六份乡土牧草苗期干旱胁迫的对比研究

陈有军，周青平，孙 建，田莉华

(1.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟综合研究中心，北京 1001012)

六份乡土牧草苗期干旱胁迫的对比研究

陈有军1，周青平1，孙 建2，田莉华1

(1.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟综合研究中心，北京 1001012)

研究不同乡土牧草材料的苗期植株的抗旱性差异，对筛选干旱区高抗性乡土牧草资源具有重要意义.以6份乡土披碱草属(Elymus L.)牧草的苗期植株为研究材料，进行连续干旱胁迫试验，并测定第0 d、5 d、10 d的脯氨酸、丙二醛(MDA)、叶绿素含量及细胞膜透性，最后运用隶属函数法进行抗旱性综合评价.结果表明，随着干旱的持续，6份实验材料叶绿素的含量显著性降低(P＜0.05)；丙二醛、脯氨酸、细胞膜含量或透性呈显著性增加趋势(P＜0.05).综合评定抗旱性强弱的顺序为:圆柱披碱草＞老芒麦＞垂穗披碱草＞麦宾草＞披碱草＞短芒老芒麦.

乡土牧草；披碱草属牧草；干旱胁迫；抗旱性

乡土植物(Native plant)是针对引进植物而言，包括可用作牧草的饲用植物[1].我国现存的草原多分布在干旱、寒冷或高海拔等生态环境严酷的区域，这虽然对改良草原、提高生产力带来了巨大的困难，但同时也为研究这类严酷区域生长的乡土植物的抗逆机理提供了得天独厚的条件[2].因此加强对该地区乡土牧草资源干旱胁迫的研究，对该地区的高抗乡土品种的选育具有重要的意义.

植物在其生育期受环境条件多变的限制会影响，其发育乃至生存也受到严重损害.自然界环境条件剧烈的变化，影响着植物的生长，其幅度有时超过了植物的适应能力，这种现象称为逆境或胁迫影响[3].植物生长发育的胁迫因子有较多，有水分、温度、辐射等因子引起的物理胁迫，在干旱地区最常见的是干旱胁迫[4].干旱胁迫(Drought stress)是当植物生长遇到干旱条件限制，体内细胞失水大于吸水，从而使植物的正常生理活动受到外界环境抑制的一种状态[5].

青海省环湖地区属于内陆高原半干旱地区，年均降雨300－400 mm，5-9月占全年降雨的90%，年蒸发量1 400 mm左右，年降雨远远小于年蒸发量；再者随着当地农田开垦、放牧过度、乱砍滥伐等人类活动的影响，使得青海湖环湖地区的生态遭到破坏，严重影响当地畜牧业的可持续发展[6].

披碱草属属于禾本科小麦族，广泛分布于北半球温带地区，其中，我国披碱草属植物主要分布于青藏高原[7].披碱草属植物也是高寒高旱地区的草地优势种之一[8]；具有适应性广、抗性强、经济价值高等特点，因此也成为青海省高寒、高旱牧区生态治理工程、人工草地建植、退耕还草最适宜的草品种之一，也可作为改良本土牧草品种和培育牧草新品种的重要备选材料[9].本试验以从环湖地区收集的6种披碱草属乡土牧草资源为研究对象，通过苗期抗旱性综合比较，为青藏高原环湖地区生态治理、退化草地恢复草种选择及高抗旱性能的新品种选育提供选择材料.

1 材料与方法

1.1 试验材料处理

首先选择颗粒饱满均一的试验种子，用浓度为0.1%的升汞溶液浸泡30 min，之后用蒸馏水冲洗3～5次，在营养钵内种植.土壤基本理化性质为:全氮0.60 g ·kg-1、全磷1.20 g·kg-1、全钾22.50 g·kg-1、有机质6.50 g·kg-1、速效钾0.10 mg·kg-1、速效磷16.20 mg· kg-1；育苗基质:pH＝6.5，有机质≥50%、腐殖酸≥20%.在气候箱内进行前期培养(白天光照强度为12 300 LX，光照时间7:00～19:00，湿度60%，温度25℃；夜间无光照，温度20℃，湿度75%[10].

表1 试验材料Table 1 Experimental materials

胁迫前期，正常浇水保证土壤湿润；幼苗3～4叶期时，开始对6份材料进行干旱胁迫.保持对照组的土壤湿润，直到试验结束，各处理组不再浇水.干旱胁迫持续进行n d，待90%以上供试植株萎蔫或出现枯死症状时，最后一次测定处理组的生理指标.在整个试验过程中，指标测定时间依次为胁迫开始的第0、5、10、15……、n d，3次重复.

