干热胁迫对紫花苜蓿形态特征及光合色素含量的影响

李 荣，王玉佳，何承刚，姜 华，牟 兰，单贵莲，毕玉芬

(云南农业大学 动物科学技术学院，云南 昆明 650201)

干热胁迫对紫花苜蓿形态特征及光合色素含量的影响

李 荣，王玉佳，何承刚，姜 华，牟 兰，单贵莲，毕玉芬

(云南农业大学 动物科学技术学院，云南 昆明 650201)

以6个紫花苜蓿品种为试验材料，采用盆栽并放入人工气候箱内干热胁迫处理下研究其土壤相对含水量、叶片长度、宽度、相对高度、绝对高度、茎粗等形态特征和类胡萝卜素、叶绿素含量等方面的变化规律。结果表明，随着干热胁迫的加剧，紫花苜蓿土壤相对含水量、叶片长度、叶片宽度、植株茎粗、叶绿素含量整体呈下降趋势，胁迫第12 d与第4 d相比，土壤相对含水量下降了64.82%，叶片长度下降了23.85%，叶片宽度下降了 23.05%，植株茎粗下降了5.96%，叶绿素含量下降了12.70%；而相对株高、绝对株高、类胡萝卜素含量呈整体上升趋势，胁迫第12 d与第4 d相比，相对株高上升了1.61%，绝对株高上升了0.72%，类胡萝卜素含量上升了 14.63% 。各干热胁迫处理与其对照相比，干热胁迫对紫花苜蓿土壤相对含水量、株高、叶绿素含量和类胡萝卜素含量影响较为显著(P<0.05)。

紫花苜蓿；干热胁迫；形态指标；叶绿体色素

紫花苜蓿(Medicagosativa)作为一种优质的豆科牧草，在世界各地广泛分布，是我国种植面积最大的人工牧草之一[1]，在我国已有2100多年的栽培历史[2],能够解决我国干旱草原地区蛋白饲料短缺问题[3]。随着全球变暖和水资源相对不足形势的加剧，干热胁迫已经成为制约紫花苜蓿生产的一个难题；同时高温也是限制紫花苜蓿在南方生长的主要气候因子之一，因此，要实现苜蓿在我国南方地区的开发与利用就要突破这个限制[4]，同时干旱也能使苜蓿产量和品质大幅度下降，而且干旱和高温在自然环境中往往会同时出现[5]，研究表明干旱和高温胁迫同时发生的几率频繁，两者协同发生比单独的干旱或高温对植物正常生长和产量构成更大的危害[6-8]。然而对于紫花苜蓿的抗逆性研究主要集中在干旱[9-16]或高温[17-19]等单个的逆境因子方面。目前，有关干热胁迫的研究多集中在景天植物[20]，贵州匍匐剪股颖[21]，转基因水稻[22]，草地早熟禾等植物上[23]。而干热胁迫对紫花苜蓿形态特征和光合色素的研究较少。研究紫花苜蓿在干热条件下形态特征和光合色素的变化规律，有助于选择干热地区种植的苜蓿品种，也为紫花苜蓿品种的改良提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

引进的紫花苜蓿品种WL525、CA0504、0701399、1044、1045均采自云南省红河州建水县；德钦苜蓿是云南省迪庆州德钦县野生栽培品种。

1.2 试验设计

在温室中进行盆栽试验，将土壤、腐殖质、蛭石按10∶2∶1的比例混匀，装盆(直径40 cm、高30 cm)。2010年4月17日将供试苜蓿枝条扦插在花盆中，每个品种6盆，待新生枝株高达到10 cm时，拔除弱株，每盆保留10株健壮的植株，每隔2 d浇水1次，空气湿度为40%。2010年7月4日进行干热胁迫试验。处理前，将各盆浇透(花盆底部有水流出)，放置14 h后，将花盆移入人工气候箱(PQX型，空气湿度30%，光强12 000 lx)。胁迫条件以温度32 ℃，光照12 h；温度25 ℃，黑暗12 h，各花盆不再浇水。胁迫12 d对各供试材料进行复水处理(以花盆底部有水流出为准)，培养箱条件同上，复水4 d。对照条件采取室外自然条件下、每隔4 d浇水1次。分别于胁迫前、胁迫第4、8、12 d、复水第4 d对紫花苜蓿的形态指标进行测定。对照组测量时间和胁迫组测定时间一致。

