不同红豆草材料苗期抗旱性综合评价

于 闯，南丽丽，魏永鹏

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

不同红豆草材料苗期抗旱性综合评价

于 闯，南丽丽，魏永鹏

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

探讨不同程度干旱胁迫对苗期红豆草(Onobrychisviciaefolia)的影响及抗旱性差异，为红豆草种质材料抗旱新品种选育、种质资源的开发利用提供理论依据。以7份红豆草材料(5份来自俄罗斯，2份源于中国)为研究对象，盆栽模拟土壤干旱条件，对不同程度干旱胁迫下各材料的株高、地上生物量、叶片相对含水量、叶绿素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质及脯氨酸含量进行了测定。结果表明：随干旱胁迫程度的加剧，植株高度、叶片相对含水量和叶绿素含量都明显下降，重度胁迫下，蒙农红豆草的株高、地上生物量、叶绿素含量均显著低于其他红豆草材料，甘肃红豆草的叶片保水能力相对较好；MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量都明显上升，重度胁迫下，Ⅱ材料的MDA含量、甘肃红豆草的可溶性糖、可溶性蛋白质及脯氨酸含量均显著低于其他红豆草材料。经抗旱隶属函数分析，得出其抗旱性顺序为：ZXY2003p-147>ZXY2003p-132= ZXY2005p-623>ZXY2007p-3423>ZXY2010p-7369>甘肃红豆草>蒙农红豆草。

红豆草；生理生化；株高；抗旱性

红豆草(Onobrychisviciaefolia)素有“牧草皇后”之美称，具有固氮、耐旱、耐寒、抗病和速生等特点，其富含蛋白质、氨基酸、粗脂肪和矿物质，可以和紫花苜蓿媲美，且草质柔软，气味芳香，叶量丰富，可用于青饲、青贮、放牧、晒制青干草、加工草粉、配合饲料等[1]。因含有单宁，可沉淀在瘤胃中形成大量泡沫性的可溶性蛋白质，故反刍家畜在青饲、放牧时不易发生膨胀病，是畜禽的上等饲料。红豆草花冠粉红色，颜色娇美且花期长，是发展庭院经济和很好的蜜源植物，是干旱区、半干旱区、高寒区具有发展前途的豆科牧草。

红豆草是提高我国饲草蛋白质含量的优良草种，在草地畜牧业发展中具有举足轻重的作用，应加强对其优质种质资源的收集、保存、研究与利用。我国审定登记的红豆草品种共3个，分别为甘肃红豆草(Onobrychisviciaefoliacv.Gansu)(1990年)、蒙农红豆草(Onobrychisviciaefoliacv.Mengnong)(1995年)和奇台红豆草(Onobrychisviciaefoliacv.Qitai)(2007年)[2-3]。目前，对红豆草的研究主要集中在生产性能[4]、生态适应性[5]、抗性评价等方面[6-8]。由此可见，我国审定登记的红豆草品种数量极少、老化且产量低、质量差，其研究的广度和深度与苜蓿相比差距较大。随着草食畜牧业发展和对蛋白质饲草需求量的增加，对红豆草新品种的需求也将越来越大。

以农业部从俄罗斯引进及国内审定登记的红豆草为种质材料，采用盆栽的方法模拟土壤干旱，从生理生化角度探讨不同程度干旱胁迫对苗期红豆草的影响及抗旱性差异，为不同红豆草材料在生产中的推广和应用提供依据。

1 材料和方法

1.1供试材料

供试7份红豆草材料Ⅰ.ZXY2010p-7369、Ⅱ.ZXY2003p-132、Ⅲ.ZXY2007p-3423、Ⅳ.ZXY2005p-623、Ⅴ.ZXY2003p-147、Ⅵ.蒙农红豆草、Ⅶ.甘肃红豆草，其中材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均从俄罗斯引进，材料Ⅵ种子由内蒙古农业大学提供，材料Ⅶ种子由甘肃农业大学草业学院提供。

