0103-05
苜蓿属三种牧草主要贮藏物质含量的变化
张 璐,石凤翎*,熊 梅,高翠萍
(内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古 呼和浩特 010019)
摘要:以苜蓿属的直立型扁蓿豆、敖汉苜蓿和黄花苜蓿为供试材料,在大田条件下研究不同物候期各材料不同
器官可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量变化规律,结果表明:在7月至9月的生长期内,各器官的可溶性糖与
可溶性蛋白总量显著高于越冬期,游离脯氨酸显著低于越冬期;在越冬期,根部三种物质显著高于生长期,三种物质
间呈极显著正相关;其中,直立型扁蓿豆在越冬前游离脯氨酸积累早于其余材料。
关键词:苜蓿属;物候期;可溶性糖;可溶性蛋白;游离脯氨酸
中图分类号:S541   文献标识码:A
  抗寒高产的优良苜蓿品种短缺在很大程度上限
制了我国北方寒冷地区苜蓿的种植及其产业的发
展,挖掘和利用抗寒植物基因资源,加快抗寒苜蓿新
品种培育是解决该问题的重要途径。扁蓿豆是苜蓿
属多年生二倍体植物(2n=16),具有抗旱、抗蓟马、
耐寒等优点,其抗寒性较突出,能在-40℃的低温下
安全越冬[1],是高寒、干旱地区适宜引种的优良豆科
牧草。目前对扁蓿豆抗寒性的研究较少,主要集中
在人工低温胁迫条件下扁蓿豆的组织结构、生理生
化特性以及相关冷诱导基因的表达[2~3]。本试验以
在大田条件下生长的直立型扁蓿豆及苜蓿属的其他
两种牧草为研究对象,对不同物候期牧草抗寒性相
关生理指标进行测定,分析其变化规律,比较抗寒性
的差异,以探究扁蓿豆抵抗低温胁迫的原因。
1 材料与方法
1.1 材料
试验材料为大田自然环境下生长第1年至生长
第2年的直立型扁蓿豆(Medicago ruthenica L.)、
敖汉苜蓿(Medicago sativa cv.Aohan)和黄花苜蓿
(Medicago falcata L.),分别取各材料的根、茎、叶
进行分析。
1.2 方法
每月下旬(表1)选取代表性植株3株,采集各
材料的根、茎和叶(进入冬季只取植物根部),对其可
溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量进行测定,具
体测定方法参照文献[4~5],部分试验方法略作修改。
1.3 数据分析方法
数据整理以及图表制作采用 Microsoft Office
Excel 2013软件完成,差异显著性和相关性检测采
用SAS9.0软件完成。
表1 试验材料物候期
Table 1 The phenological period of tested material
材料
Material
不同年份物候期
The phenological period in different years
2013年
7月
Jul.
2013
2013年
8月
Aug.
2013
2013年
9月
Sep.
2013
2013年
10月~
2014年
3月
Oct.
2013~
Mar.2014
2014年
4月
Apr.
2014
直立型扁蓿豆 分枝期 开花期 结荚期 越冬期 返青期
敖汉苜蓿 分枝期 开花期 结荚期 越冬期 返青期
黄花苜蓿 分枝期 开花期 结荚期 越冬期 返青期
2 结果与分析
2.1 可溶性糖含量变化
由表2可以看出,3份材料从生长当年的分枝期(7
月)至越冬期(12月),整株可溶性糖含量先上升而后逐
渐下降,且根部的含量显著高于茎、叶中的含量。其
中,直立型扁蓿豆从分枝期到开花期(8月)根部可溶性
糖含量下降,而后逐渐上升至越冬期达最高,一直保持
到翌年3月。与敖汉苜蓿和黄花苜蓿相比,扁蓿豆在
分枝期可溶性糖含量显著高于二者;开花期至结荚期,
其可溶性糖总含量显著低于二者;进入越冬期可溶性
糖向根部积累,扁蓿豆与二者差异不显著,到翌年3月
—301—
第36卷 第6期
Vol.36 No.6
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2014年11月
Nov.2014
扁蓿豆可溶性糖含量显著高于二者。
表2 各材料不同月份可溶性糖含量(mg/g)
Table 2 Soluble sugar content of materials in different month(mg/g)
材料
Material
部位
Organ
不同时间的可溶性糖含量
Soluble sugar content in different time
2013年
7月
Jul.2013
2013年
8月
Aug.2013
2013年
9月
Sep.2013
2013年
10月
Oct.2013
2013年
11月
Nov.2013
2013年
12月
Dec.2013
2014年
2月
Feb.2014
2014年
3月
Mar.2014
2014年
4月
Apr.2014
直立型扁蓿豆 根部 67.11a 27.05cd  81.15c 109.73a 107.75a 94.87a 112.92b 97.99a 45.52a
茎部 24.59d 22.19de  51.77de - - - - - 23.93cd
