老芒麦种质对干旱胁迫的生理响应

田永雷，白春利，丁海君，赵和平，房永雨，慕宗杰

(1.内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010031;2.内蒙古草都饲草料研究院，内蒙古 锡林浩特 026099；3.内蒙古自治区农牧业科学院农牧业经济与信息研究所，内蒙古 呼和浩特 010031)

干旱是长期存在的全球性的自然灾害，全球干旱或半干旱地区面积约为全球总面积的三分之一[1]，干旱胁迫会通过影响牧草生理生化[2]、光合[3]和形态[4-5]等指标导致牧草减产。随着内蒙古草牧业的发展，对于优质饲草的需求逐渐增加[6]，但牧草常因受到干旱胁迫，导致生产力降低，所以培育抗旱牧草品种变得尤为重要。老芒麦(Elymussibiricicus)是禾本科披碱草属多年生草本植物，具有品质高、适口性好等优良性状[7-8]。前人对老芒麦抗旱性研究很多，多为老芒麦与其他禾本科牧草抗旱性比较[9-11]，对于老芒麦乡土品种的抗旱性研究报道较少[12]。聚乙二醇(PEG) 是一种高分子量的渗压剂，既可以使环境保持干旱又不会破坏植物细胞，因其周期短、易于控制等优点，聚乙二醇常被用来作干旱胁迫剂[13]。因此，本研究利用聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫，比较和分析干旱胁迫对3个老芒麦种质苗期叶片相对含水量和生理生化指标的影响，以期为老芒麦草种选择和生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验所用川草2号老芒麦(E01)、新品系老芒麦(E02)、呼伦贝尔老芒麦(E03)的种子，均为2018年新种子，具体信息见表1。

1.2 试验设计

试验采用盆栽(盆口半径10 cm、盆底半径5 cm、盆高13 cm)，首先在花盆内套上保鲜袋,每盆所装沙土∶蛭石(2∶1)，装填至距离盆口5 cm处。选择大小一致，籽粒饱满，完整的种子，种子表面用1%高锰酸钾溶液消毒10 min，消毒后用蒸馏水冲洗3次，每盆50粒，覆土2～3 cm。覆土后浇水或PEG溶液400 mL(花盆内土壤全部内部湿润)，浇水后用塑料袋把花盆口封住，待出苗后打开，每次补水所有花盆补水量一致。待幼苗生长至3叶时进行生理指标测定。用0%、5%、10%、15% PEG-6000浓度模拟干旱胁迫，每处理6次重复。

表1 供试种质及来源

1.3 测定方法

各项指标测定方法：游离脯氨酸含量采用茚三酮染色法[15]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法[16]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光化还原法[17]，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[17]，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法[18]，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法[15]，叶片相对含水量采用饱和称重法[17]。

1.4 数据分析

使用office 2010进行数据整理，SPSS 17.0进行方差显著性分析。利用隶属函数法[19]对3种老芒麦苗期抗旱性j进行综合评价，公式如下：

式中：Yij为i品种的j指标的隶属函数值；Xij为i品种j指标均值；Xmin,j各品种j指标均值的最小值；Xmax,j各品种j指标均值的最大值。

若j指标与抗旱性呈负相关，则有：

2 结果与分析

2.1 PEG处理对老芒麦苗期叶片含水量的影响

随着干旱胁迫的增加，老芒麦叶片的含水量呈降低的趋势，E01和E02均在10% PEG浓度处理时叶片含水量开始显著降低(P<0.05)；E03在5% PEG浓度处理时叶片含水量开始显著降低(P<0.05)。0%PEG浓度处理时3个种质材料的叶片含水量无显著差异；随着胁迫的增加，E02的叶片含水量显著高于其他2个品种(P<0.05)(表2)。

表2 PEG处理下老芒麦苗期叶片含水量

2.2 PEG处理对老芒麦苗期叶片抗氧化物质的影响

随着胁迫的增加，老芒麦各种质POD、SOD、CAT酶活性逐渐增加；E01的CAT酶活性在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，E02的SOD、POD酶活性在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，CAT酶活性在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；E03的SOD、POD、CAT酶活性均在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；SOD、POD酶活性在10%PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)。 0% PEG和5% PEG处理时，3个种质叶片SOD、CAT酶活性无显著差异；10% PEG和15%PEG处理时，E02叶片SOD、CAT酶活性显著高于其他2个品种(P<0.05)；E02叶片POD酶活性显著高于其他品种(P<0.05)(表3)。

