披堿草屬6種牧草苗期抗旱性鑒定

盧素錦 周青平 劉文輝 梁國玲 肖劍波

摘要：對(duì)來自青海不同地區(qū)的披堿草屬（Elymus）牧草進(jìn)行連續(xù)干旱處理， 觀察牧草葉片外部的形態(tài)特征， 并測(cè)定干旱處理第0、5、10天的細(xì)胞膜透性、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和葉綠素含量， 并運(yùn)用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)判其抗旱性。結(jié)果表明，隨著干旱的脅迫，6種牧草的葉片葉綠素含量呈下降趨勢(shì)；細(xì)胞膜透性、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量及丙二醛含量均呈增加趨勢(shì)，其中可溶性糖含量及丙二醛含量隨著干旱程度的增加而顯著增加（P<0.05）。綜合評(píng)價(jià)得出6種牧草苗期對(duì)干旱脅迫的耐受性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篍04（貴南縣茫拉鄉(xiāng)）>E03（同德縣谷芒鄉(xiāng)）> E02（剛察縣泉吉鄉(xiāng)）>E01（達(dá)日縣吉邁鎮(zhèn)）>E05（天峻縣新源鎮(zhèn)）>E06（共和縣倒淌河鎮(zhèn)）。

關(guān)鍵詞：抗旱性；綜合評(píng)判；披堿草屬（Elymus）

中圖分類號(hào)：S543+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）08-1889-04

披堿草屬（Elymus）為多年生優(yōu)良牧草，有著良好的生態(tài)和牧用價(jià)值，青藏高原是中國披堿草屬植物的主要分布區(qū)之一[1]。隨著青海省生態(tài)環(huán)境建設(shè)的進(jìn)一步實(shí)施和生態(tài)畜牧業(yè)的發(fā)展需要，對(duì)優(yōu)良牧草品種的需求量加大[2]。研究披堿草屬牧草的抗旱性為大幅度地提高牧草產(chǎn)量，促進(jìn)青海省草地畜牧業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

本試驗(yàn)以6種分別來自青海省達(dá)日縣吉邁鎮(zhèn)的圓柱披堿草（E. cylindricus）、剛察縣泉吉鄉(xiāng)的披堿草（E. dahuricus）、同德縣谷芒鄉(xiāng)的垂穗披堿草（E. nutans Griseb）、貴南縣茫拉鄉(xiāng)的垂穗披堿草（E. nutans Griseb）、天峻縣新源鎮(zhèn)的老芒麥（E. sibiricus）和共和縣倒淌河鎮(zhèn)的圓柱披堿草（E. cylindricus）為材料，在各干旱階段下對(duì)幼苗葉片進(jìn)行細(xì)胞膜相對(duì)透性、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量和葉綠素含量等指標(biāo)的測(cè)定，并進(jìn)行抗旱性的綜合評(píng)價(jià)，為披堿草屬種質(zhì)資源的搜集保護(hù)、評(píng)價(jià)、推廣利用奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

披堿草屬6種牧草種子供試材料由青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院草原研究所提供。材料來源見表1。

1.2 材料培養(yǎng)及處理

將6種供試材料種子粒選后用0.1%的HgCl2溶液滅菌30 min，再用清水沖洗3～5次后種植至高15 cm、口徑20 cm的花盆內(nèi)，每盆加入等量混合的培養(yǎng)基基質(zhì)（土∶細(xì)沙∶化肥=4∶1∶1），每份種質(zhì)資源設(shè)3個(gè)重復(fù)處理，從播種到干旱處理之前正常管理，保持土壤濕潤。當(dāng)幼苗株生長到3～4葉期時(shí)，進(jìn)行干旱處理。處理組干旱脅迫開始就不再澆水直到試驗(yàn)結(jié)束。自然干旱連續(xù)n d，直到90%以上供試植株表現(xiàn)萎焉倒伏，部分植物呈枯死癥狀時(shí)，進(jìn)行最后一次生理生化指標(biāo)測(cè)定。指標(biāo)測(cè)定日次為自干旱脅迫處理開始的第0、5、10天。每次每盆取同一水平的樣本，各指標(biāo)測(cè)定3次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性[相對(duì)電導(dǎo)率（REC）]采用電導(dǎo)法測(cè)定[3]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測(cè)定[3]；游離脯氨酸（PRO）含量采用酸性茚三酮法測(cè)定[3]；可溶性糖含量采用雙組分分光光度法測(cè)定[3]；葉綠素相對(duì)含量采用丙酮提取法測(cè)定[3]。

1.4 綜合評(píng)價(jià)法

應(yīng)用Fuzzy數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法[4，5]進(jìn)行綜合評(píng)判，其計(jì)算公式如下：