1.3 测定内容与方法

土壤相对含水量的测定 取各花盆中部土壤，将其装在铝盒中，称铝盒和土重，然后将铝盒放在烘箱中105 ℃烘烤，24 h后称其重量，每个品种3次重复，计算土壤相对含水量。

土壤相对含水量(%)=[土样重(g)-烘干重(g)]/土样重(g)×100

植株形态指标的测定 (1)叶片长度(cm)：随机选取植株中部相同叶位的叶片，用直尺分别测每一叶从叶片基部到叶尖的距离，每盆3个重复，取其平均值；(2)叶片宽度(cm)：随机选取植株中部相同叶位的叶片，用直尺分别测每一叶片最宽处叶缘间距离，每盆3个重复，取其平均值；(3)植株相对株高(cm)：选取每个供试材料长势一致的植株，用卷尺分别测每一植株从土面到植株顶端的高度，每盆3个重复，取其平均值；(4)植株绝对株高(cm)：选取长势一致的植株，将植株拉直，用卷尺分别测每一植株从土面到植株顶端的高度，每盆3个重复，取其平均值；(5)茎粗(cm)：随机选取长势一致的植株，用游标卡尺测量主枝距土壤表面10 cm处的茎粗，每盆3个重复，取其平均值。

叶绿素含量的测定 叶绿素含量采用分光光度计法。

Ca=13.95D665 nm-6.88D649 nm

Cb=24.96D649 nm-7.32D665 nm

Cx=(1 000D470 nm-2.05Ca-114.8Cb)/245

叶绿体色素含量(mg/g)=C(mg/L)×提取液总量(mL)/叶样重量(g)×1000

1.4 数据分析方法

用SPSS 13.0进行单因子方差分析(One-way ANOVA)和Duncan描述法分析数据(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 干热胁迫下紫花苜蓿土壤相对含水量的变化

紫花苜蓿土壤相对含水量随着干热胁迫时间的延长，呈现出了显著下降的趋势，时间越长，对土壤含水量的影响越大。在胁迫处理后的第12 d土壤含水量为9.38%，比胁迫第4 d下降了64.82%，比胁迫第8 d下降了48.57%(表1)。胁迫处理第4 d和第8 d的土壤相对含水量与对照相比均达到显著水平(P<0.05)，胁迫第12 d的土壤相对含水量与对照相比达到极显著水平(P<0.01)。此时的土壤相对含水量已经达到土壤田间持水量的40%～45%，达到重度水分胁迫水平。复水后土壤相对含水量与对照土壤相对含水量存在显著差异(P<0.05)。

表1 对照及胁迫下土壤相对含水量Table1 The variation of soil relative water content in the control and treatment %

注：同列中不同小写字母表示差异显著水平为(P<0.05)

2.2 干热胁迫下紫花苜蓿叶片形态指标比较

2.2.1 叶片长度的变化 6个紫花苜蓿品种叶片长度均随干热胁迫时间的延长而变小，但各品种减小幅度不同；胁迫第4～8 d，0701399叶片长度减小幅度最大，为11.00%，其他品种减小2.88%～10.44%；在胁迫第8～12 d，德钦叶片长度减小幅度最大，达到26.99%，其他品种减小13.86%～21.08%；在干热胁迫下，各紫花苜蓿品种与对照相比，在胁迫第4 d，各紫花苜蓿品种与对照差异不显著(P>0.05)；在胁迫第8 d，CA0504叶片长度显著短于对照(P<0.05)，而WL525和德钦苜蓿叶片长度却显著长于对照(P<0.05)；在胁迫第12 d，只有德钦苜蓿叶片长度显著长于对照(P<0.05)，CA0504叶片长度仍然显著短于对照(P<0.05)(表2)。复水后，各品种叶片长度变化不一致，除WL525和德钦外，其他紫花苜蓿的叶片长度都显著低于对照。干热胁迫对CA0504紫花苜蓿叶片长度影响较大，除了胁迫第4 d与对照差异不显著外，其余处理均显著低于对照，即使复水4 d后仍然显著低于对照。而干热胁迫对德钦紫花苜蓿叶片长度影响却相反，虽然叶片的长度随着干热胁迫时间的延长而减少，但除了胁迫第4 d和复水后与对照差异不显著外，其余胁迫处理均显著高于对照(P<0.05)。

