我国高羊茅抗旱耐热鉴定研究进展

杨春燕等

摘要：本文从生物学鉴定、生理生化鉴定、光合性能鉴定、分子辅助鉴定等4个方面对我国高羊茅抗旱耐热性能鉴定进行综述，旨在为高羊茅抗性鉴定提供参考。

关键词：高羊茅；抗旱耐热；鉴定

中图分类号： S688.4 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.19.038

高羊茅（Fescue arundinacea）是禾本科羊茅属多年生草本植物，具有生长迅速、再生性强等特点，在我国种植范围广泛。然而，高羊茅属于冷季型草，在夏季易遭受高温干旱而造成产量减少、草地质量降低。因此，对高羊茅抗旱耐热性能进行鉴定，对制定抗旱技术措施、选育抗旱品种等有重要意义。

1 生物学鉴定

高温干旱胁迫对高羊茅的生长发育造成影响，植株通过形态特征的改变来适应外界的胁迫，抗性不同的高羊茅在高温干旱的环境中表现出不同的植株性状[1]。在种子萌发期，高温干旱胁迫会造成高羊茅胚根、胚芽长，发芽率降低，当超过对胁迫耐受程度时，种子不能萌发[2]。而在苗期遭受胁迫后，高羊茅植株地上生物量、地下生物量和株高均有所减少，高羊茅抗旱性与生物量、株高呈正相关[1][3]。在生长期，通常采用株高（生长速率）、分蘖数、叶片枯死率、成活率、叶色、叶宽、根冠比等作为高羊茅抗旱耐热的鉴定指标。在高温干旱的胁迫下，株高、叶色、叶宽、分蘖数均有所下降，而叶片枯死率、成活率、根冠比则呈上升趋势，高温干旱的环境对高羊茅的生长发育伤害明显[4-6]。此外，张志飞等采用叶片表皮蜡质含量作为高羊茅抗旱性的鉴定指标，研究发现，在干热胁迫时，高羊茅叶片表皮蜡质可通过对气孔导度的调节来减少气孔蒸腾，提高水分利用效率，最终提高其抗旱性；蜡质含量越高的品种，其叶片气孔导度和胞间CO2浓度越低，水分利用效率越高[7]，将蜡质相关基因导入高羊茅中，得到抗旱性增强的转基因植株[8]。

采用形态鉴定易于识别，具有一定实用价值，但易受外界环境影响，需多年多点试验才能提高试验准确性和可靠性，因此，在实际操作中，常与其他鉴定指标结合鉴定高羊茅的抗旱性。

2 生理生化鉴定

高温干旱胁迫使高羊茅的生理代谢发生一系列的变化[9]，近年来，许多学者对高羊茅抗旱耐热生理生化机制进行了广泛研究，并提出相关的生理生化鉴定指标。目前常用的生理生化鉴定指标包括膜脂过氧化产物如丙二醛（MDA），渗透调节物质如脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP），抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物歧化酶（POD）、过氧化氢酶（CAT），衡量细胞膜透性的相对电导率（REC）以及叶绿素（Chl）、叶片相对含水量（RWC）等。此外，也有学者采用类胡萝卜素（Car）[10]作为高羊茅抗旱耐热性鉴定指标。在对高羊茅进行抗旱耐热性鉴定时，多数学者采用盆栽的苗期高羊茅品种、辐射诱变材料、内生真菌感染材料等作为鉴定材料，也有学者采用生长多年的高羊茅作为鉴定材料[11][12]。

