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：對來自青海不同地區的披堿草屬（Elymus）牧草進行連續干旱處理， 觀察牧草葉片外部的形態特征， 并測定干旱處理第0、5、10天的細胞膜透性、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和葉綠素含量， 并運用隸屬函數法綜合評判其抗旱性。結果表明，隨著干旱的脅迫，6種牧草的葉片葉綠素含量呈下降趨勢；細胞膜透性、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，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）。綜合評價得出6種牧草苗期對干旱脅迫的耐受性強弱順序為：E04（貴南縣茫拉鄉）>E03（同德縣谷芒鄉）> E02（剛察縣泉吉鄉）>E01（達日縣吉邁鎮）>E05（天峻縣新源鎮）>E06（共和縣倒淌河鎮）。

關鍵詞：抗旱性；綜合評判；披堿草屬（Elymus）

中圖分類號：S543+.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）08-1889-04

披堿草屬（Elymus）為多年生優良牧草，有著良好的生態和牧用價值，青藏高原是中國披堿草屬植物的主要分布區之一[1]。隨著青海省生態環境建設的進一步實施和生態畜牧業的發展需要，對優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量，促進青海省草地畜牧業健康穩定發展具有重要意義。

本試驗以6種分別來自青海省達日縣吉邁鎮的圓柱披堿草（E. cylindricus）、剛察縣泉吉鄉的披堿草（E. dahuricus）、同德縣谷芒鄉的垂穗披堿草（E. nutans Griseb）、貴南縣茫拉鄉的垂穗披堿草（E. nutans Griseb）、天峻縣新源鎮的老芒麥（E. sibiricus）和共和縣倒淌河鎮的圓柱披堿草（E. cylindricus）為材料，在各干旱階段下對幼苗葉片進行細胞膜相對透性、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的測定，并進行抗旱性的綜合評價，為披堿草屬種質資源的搜集保護、評價、推廣利用奠定科學基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 材料培養及處理

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，每盆加入等量混合的培養基基質（土∶細沙∶化肥=4∶1∶1），每份種質資源設3個重復處理，從播種到干旱處理之前正常管理，保持土壤濕潤。當幼苗株生長到3～4葉期時，進行干旱處理。處理組干旱脅迫開始就不再澆水直到試驗結束。自然干旱連續n d，直到90%以上供試植株表現萎焉倒伏，部分植物呈枯死癥狀時，進行最后一次生理生化指標測定。指標測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，各指標測定3次。

1.3 測定項目與方法

細胞質膜相對透性[相對電導率（REC）]采用電導法測定[3]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定[3]；游離脯氨酸（PRO）含量采用酸性茚三酮法測定[3]；可溶性糖含量采用雙組分分光光度法測定[3]；葉綠素相對含量采用丙酮提取法測定[3]。

1.4 綜合評價法

應用Fuzzy數學中隸屬函數法[4，5]進行綜合評判，其計算公式如下：

1）與抗旱性呈正相關的參數脯氨酸、葉綠素含量和可溶性糖采用公式：

U（Xijk）=（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin） （1）

2）與抗旱性呈負相關的參數MDA、相對電導率采用公式：

U（Xijk）=1-（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin） （2）

式中，U（Xijk）為第i個草種第j個溫度階段第k項指標的隸屬度，且U（Xijk）∈[0，1]；Xijk表示第i個草種第j個溫度階段第k個指標測定值；Xmax、Xmin為所有參試種中第k項指標的最大值和最小值。用每一種源各項指標隸屬度的平均值作為種源抗旱能力綜合評判標準，進行比較。

1.5 數據處理

所得試驗數據用SPSS統計軟件分析，多重比較采用Ducan氏法[6]。結果用平均數±標準差來表示。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對6種牧草葉片外部形態的影響

