竹节草种质资源耐盐性初步评价

2014-04-29廖丽等

热带作物学报 2014年10期

摘要以相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、叶片颜色、坪用质量为评价指标，在245 mmol/L NaCl胁迫下，利用水培法对64份竹节草（Chrysopogon aciculatus）种质资源进行耐盐性初步评价。结果表明，各品系之间存在显著（p<0.05）或极显著差异（p<0.01），各指标的变异系数范围为20.64%（相对地上部干重）～43.40%（相对坪用质量）。相关性分析结果表明，参数指标间存在显著相关性（p<0.05）或极显著相关性（p<0.01），相关系数最高达到0.912。利用5个指标对64份品系进行聚类分析，在欧式距离18.0处，分为敏盐型、中间型、耐盐型三大类。

关键词竹节草；种质资源；耐盐性；相关性；聚类

中图分类号 S688.4 文献标识码 A

Abstract Salt tolerance of 64 Chrysopogon aciculatus was carried out by evaluating based on relative shoot dry weight， relative root dry weight， leaf firing percentage， relative leaf color， and relative turf quality on on 245 mmol/L salt treatment. The results showed that there were significant（p<0.05）or very significant（p<0.01）difference among different accessions. Coefficient of variation of different indicators ranged from 20.64%～43.40%， of which the minimum of relative shoot dry weight（20.64%）and maximum of relative turf quality（43.40%）. There were significant correlations（maximal correlation coefficient of 0.912）among different indexes of C. aciculatus accessions. Based on five characteristics， 64 accessions were divided into three types， which is salt-sensitive， intermediate and salt tolerance. This results would provide foundation for screening high-quality and salt-tolerant accessions.

Key words Chrysopogon aciculatus； Germplasm resource； Salt tolerance； Correlation analysis； Cluster

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.005

土壤盐渍化的全球问题受到越来越多的关注。全球盐碱土地总面积已超过10亿hm2，所占世界陆地面积也已超过7.6%，据统计，我国有各种类型的盐渍土9 913万hm2[1-2]。因全球水资源缺乏，土壤灌溉多采用再生水、海水、含盐量大的地下水和盐湖水，以及冬季融雪盐，造成土壤次生盐渍化程度不断加深[3-4]。土壤盐渍化的结果就是使得土壤的物理、化学性质发生改变，进而影响植物正常生长，甚至造成植物的死亡。通常采用水利工程措施、化学改良剂措施、农业技术措施等改良盐渍化的土壤，与之相比，利用耐盐植物修复盐渍化土壤具有投入少、见效快、生态效益和经济效益兼顾的优点，因此耐盐植物的筛选受到日益广泛的关注，草坪草尤甚[5]。我国草坪业起步发展较晚，但草坪业在近20年的发展中取得了显著成果，草坪的生态效益、景观效果、娱乐功能使其应用越来越广泛。我国草坪草耐盐性研究起步较晚，大部分暖季型草坪草品种主要以引进为主，且相关耐盐性适应性评价研究甚少[6-13]。

竹节草（Chrysopogon aciculatus）又名粘人草，是禾本科金须茅属的一种多年生草本植物，其植株低矮、有匍匐茎，地面覆盖能力较强，是中国南部地区优良的水土保持植物，是耐粗放型管理的暖季型草坪草之一。目前，国内外对竹节草的研究主要集中在生态分布、生物防治入侵以及形态学特征等方面，我国虽作为竹节草分布区之一，但目前关于竹节草的研究报道相对较少[14-20]。刘建秀等[21]调查了竹节草在中国的分布范围。席嘉宾等[22]在调查中国野生地毯草种质资源时发现竹节草是地毯草的主要伴生植物之一。廖丽等[19]对一些竹节草的种质资源进行了搜集，并在田间对其进行过一些生态适应性评价。刘世忠等[23]用不同水肥处理对竹节草等3种草坪草延长冬季绿期的效果进行了一定的研究。目前，竹节草耐盐性鉴定与评价研究尚未开展。本试验从80余份竹节草种质资源中，筛选出64份优良的竹节草品系为材料，对竹节草种质资源耐盐性进行初步的评价，以期为选育出优质耐盐的品系奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况试验于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所大棚内进行，试验期从2013年8月到10月，处于海南雨季，总计降雨天数63 d，平均气温最高为31 ℃左右，最低为24 ℃左右。