表3 PEG处理下老芒麦苗期叶片抗氧化特性

2.3 PEG处理对老芒麦苗期叶片渗透调节物质的影响

老芒麦各种质叶片可溶性糖、可溶性蛋白含量均随着干旱胁迫的增加呈增加趋势(表4)。E01可溶性糖含量在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，可溶性蛋白含量在15% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；E02可溶性蛋白含量在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，可溶性糖含量在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；E03可溶性糖含量在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，可溶性蛋白含量在15% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)。15% PEG浓度处理时E02可溶性糖和可溶性蛋白含量显著高于E01和E03(表4)。

表4 PEG处理下老芒麦苗期叶片可溶性糖和可溶性蛋白的含量

2.4 PEG处理对老芒麦苗期叶片脯氨酸和丙二醛的影响

随着干旱胁迫的增加，3个老芒麦品种叶片丙二醛和脯氨酸含量逐渐增加(表5)，E02 丙二醛含量在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，脯氨酸含量在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；E01和E03在5% PEG浓度处理时叶片丙二醛含量开始显著增加(P<0.05)，E03脯氨酸含量在5% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)，E01 脯氨酸含量在10% PEG浓度处理时显著增加(P<0.05)；0% PEG浓度处理时3个品种的丙二醛和脯氨酸含量无显著差异，随着胁迫的增加，E01丙二醛和脯氨酸含量显著高于E02和E03(P<0.05)(表5)。

表5 PEG处理下老芒麦苗期叶片丙二醛和脯氨酸含量

2.5 老芒麦抗旱性综合评价

利用隶属函数法对3个老芒麦种质苗期叶片的含水量、SOD、POD、CAT、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸含量进行综合评价，得到3个老芒麦种质的隶属函数值(表6)。根据隶属函数的综合评价值进行排序，得出3个老芒麦种质苗期叶片的抗旱性强弱依次为E02>E03>E01。

表6 PEG处理下老芒麦苗期叶片各指标隶属函数值及综合评价值

3 讨论

牧草叶片相对含水量能直接反映牧草受到干旱胁迫时体内的水分状况,也是测定牧草抗旱能力的指标之一。本试验中3个老芒麦种质叶片相对含水量随着干旱胁迫越大逐渐降低，这与史晓霞[20]的研究一致，说明干旱胁迫会影响老芒麦叶片保水能力从而影响老芒麦生长。牧草在受到干旱胁迫时，体内的SOD、POD、CAT等的活性会增加，消除体内自由基，以此来提高自身的抗逆能力[21-22]。有研究表明，植物在干旱胁迫下，保护酶活性会呈现先升高后降低的趋势[23]，或是呈现逐渐升高的趋势[24]。本试验中老芒麦叶片保护酶活性随PEG浓度的升高均呈升高趋势，原因可能是15% PEG浓度未达到老芒麦酶活性降低的临界点。低PEG浓度处理时3个老芒麦种质间酶活性无明显差异，高PEG浓度处理时，E02的酶活性显著高于E01和E03，说明E02抗逆能力较强

本试验中在低PEG浓度时，3个老芒麦种质可溶性糖和可溶性蛋白含量变化不明显，高PEG浓度时可溶性糖和可溶性蛋白与对照相比显著增加，这与姚曹[25]的研究一致，说明老芒麦通过增加自身渗透调节物质来适应干旱胁迫，E02的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均高于E01和E03,说明E02的抗旱能力较强。

干旱胁迫下脯氨酸的积累量可作为评价植物抗旱能力的重要指标，脯氨酸积累量与品种抗旱性呈正相关[26-27]，但也有学者研究表明，逆境下脯氨酸的积累会对植物自身产生伤害[28-29]。本试验中脯氨酸含量随着PEG浓度的增加逐渐升高，可认为脯氨酸增加对植物自身有益，提高了老芒麦的抗逆能力。植物MDA含量越大，说明植物受到的胁迫越大[30]。3个老芒麦种质MDA含量均随PEG浓度的增加而增加，低PEG浓度处理时3个种质间酶活性无明显差异，高PEG浓度处理时E02的酶活性显著低于E01和E03，说明在同等干旱环境下，E02受到的胁迫较小，其抗旱能力较强。

4 结论

干旱胁迫下，3个老芒麦种质苗期叶片相对含水量降低；抗氧化物质SOD、POD、CAT等酶活性升高；可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等渗透调节物质含量增加；MDA含量逐渐增加。隶属函数分析表明3个老芒麦种质抗旱性为新品系老芒麦>呼伦贝尔老芒麦>川草2号老芒麦.