Co60-γ辐射对6个高羊茅品种抗性生理的影响

徐振东 杨曼，费永俊

( 湖北省荆州市公园管理处，湖北 荆州 434000)( 长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025)

高羊茅(Festucaarundinace)又称苇状羊茅，系禾本科羊茅属植物，是一种常用的冷季型草坪草[1]，其绿色期相对较长，是常用的冷季型草坪草中周年绿色期最长的一个草种。冷季型草种适合在我国大部分地区生长，适应性好且成坪效果佳，是倍受人们重视的牧草和草坪草，在畜牧业、城市园林绿化、水土保持及体育等产业中都有举足轻重的作用[2,3]。

培育高产、品质好、抗病和抗逆性强的新品种，是目前国际上在牧草辐射育种工作中比较重视的问题，人们也开始用突变育种的方法培育耐寒、耐盐碱的品种。近年来，费永俊等[4]利用Co60射线辐射后子二代产生了矮化的、叶面积缩小的高羊茅。张彦芹等[5]利用60Co-γ射线辐射获得叶片变小、变细且具有耐旱(寒)特性的高羊茅突变体，并采用RAPD(随机PCR扩增)分析了这些突变体在DNA水平上的变异。本研究拟以高羊茅6个品种( 南拳王、普通高羊茅、猎狗5号、新园2号、小英雄、夜明珠)为材料进行抗性生理研究，以期掌握不同品种高羊茅的生态适应性，为栽培管理和遗传育种提供科学依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料

选取南拳王、普通高羊茅、猎狗5号、星园2号、小英雄、夜明珠6个高羊茅品种作为试验材料，其中南拳王、普通高羊茅、夜明珠来源于上海，猎狗5号、小英雄来源于武汉，星园2号来源于北京。

1.2　试验方法

2015年10月在湖南省农业科学院分别采用0( CK)、100、200、300Gy 4个辐射剂量对6个高羊茅品种干种子进行Co60-γ辐射诱变处理[5]。2015年11月在长江大学科研教学基地分别对6个品种的4个辐射剂量处理的干种子进行播种，每个处理播种量均为40g/m2。随机区组设计，每个处理3次重复，共72个( 24×3)小区。大田土壤肥力一致，小区面积1.2m×1.2m，过道宽0.3m。草坪采用常规管理，不修剪。

1.3　指标测定

2016年10月选取长势基本一致、无病虫害、生长健壮的6个高羊茅品种4种辐射剂量处理的植株叶片保存于超低温冰箱，同期测定各处理后的叶片的叶绿素含量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性等抗性指标，每个指标测定3次，重复3次。

叶绿素总含量的测定采用叶绿素仪法[6]，丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸法[7]，游离脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法[8,9]，超氧化物歧化酶活性的测定采用氮蓝四唑光化还原法[10]，过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法[11]。

1.4　数据分析

采用DPS 11.0软件进行统计分析，多重比较采用SSR法。综合抗性评价采用数学分析——隶属函数法[12]。

2　结果与分析

2.1　Co60-γ辐射对高羊茅叶绿素总含量的影响

由表1可知，Co60-γ辐射对高羊茅的叶绿素总含量存在影响，具体表现为：不同品种间的叶绿素总含量存在极显著差异，普通高羊茅的叶绿素总含量明显高于其他品种，小英雄最低；辐射剂量对高羊茅的叶绿素总含量有极显著效应，300Gy辐射下的叶绿素总含量最高，CK的叶绿素含量最低；品种与辐射剂量对叶绿素总含量存在互作效应且效应显著，以普通高羊茅×200Gy最高，星园2号×300Gy次之，南拳王×200Gy最低。