連續干旱脅迫下， 6種牧草的葉片外部形態呈現出差異。在干旱脅迫第5天時， 牧草幼苗外觀無明顯變化， 植株生長正常， 未出現生長受抑制現象， 說明披堿草屬6種牧草均能忍耐短時間的水分虧缺。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，幼苗停止生長等現象。但各牧草對干旱脅迫的反應有差異。在干旱脅迫第6天， E06先出現葉片卷曲、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，E05部分葉片干枯，葉片嚴重對折卷曲，葉片下垂，植株倒伏；E01葉尖發黃；E02、E03和E04僅少部分植株葉尖發黃。在干旱脅迫第10天，E05、E06生長嚴重不良，出現明顯萎蔫，葉片枯死率達到90%以上；E02、E01、E03和E04 葉片枯死率達到50%。在干旱脅迫第14天，6種牧草生長嚴重不良，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6種牧草相對電導率（REC）的影響

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

2.3 干旱脅迫對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， 隨著干旱處理時間的延長，各牧草的脯氨酸含量均呈顯著上升趨勢（P<0.05），到干旱的第10天，脯氨酸含量最高的是E04，高達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，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，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成的一個較為復雜的綜合性狀。用具有時間限制的少數幾個指標來闡明作物抗旱的途徑、方式和機理，或進行耐旱性評價都難以反映作物的真實情況。本研究采用Fuzzy數學中隸屬函數法，綜合評價這些草種的抗旱性。運用公式（1）、（2）求出各草種各指標參數的隸屬函數值，再將各草種各項指標的隸屬函數值累加起來求其平均值得其綜合評價值，綜合評價值越大，抗旱性越強，反之則弱。表7為6種牧草5項抗旱參數的綜合評判結果，得出其抗旱性強弱順序為： E04（產于貴南縣茫拉鄉）>E03（產于同德縣谷芒鄉）> E02（產于剛察縣泉吉鄉）>E01（產于達日縣吉邁鎮）>E05（產于天峻縣新源鎮）>E06（產于共和縣倒淌河鎮）。

3 小結與討論

在正常情況下，細胞膜對物質具有選擇透過性。但是當植物受到干旱脅迫時，細胞脫水，破壞了細胞膜的有序結構，使膜的透性增大，電解質、氨基酸、可溶性糖等向外滲漏，導致細胞的相對透性增大，使植物細胞浸提液的電導率增大[7]。祁娟等[8]研究發現，在一定程度的脅迫條件下，牧草會受到傷害，其顯著的特征是質膜的相對透性增加，抗旱性強的品種質膜傷害率增值少。本試驗中各牧草的相對電導率隨干旱程度的加劇而升高，這與前人研究結果一致。

植物器官衰老或在逆境下受到傷害，往往發生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產物，它的積累對膜和細胞造成一定的傷害，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[10]。本試驗結果也證實了前人的研究，所有草種的MDA含量在整個處理階段變化增加明顯，膜脂質過氧化作用突出。

在干旱等逆境下，脯氨酸會大量積累，其含量較正常條件下達百倍之上[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，當水分脅迫到一定程度時，脯氨酸的積累就會慢慢減少或消失[12]。沈艷等[13]指出脯氨酸的積累量與品種抗旱性無關。表5中6種試驗草種游離脯氨酸含量的增加有利于調節細胞內滲透壓，以適應干旱環境。這與前人的研究結果不盡相同，這可能是由于試驗所處環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一種重要的滲調調節物質，植物在受到逆境脅迫時可溶性糖含量的變化在一定程度上能反映其對逆境環境的適應能力。在脅迫強度相同條件下的一定范圍內，隨著處理時間的延長游離脯氨酸積累量不斷增加[14]。本試驗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）。可溶性糖在干旱后期大量積累，可能是嚴重干旱使植物體滲透調節能力喪失，以致可溶性糖大量流失。

葉綠素是綠色植物進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度有密切的關系。干旱脅迫使植株體內水分虧缺達一定程度時，會造成葉綠體的變形和片層結構的破環，葉綠素含量也會發生變化。本試驗中，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]報道一致。但也有不同結果，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。其原因可能是供試材料的抗旱機制不同所致。

本研究結果表明，丙二醛含量、相對電導率、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出減少的趨勢。綜合評判得出6種牧草的抗旱性強弱順序為：E04>E03>E02>E01>E05>E06，不同種質材料苗期抗旱性強弱與其葉片外部形態變化特征相一致。

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