叶部 20.60d 18.65ef  45.28de - - - - - 19.62d
总体 112.30  67.89  178.17  109.73  107.75  94.87  112.92  97.99  89.07
FGH  P  C  FGHI  GHIJ  IJKLM  FGH  HIJKL  KLMN
敖汉苜蓿 根部 58.82b 96.01a 151.67a 116.29a 100.04a 89.34a 137.54a 69.93b 27.09c
茎部 15.33e 17.71ef  47.78de - - - - - 20.42d
叶部 21.60d 29.31c 40.52e - - - - - 33.23b
总体 95.35  143.03  239.98  116.29  100.04  89.34  137.54  69.93  80.74
IJKLM  D  A  FG  GHIJK  KLMN  DE  OP  MNOP
黄花苜蓿 根部 40.89c 47.64b 97.93b 130.87a 102.54a 88.96a 123.79ab  72.82b 27.78bc
茎部 14.38e 15.07f 55.11d - - - - - 24.03cd
叶部 37.25c 21.78de  47.79de - - - - - 23.09cd
总体 92.51  84.49  200.82  130.87  102.54  88.96  123.79  72.82  74.91
JKLM  LMNO  B  DE  GHIJK  KLMN  EF  OP  NOP
  注:不同小写字母表示同一月份下不同的材料在0.05水平下差异显著,不同大写字母表示不同月份不同材料的总含量在0.05水平下差
异显著,下表同。
Note:Different smal letters in the same month indicate the different material significant differences at 0.05level,Different big letters in
the different months indicate the total contents of different material significant differences at 0.05level.The same as below.
2.2 可溶性蛋白含量的变化
由表3可以看出,3份材料从分枝期到结荚期
(9月)可溶性蛋白总含量较高,其中叶可溶性蛋白
含量显著高于根和茎,当地上部枯萎后根可溶性蛋
白含量显著增加并高于生长期。从10月至12月扁
蓿豆根部可溶性蛋白含量逐渐下降,12月至翌年2
月逐渐上升,但均显著低于其余2份材料;3份材料
返青期可溶性蛋白含量显著上升。
表3 各材料不同月份可溶性蛋白含量(mg/g)
Table 3 Soluble protein content of materials in different month(mg/g)
材料
Material
部位
Organ
不同时间的可溶性蛋白含量
Soluble protein content in different time
2013年
7月
Jul.2013
2013年
8月
Aug.2013
2013年
9月
Sep.2013
2013年
10月
Oct.2013
2013年
11月
Nov.2013
2013年
12月
Dec.2013
2014年
2月
Feb.2014
2014年
3月
Mar.2014
2014年
4月
Apr.2014
直立型扁蓿豆 根部 19.19d 11.05c 19.07f 31.61a 27.23b 13.54c 28.47b 26.69c 10.42c
茎部 18.34d 12.56c 17.56f - - - - - 12.46c
叶部 46.10b 53.95a 50.49b - - - - - 49.01b
总体 83.63  77.57  87.12  31.61  27.23  13.54  28.47  26.69  71.89
DE  EF  D  HIJK  JK  L  HIJK  K  FG
敖汉苜蓿 根部 27.18c 26.87b 29.47c 28.69a 35.83a 32.51a 31.16b 36.53a 9.38c
茎部 21.15cd  13.59c 26.01d - - - - - 12.33c
叶部 62.11a 49.90a 62.40a - - - - - 47.39b
总体 110.44  90.36  117.87  28.69  35.83  32.51  31.16  36.53  69.10
B  D  A  HIJK  HIJ  HIJK  HIJK  H  G
黄花苜蓿 根部 15.83d 13.11c 22.67e 27.45a 29.57b 18.65b 36.15a 31.75b 13.23c
茎部 22.15cd  16.19c 16.78f - - - - - 13.47c
叶部 63.43a 55.41a 50.87b - - - - - 61.56a