1.1.2 试验材料待试64份竹节草种质资源主要来源于海南、广东、广西及福建等地，具体编号和来源见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 处理方法按照张静等[24]和廖丽等[25]方法对64份竹节草品系进行预培养2个月。根据前期竹节草临界浓度的筛选试验研究结果，以245 mmol/L的NaCl为处理浓度，营养液pH5.5～6.0。处理前统一沿泡沫板的四周修剪。为减少NaCl的冲击效应，在做统一处理前，每天分别以35 mmol/L进行递增，7 d后达到最高浓度245 mmol/L为止，之后缓休1 d，再以245 mmol/L的NaCl浓度处理28 d，处理期间不断通气，每隔5 d换1次营养液，每天调节pH值为5.5～6.0。

1.2.2 测定指标与方法参照孙宗玖等[26]和廖丽等[27]的实验方法。在处理结束后，选用相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶片颜色、相对坪用质量为观测指标进行数据分析，具体观测方法如下。

（1）相对地上干重。把每份竹节草处理后的地上部剪下后，在105 ℃杀青15 min，60 ℃度烘48 h后称重。相对地上干重=（处理地上干重/对照地上干重）×100%。

（2）相对地下干重。每份竹节草处理后的地下部在105 ℃杀青15 min，60 ℃度烘48 h后称重。相对地下干重=（处理地下干重/对照地下干重）×100%。

（3）叶片枯黄率。采用目测法打分，记录各处理叶片枯黄率（LF，采用百分制，单位为%，5% 以下表示草坪基本没有黄叶出现，50%表示草坪草有一半枯黄；95%以上表示基本上没有绿叶而死亡）。4人打分求平均值。

（4）叶色。采用目测法，观察记录处理组不同品系叶色，重复4次并求平均值。叶色分级和赋分标准采用9分级，分别为叶色：蓝绿（9分）、深绿（7分）、绿（5分）、浅绿（3分）、黄绿（1分）。相对叶片颜色=（处理叶片颜色/对照叶片颜色）×100%。

（5）坪用质量。采用目测法，参照NTEP（The National Turfgrass Evaluation Program，美国国家草坪评比项目）标准，以草坪的密度、质地、颜色、均一性等为指标进行综合评分，坪用质量最高为9分，6分为可以接受的草坪质量，1分为草坪死亡。4人打分求平均值。相对坪用质量=（处理坪用质量/对照坪用质量）×100%。

1.3 数据处理

用SPSS 16.0和Excel 2003软件进行数据处理分析和统计。

2 结果与分析

2.1 竹节草种质资源间耐盐性差异分析

64份竹节草种源间的相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色和相对坪用质量的多重比较结果表明，不同品系间耐盐性达到显著（p<0.05）或极显著水平（p<0.01）（表2）。相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色比和相对坪用重的变异范围分别是38.33%～93.75%、19.95%～91.68%、13.75%～99.25%、9.30%～80.93%和4.18%～76.83%，变异系数分别为20.64%、33.49%、35.18%、39.92%和43.40%。变异范围表明不同种质间的差异性大小，对品种选育中的指标筛选有一定的参考价值。

2.2 竹节草种质各指标间的相关性分析

从表3可见，除相对叶色与相对地上干重之间相关性不显著外（p>0.05）（相关系数为0.240），其他各指标间达到显著（p<0.05）或极显著水平（p<0.01）。叶片枯黄率与其他指标呈显著（p<0.05）或极显著负相关（p<0.01），其中叶片枯黄率和相对地下干重相关系数为-0.912，相对地上干重、相对地下干重、相对叶色和相对草坪质量间呈显著（p<0.05）或极显著（p<0.01）正相关。相关系数范围为0.297～0.818。

2.3 竹节草种质的聚类分析

采用欧式距离平均法对供试材料的相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色和相对坪用质量5个主要性状进行聚类分析（图1）。在欧式距离18.0处，将64份优良的竹节草品种（系）分为A、B和C 3大类，A类包括25份种质，该类种质在NaCl的胁迫下，相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色和相对坪用质量5个指标表现出较为敏感，故划为敏盐型；B类包括35份种质，因其在盐胁迫下表现的坪用质量一般而划分为中间型，该类型因具体情况而应用在品种选育或杂交育种上；C类含有4份种质CA13、CA20、CA29、CA31，其中CA20和CA29在NaCl胁迫下，相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色和相对坪用质量5个指标都处于相对较优（表2），故划分为耐盐型。