1.2 测定指标及方法

1.2.1 测定指标

供试材料的游离脯氨酸含量、叶绿素含量及可溶性糖含量、丙二醛(MDA)含量以及组织的细胞膜相对透性等指标.

1.2.2 测定方法

游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法，叶绿素含量采用丙酮提取法，植物体丙二醛(MDA)含量和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法，植物细胞膜相对透性采用电导率测定法[11].

1.3 抗旱性评价方法

采用Fuzzy数学中隶属函数法[12-13]对供试材料抗旱性进行综合评判，计算公式如下:

(1)叶绿素含量、脯氨酸和可溶性糖与抗旱性呈正相关，计算公式为:

(2)MDA、相对电导率与抗旱性呈负相关，计算公式为:

(1)和(2)式中，U(Xijk)为第i个草种的第j个温度阶段k项指标隶属度；Xijk表示第i个供试品种第j个温度阶段的第k个指标测定值；Xmax、Xmin分别为供试品种第k项指标的最大值和最小值，用供试材料的各项测定指标的隶属度平均值来作为供试材料对干旱胁迫响应的综合评判标准.

1.4 数据处理

本试验中的数据用Spss19.0(Statistical Product and Service Solutions)统计软件进行统计分析，用Duncan法对各测定数据进行多重比较；SigmaPlot (Systat Software，Inc)绘图.

2 结果与分析

2.1 细胞膜相对透性(相对电导率)

细胞膜相对透性(相对电导率)是植物体细胞膜完整性的体现，随着干旱胁迫的进行，各草种相对电导率值逐渐增大，除A2外，其余草种不同处理间均呈显著差异(P＜0.05).除A2外，其余草种不同处理间均呈显著差异(P＜0.05).胁迫的第10 d，A5电导率增大到最大，为66.0%；增幅最大的是A4，增幅为32.9%，增幅最小的是A2，增幅为7.7%(图1).

图1 不同干旱处理对各草种细胞膜相对透性的影响注:图中数值均表示平均值；字母相同者表示差异不显著(P＜0.05).图3、4、5与此相同.Fig.1 The effects of different treatment on the relative electrical conductivity of seedling cell membraneNote:The data in the figure are the average value；Difference between data in each column labeled with the same letter is not significant at P＜0.05.it was the same as in figure 3，4，and 5.

2.2 MDA含量的变化

测定6份牧草材料丙二醛(MDA)含量变化发现(图2)，随着干旱胁迫的进行，各草种MDA均呈显著增加的趋势(P＜0.05).至胁迫的第10 d，A5电导率增大到最大为32.702μmol·g-1；各牧草MDA含量增幅最大的是A4，增幅最小的A2.

图2 不同处理对丙二醛(MDA)的影响Fig.2 The effects of different treatment on the MDAcontent

2.3 叶绿素含量

通过对比草种叶绿素含量表明，随着干旱胁迫的进行，可以看出干旱处理下各草种的叶绿素含量均呈下降趋势，且差异显著(P＜0.05).下降幅度最大的是A1，第10 d与对照相比，叶绿素含量下降了9.0 mmol·g-1，下降幅度最小的是A2号草种，第10 d与对照相比，叶绿素含量下降了1.3 mmol·g-1(图3).

图3 不同处理对叶绿素的影响Fig.3 The effects of different treatment on the chlorophyll content

2.4 游离脯氨酸含量

随着干旱胁迫的进行，可以看出干旱处理下各草种的脯氨酸含量均呈上升趋势，且差异显著(P＜ 0.05)；干旱胁迫第10 d时，A4草种增幅最大，为163.0 μg·g-1，A3草种增幅最小，为25.1 μg·g-1(图4).

图4 不同处理对脯氨酸的影响Fig.4 The effects of different treatment on proline content

2.5 抗旱性综合评价

用隶属函数法，比较供试品种的抗旱性强弱.各品种测定指标参数的隶属函数值由上述公式(1)和(2)可以求出，将各项指标的隶属函数值累加，求平均值，得出抗旱性综合评价值.供试品种的综合评价值越大，抗旱性越强，反之则越弱.综合评判分析发现6份牧草苗期抗旱性强弱顺序依次为:圆柱披碱草＞老芒麦＞垂穗披碱草＞麦宾草＞披碱草＞短芒老芒麦.

表2 披碱草属牧草种抗旱性综合评判Table 2 Comprehensive evaluation of drought resistance of Poaceae Elymu s L.

3 结论与讨论

植物在逆境胁迫下最先受到伤害的是细胞膜，细胞膜对物质具有选择透过性，当受到外界胁迫时，细胞膜结构遭到破坏，通透性变大，体内渗透调节物质外渗，相对透性增大[14].本文中研究结果(图1)与前人得出的结论一致.