表1　不同辐射剂量下6个高羊茅品种的叶绿素总含量

注：同列数据后不同小写字母表示不同辐射剂量间的差异显著(P<0.05)，同行数据后不同大写字母表示不同品种间的差异极显著(P<0.01)。表2～5同。

2.2　Co60-γ辐射对高羊茅丙二醛(MDA)含量的影响

由表2可知，不同品种间的丙二醛含量存在显著差异，南拳王明显高于其他品种，星园2号最低；辐射剂量对高羊茅的丙二醛含量有显著效应，100Gy辐射下的丙二醛含量最高，200Gy辐射下的最低；品种与辐射剂量对丙二醛含量存在显著互作效应，以南拳王×100Gy最高，猎狗5号×300Gy次之，星园2号×200Gy和普通高羊茅×200Gy最低。

表2　不同辐射剂量下6种高羊茅品种的丙二醛含量

2.3　Co60-γ辐射对高羊茅游离脯氨酸含量的影响

由表3可知，不同品种间的游离脯氨酸含量存在极显著差异，以夜明珠的游离脯氨酸含量最高，猎狗5号最低。辐射剂量对高羊茅的游离脯氨酸含量有极显著效应，以100Gy辐射下含量最高。从品种与辐射剂量互作角度，以夜明珠×100Gy的游离脯氨酸含量最高。

表3　不同辐射剂量下6个高羊茅品种的游离脯氨酸含量

2.4　Co60-γ辐射对高羊茅超氧化物歧化酶( SOD)相对活性的影响

由表4可知，不同品种间的SOD相对活性存在极显著差异，夜明珠的SOD相对活性显著高于其他5个品种，星园2号的最低。辐射剂量对高羊茅的SOD相对活性有极显著效应，以200Gy相对活性最高。从品种与辐射剂量的互作来看，以夜明珠×200Gy和小英雄×200Gy的SOD相对活性最高。

表4　不同辐射剂量下6个高羊茅品种的超氧化物歧化酶活性

2.5　Co60-γ辐射对高羊茅过氧化氢酶活性的影响

由表5可知，不同品种间的CAT活性存在极显著差异，以新园2号的CAT活性最低，普通高羊茅的CAT活性明显要高于其他品种。辐射剂量对高羊茅的CAT活性无显著效应。从品种与辐射剂量互作来看，以普通高羊茅×200Gy最高，星园2号×100Gy最低。

表5　不同辐射剂量下6个高羊茅品种的过氧化氢酶活性

2.6　抗性综合评价

对于大多数草坪草而言，研究抗性生理的目的是为了产生一种景观效应与生态效应，不在于收获其生物或经济产量，其抗性的研究与牧草相比，相异之处在保持草坪草的景观质量是最终目的[13]。

抗性综合评价是按品种对逆境抵抗能力大小进行筛选、评价和归类的过程，通过抗性鉴定，能很好地掌握品种特性，从而应用于生产。抗性综合评价既需要合适的研究方法，也需要合适的研究方法上建立起来的数量化指标体系，来进行抗性综合评价。

采用数学分析法—隶属函数法，对6个高羊茅品种的5个生理生化指标进行综合分析评价，得出各品种综合抗性大小顺序( 表6)。由表6可知，对于南拳王，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于普通高羊茅，综合抗性大小表现为：200Gy>300Gy>100Gy>CK；对于猎狗5号，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于星园2号，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于小英雄，综合抗性大小表现为：200Gy>100Gy>CK>300Gy；对于夜明珠，综合抗性大小表现为：100Gy>300Gy>200Gy>CK。

表6　不同辐射剂量下高羊茅生理指标的综合评价

3　讨论与结论

抗性是多种因素综合作用的结果，除用形态指标及产量性状指标来鉴定外还通过一些生理生化指标表现出来，这些指标与抗性的关系复杂。如何确定各指标与抗性的关系以及如何使这些指标有机地整合起来综合评价的抗性，正是理论研究和实践生产中需要解决的问题。