表2 干热胁迫、复水和正常生长条件下不同紫花苜蓿品种的叶片长度Table2 The variation of leaf length of different alfalfa cultivars under dry-hot stresses,rehydration and control cm

注：同列中不同小写字母表示同一处理下不同种质间差异显著(P<0.05)，同行中不同大写字母表示同一种质不同处理与对照间差异显著(P<0.05)，下同

2.2.2 叶片宽度的变化 随着胁迫时间的延长，6个紫花苜蓿品种叶片宽度呈变小的趋势，且胁迫后期比前期下降幅度大(表3)。胁迫第4～8 d，0701399叶片宽度减小幅度最大，为12.87%，其他紫花苜蓿减小为0～12.77%；胁迫第8～12 d，1045种质叶片宽度减小幅度最大，达到26.53%，其他品种种质减小幅度为9.09%～25.23%；干热胁迫第4 d，各紫花苜蓿品种叶片宽度与对照相比差异均不显著(P>0.05)；在胁迫第8 d，WL525和德钦显著高于对照(P<0.05)；在胁迫第12 d，CA0504和1044显著低于对照(P<0.05)；复水4 d后，除德钦叶片宽度显著低于对照外，其他紫花苜蓿与对照差异不显著(P<0.05)。

表3 干热胁迫、复水和正常生长条件下不同紫花苜蓿的叶片宽度Table3 The variation of leaf width of different alfalfa cultivars under dry-hot stresses,rehydration and control cm

2.2.3 相对株高的变化 干热胁迫下6个紫花苜蓿品种相对高度增加程度不同，且胁迫后期植株高度增加幅度减小(表4)。胁迫第4～8 d，1044植株相对高度增加幅度最大，达到2.54%，其他紫花苜蓿增加幅度为0.30%～1.56%；在胁迫第8～12 d，植株相对高度增加幅度最大的是德钦，达到0.81%，其他紫花苜蓿增加0.13%～0.57%。在干热胁迫第4 d，各紫花苜蓿品种植株相对高度与对照相比差异不显著(P>0.05)；胁迫第8 d，德钦苜蓿植株相对高度显著低于对照(P<0.05)；胁迫第12 d，CA0504、1045和德钦相对高度显著低于对照(P<0.05)。复水后，除了CA0504苜蓿植株相对高度显著低于对照外，其他各品种与对照差异不显著(P>0.05)。干热胁迫对CA0504、0701399、德钦植株相对高度影响很大，胁迫条件下一直低于对照，即使复水4 d后，CA0504植株相对高度仍显著低于对照(P<0.05)。

2.2.4 绝对株高的变化 胁迫条件下，6个紫花苜蓿品种的绝对高度随着胁迫时间的延长增加幅度大致呈下降趋势。胁迫第4～8 d，1044植株绝对高度增加幅度最大，达到2.33%，其他品种增加幅度为0.03%～2.32%；胁迫第8～12 d，1045植株绝对高度增加幅度最大，达到1.03%，其他品种绝对高度增加-2.54%～0.56%；热胁迫下，各紫花苜蓿品种与对照相比，胁迫第4 d，各紫花苜蓿品种植株绝对高度与对照相比差异不显著(P>0.05)；胁迫第8 d，只有德钦苜蓿品种显著低于对照(P<0.05)；胁迫第12 d，除WL525和1044外其他品种均显著低于对照(P<0.05)；复水4 d后，除了CA0504显著低于对照外，其他品种的绝对高度和对照差异不显著(P>0.05)(表5)。

