不同种类早熟禾苗期抗旱性综合评价

田莉华, 周青平*， 卢素锦， 陈有军， 魏小星， 刘文辉

(1.西南民族大学青藏高原研究院， 四川 成都 610041；2.青海大学畜牧兽医科学院， 青海 西宁 810016； 3.青海省畜牧兽医科学院， 青海 西宁 810016)

我国北方大部分地区属于干旱半干旱气候，降雨量少，干旱胁迫成为限制作物生长的主要因素之一。引进和筛选一些抗旱性强、适宜该区域种植的草种质资源，对该类区域生态环境保护和发展生态畜牧业具有重要意义[1-4]。早熟禾属(PoaL)属禾本科植物，分布在温暖和凉爽地带，约250种，为纤细的多年生草本植物。早熟禾属是冷地型禾草，喜光，耐阴，耐50%～70%郁闭度，耐旱性较强，对土壤要求不严，耐瘠薄[5]。由于抗旱性较强，早熟禾在我国各地区均有分布，不仅是我国北方主要的草坪用植物，也是优良的牧草资源。研究发现，早熟禾苗期的抗旱性相对较弱，苗期的干旱胁迫将直接影响其建植及后期的生长。开展早熟禾属不同草种间苗期抗旱性比较，对干旱半干旱地区节水管理及抗旱草种选择具有重要意义。

近年来，国内外学者针对牧草和作物干旱或低温胁迫下的形态生理变化进行了大量研究[ 6-8]，但有关早熟禾不同草种间苗期抗旱特征比较的相关研究相对较少。开展早熟禾属牧草苗期干旱生理学的基础研究，深入了解不同种类早熟禾属牧草幼苗在干旱状态下的适应机制，对干旱区筛选高抗旱性早熟禾种质资源具有重要现实意义。本研究以青海省海北地区采集的8种早熟禾属牧草为材料，研究干旱胁迫对不同种类早熟禾牧草幼苗抗旱性的影响，揭示不同种类早熟禾牧草在干旱胁迫下的生理变化差异，以期为干旱区引种和筛选抗旱性较强的优良早熟禾属牧草提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料由青海省牧科院草原所提供，为来自青海省海北地区天然草地的8种早熟禾属牧草。供试材料详情如表1所示 。

表1 8种早熟禾属牧草试验材料及来源Table 1 The 8 species of bluegrass

选取颗粒饱满、均匀一致的8种牧草种子各500粒，分别用0.1%的升汞溶液灭菌30 min，用清水冲洗3～5 次后种植于高15 cm、口径20 cm的营养钵内，每盆播种种子50粒，每个品种4盆。土壤基本理化性质为：pH值 7.175、有机质6.49 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、全钾22. 43 g·kg-1、全磷1.22 g·kg-1、速效钾0.11 mg·kg-1、速效磷16.20 mg·kg-1；育苗基质有机质≥50%、腐殖酸≥20%、pH 值5.5～6.5，V表土∶V育苗基质= 3∶1。将营养钵置于智能气候箱(型号ZPQ2280D)内进行前期培养，白天(7:00～19:00)光照12 300 lx，温度25℃、湿度60%；夜间(19:00～7:00)无光照，温度20℃、湿度75%。

1.2 胁迫处理及取样方法

从播种到干旱处理之前正常栽培管理，保持土壤湿润，田间持水量保持在60%左右。处理组幼苗株生长到3～4叶期时停止浇水，实施干旱胁迫，待90%以上供试植株表现萎蔫倒伏，部分植物呈枯死症状时停止试验。对照组始终保持土壤湿润。

在实施干旱胁迫处理前，以及实施干旱胁迫后的第5天和第10天，分别齐地面刈割各处理地上部分叶片，迅速转移至实验室进行生理生化指标的相关测定。每个处理各重复3次。

1.3 生理生化指标测定

采用电导法测定细胞膜相对透性(相对电导率)；硫代巴比妥酸(TBA)比色法测定丙二醛(MDA)含量和可溶性糖含量；酸性茚三酮法测定游离脯氨酸含量；丙酮提取法测定叶绿素含量[9]。

1.4 综合评价方法

应用Fuzzy数学中隶属函数法进行综合评判[10]，其计算公式如下:

与抗旱性呈正相关的参数脯氨酸、叶绿素含量和可溶性糖采用公式:

U(Xijk) =(Xijk-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

与抗旱性呈负相关的参数MDA、相对电导率采用公式:

