自然干旱胁迫对3 种新麦草生理特性的影响

王宏洋，黎松松，秦 明

（哈密市草原工作站，新疆 哈密 839000）

新麦草属（Psathyrostachys juncea Nevski）原产于中亚和西伯利亚，是苏联植物学家S. Nevski 从大麦属（Hordeum Linn.）中分离出来的，全世界大致为10 种，其主要分布位于欧亚地区草原以及半荒漠地区[3]。而新麦草属植物在我国自然界分布区大多集中在阿尔泰山、青藏高原、天山等地。新麦草属植物的抗逆性强，且具有粗蛋白质含量高，耐践踏、耐牧，营养生长周期长，营养价值高等特点[4]，可作为改良我国北方天然草场及建植人工草地的优良乡土草种[5]。此外，新麦草属植物饲用价值较高，遗传性非常稳定，是培育抗旱抗寒牧草新品种的优良种质材料。 但国内对于野生新麦草的抗性研究近乎空白。

牧草叶片中的膜透性、可溶性糖含量、叶绿素含量及各类氧化酶活性均和植物的抗旱性能存在关联[6]。干旱胁迫对于植物的各种生理活动会产生不利影响，与此同时植物也会根据逆境环境产生适应性变化，这种变化则通过植物的生理生化过程反映[7]。 本研究以3 种新麦草为研究对象，通过分蘖期的抗旱性综合比较，为驯化培育生态用种提供更多的育种资源和基础资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究材料分别为蒙农4 号新麦草（P. juncea Nevsiki. CV.Mengnong No.4）、莫钦乌拉新麦草（P.perennis Keng.cv.Moqinwula）、紫泥泉新麦草（P.perennis Keng.cv.Ziniquan）。 种子来源见表 1。

表1 3 种新麦草种子来源

1.2 试验方法

试验于2020 年5 月9 日在新疆畜牧科学院草业研究所实验室内开展试验。 采用盆栽法培养3 种新麦草，花盆底径 123 mm，深 155 mm，上口径 170 mm。 以花土为栽培基质，2 kg 花土／盆。 撒播，覆薄沙。 温室内培养，温度保持为20～26 ℃，每天黑暗处理14 h，光照10 h。

播种之日起，第1～18 d，每隔3 d 浇水一次，保障新麦草苗期水分供应充足；第16～30 d，每5 d 浇水一次。 自2020 年6 月22 日对盆栽新麦草分蘖前期（7 片叶以上）采用自然失水胁迫的方法进行干旱处理，胁迫开始后停止浇水。 根据前期了解，种植时花盆内新麦草完全干旱状态大致时间为6 d，每6 d 取样一次，干旱处理全过程为18 d。 每次采集的样品用锡纸包裹，立即放进液氮壶中迅速冷冻，保存于-20 ℃冰箱中，用于各项生理生化指标的测定。

1.3 试验测定指标与方法

叶绿素含量：0.1 g 鲜样＋20 mL 无水乙醇浸提 24 h 测定 OD663、OD645吸光值。

叶绿素含量（mg／g）=[（8.04*OD663＋20.29*OD645）V]／（1 000*W）

电导率：采用电导法测定，称取各材料幼苗0.1 g，用蒸馏水洗涤3 次，置洁净的具塞试管中，加10 mL蒸馏水充分振荡后静置3 h，测定其电导率初值，于沸水浴中加热15～30 min，测定其电导率终值，3 次重复。

相对电导率=（电导率初值／电导率终值）×100%；含量采用南京建成试剂盒测定指标。

SOD、CAT、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸(Pro) 、丙二醛 (MDA) 含量采用南京建成试剂盒测定。

1.4 抗旱性综合评价方法

根据隶属函数法对3 种新麦草的新麦草的分蘖期抗旱能力进行综合评价。 计算公式如下所示：

其中：Xi指第i 个测定指标数值，Xmax指3 个品种新麦草中第i 个测定指标中的最大值，Xmin指3 个品种新麦草中第i 个测定指标中的最小值。 如植物的抗旱性与测定指标呈正相关，则使用式（1）；反之，则使用式（2）。对每种新麦草的各指标抗旱隶属值进行累加，计算出最终平均值，计算出的平均值越大，该新麦草抗旱性就越强，反之越差。

2 结果与分析

2.1 自然干旱胁迫对新麦草相对电导率的影响

3 种新麦草叶片在自然干旱胁迫下，相对电导率随胁迫时间的延长而上升，见图1。 莫钦乌拉新麦草在胁迫0～12 d，叶片相对电导率增幅缓慢；胁迫12 d 时，莫钦乌拉新麦草相对电导率值最低，低于蒙农4号新麦草和紫泥泉新麦草。 胁迫18 d 时，3 份供试材料电导率值均增至最高。 这表明，与其他2 个品种的供试新麦草比较，莫钦乌拉新麦草的抗旱性较优。