表4 干热胁迫、复水和正常生长条件下不同紫花苜蓿品种的相对高度Table4 The variation of relative high of different alfalfa cultivars under dry-hot stresses,rehydration and control cm

表5 干热胁迫、复水和正常生长条件下不同紫花苜蓿品种的绝对高度Table5 The variation of height of different alfalfa cultivars under dry-hot stresses,rehydration and control cm

2.2.5 茎粗的变化 6个紫花苜蓿品种茎粗均随着干热胁迫时间的延长而变小，但各品种减小幅度不同(表6)。胁迫第4～8 d，WL525植株茎粗减小幅度最大，达到5.30%，其他品种植株茎粗减小-9.15%～2.08%；胁迫第8～12 d，1044植株茎粗减小幅度最大，达到12.84%，其他品种植株茎粗减小幅度为2.13%～9.86%；在干热胁迫下，各紫花苜蓿品种与对照相比，胁迫第4 d，WL525明显高于对照(P<0.05)；在胁迫第8 d，只有WL525仍显著高于对照(P<0.05)；胁迫第12 d，只有1044显著低于对照(P<0.05)；复水4 d后，各品种处理的植株茎粗恢复到与对照差异不显著的水平(P>0.05)。

表6 干热胁迫、复水和正常生长条件下不同紫花苜蓿的茎粗Table6 The variation of stem diameter of different alfalfa cultivars under dry-hot stress,rehydration and control cm

2.3 叶片叶绿体色素含量的变化

2.3.1 类胡萝卜素含量的变化 干热胁迫条件下，6个紫花苜蓿品种的类胡萝卜素含量随着胁迫时间的延长呈不同程度的上升趋势(表7)。其中，胁迫第4～8 d，0701399类胡萝卜素含量增加幅度最大，达到58.16%，其他品种类胡萝卜素含量增加幅度为0.69%～10.27%；胁迫第8～12 d，1045类胡萝卜素含量增加幅度最大，达到99.60%,其他品种类胡萝卜素含量变化为-37.53%～76.21%。在干热胁迫条件下，各紫花苜蓿品种与对照相比，胁迫第4 d，除0701399显著低于对照外，其他品种与对照差异不显著(P>0.05)；在胁迫第8 d，CA0504和0701399显著高于对照，而1045显著低于对照(P<0.05)；在胁迫第12 d，CA0504、0701399显著低于对照，而1044和1045显著高于对照(P<0.05)；复水4 d后，各紫花苜蓿品种类胡萝卜素含量的变化不一致，1044和1045显著低于对照，其他品种与对照相比差异不显著(P>0.05)。

表7 干热胁迫、复水和正常生长条件下紫花苜蓿叶片的类胡萝卜素Table7 The variation of carotenoid of different alfalfa cultivars under dry-hot stresses ,rehydration and control mg/g

2.3.2 叶绿素含量的变化 干热胁迫条件下，6个紫花苜蓿品种的叶绿素含量随着胁迫时间的延长下降幅度逐渐增大，且各品种下降程度不同(表8)。其中，胁迫第4～8 d，1044植株叶绿素含量下降幅度最大，达到24.73%，其他品种叶绿素含量下降33.41%～16.16%。胁迫第8～12 d，CA0504植株叶绿素含量下降幅度最大，达到19.92%，其他品种叶绿素含量下降幅度为2.41%～13.70%；在干热胁迫条件下，各紫花苜蓿品种与对照相比，在胁迫第4 d，0701399，1045和德钦植株叶绿素含量显著低于对照(P<0.05)；在胁迫第8 d，只有CA0504与对照差异不显著，其他品种叶绿素含量均显著低于对照(P<0.05)；胁迫第12 d，6个紫花苜蓿品种叶绿素含量均显著低于对照(P<0.05)；复水4 d后，除CA0504和WL525，其他紫花苜蓿种质叶片叶绿素含量都有所上升，但除了1045外其他品种叶绿素含量仍显著低于对照水平(P<0.05)。