综合考虑多重比较分析、相关性分析和聚类分析，初步筛选出2份NaCl胁迫处理对植株生长影响相对较小的种源（CA20和CA29），这两份耐盐种质为今后开展优异耐盐种质育种或遗传图谱分析提供基础（图2）。

3 讨论与结论

植物对NaCl胁迫的响应不仅表现在生长发育上，而且表现在植物的许多代谢过程及生理生化、生态适应上[28-30]。植物耐盐性评价亦是一个复杂的过程，其结果是相对的，其耐盐性受诸多因素影响（如培养方法、评价指标等）。目前，植物的耐盐性主要体现在盐分对植物的伤害、植物耐盐机理、克隆了与耐盐相关的基因并进行了基因转化和部分冷季型草坪草耐盐性等方面的研究[31-32]，关于热带草坪草的研究甚少[33]。对于竹节草研究，目前尚处于刚刚起步阶段，少量的研究只是对其外部形态方面开展研究，且至今尚未选育出竹节草品种[19]。本试验对64份竹节草种质资源通过水培法对其耐盐性进行初步评价，以期筛选出优质耐盐的竹节草新品系。

本研究以相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色比和相对坪用质量5个指标对竹节草耐盐性进行分析。5个指标变异范围分别是38.33%～93.75%、19.95%～91.68%、13.75%～99.25%、9.30%～80.93%和4.18%～76.83%，且均达到显著（p<0.05）或极显著（p<0.01）水平。64份竹节草种质分别从广东、广西、福建、云南、海南等地收集，竹节草耐盐性的差异的原因可能是地域性差异造成植物对外界生境适应性差异。这与前人对狗牙根、地毯草种质资源耐盐性差异研究结果相一致[7，25]。

NaCl胁迫使得根系吸水困难，植株缺乏水分，叶片会枯黄；NaCl的离子本身及与营养液中的离子的作用可能产生一定的毒害进而影响根系的生长，根系吸收养分受阻使得叶片生长正常营养供应不足，叶片发黄[7-10]，这都会影响地下部的干重和叶片枯黄程度。本研究采用相对地上干重、相对地下干重、叶片枯黄率、相对叶色和相对坪用质量进行相关性分析。其中叶片枯黄率与其他4个指标均达到显著（p<0.05）或极显著负相关（p<0.01）。叶片枯黄率在整个指标观测过程中耗时最短，这为今后开展竹节草大规模耐盐种质鉴定提供参考。另外本实验在对叶片枯黄率与种源地的经度、纬度、海拔进行相关性分析时，其相关系数都小于0.3，说明此次试验竹节草种质的叶片枯黄率与经纬度、海拔没有相关性。

通过对5个指标的聚类分析，把64份种源材料分为A、B和C三大类。A类包括25份种质，这类种质在NaCl的胁迫下，植株生长较为缓慢，随着处理时间的延长，叶片枯黄率呈现显著递增趋势，而坪用质量则恰恰相反，25份种质都不同程度地表现出对盐分较为敏感，故聚为一类（A类，敏盐型），其中CA3和CA65两份种质表现最差；B类包括35份种质，因其在盐胁迫下表现的坪用质量介于A和C之间，称之为中间型，中间型的种源会因具体情况而应用在在品种选育或杂交育种上；C类含有4份种质CA13、CA20、CA29和CA31，在该类中，CA20和CA29在盐分胁迫下，生长相对比较健壮，根系较多，叶片表现出受伤害较低（表2），该研究结果与前期对地毯草耐盐筛选结果相类似[25]。这为培育出优质耐盐竹节草种质提供了优良的材料，同时也为竹节草的深入研究奠定了基础，亦为盐渍化土壤的改良提供了实验依据。总之，我国华南地区蕴藏丰富的竹节草种质资源，今后将在本研究的基础上利用耐盐极端种质从分子和生理角度开展耐盐机理研究。

参考文献

[1] 徐恒刚. 中国盐生植被及盐渍化生态治理[M]. 北京：中国农业科学技术出版社， 2004： 12-30.