U(Xijk)=1-(Xijk-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，U(Xijk)为第i个草种第j个温度阶段第k项指标的隶属度，且U(Xijk)∈[ 0，1 ]；Xijk表示第i个草种第j个温度阶段第k个指标测定值；Xmax、Xmin为所有参试种中第k项指标的最大值和最小值。用每一种源各项指标隶属度的平均值作为种源抗旱能力综合评判标准，进行比较。

1.5 数据分析

用SPSS 13.0统计软件对试验数据进行均值方差分析和显著性分析，多重比较采用Duncan法[ 11]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对早熟禾属牧草苗期相对电导率的影响

分析表2可知，8种早熟禾属牧草在胁迫处理下的相对电导率均明显高于干旱胁迫处理前，随着胁迫天数延长，相对电导率均呈逐渐增加趋势，但不同牧草品种间的抗旱性差异较大。胁迫处理后的第5天，光稃早熟禾的相对电导率较胁迫处理前显著增加了37%(P<0.05)，增幅最大，其次为山地早熟禾、早熟禾及波伐早熟禾，增加了约20%，冷地早熟禾、草地早熟禾、高原早熟禾和莫若波利草地早熟禾增幅最小。至胁迫处理后第10天，相对电导率增辐最大的为早熟禾和波伐早熟禾，相对电导率较胁迫处理前显著增加了约60%(P<0.05)，其次为光稃早熟禾和莫若波利草地早熟禾，增辐最小的仍为冷地早熟禾、草地早熟禾和高原早熟禾。

表2 胁迫处理下8种早熟禾属幼苗期叶片相对电导率Table 2 The relative electrionic conductivity of 8 species of bluegrass under drought stress/%

注：表内数值为平均值±标准差；同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note: The data in the table are the means ± standard deviation； Different lowercase letters in the same row indicate significant difference at the 0.05 level, the same as below

2.2 干旱胁迫对早熟禾属牧草苗期丙二醛(MDA)含量的影响

分析表3可知，胁迫处理后，早熟禾属不同牧草的MDA含量差异较大。高原早熟禾干旱胁迫下的MDA含量呈逐渐下降趋势。光稃早熟禾胁迫后第5天的MDA含量增加了22%，但胁迫第10天后恢复至胁迫前水平。其余6种牧草胁迫下的MDA含量均呈逐渐增加趋势，其中波伐早熟禾增幅最大，胁迫后第5天和第10天的MDA含量增幅分别为358%和838%(P<0.05)，其次为山地早熟禾，胁迫后第5天和第10天的MDA含量增幅分别为116%和214%(P<0.05)，草地早熟禾增幅最小，胁迫后第5天和第10天的MDA含量增幅仅为11%和21%。

表3 胁迫处理下8份早熟禾属牧草幼苗期叶片的丙二醛(MDA)含量Table 3 MDA content of 8 species of bluegrass under drought stress /μmol·g-1

2.3 干旱胁迫对早熟禾属牧草苗期游离脯氨酸含量的影响

分析表4可知，干旱胁迫下8份早熟禾属牧草脯氨酸含量显著增加，胁迫处理第5天和第10天脯氨酸含量较胁迫前分别显著增加102%和190%以上(P<0.05)，其中，胁迫处理下增幅最大的为山地早熟禾和莫若波利草地早熟禾，胁迫处理第5天和第10天的脯氨酸含量增幅均在424%和579%以上(P<0.05)，其次为草地早熟禾、光稃早熟禾、冷地早熟禾和早熟禾，高原早熟禾的增幅最小，第5天和第10天的脯氨酸含量增幅仅为102%和191%(P<0.05)。

表4 胁迫处理下8份早熟禾属牧草幼苗期叶片脯氨酸含量Table 4 Proline content of 8 species of bluegrass under drought stress /μg·g-1

2.4 干旱胁迫对早熟禾属牧草苗期叶绿素含量的影响

分析表5可知，8种早熟禾属牧草干旱胁迫下的叶绿素含量较胁迫处理前均有所降低，其中，波伐早熟禾和莫若波利草地早熟禾干旱胁迫第5天和第10天叶绿素含量的降幅最大，降幅分别在48%和74%以上(P<0.05)，其次为光稃早熟禾，其余5种早熟禾干旱胁迫后第5天的叶绿素含量较胁迫前仅下降8%～14%，干旱胁迫后第10天，除草地早熟禾的叶绿素含量较胁迫前仅下降16%外，山地早熟禾、冷地早熟禾、早熟禾和高原早熟禾的叶绿素含量较胁迫前仅下降42%～54%。