表8 干热胁迫、复水和正常生长条件下紫花苜蓿叶片的叶绿素Table8 The variation of chlorophyll of different alfalfa under dry-hot stress,rehydration and control mg/g

3 讨论

随着全球气候变暖和水资源短缺的形势，干热胁迫同时发生的情况越来越多[2]。研究发现随着干热胁迫处理时间的延长，紫花苜蓿土壤含水量显著下降，这与张文娟等[20]对干热胁迫下6种景天植物的土壤田间持水量，随着干热胁迫的延长逐渐下降的结论一致。然而，复水后土壤相对含水量与对照土壤相对含水量还是存在着显著的差异，可能是因为胁迫条件下，紫花苜蓿植物体内水分亏缺严重，虽然复水，但紫花苜蓿迅速消耗大量的土壤水分，从而导致了胁迫下土壤含水量与对照土壤相还是存在着显著的差异。6个紫花苜蓿品种随着干热胁迫时间的延长叶片宽度基本呈变小的趋势，且胁迫后期比前期下降幅度大，这与费永俊等[23]有关干旱胁迫对早熟禾叶片宽度的影响结论一致。6个紫花苜蓿种质叶片长度均随着干热胁迫时间的延长而变小，各紫花苜蓿品种减小幅度不同；而胁迫下德钦紫花苜蓿叶片长度显著长于对照长，且随着胁迫时间的延长，与对照相比优势更明显，可能是德钦紫花苜蓿生长期生长在干热河谷高温干旱的环境下，对胁迫具有很强的抗性的原因所致。6个紫花苜蓿相对株高随着胁迫时间的延长有所升高，但是升高幅度逐渐减小，说明干热胁迫抑制紫花苜蓿的正常生长。随着胁迫时间的延长，叶绿素呈下降趋势，且下降幅度随着胁迫时间的延长而增大，这与赵凤云等[22]在干旱高温胁迫下对转基因水稻叶绿素含量影响以及孟聪睿[24]干旱高温胁迫对樱桃的生理影响的结论一致。而随着胁迫时间的延长类胡萝卜素的含量整体呈上升趋势，可能是干旱高温条件下，叶绿素处于激发态，同时会产生大量的活性氧，为了避免这些激发态的叶绿素和猝灭单线态活性氧对植物的危害，植物会合成大量的类胡萝卜素，使其含量升高[25]。干热胁迫对紫花苜蓿土壤相对含水量、植株高度、叶绿素含量和类胡萝卜素含量影响较显著。

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Effect of drought and heat stress on morphology and photosynthetic pigment contents ofMedicagosativa

LI Rong,WANG Yu-jia,HE Cheng-gang,JIANG Hua,MU Lan,SHAN Gui-lian,BI Yu-fen

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China)

Six alfalfa varities in manual climatic chamber were used as samples to study the drought and heat resitance of alfalfa. The soil relative water content, leaf length, leaf width, plant relative height, plant absolute height, stem diameter of these morphological characteristics, and carotenoid and chlorophyll contents were measured.The results showed that with the increase of drought and hot stress, the soil relative water content, leaf length, leaf width, stem diameter, chlorophyll content in leaf were declined. However, the relative height, absolute height, carotenoid content showed an increasing trend. The impacts of drought and hot stress on the relative water content of soil, plant height, chlorophyll content and carotenoid content were significant.

alfalfa；dry and hot stress；morphological indexes；chloroplast pigments

2014-10-08；

2014-11-10

国家自然基金项目(31060324，31160480)；云南省自然基金项目(2012FB148,2008CD031)；云南省教育厅重点项目(2012Z021)资助

李荣(1990-)，男，云南省嵩明县人，在读硕士研究生。 E-mail：wbywcz3217@163.com 姜华为通讯作者。

S 541;Q 945.78

A

1009-5500(2015)01-0037-07