不同種類早熟禾苗期抗旱性綜合評價

田莉華, 周青平*， 盧素錦， 陳有軍， 魏小星， 劉文輝

(1.西南民族大學青藏高原研究院， 四川 成都 610041；2.青海大學畜牧獸醫科學院， 青海 西寧 810016； 3.青海省畜牧獸醫科學院， 青海 西寧 810016)

我國北方大部分地區屬于干旱半干旱氣候，降雨量少，干旱脅迫成為限制作物生長的主要因素之一。引進和篩選一些抗旱性強、適宜該區域種植的草種質資源，對該類區域生態環境保護和發展生態畜牧業具有重要意義[1-4]。早熟禾屬(PoaL)屬禾本科植物，分布在溫暖和涼爽地帶，約250種，為纖細的多年生草本植物。早熟禾屬是冷地型禾草，喜光，耐陰，耐50%～70%郁閉度，耐旱性較強，對土壤要求不嚴，耐瘠薄[5]。由于抗旱性較強，早熟禾在我國各地區均有分布，不僅是我國北方主要的草坪用植物，也是優良的牧草資源。研究發現，早熟禾苗期的抗旱性相對較弱，苗期的干旱脅迫將直接影響其建植及后期的生長。開展早熟禾屬不同草種間苗期抗旱性比較，對干旱半干旱地區節水管理及抗旱草種選擇具有重要意義。

近年來，國內外學者針對牧草和作物干旱或低溫脅迫下的形態生理變化進行了大量研究[ 6-8]，但有關早熟禾不同草種間苗期抗旱特征比較的相關研究相對較少。開展早熟禾屬牧草苗期干旱生理學的基礎研究，深入了解不同種類早熟禾屬牧草幼苗在干旱狀態下的適應機制，對干旱區篩選高抗旱性早熟禾種質資源具有重要現實意義。本研究以青海省海北地區采集的8種早熟禾屬牧草為材料，研究干旱脅迫對不同種類早熟禾牧草幼苗抗旱性的影響，揭示不同種類早熟禾牧草在干旱脅迫下的生理變化差異，以期為干旱區引種和篩選抗旱性較強的優良早熟禾屬牧草提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料由青海省牧科院草原所提供，為來自青海省海北地區天然草地的8種早熟禾屬牧草。供試材料詳情如表1所示 。

表1 8種早熟禾屬牧草試驗材料及來源Table 1 The 8 species of bluegrass

選取顆粒飽滿、均勻一致的8種牧草種子各500粒，分別用0.1%的升汞溶液滅菌30 min，用清水沖洗3～5 次后種植于高15 cm、口徑20 cm的營養缽內，每盆播種種子50粒，每個品種4盆。土壤基本理化性質為：pH值 7.175、有機質6.49 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、全鉀22. 43 g·kg-1、全磷1.22 g·kg-1、速效鉀0.11 mg·kg-1、速效磷16.20 mg·kg-1；育苗基質有機質≥50%、腐殖酸≥20%、pH 值5.5～6.5，V表土∶V育苗基質= 3∶1。將營養缽置于智能氣候箱(型號ZPQ2280D)內進行前期培養，白天(7:00～19:00)光照12 300 lx，溫度25℃、濕度60%；夜間(19:00～7:00)無光照，溫度20℃、濕度75%。

1.2 脅迫處理及取樣方法

從播種到干旱處理之前正常栽培管理，保持土壤濕潤，田間持水量保持在60%左右。處理組幼苗株生長到3～4葉期時停止澆水，實施干旱脅迫，待90%以上供試植株表現萎蔫倒伏，部分植物呈枯死癥狀時停止試驗。對照組始終保持土壤濕潤。

在實施干旱脅迫處理前，以及實施干旱脅迫后的第5天和第10天，分別齊地面刈割各處理地上部分葉片，迅速轉移至實驗室進行生理生化指標的相關測定。每個處理各重復3次。

1.3 生理生化指標測定

采用電導法測定細胞膜相對透性(相對電導率)；硫代巴比妥酸(TBA)比色法測定丙二醛(MDA)含量和可溶性糖含量；酸性茚三酮法測定游離脯氨酸含量；丙酮提取法測定葉綠素含量[9]。

1.4 綜合評價方法

應用Fuzzy數學中隸屬函數法進行綜合評判[10]，其計算公式如下:

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)