1.2试验方法

试验于2015年5～7月在甘肃农业大学温室进行。选用大田土壤和羊粪按5∶1的比例混匀，装入高14 cm、底径8 cm、口径15 cm的无孔塑料花盆，每盆装干土2.5 kg，将红豆草种子置于10%的稀硫酸浸泡30 min，用清水反复冲洗10 min使种子至中性，用滤纸吸干水分后均匀撒播于盆中，用土覆盖2～3 cm并浇透水，待出苗后，间苗，每盆留生长整齐一致的幼苗15株。

出苗60 d后采用称重法控制水分，设对照(CK，土壤含水量是田间最大持水量的75%～80%)、轻度(LS，60%～65%)、中度(MS，45%～50%)和重度(SS，30%～35%)水分胁迫，其中盆栽土壤最大田间持水量为26%。达到处理标准后维持18 d取样，分别选取发育良好、健康植株叶片约10 g，用液氮速冻后放入-80℃冰箱备用。取样时间为早晨8∶00～9∶00。

1.3测定方法

图2和图3中，横轴表示冲击作用的滞后期间数(单位：月度)，纵轴分别表示股价增长率的变化和投资者情绪增长率的变化，实线表示脉冲效应函数，虚线表示正负两倍标准差偏离带。

叶片相对含水量、叶绿素总含量、可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸及丙二醛(MDA)含量分别采用饱和称重法、酒精丙酮提取法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝比色法、酸性茚三酮法、硫代巴比妥酸法测定[9]；株高用卷尺测量；收集每盆植株的地上部分，风干后测定其干重。

1.4数据处理

用Excel和SPSS统计软件Duncan新复极差法进行方差分析。应用Fuzzy数学中隶属度函数法[10]进行综合评判，对与抗旱性呈正相关的参数如株高、地上生物量、叶片相对含水量、叶绿素、可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白质含量采用公式(1)计算。

Fij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

对与抗旱性呈负相关的MDA含量采用公式(2)计算。

Fij= 1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中：Fij为i品种的j性状测定的具体隶属值；Xij为i品种j性状测定值；Xjmin为j性状中测定的最小值；Xjmax为j性状中测定的最大值。

2 结果与分析

2.1干旱胁迫下幼苗地上生物量的变化

Ⅱ号材料在3种胁迫下地上生物量与对照差异均不显著，其余材料在轻度、中度胁迫下地上生物量与对照亦无明显差异，说明红豆草抗旱能力较强(表1)。重度胁迫下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ材料的地上生物量分别比对照降低了17.39%、6.00%、19.15%、16.67%、17.31%、18.60%和17.78%，其中Ⅲ降低最为显著。重度胁迫下，材料Ⅵ的地上生物量显著低于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅶ材料(P<0.05)。

表1 干旱胁迫下不同红豆草材料的地上生物量

注：不同小写字母表示在不同胁迫间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示不同红豆草材料间差异显著(P<0.05),下同

2.2干旱胁迫下幼苗株高变化

植物在遇到逆境时往往会在形态上作出一些反应，以使个体能在逆境中存活下去。不同红豆草材料的株高随胁迫程度的加深而逐渐降低，其中除材料Ⅱ在3种胁迫下株高与对照差异均不显著，材料Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ在轻度胁迫下株高与对照无明显差异外，其余材料均显著(P<0.05)低于对照(图1)。重度胁迫下，试验材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ的株高分别比对照降低了1.72、0.42、3.02、2.17、2.04、5.04和1.50 cm，其中Ⅵ降低最为显著。同一胁迫下不同材料间亦有差异。重度胁迫下，材料Ⅵ的株高显著低于材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅶ(P<0.05)。

图1 不同红豆草材料株高的变化Fig.1 Changes of plant height of different sainfoin materials under drought stress

2.3叶片相对含水量的差异分析

同一胁迫下不同红豆草材料间有明显差异。重度胁迫下，Ⅱ号材料的叶片相对含水量显著低于其他红豆草材料(P<0.05)(图2)。随干旱胁迫程度的增加各红豆草材料叶片相对含水量呈降低趋势，且在轻度、中度、重度胁迫下均显著(P<0.05)低于对照。重度胁迫下，材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ的叶片相对含水量比对照分别下降了10.65%、29.39% 、32.10% 、16.29%、20.89%、8.47%，可见材料Ⅰ、Ⅶ在土壤发生干旱胁迫时叶片保水能力相对较强。