表5 胁迫处理下8份早熟禾属牧草幼苗期叶片叶绿素含量Table 5 Chlorophyll content of 8 species of bluegrass under drought stress /mmol·g-1

2.5 8种早熟禾属牧草抗旱性综合评价

牧草抗旱性是许多指标综合作用的结果，评价指标和评价方法的选取至关重要，本研究采用隶属函数法对8种早熟禾属牧草进行抗旱性综合评价。运用公式(1)和(2)求出各草种各指标参数的隶属函数值，再将各草种各项指标的隶属函数值累加起来求其平均值，得到其综合评价值，综合评价值越大，抗旱性越强，反之则越弱。

表6为8种早熟禾属牧草4项抗旱参数的综合评价结果，整体而言8种牧草苗期抗旱性由强到弱顺序依次为：草地早熟禾>高原早熟禾>山地早熟禾>光稃早熟禾>波伐早熟禾>早熟禾>莫若波利草地早熟禾>冷地早熟禾。

表6 8种早熟禾属牧草抗旱性综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of drought resistance character of 8 species of bluegrass

3 讨论与结论

牧草对水分较敏感，干旱胁迫时, 牧草有保持低的电导率的趋势。本研究中，抗旱性强的牧草如草地早熟禾、山地早熟禾和高原早熟禾均具有相对较低的电导率，胁迫条件下电导率的增幅小于其他各品种，说明低电导率是高抗旱性牧草品种的重要特征之一。选择低电导率的牧草品种是筛选高抗旱性材料的重要参考指标之一。

本研究中，6种早熟禾属牧草在苗期干旱胁迫下丙二醛(MDA)含量较胁迫处理前均有所增加，随着胁迫时间的延长，MDA含量呈增加趋势。前人研究发现，MDA能够严重破坏膜和细胞中诸如蛋白质、核酸许多生物功能分子, 并造成生物膜结构与功能的破坏, 其含量的高低和细胞膜脂透性的变化反映了植物受到胁迫后细胞膜脂过氧化作用的强弱和细胞质膜被破坏的程度[1,12]。本研究中，尽管6种牧草的MDA呈显著增加趋势，但光稃早熟禾胁迫后第10天时MDA恢复至胁迫前水平，高原早熟禾干旱胁迫下的MDA含量呈逐渐下降趋势，说明干旱胁迫下光稃早熟禾和高原早熟禾具有维持细胞原状的潜在优势，可作为潜在的优良抗旱性材料进行进一步的筛选和利用。

脯氨酸是干旱胁迫下的有效渗透物质之一，胁迫条件下，脯氨酸在植物细胞内不断累积，可降低细胞内的水势，减缓水分外渗，延缓水分胁迫[16-17]。大量研究亦表明，胁迫条件下早熟禾中脯氨酸等可溶性蛋白质含量增加，脯氨酸含量的高低与早熟禾的抗旱性呈显著正相关关系[18]。本研究中，干旱胁迫下8种早熟禾属牧草脯氨酸含量均显著增加，以山地早熟禾和莫若波利草地早熟禾的增幅最大，说明这2种早熟禾相比其他早熟禾草种具有明显的缓解水分胁迫的优势，是后续开展早熟禾牧草抗旱性生理机制研究的潜在优势材料。

本研究中，8种早熟禾属牧草干旱胁迫下的叶绿素含量较胁迫处理前均有所降低，但抗旱性强的牧草种，如草地早熟禾、山地早熟禾和高原早熟禾，其胁迫条件下叶绿素含量的降幅小于其他各草种。他人研究亦发现冷季型草坪草叶绿素含量与抗旱性呈正相关关系[19]，说明胁迫条件下维持较高的叶绿素含量是作物高抗旱性的重要标志之一，也是筛选高抗性牧草的重要依据之一。

然而，植物的抗旱性是其生理生化特征综合作用的结果，仅凭单一的特征指标判断植物的抗旱性存在缺陷，结果的可信度较差。为克服单一指标评价抗旱性的片面性，目前研究多依据多个生理指标，利用隶属函数法、聚类分析法及主成分分析法等方法[20]进行抗旱性综合评价。本文首先分析了干旱胁迫下各早熟禾草种苗期的主要抗旱性生理指标，明确了各草种的抗旱性优势特征，并采用了目前常用的隶属函数综合评价方法，分析了青海海北地区8种早熟禾属牧草的抗旱能力，表明抗旱性较强的早熟禾草种为草地早熟禾和高原早熟禾，可为干旱区引进、筛选优良早熟禾属牧草提供重要科学依据。