随着高温干旱胁迫的加剧，高羊茅的丙二醛含量、脯氨酸含量、相对电导率呈上升趋势，叶片相对含水量则呈下降趋势[13-15]，而其他鉴定指标不同学者的研究结果均有所差异。（1）叶绿素：周中亮[9]、金忠民[16]、张庆峰[17]的研究表明，在高温干旱胁迫下，叶绿素的含量呈先升高后下降的趋势，韩春梅[12]、回振龙[15]、徐胜[18]则研究发现叶绿素含量随胁迫的加剧呈下降趋势，而梁国玲[19]在对羊茅属4种牧草苗期抗旱性鉴定时发现，高羊茅在连续干旱胁迫下，叶绿素呈上升趋势。造成这种鉴定结果有所差异的原因可能是胁迫时间不一致或鉴定时间长短不一；（2）可溶性蛋白：随着胁迫的加剧，可溶性蛋白总体呈下降趋势，不过不同学者在总体下降趋势中研究结果有所不一致。周中亮等[9]发现可溶性蛋白在高温胁迫下呈先升高后下降趋势，回振龙等[15]的研究表明可溶性蛋白在干旱胁迫下呈下降趋势；（3）过氧化物歧化酶：与可溶性蛋白的鉴定结果相似，徐东生[11]、程玲[20]发现高羊茅的过氧化物歧化酶活性在高温干旱胁迫下呈上升趋势，而王彬[10]、回振龙[15]、金忠民[16]的研究表明随着胁迫的加剧，高羊茅过氧化物歧化酶的活性呈先升高后降低的趋势，造成这种鉴定结果不一致的原因可能是胁迫时间长短不一；（4）超氧化物歧化酶：多数学者的研究结果均表明随着胁迫的加剧，高羊茅超氧化物歧化酶的活性呈下降或先升高后下降的趋势[9][12] [15] [16] [18][21]，王彬等[10]则发现超氧化物歧化酶活性呈先降低后升高的趋势；（5）过氧化氢酶：不同学者的研究结果完全相反，随着高温干旱的加剧，高羊茅过氧化氢酶活性呈上升[20]或下降[13][22]的趋势，其中，采用PEG胁迫呈上升趋势，而采用盆栽胁迫呈下降趋势；（6）可溶性糖：多数学者的研究结果表明高羊茅可溶性糖含量随胁迫的加剧呈上升趋势，而部分学者对辐射诱变的高羊茅植株抗旱耐热性研究则发现随着胁迫的加剧，可溶性糖含量呈下降趋势[9][23]。

采用生理生化鉴定可以在短时间内批量鉴定，但这些指标会因植物所处环境、生育时期及鉴定人员的不同而产生误差。因此，在鉴定时常用多个生理生化指标来对植物的抗性进行综合评价，综合评价方法包括：隶属函数法、灰色关联度法、综合聚类分析法等。

3 光合性能鉴定

高温干旱导致高羊茅叶片气孔关闭出现叶片卷曲现象，影响植株光合作用[24]，发现从而造成高羊茅生产性能的下降。对高羊茅的光合性能进行鉴定，有助于了解高羊茅的抗旱耐热性。

高温胁迫使高羊茅的光合速率下降，光补偿点、CO2补偿点的上升，说明高温降低了高羊茅对光强和CO2的利用效率[25]。

杜永吉等[24]感染内生真菌的高羊茅抗高温能力较强，其光合性能如净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、细胞间CO2浓度、气孔导度等均高于未感染内生真菌的高羊茅（抗高温能力较弱）。高温胁迫降低了光系统Ⅱ最大光化学量子效率、光系统Ⅱ反应中心捕获激发能效率、光化学猝灭和电子传递速率，对高温相对不敏感的材料下降幅度较小；增加了非光化学猝灭，且對高温相对不敏感的材料增加量较多[26]。

4 分子辅助鉴定

随着分子生物学的发展，有些学者开始利用分子手段辅助鉴定高羊茅的抗旱耐热性。陈群等[27]利用分子标记辅助鉴定选择耐热性强的单株材料。主要运用ISSR和RAPD分子标记技术，采用BSA法，从800个RAPD和100个ISSR分子标记中筛选与耐热型相关分子标记。李卉等构建高温胁迫下高羊茅消减文库，并用斑点印迹技术从中筛选出差异表达基因，获252个差异基因，为找出高羊茅耐热相关基因奠定了基础[28]。唐晓梅等对干旱胁迫下高羊茅基因组甲基化进行分析，结果表明，胁迫诱导高羊茅总甲基化率下降1.05%，甲基化的变化可能参与高羊茅对环境的适宜性调节[29]。赵状军等[30]则从代谢途径上研究高温对高羊茅代谢的影响，研究结果显示，在胁迫下，高羊茅体内氨基酸如脯氨酸、缬氨酸、谷氨酸，糖类如蔗糖，糖醇如肌醇等在叶片中大量积累，有机酸和脂肪酸如柠檬酸、棕榈酸在根系中大量积累，并且热敏感型高羊茅变化更明显。

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作者简介：杨春燕，硕士，贵州省草业研究所，助理研究员，研究方向：禾草遗传育种与推广应用。

通讯作者：钟理，博士，贵州省草业研究所，副研究员，研究方向：作物遗传育种。