图2 干旱胁迫下不同红豆草材料的叶片相对含水量Fig.2 Changes of relative water content of different sainfoin materials under drought stress

2.4叶绿素含量的变化

叶绿素含量是植物生长的重要生理参数，它与光合特性密切相关。不同红豆草材料叶绿素含量随干旱胁迫的加重而降低，而且在3种胁迫下均显著(P<0.05)低于对照(图3)。重度胁迫下，Ⅵ号叶绿素含量降幅最大，降低了36.86%，其次，Ⅲ和Ⅴ，分别降低了33.97%和32.96%，降幅最小的为Ⅶ，降低了19.29%，表明干旱胁迫对Ⅶ的叶绿素含量损伤不严重。不同红豆草材料在同一胁迫下，叶绿素含量有差异。重度胁迫下，Ⅵ号叶绿素含量显著低于其他红豆草材料(P<0.05)。

2.5可溶性糖、可溶性蛋白质及脯氨酸含量的变化

不同红豆草材料叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含量随干旱胁迫程度的加剧而增加(图4，5)。重度胁迫下，材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ的可溶性糖含量分别比对照提高了39.56%、71.36%、84.12%、63.85%、50.98%，149.25%和64.00%，可溶性蛋白质含量分别是对照的6.33、4.96、2.06、3.18、3.28、2.48和2.31倍，且重度胁迫下，材料Ⅶ的可溶性糖和可溶性蛋白质含量均显著低于其他红豆草材料。不同红豆草材料的脯氨酸含量随干旱胁迫程度的增强而升高(表2)，在中度胁迫时达最大，当胁迫达重度水平时脯氨酸含量显著下降。表明轻度到中度干旱胁迫有利于红豆草叶片脯氨酸的合成和积累，而重度干旱胁迫则促进了脯氨酸的分解。轻度及重度胁迫下，Ⅶ材料的脯氨酸含量明显低于其他材料(P<0.05)。

图3 干旱胁迫下不同红豆草材料的叶绿素含量Fig.3 Changes of chlorophyll content of different sainfoin materials under drought stress

图4 干旱胁迫下不同红豆草材料的可溶性糖含量Fig.4 Changes of soluble sugar content of different sainfoin materials under drought stress

图5 干旱胁迫下不同红豆草材料的可溶性蛋白质含量Fig.5 Changes of soluble protein content of different sainfoin materials under drought stress

表2 干旱胁迫下不同红豆草材料脯氨酸的含量

注：同行不同小写字母表示在不同胁迫间差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母表示不同红豆草材料间差异显著(P<0.05)

2.6MDA含量的变化

在轻度胁迫，中度胁迫，重度胁迫，不同程度的干旱胁迫下，MDA含量均显著(P<0.05)高于对照。重度胁迫下，与对照比较，材料Ⅵ的MDA增加幅度较大，增加了257.54 μmol/g；Ⅰ次之；Ⅲ、Ⅴ增加幅度较小，分别增加了42.00 μmol/g和71.10 μmol/g，表现出较强的抗氧化胁迫能力。同一胁迫下，各材料之间MDA含量有差异，除轻度胁迫外，Ⅱ材料在中重度胁迫下MDA含量显著低于其他红豆草材料(P<0.05)(图6)。

图6 干旱胁迫下不同红豆草材料的MDA含量Fig.6 Changes of MDA content of different sainfoin materials under drought stress

2.7抗旱性综合评价

采用隶属函数法，将各材料7项抗旱参数的隶属函数值加起来求其平均值得其综合评价值，抗旱性的强弱顺序为：Ⅴ>Ⅱ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅶ>Ⅵ(表3)。

表3 不同红豆草材料抗旱性综合评价

3 讨论

干旱胁迫下红豆草的生长受到抑制，株高明显降低，这与其他学者对小麦[11]、花生[12]的研究结果一致。随着干旱胁迫程度的加剧，不同红豆草材料幼苗叶绿素含量显著降低，这是由于干旱胁迫会抑制叶绿素的合成和促进叶绿素的分解，造成植物叶绿素含量下降和叶片变黄[13]，且重度胁迫下材料Ⅵ的叶绿素含量降幅最大，说明其抵抗干旱胁迫的能力较弱。李崇巍等[14]研究表明，维持较高的相对叶片含水量的植物抗旱能力更强。研究中材料Ⅰ和Ⅶ叶片相对含水量降幅最小，表明叶片保水能力相对于其他材料较强，对干旱环境的适应能力较强。