植物遭遇干旱时，体内活性氧自由基数量呈增涨趋势，加剧体内细胞膜脂过氧化而产生丙二醛，造成植物细胞膜系统破坏[15].一般认为丙二醛是膜质过氧化的产物，对植物细胞膜有毒性，是检验膜质伤害一个重要的指标，其含量可以反映膜质过氧化的程度[16].干早胁迫下的植物丙二醛含量越高，膜质过氧化程度越严重，膜透性越大，抗早能力越弱[17].文中6份披碱草属乡土资源也是随着胁迫强度的增大、胁迫天数的延长，MDA含量也是增加的(图2).

叶绿素是植物光合作用的主要色素，其含量的多少决定着光合作用的强弱[18].一般情况下，叶绿素含量会在干旱胁迫过程中随着胁迫强度的增加和时间的延长不断下降，叶绿素降解原因主要是活性氧、过氧化氢及丙二醛含量增加，抗氧化剂如抗坏血酸、还原型谷胱甘肽及胡萝卜素含量下降，从而导致叶绿素蛋白复合体功能受到损伤[19].试验结果可以看出(图3)，随着胁迫时间延长，6份资源叶绿素含量降低，体内水份缺乏，致使体内叶绿素含量发生变化.因此，抗旱性强的植物体内叶绿素受干旱影响小，能够保持较高的光合利用率和光合产物的积累，植物体内叶绿素含量与其抗旱性呈正相关[20].

供试材料在干旱胁迫下可溶性糖、脯氨酸含量增加，这些物质通过自身的渗透调节能够降低渗透势，维持渗透压，获取生长需要的水份，确保植物生理周期的正常进行.试验结果得出(图4)，在干旱胁迫条件下，6份披碱草属材料体内脯氨酸含量累积；这与时丽冉等[21-22]的研究结果一致，随着干旱胁迫强度加大和胁迫时间的进行，供试材料体内脯氨酸积累量增加，从而表明植物体内的脯氨酸含量与抗旱性之间存在密切关系.

不同品种抗旱机制不同，植物抗旱性强弱受多基因控制的复杂性状[23]，单一测定指标局限性较大，无法准确反映植物实际抗旱能力[24]；因此，通过隶属函数法，可以综合科学的对干旱胁迫响应评价.6份披碱草属乡土牧草的抗旱性.得出披碱草属6份乡土牧草苗期抗旱强弱为:圆柱披碱草＞老芒麦＞垂穗披碱草＞麦宾草＞披碱草＞短芒老芒麦.

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(责任编辑:李建忠，付强，张阳，罗敏；英文编辑:周序林，郑玉才)

Comparative study on drought resistance of six native Elymus L.species seedlings

CHEN You-jun1，ZHOU Qing-ping1，SUN Jian2，TIAN Li-hua1
(1.Institute of Qinghai-Tibetan Plateau，Southwest University for Nationalities，Chengdu，610041，P.R.C.；2.Synthesis Research Centre of Chinese Ecosystem Research Network，Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modelling，Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，P.R.C.)

Study on the drought resistance of different local forage species’seedling is vital for selecting high-resistance forage species in drought regions.In this study，six kinds of native Elymus L.species seedlings were used for continuous drought resistance experiment，and the cell membrane permeability，malondialdehyde(MDA)，proline，and chlorophyll contents were determined after 0 d，5 d，10 d drought stress.The method of generalized membership function in Fuzzy mathematics was applied to compare drought resistance of 6 species.The results showed that the chlorophyll content of all the six tested species was decreased significantly with the duration of drought stress respectivly，(P＜0.05).However，the cell membrane permeability，proline，and MDA contents of all the six tested species were increased significantly(P＜0.05).The final comprehensive evaluation of the drought resistance of the six tested species was ranked as follows:Elymus dahuricus＞Elymus sibiricus Linn＞Elymus nutans Griseb.＞Elymus tangutorum(Nevski)Hand.-Mazz＞Elymus dahuricus Turcz.＞Elymus dahuricus.

local forage；Elymus L.；drought stress；drought resistance

S54；S812

A

2095-4271(2016)06-0598-06

10.11920/xnmdzk.2016.06.002

2016-09-07

陈有军(1984－)，男，汉族，甘肃兰州人，助理研究员.研究方向:牧草栽培与育种.E-mail:chenyoujun2005＠163.com

中央高校青年基金(2016NZYQN31)；四川省重点专项(2015SZ0062)；国家支撑计划(2015BAC05B01)资助