总体 101.41  84.70  90.32  27.45  29.57  18.65  36.15  31.75  88.25
C  DE  D  IJK  HIJK  L  HI  HIJK  D
—401—
中国草地学报 2014年 第36卷 第6期
2.3 游离脯氨酸含量的变化
由表4可以看出,3份材料的游离脯氨酸总含
量在分枝期和开花期较低,且根、茎、叶各部位之间
无显著差异;从结荚期开始显著上升,并在整个越冬
期维持较高水平。其中,直立型扁蓿豆在10月和
11月根部游离脯氨酸含量显著高于敖汉苜蓿和黄
花苜蓿,12月份至翌年3月间3份材料的根部游离
脯氨酸含量差异不显著。3月份以后进入返青期,3
份材料根部游离脯氨酸含量显著降低,且总含量上
扁蓿豆显著低于敖汉苜蓿和黄花苜蓿。
表4 各材料不同月份游离脯氨酸含量(μg/g)
Table 4 Free proline content of materials in different month(μg/g)
材料
Material
部位
Organ
不同时间的游离脯氨酸含量
Free proline content in different time
2013年
7月
Jul.2013
2013年
8月
Aug.2013
2013年
9月
Sep.2013
2013年
10月
Oct.2013
2013年
11月
Nov.2013
2013年
12月
Dec.2013
2014年
2月
Feb.2014
2014年
3月
Mar.2014
2014年
4月
Apr.2014
直立型扁蓿豆 根部 111.65bc  159.61b 454.24bc  1556.90a 1589.86a 1575.49a 1541.34b 1539.62a 551.36c
茎部 125.54b 37.38f 502.44b - - - - - 342.23d
叶部 121.95bc  72.19e 583.66b - - - - - 350.28d
总体 359.14  269.18  1540.34  1556.90  1589.86  1575.49  1541.34  1539.62  1243.87
GH  H  CD  CD  CD  CD  CD  CD  E
敖汉苜蓿 根部 196.33a 199.83a 549.32b 1192.44b 1271.82b 1547.01a 1660.54a 1500.99a 616.76bc
茎部 66.31cd  57.69ef  163.44d - - - - - 580.50c
叶部 149.91ab  106.61d 894.58a - - - - - 751.65b
总体 412.55  364.13  1607.34  1192.44  1271.82  1547.01  1660.54  1500.99  1948.91
B  GH  CD  EF  E  CD  C  D  B
黄花苜蓿 根部 53.32d 145.90bc  342.63c 1092.76b 1097.77b 1536.06a 1531.84b 1471.58a 698.64bc
茎部 53.94d 129.15cd  98.56d - - - - - 609.77bc
叶部 157.17ab  73.11e 754.26a - - - - - 1286.33a
总体 264.43  348.16  1195.45  1092.76  1097.77  1536.06  1531.84  1471.58  2594.74
C  GH  EF  F  F  CD  CD  D  A
2.4 可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸的相关性
分析
分别将地上部与地下部3个生理指标进行相关
性分析结果表明,地上部的3个指标间无显著相关
性,而地下部的这3个指标间则呈极显著相关。可
溶性糖在叶部合成,可溶性蛋白与游离脯氨酸在根
部合成,但这三种物质在地上部的含量随着生长发
育处于动态变化,三者间的相关性不明显,而在根部
随着物候的变化,三种物质的积累量变化趋势一致,
因此呈现出极显著的相关性。
表5 地上部和地下部生理指标间的相关系数
Table 5 Analysis on correlation of physiological index of the aboveground and belowground
生理指标
Physiological
indexs
地上部
Aboveground
地下部
Belowground
 可溶性糖
Soluble sugar
可溶性蛋白
Soluble protein
游离脯氨酸
Free proline
可溶性糖
Soluble sugar
可溶性蛋白
Soluble protein
游离脯氨酸
Free proline
可溶性糖 1.0000  1.0000
可溶性蛋白 0.0281  1.0000  0.7033** 1.0000
游离脯氨酸 0.4149  0.1919  1.0000  0.5424**   0.5723** 1.0000
  注:**表示显著水平为0.01。
Note:** mean significant difference at 0.01level.