干旱胁迫下植物可积累更多的可溶性糖[15]、可溶性蛋白质[16]、脯氨酸等[17]。这些物质的大量积累可降低细胞渗透势，维持膨压，提高自身的抗旱能力。不同红豆草材料的可溶性糖含量随着干旱胁迫程度的加剧而上升，是由于外界水分缺乏使红豆草叶细胞中淀粉等一些大分子物质通过水解转化成小分子可溶性糖所引起。不同红豆草材料叶片可溶性蛋白质含量在干旱胁迫下持续增加，有可能是干旱胁迫使红豆草正常的蛋白质合成被抑制，而一些与干旱相适应的基因被特异表达，从而合成许多胁迫诱导蛋白质参与抗旱代谢，但还需要通过试验加以证实。脯氨酸含量在轻度到中度干旱胁迫时增加，重度干旱胁迫时下降，说明红豆草可以通过提高脯氨酸含量减轻干旱胁迫的伤害，这与林武星等[16]、李燕等[18]试验结果一致。

植物在遭受环境胁迫时，活性氧会增加[19]，MDA是植物在遭受逆境伤害时细胞膜脂的过氧化产物，对细胞起伤害作用。本研究中，干旱胁迫下不同红豆草材料的MDA含量均显著高于对照，可见干旱胁迫引发并加剧了红豆草叶细胞的膜脂过氧化，造成红豆草叶细胞膜的结构和功能紊乱，降低了膜的稳定性。这一结论与多数学者的研究结论相一致[16，20-23]。

植物抗性是一种复杂的生理反应，不同植物抵抗干旱的机制不同，单一指标很难真实地反映植物的抗性本质[24]。隶属函数分析提供了一条在多指标测定基础上对植物抗旱性进行综合评价的途径。研究表明，俄罗斯引进的红豆草种质材料较国内材料的抗旱性强，这是由于俄罗斯气候寒冷，引进材料的抗寒性强，Jung[24]研究证明了耐寒植物也具有很强的抗旱性，二者机理有一定的相关性。

4 结论

7份红豆草种质材料在干旱胁迫下的株高、地上生物量、叶片相对含水量、叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量有明显差异，通过隶属函数法，结果显示7份材料抗旱性大小依次为ZXY2003p-147>ZXY2003p-132>ZXY2005p-623>ZXY2007p-3423>ZXY2010p-7369>甘肃红豆草>蒙农红豆草。可见，从俄罗斯引进的红豆草种质材料较国内材料的抗旱性强，这为下一步的品种选育提供了原始材料。

[1] 肖占文,张俐,刘金荣.人工种植红豆草对灰棕荒漠土改土效应的研究[J].干旱地区农业研究,2011,29(3):199-202.

[2] 全国牧草品种审定委员会.中国牧草登记品种集(修订版)[M].北京:中国农业大学出版社,1999.

[3] 全国草品种审定委员会.中国审定登记草品种集(1999-2006)[M].北京:中国农业出版社,2008.

[4] 汪玺.红豆草草地生产能力的评价[J].草业学报,2002,11(4):108-113.

[5] 刘秀梅.甘肃红豆草在不同生态区域的适应性[D].兰州:甘肃农业大学,2010.

[6] 冷小云.红豆草品种对黑斑病和轮纹病的抗性评价[D].兰州:兰州大学,2009.

[7] 俞靓.红豆草在不同土壤水分胁迫下的生理生态响应[D].杨凌:西北农林科技大学,2009.

[8] 聂红霞,高峰,段廷玉,等.红豆草病害研究进展[J].草业学报,2014,23(3):302-312.

[9] 邹琦.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000,161-163,173-175.

[10] 龚明.作物抗旱性鉴定方法与指标及其综合评价[J].云南农业大学学报,1989,4(1):73- 81.

[11] 武仙山,王正航,昌小平,等.用株高旱胁迫系数分析小麦发育中的抗旱性动态[J].作物学报,2008,34(11):2010-2018.