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 數據分析

用SPSS 13.0統計軟件對試驗數據進行均值方差分析和顯著性分析，多重比較采用Duncan法[ 11]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對早熟禾屬牧草苗期相對電導率的影響

分析表2可知，8種早熟禾屬牧草在脅迫處理下的相對電導率均明顯高于干旱脅迫處理前，隨著脅迫天數延長，相對電導率均呈逐漸增加趨勢，但不同牧草品種間的抗旱性差異較大。脅迫處理后的第5天，光稃早熟禾的相對電導率較脅迫處理前顯著增加了37%(P<0.05)，增幅最大，其次為山地早熟禾、早熟禾及波伐早熟禾，增加了約20%，冷地早熟禾、草地早熟禾、高原早熟禾和莫若波利草地早熟禾增幅最小。至脅迫處理后第10天，相對電導率增輻最大的為早熟禾和波伐早熟禾，相對電導率較脅迫處理前顯著增加了約60%(P<0.05)，其次為光稃早熟禾和莫若波利草地早熟禾，增輻最小的仍為冷地早熟禾、草地早熟禾和高原早熟禾。

表2 脅迫處理下8種早熟禾屬幼苗期葉片相對電導率Table 2 The relative electrionic conductivity of 8 species of bluegrass under drought stress/%

注：表內數值為平均值±標準差；同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note: The data in the table are the means ± standard deviation； Different lowercase letters in the same row indicate significant difference at the 0.05 level, the same as below

2.2 干旱脅迫對早熟禾屬牧草苗期丙二醛(MDA)含量的影響

分析表3可知，脅迫處理后，早熟禾屬不同牧草的MDA含量差異較大。高原早熟禾干旱脅迫下的MDA含量呈逐漸下降趨勢。光稃早熟禾脅迫后第5天的MDA含量增加了22%，但脅迫第10天后恢復至脅迫前水平。其余6種牧草脅迫下的MDA含量均呈逐漸增加趨勢，其中波伐早熟禾增幅最大，脅迫后第5天和第10天的MDA含量增幅分別為358%和838%(P<0.05)，其次為山地早熟禾，脅迫后第5天和第10天的MDA含量增幅分別為116%和214%(P<0.05)，草地早熟禾增幅最小，脅迫后第5天和第10天的MDA含量增幅僅為11%和21%。

表3 脅迫處理下8份早熟禾屬牧草幼苗期葉片的丙二醛(MDA)含量Table 3 MDA content of 8 species of bluegrass under drought stress /μmol·g-1

2.3 干旱脅迫對早熟禾屬牧草苗期游離脯氨酸含量的影響

分析表4可知，干旱脅迫下8份早熟禾屬牧草脯氨酸含量顯著增加，脅迫處理第5天和第10天脯氨酸含量較脅迫前分別顯著增加102%和190%以上(P<0.05)，其中，脅迫處理下增幅最大的為山地早熟禾和莫若波利草地早熟禾，脅迫處理第5天和第10天的脯氨酸含量增幅均在424%和579%以上(P<0.05)，其次為草地早熟禾、光稃早熟禾、冷地早熟禾和早熟禾，高原早熟禾的增幅最小，第5天和第10天的脯氨酸含量增幅僅為102%和191%(P<0.05)。

表4 脅迫處理下8份早熟禾屬牧草幼苗期葉片脯氨酸含量Table 4 Proline content of 8 species of bluegrass under drought stress /μg·g-1

2.4 干旱脅迫對早熟禾屬牧草苗期葉綠素含量的影響

分析表5可知，8種早熟禾屬牧草干旱脅迫下的葉綠素含量較脅迫處理前均有所降低，其中，波伐早熟禾和莫若波利草地早熟禾干旱脅迫第5天和第10天葉綠素含量的降幅最大，降幅分別在48%和74%以上(P<0.05)，其次為光稃早熟禾，其余5種早熟禾干旱脅迫后第5天的葉綠素含量較脅迫前僅下降8%～14%，干旱脅迫后第10天，除草地早熟禾的葉綠素含量較脅迫前僅下降16%外，山地早熟禾、冷地早熟禾、早熟禾和高原早熟禾的葉綠素含量較脅迫前僅下降42%～54%。

表5 脅迫處理下8份早熟禾屬牧草幼苗期葉片葉綠素含量Table 5 Chlorophyll content of 8 species of bluegrass under drought stress /mmol·g-1