3 讨论
在植物体内可溶性糖、可溶性蛋白以及游离脯
氨酸可作为碳源和氮源为植物生长和发育提供必要
的能量,在营养生长阶段和生殖生长阶段其含量受
到合成与分解的共同影响;同时还可作为渗透调节
—501—
张 璐 石凤翎 熊 梅 高翠萍   苜蓿属三种牧草主要贮藏物质含量的变化
物质提高细胞液浓度,降低水势,增加保水能力,从
而使冰点下降,保持细胞不致遇冷凝固,提高植物抗
寒能力[6]。有研究表明,植物在低温胁迫下这些贮
藏物质含量会显著升高,且含量的多少与植物抗寒
性强弱呈正相关[7~11]。本试验研究发现,在扁蓿豆
开花期,叶片合成的可溶性糖主要用于生殖生长,从
而导致根部的积累量减少,但进入结荚期后又大量
累积,以此增强根的抗寒能力。敖汉苜蓿和黄花苜
蓿在开花期和结荚期可溶性糖含量均显著高于扁蓿
豆,进入越冬期后三者差异不显著。两份苜蓿返青
早于扁蓿豆,返青活动会消耗部分可溶性糖,因此,
返青前苜蓿中的可溶性糖积累量低于扁蓿豆,说明
在不同物候期3份材料可溶性糖积累与其基本生命
活动的强弱有关。
可溶性蛋白有较强亲水性,能增强细胞的持水
力,所以其含量增加可以保持更多的水分,使原生质
在低温胁迫下减少因结冰致死的机会,从而抵抗寒
冷。有研究表明,扁蓿豆在人工低温胁迫下其可溶
性蛋白含量会显著升高[12]。本研究结果与之一致,
其可溶性蛋白在分枝期到结荚期主要积累在叶部;
在越冬期间,根部可溶性蛋白含量升高且与另两份
苜蓿无显著差异,后期出现先降低又上升的变化规
律,并显著低于敖汉苜蓿和黄花苜蓿可溶性蛋白含
量。说明越冬前3份材料通过根部大量积累可溶性
蛋白抵抗自然降温,同时可溶性蛋白可分解为其生
命活动提供能源,说明扁蓿豆在越冬期用于基本生
命活动消耗的可溶性蛋白高于敖汉苜蓿和黄花苜
蓿。
游离脯氨酸可以与细胞中的生物聚合体形成亲
水胶体类的聚合物,维持细胞水分与环境渗透平衡。
本试验中3份材料在越冬期游离脯氨酸含量显著升
高,与其他研究结果吻合[13~14],其中直立型扁蓿豆
在越冬前游离脯氨酸积累早于其余材料。试验中根
部可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量呈显著
正相关,说明植物的抗寒性是生理生化特征综合作
用的遗传表现,抗寒性是多个基因共同调控的性状。
大田自然环境中影响因素较多,需结合多个抗寒相
关生理指标综合分析,进一步深入探究扁蓿豆抗寒
的生理基础。
4 结论
4.1 苜蓿属三种牧草在生长期内可溶性糖和可溶
性蛋白累积量显著高于越冬期,而游离脯氨酸累积
量显著低于越冬期,其中根部三种主要贮藏营养物
质累积量在越冬期显著高于生长期,且三种物质间
呈极显著正相关。
4.2 敖汉苜蓿和黄花苜蓿在生长期内可溶性糖和
可溶性蛋白含量高于直立型扁蓿豆,而直立型扁蓿
豆在越冬前游离脯氨酸积累早于其余材料。
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Changes of Main Storage Substance Contents of
Three Medicago Forages
ZHANG Lu,SHI Feng-ling,XIONG Mei,GAO Cui-ping
(College of Ecology and Environmental Science,Inner Mongolia Agricultural
University,Hohhot 010019,China)
Abstract:Medicago ruthenica L.,Medicago sativa cv.Aohan and MedicagofalcataL.were taken
as test materials to study the change rule of soluble sugar,soluble protein and free proline in different or-
gans of the different materials during different phenological period under the condition of the field.The re-
sult showed that the content of soluble sugar and soluble protein in different organs were significantly
higher from July to September in the period of growth than the over-wintering stage,but the content of
free proline was significantly lower than the over-wintering stage.The content of three main nutrition sub-
stance in root were significantly higher in the over-wintering stage than the period of growth and were very
significant positive correlation.Among them,the free proline of M.ruthenica L.accumulated earlier than
the rest of the material.
Key words:Medicago;Phenological period;Soluble sugar;Soluble protein;Free proline
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张 璐 石凤翎 熊 梅 高翠萍   苜蓿属三种牧草主要贮藏物质含量的变化