1）與抗旱性呈正相關(guān)的參數(shù)脯氨酸、葉綠素含量和可溶性糖采用公式：

U（Xijk）=（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin） （1）

2）與抗旱性呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)MDA、相對(duì)電導(dǎo)率采用公式：

U（Xijk）=1-（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin） （2）

式中，U（Xijk）為第i個(gè)草種第j個(gè)溫度階段第k項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，且U（Xijk）∈[0，1]；Xijk表示第i個(gè)草種第j個(gè)溫度階段第k個(gè)指標(biāo)測(cè)定值；Xmax、Xmin為所有參試種中第k項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。用每一種源各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的平均值作為種源抗旱能力綜合評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行比較。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析，多重比較采用Ducan氏法[6]。結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)6種牧草葉片外部形態(tài)的影響

連續(xù)干旱脅迫下， 6種牧草的葉片外部形態(tài)呈現(xiàn)出差異。在干旱脅迫第5天時(shí)， 牧草幼苗外觀無明顯變化， 植株生長正常， 未出現(xiàn)生長受抑制現(xiàn)象， 說明披堿草屬6種牧草均能忍耐短時(shí)間的水分虧缺。隨著干旱程度的加劇，6種牧草幼苗地上部分均生長減緩， 葉片卷曲、下垂，下部葉片枯黃，幼苗停止生長等現(xiàn)象。但各牧草對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)有差異。在干旱脅迫第6天， E06先出現(xiàn)葉片卷曲、萎蔫， 最下面葉片枯黃，部分植株倒伏， 其他牧草的葉片呈綠色，舒展。在干旱脅迫第7天時(shí)，E05部分葉片干枯，葉片嚴(yán)重對(duì)折卷曲，葉片下垂，植株倒伏；E01葉尖發(fā)黃；E02、E03和E04僅少部分植株葉尖發(fā)黃。在干旱脅迫第10天，E05、E06生長嚴(yán)重不良，出現(xiàn)明顯萎蔫，葉片枯死率達(dá)到90%以上；E02、E01、E03和E04 葉片枯死率達(dá)到50%。在干旱脅迫第14天，6種牧草生長嚴(yán)重不良，除E03、E04外，其他牧草的枯葉量在90%左右，E05和E06植株萎蔫至死。

2.2 干旱脅迫對(duì)6種牧草相對(duì)電導(dǎo)率（REC）的影響

由表2可知，各牧草葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性隨著干旱脅迫時(shí)間的延長都有不同程度的增加。第0天到第5天6種牧草的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著升高（P<0.05），而第5天到第10天除了E01相對(duì)電導(dǎo)率增加不顯著（P>0.05），其他牧草相對(duì)電導(dǎo)率增加均達(dá)顯著水平（P<0.05）。

2.3 干旱脅迫對(duì)6種牧草丙二醛（MDA）含量的影響

由表3可知，隨著干旱處理時(shí)間的延長，所有牧草的MDA含量隨著干旱程度的增加而顯著增加（P<0.05）。從各草種MDA含量的增幅可知，E05增幅最大，E02增幅最小。

2.4 干旱脅迫對(duì)6種牧草游離脯氨酸含量（PRO）的影響

由表4可知，在干旱脅迫下， 隨著干旱處理時(shí)間的延長，各牧草的脯氨酸含量均呈顯著上升趨勢(shì)（P<0.05），到干旱的第10天，脯氨酸含量最高的是E04，高達(dá)84.829 μg/g（FW），脯氨酸含量最低的是E02，為38.840 μg/g（FW）。

2.5 干旱脅迫對(duì)6種牧草可溶性糖含量的影響

由表5可知，在干旱脅迫下， 各牧草的可溶性糖含量均隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，有不同程度的升高，不同處理間均呈顯著差異（P<0.05）。E01可溶性糖含量在最高為129.057 mmol/g（FW），干旱第10天時(shí)，E05可溶性糖含量最低為34.409 mmol/g（FW），E01的可溶性糖含量增幅最大，E05增幅最小。

2.6 干旱脅迫對(duì)6種牧草葉綠素含量的影響

由表6可知，隨著干旱脅迫程度加強(qiáng)，各牧草的葉綠素含量逐漸降低，其中E04、E05、E06的葉綠素含量隨處理變化顯著（P<0.05）降低；而E01、E02、E03的葉綠素含量在第0天時(shí)顯著（P<0.05）高于第5天，而第5天與第10天之間變化不顯著（P>0.05）。