2.5 8種早熟禾屬牧草抗旱性綜合評價

牧草抗旱性是許多指標綜合作用的結果，評價指標和評價方法的選取至關重要，本研究采用隸屬函數法對8種早熟禾屬牧草進行抗旱性綜合評價。運用公式(1)和(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，得到其綜合評價值，綜合評價值越大，抗旱性越強，反之則越弱。

表6為8種早熟禾屬牧草4項抗旱參數的綜合評價結果，整體而言8種牧草苗期抗旱性由強到弱順序依次為：草地早熟禾>高原早熟禾>山地早熟禾>光稃早熟禾>波伐早熟禾>早熟禾>莫若波利草地早熟禾>冷地早熟禾。

表6 8種早熟禾屬牧草抗旱性綜合評價Table 6 Comprehensive evaluation of drought resistance character of 8 species of bluegrass

3 討論與結論

牧草對水分較敏感，干旱脅迫時, 牧草有保持低的電導率的趨勢。本研究中，抗旱性強的牧草如草地早熟禾、山地早熟禾和高原早熟禾均具有相對較低的電導率，脅迫條件下電導率的增幅小于其他各品種，說明低電導率是高抗旱性牧草品種的重要特征之一。選擇低電導率的牧草品種是篩選高抗旱性材料的重要參考指標之一。

本研究中，6種早熟禾屬牧草在苗期干旱脅迫下丙二醛(MDA)含量較脅迫處理前均有所增加，隨著脅迫時間的延長，MDA含量呈增加趨勢。前人研究發現，MDA能夠嚴重破壞膜和細胞中諸如蛋白質、核酸許多生物功能分子, 并造成生物膜結構與功能的破壞, 其含量的高低和細胞膜脂透性的變化反映了植物受到脅迫后細胞膜脂過氧化作用的強弱和細胞質膜被破壞的程度[1,12]。本研究中，盡管6種牧草的MDA呈顯著增加趨勢，但光稃早熟禾脅迫后第10天時MDA恢復至脅迫前水平，高原早熟禾干旱脅迫下的MDA含量呈逐漸下降趨勢，說明干旱脅迫下光稃早熟禾和高原早熟禾具有維持細胞原狀的潛在優勢，可作為潛在的優良抗旱性材料進行進一步的篩選和利用。

脯氨酸是干旱脅迫下的有效滲透物質之一，脅迫條件下，脯氨酸在植物細胞內不斷累積，可降低細胞內的水勢，減緩水分外滲，延緩水分脅迫[16-17]。大量研究亦表明，脅迫條件下早熟禾中脯氨酸等可溶性蛋白質含量增加，脯氨酸含量的高低與早熟禾的抗旱性呈顯著正相關關系[18]。本研究中，干旱脅迫下8種早熟禾屬牧草脯氨酸含量均顯著增加，以山地早熟禾和莫若波利草地早熟禾的增幅最大，說明這2種早熟禾相比其他早熟禾草種具有明顯的緩解水分脅迫的優勢，是后續開展早熟禾牧草抗旱性生理機制研究的潛在優勢材料。

本研究中，8種早熟禾屬牧草干旱脅迫下的葉綠素含量較脅迫處理前均有所降低，但抗旱性強的牧草種，如草地早熟禾、山地早熟禾和高原早熟禾，其脅迫條件下葉綠素含量的降幅小于其他各草種。他人研究亦發現冷季型草坪草葉綠素含量與抗旱性呈正相關關系[19]，說明脅迫條件下維持較高的葉綠素含量是作物高抗旱性的重要標志之一，也是篩選高抗性牧草的重要依據之一。

然而，植物的抗旱性是其生理生化特征綜合作用的結果，僅憑單一的特征指標判斷植物的抗旱性存在缺陷，結果的可信度較差。為克服單一指標評價抗旱性的片面性，目前研究多依據多個生理指標，利用隸屬函數法、聚類分析法及主成分分析法等方法[20]進行抗旱性綜合評價。本文首先分析了干旱脅迫下各早熟禾草種苗期的主要抗旱性生理指標，明確了各草種的抗旱性優勢特征，并采用了目前常用的隸屬函數綜合評價方法，分析了青海海北地區8種早熟禾屬牧草的抗旱能力，表明抗旱性較強的早熟禾草種為草地早熟禾和高原早熟禾，可為干旱區引進、篩選優良早熟禾屬牧草提供重要科學依據。