叶绿素作为重要的光合色素分子，参与光能的吸收、传递和转化，在光合作用中占有重要地位。植物受到逆境胁迫时，各种生理过程都会受到影响，从而直接或间接影响到生理指标的含量。草坪草在逆境胁迫或衰老过程中，细胞内自由基代谢的平衡被破坏而有利于自由基的产生，过剩的自由基的毒害之一就是引发或加剧膜脂过氧化作用，造成膜系统的损伤，严重时导致草坪草细胞的死亡。丙二醛被确认为是膜脂过氧化的最终产物，其含量的多少是细胞膜过氧化作用强弱的一个重要指标，可代表细胞损伤程度的大小[14]。植物所积累的渗透调节物质主要调节细胞质中的渗透势，同时对酶、蛋白质、生物膜等起保护作用[15]。游离脯氨酸就是一种渗透调节物质。在高盐和干旱等逆境下，植物体内游离Pro含量急剧上升，可比原始量增加几十倍到几百倍[16]。在逆境胁迫下脯氨酸含量升高有利于植物体对逆境胁迫的抵抗，从而在一定程度上可增强生物体对胁迫环境的适应性[17]。另外，游离脯氨酸的积累指数与植物的抗逆性有关[18]。SOD在植物体内充当活性氧的清除剂，能减轻活性氧造成的膜伤害。许多研究[19～21]表明，在逆境胁迫下，植物体内SOD活性发生相应变化，目前已被作为评价逆境伤害程度和植物适应性的指标而广泛应用。植物受到胁迫时，体内产生大量的活性氧，导致植物细胞膜脂过氧化作用，影响植物正常的生理活动，CAT含量直接反应植物受所受胁迫的伤害程度。通过研究Co60-γ辐射胁迫下高羊茅的抗性生理变化及其内在的生理指标和机制，更好地掌握不同品种高羊茅的生态适应性，可为栽培管理和遗传育种提供科学依据。辐射对蛋白质生物合成的影响比较复杂，有激活，有抑制，有的呈双相交化，即先抑制而后增强。照射后蛋白质分解代谢增强是非常显著的，主要是许多蛋白质水解酶活力增加。受到辐射影响时，高羊茅细胞内发生了剧烈的生理反应，导致体内叶绿素含量、MDA含量、游离脯氨酸含量、SOD含量、CAT活性发生变化。

本研究探讨了不同Co60-γ辐射剂量胁迫下6个高羊茅品种的叶绿素总含量、MDA含量、游离脯氨酸含量、SOD活性、CAT活性变化，结果表明Co60-γ射线辐射诱变处理能引高羊茅抗性发生改变。从品种比较来看，普通高羊茅叶绿素的含量和CAT活性明显高于其他品种，南拳王MDA含量最高，夜明珠游离脯氨酸含量和SOD相对活性最高。辐射诱变育种首先要确定适宜的辐照剂量，才可获得有效的诱变[22]。从辐射剂量比较来看，300Gy辐射下叶绿素的含量最高，100Gy辐射下丙二醛含量和游离脯氨酸含量最高，200Gy辐射下SOD相对活性最高。普通高羊茅×200Gy和星园2号×300Gy的叶绿素含量最高；南拳王×100Gy和猎狗5号×300Gy的丙二醛含量最高；夜明珠×100Gy的游离脯氨酸含量最高；普通高羊茅×200Gy的CAT含量最高；夜明珠×200Gy和小英雄×200Gy的SOD相对活性最高。采用隶属函数法对Co60-γ辐射下的6个高羊茅品种抗性进行综合分析评价，结果表明，对于南拳王，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于普通高羊茅，综合抗性大小表现为：200Gy>300Gy>100Gy>CK；对于猎狗5号，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于星园2号，综合抗性大小表现为：300Gy>200Gy>100Gy>CK；对于小英雄，综合抗性大小表现为：200Gy>100Gy>CK>300Gy；对于夜明珠，综合抗性大小表现为：100Gy>300Gy>200Gy>CK。

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