2.7 抗旱性綜合比較

作物的抗旱性是由多種因素相互作用構(gòu)成的一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性狀。用具有時(shí)間限制的少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)來闡明作物抗旱的途徑、方式和機(jī)理，或進(jìn)行耐旱性評(píng)價(jià)都難以反映作物的真實(shí)情況。本研究采用Fuzzy數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法，綜合評(píng)價(jià)這些草種的抗旱性。運(yùn)用公式（1）、（2）求出各草種各指標(biāo)參數(shù)的隸屬函數(shù)值，再將各草種各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加起來求其平均值得其綜合評(píng)價(jià)值，綜合評(píng)價(jià)值越大，抗旱性越強(qiáng)，反之則弱。表7為6種牧草5項(xiàng)抗旱參數(shù)的綜合評(píng)判結(jié)果，得出其抗旱性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?E04（產(chǎn)于貴南縣茫拉鄉(xiāng)）>E03（產(chǎn)于同德縣谷芒鄉(xiāng)）> E02（產(chǎn)于剛察縣泉吉鄉(xiāng)）>E01（產(chǎn)于達(dá)日縣吉邁鎮(zhèn)）>E05（產(chǎn)于天峻縣新源鎮(zhèn)）>E06（產(chǎn)于共和縣倒淌河鎮(zhèn)）。

3 小結(jié)與討論

在正常情況下，細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)具有選擇透過性。但是當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞脫水，破壞了細(xì)胞膜的有序結(jié)構(gòu)，使膜的透性增大，電解質(zhì)、氨基酸、可溶性糖等向外滲漏，導(dǎo)致細(xì)胞的相對(duì)透性增大，使植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大[7]。祁娟等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在一定程度的脅迫條件下，牧草會(huì)受到傷害，其顯著的特征是質(zhì)膜的相對(duì)透性增加，抗旱性強(qiáng)的品種質(zhì)膜傷害率增值少。本試驗(yàn)中各牧草的相對(duì)電導(dǎo)率隨干旱程度的加劇而升高，這與前人研究結(jié)果一致。

植物器官衰老或在逆境下受到傷害，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，它的積累對(duì)膜和細(xì)胞造成一定的傷害，所以其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。在干旱條件下，抗旱性強(qiáng)的品種的MDA含量低于抗旱性弱的品種[9]。隨著干旱脅迫程度加深，MDA含量呈上升趨勢(shì)[10]。本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了前人的研究，所有草種的MDA含量在整個(gè)處理階段變化增加明顯，膜脂質(zhì)過氧化作用突出。

在干旱等逆境下，脯氨酸會(huì)大量積累，其含量較正常條件下達(dá)百倍之上[11]。在干旱脅迫下，脯氨酸的積累并不是隨干旱程度的增加而一直增大，當(dāng)水分脅迫到一定程度時(shí)，脯氨酸的積累就會(huì)慢慢減少或消失[12]。沈艷等[13]指出脯氨酸的積累量與品種抗旱性無關(guān)。表5中6種試驗(yàn)草種游離脯氨酸含量的增加有利于調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)滲透壓，以適應(yīng)干旱環(huán)境。這與前人的研究結(jié)果不盡相同，這可能是由于試驗(yàn)所處環(huán)境的不同以及供試材料的特異性決定的。

可溶性糖是植物體內(nèi)一種重要的滲調(diào)調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物在受到逆境脅迫時(shí)可溶性糖含量的變化在一定程度上能反映其對(duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)能力。在脅迫強(qiáng)度相同條件下的一定范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的延長游離脯氨酸積累量不斷增加[14]。本試驗(yàn)中各草種可溶性糖含量均隨干旱程度的加深而顯著增加（P<0.05）?？扇苄蕴窃诟珊岛笃诖罅糠e累，可能是嚴(yán)重干旱使植物體滲透調(diào)節(jié)能力喪失，以致可溶性糖大量流失。

葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量的多少與牧草的光合作用及其強(qiáng)度有密切的關(guān)系。干旱脅迫使植株體內(nèi)水分虧缺達(dá)一定程度時(shí)，會(huì)造成葉綠體的變形和片層結(jié)構(gòu)的破環(huán)，葉綠素含量也會(huì)發(fā)生變化。本試驗(yàn)中，在干旱脅迫下，各牧草葉片葉綠素含量隨著干旱程度加重而逐漸減少，這與Bingru等[15]，祁娟等[8]報(bào)道一致。但也有不同結(jié)果，梁國玲等[16]研究表明干旱脅迫下各牧草葉綠素含量呈增加趨勢(shì)。其原因可能是供試材料的抗旱機(jī)制不同所致。

本研究結(jié)果表明，丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率、游離脯氨酸和可溶性糖含量隨著干旱程度的增加而增加，其中丙二醛含量和可溶性糖含量變化顯著（P<0.05）；葉綠素含量則隨著干旱程度的增加而呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)。綜合評(píng)判得出6種牧草的抗旱性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篍04>E03>E02>E01>E05>E06，不同種質(zhì)材料苗期抗旱性強(qiáng)弱與其葉片外部形態(tài)變化特征相一致。

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