[12] 张智猛,万书波,戴良香,等.不同花生品种对干旱胁迫的响应[J].中国生态农业学报,2011,19(3):631-638.

[13] 王宇超,王得祥,彭少兵,等.干旱胁迫对木本滨藜生理特性的影响[J].林业科学,2010,46(1):61-67.

[14] 李崇巍,贾志宽,林玲.几种苜蓿新品种抗旱性的初步研究[J].干旱地区农业研究,2002,20(4):21-25.

[15] 南丽丽,师尚礼,朱新强,等.不同根型苜蓿苗期对干旱胁迫的生理耐受性分析[J].干旱地区农业研究,2011,29(5):106-110.

[16] 林武星,谷凌,朱炜,等.干旱胁迫对台湾海桐生长和生理生化特性的影响[J].草业科学,2014,31(10):1915-1922.

[17] 赵莉,牟书勇,张鲜花.干旱胁迫下新疆野生鸭茅苗期抗旱性生理特性[J].干旱区研究,2015,32(5):953-957.

[18] 李燕,孙明高,孔艳菊,等.皂角苗木对干旱胁迫的生理生化反应[J].华南农业大学学报,2006,27(3):66-69.

[19] 汪月霞,孙国荣,王建波,等.Na2CO3与NaC1胁迫下星星草幼苗叶绿体保护酶活性的比较[J].草业学报,2007,16(1):81-86.

[20] 李波,高云鹏,李红.4份冰草种质材料的抗旱性综合评价[J].草原与草坪,2015,35(6):41-45.

[21] 王晓龙,王召明,王君芳,等.18种禾草抗旱性比较研究[J].草原与草坪,2014,26(4):34-38.

[22] 缪秀梅,张丽静,陈晓龙,等.水分胁迫下白沙蒿幼苗抗性与其膜脂构成关系研究[J].草业学报,2015,24(2):55-61.

[23] 白利国,俞玲,马晖玲.野生草地早熟禾对干旱胁迫的生理响应[J].草原与草坪,2014,34(2):86-91.

[24] 南丽丽,师尚礼,陈建纲,等.不同根型苜蓿根系对低温胁迫的响应及其抗寒性评价[J].中国生态农业学报,2011,19(3):619-625.

[25] Jung L.Cold,drought and heat tolerance[M].NewYork:NewYork Publication,1972:165-209.

Comprehensiveevaluationofdroughtresistanceofdifferentsainfoinmaterialsatseedlingstage

YU Chuang,NAN Li-li,WEI Yong-peng

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrasslandEcosystemofMinistryofEducation;PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince;Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

In order to explore the influence of sainfoin materials at seedling stage and difference of drought resistance in different degrees of drought stress,and provide a basis for new species selection and the exploitation and utilization of sainfoin germplasm,the drought resistance of 7 sainfoin (Onobrychisviciaefolia) germplasms from Russia and China were investigated under simulated soil drought condition,the plant height,aboveground biomass,relative water content of leaves,contents of chlorophyll,MDA,soluble sugar,soluble protein and proline were measured.The results showed that the plant height,leaf relative water content and chlorophyll content decreased significantly along with drought stress.Under severe stress,the plant height,aboveground biomass and chlorophyll content ofO.viciaefoliacv.Mengnong were significantly lower than that of other materials,the leaf water holding ability ofO.viciaefoliacv.Gansu was relatively good,the content of MDA,soluble sugar,soluble protein and proline increased significantly,the MDA content of material II,soluble sugar,soluble protein and proline content ofO.viciaefoliacv.Gansu were significantly lower than that of other materials.After the comprehensive analysis of the membership function,the orders of subordinate function values was ZXY2003p-147>ZXY2003p-132> ZXY2005p-623>ZXY2007p-3423>ZXY2010p-7369>O.viciaefoliacv.Gansu>O.viciaefoliacv.Mengnong.

sainfoin;physiological and biochemical;plant height;drought resistance

2016-09-26；

：2016-10-13

甘肃省高等学校科研项目(2014A-055)；国家自然科学基金(31460630)资助

于闯(1992-)，男，内蒙包头人，在读研究生。 E-mail：410039614@qq.com 南丽丽为通讯作者。

S 541

：A

：1009-5500(2017)04-0074-07