[2] 景欣，张旸，李玉花.植物耐盐研究进展[J]. 生物技术通讯， 2010， 21（2）： 290-294.

[3] 付正.匍匐翦股颖耐盐性及抗坏血酸调控效果和机理研究[D].南京：南京农业大学， 2009： 5-63.

[4] 陈静波，阎君，姜燕琴，等.暖季型草坪草优良选系和品种抗盐性的初步评价[J]. 草业学报， 2009， 18（5）： 107-114.

[5] 韩微波，申忠宝，唐凤兰，等. 我国利用耐盐牧草恢复盐渍化草地的研究进展[J]. 黑龙江畜牧兽医， 2013（5）： 32-35.

[6] Ahmad M S A， Ashraf M， Ali Q. Soil salinity as a selection pressure is a key determinant for the evolution of salt tolerance in Blue Panicgrass（Panicum antidotale Retz.）[J]. Flora， 2010， 205： 37-45.

[7] Chen J， Yan J， Qian Y， et al. Growth responses and ion regulation of four warm season turfgrasses to long-term salinity stress[J]. Sci Hortic， 2009， 122： 620-625.

[8] Hu L， Huang Z， Liu S， et al. Growth response and gene expression in antioxidant-related enzymes in two bermudagrass genotypes differing in salt tolerance[J]. J Am Soc Horticultural Sci， 2012， 137： 134-143.

[9] Tang J， Yu X， Luo N， et al. Natural variation of salinity response， population structure and candidate genes associated with salinity tolerance in perennial ryegrass accessions[J]. Plant Cell Environ， 2013， 36： 2 021-2 033.

[10] Yang J， Cao Y， Yang Z， et al. Morphological， physiological and biochemical responses of biofuel plant Euphorbia lathyris to salt stress[J]. Acta Agric Scand Sect B Soil Plant Sci， 2013， 63： 330-340.

[11] Tang J， Camberato J J， Yu X， et al. Growth response， carbohydrate and ion accumulation of diverse perennial ryegrass accessions to increasing salinity[J]. Sci Hortic， 2013， 154： 73-81.

[12] Turhan A， Kuscu H， Ozmen N， et al. Alleviation of deleterious effects of salt stress by applications of supplementary potassium calcium on spinach[J]. Acta Agric Scand Sect B Soil Plant Sci， 2013， 63： 184-192.

[13] Marcum K B， Pessarakli M. Salinity tolerance of ryegrass turf cultivars[J]. HortScience， 2010， 45： 1 882-1 884.

[14] 董丽华，姚爱兴，王宁. 盐分对草坪草影响研究概述[J]. 西北林学院学报， 2006， 21（1）： 64-67.

[15] Smith A C. Flor a Vitiensis nova： A new flora of Fiji[J].National Tropical Botanical Garden， 1979， 1： 378.

[16] Wagner W L， Herbst D R， Sohmer S H. Manual of the Flowing Plants of Hawaii[M]. Hono lulu： University of Hawaii Press， 1999： 1 516-1 517.

[17] Stone B J. The flora of Guam[J]. Micronesica， 1970， 6： 229.

[18] Space J C， Flynn T.Obser vations on invasive plant species in American Samoa[J]. USDA Forest Service， Honolulu， 2001， 10： 51.

[19] 廖丽，王志勇，白昌军，等.竹节草种质资源形态多样性研究[J]. 热带作物学报， 2011， 32（11）： 2 042-2 047.

[20] 郑玉忠，席嘉宾，杨中艺. 中国竹节草野生种质资源调查及生物学特性研究[J]. 草业学报， 2005， 14（3）： 117-122.

[21] 刘建秀，刘永东，贺善安，等. 中国暖季型草坪草物种多样性及其地理分布特点[J]. 草地学报， 1998， 6（1）： 45-52.

[22] 席嘉宾，陈平，郑玉忠，等. 中国地毯草野生种质资源调查[J]. 草业学报， 2004， 13（1）： 52-57.

[23] 刘世忠，夏汉平，蔡锡安，等. 不同水肥处理对三种草坪草延迟冬绿期效果比较[J]. 中国草地， 2002， 24（4）： 25-30.

[24] 张静，廖丽，白昌军，等. 地毯草耐铝性初步评价[J]. 草业科学， 2012， 29（11）： 1 671-1 677.