图1 不同品种的新麦草在干旱胁迫下相对电导率的变化

2.2 自然干旱胁迫对新麦草叶绿素含量的影响

自然干旱胁迫下3 种新麦草叶片叶绿素含量变化随干旱胁迫时间延长，叶绿素含量为先增加而后减少，见图2。 在胁迫初期，3 种新麦草受到干旱胁迫的影响均较小，且能够保持较快的生长，测定结果显示叶绿素含量在增加，这说明轻度干旱胁迫能够使植物体内的叶绿素积累。 莫钦乌拉新麦草在胁迫6 d 时叶绿素含量达到峰值，蒙农4 号新麦草、紫泥泉新麦草在胁迫第12 d 时测定的叶绿素含量为峰值，在干旱胁迫的第18 d 因胁迫加重，新麦草正常的生理功能收到阻碍，叶绿素开始分解3 份供试的新麦草叶绿素含量开始下降。 在胁迫的不同时期， 莫钦乌拉新麦草0～6 d 缓慢上升并达到最大值2.72 mg／g，6～18 d叶绿素含量缓慢下降，18 d 降至最低值2.44 mg／g。 蒙农4 号新麦草和紫泥泉新麦草在0～12 d 叶绿素含量缓慢上升并达到最大值，随后开始下降。

图2 不同品种新麦草在干旱胁迫下叶绿素含量的变化

2.3 自然干旱胁迫对SOD 活性的影响

SOD 是存在于植物细胞中最重要的清除活性氧的酶类之一。莫钦乌拉新麦草、紫泥泉新麦草SOD 活性变化趋势表现为先升高后降低，见图3。 整个胁迫期内，莫钦乌拉新麦草的SOD 活性最高，在0～6 d 活性快升高达最大值为 42.68 U／g， 而后第 18 d 降至 38.29 U／g。 紫泥泉新麦草在 0～12 d SOD 活性缓慢升高，在第12 d 达到最大值为38.65 U／g，随后缓慢下降。蒙农4 号新麦草SOD 活性在整个胁迫其间变化不大，但可以看出总体为上升趋势。

图3 不同品种新麦草在自然干旱胁迫下SOD 活性的变化

2.4 干旱胁迫对CAT 活性的影响

3 种新麦草CAT 活性变化趋势表现为先升高后降低，见图4。整个胁迫期内，莫钦乌拉新麦草的CAT活性最高，在 0～12 d 活性缓慢升高达最大值为 6.22 U／mgprot，而后下降到 18 d 降至 5.53 U／mgprot。 紫泥泉新麦草在0～12 dCAT 活性缓慢升高，在第12 d 达到最大值为4.83 U／mgprot，随后缓慢下降到18 d 降至 3.47 U／mgprot。 蒙农 4 号新麦草 CAT 活性在 0～12 d 缓慢升高达最大值 4.33 U／mgprot，随后开始下降到 18d 降至 3.47 U／mgprot。

图4 不同品种新麦草在干旱胁迫下CAT 活性的变化

2.5 干旱胁迫对脯氨酸含量的影响

脯氨酸是植物对逆境胁迫的反应敏感指标。 正常生存条件下植物的脯氨酸含量较低， 如遇低温、干旱、盐碱等逆境条件，脯氨酸的含量会在植物体内积累，且积累指数和受逆境条件影响植物的抗逆性存在一定联系[8]，见图5。 3 种新麦草在胁迫过程中脯氨酸含量总体表现为升高趋势，只是在不同的时间段增幅变化速率不同。 胁迫12 d 时莫钦乌拉新麦草的脯氨酸含量最低，紫泥泉新麦草最高，蒙农4 号新麦草介于两者之间。 在整个干旱胁迫过程中，莫钦乌拉新麦草的脯氨酸含量始终低于其他两种，且增长率也最低。

图5 不同品种新麦草在干旱胁迫下脯氨酸含量的变化

2.6 自然干旱胁迫对丙二醛含量的影响

植物在干旱胁迫下丙二醛的含量将会增高，随着膜质过氧化的程度持续加重，膜的透性也持续增大，抗旱性则较弱[9]，见图6。3 种新麦草丙二醛含量均随着干旱胁迫的加剧而增加，其中紫泥泉新麦草的丙二醛含量增加幅度最大，增加了69.54 nmol／g；蒙农4 号新麦草次之，为35.71 nmol／g；莫钦乌拉新麦草的增加值最小，为33.82 nmol／g。 干旱胁迫至第12 d 时莫钦乌拉新麦草的丙二醛含量为最高，紫泥泉新麦草次之，蒙农4 号新麦草最小。然而，干旱胁迫至18 d 时，紫泥泉新麦草丙二醛含量急剧增加达127.16 nmol／g，莫钦乌拉新麦草、蒙农4 号新麦草丙二醛含量增加缓慢。

图6 不同品种新麦草在干旱胁迫下丙二醛含量的变化

2.7 3 种新麦草抗旱隶属函数比较

通过隶属函数法，对干旱胁迫下3 个品种的新麦草苗期6 个指标进行综合评价，见表2。 研究表明3种新麦草抗旱性测定中，莫钦乌拉新麦草的抗旱性最好，蒙农4 号新麦草次之，紫泥泉新麦草较之前2 个品种略差。

表2 自然干旱胁迫下3 种新麦草隶属函数比较

3 讨论及结论

细胞膜是活细胞与环境之间的界面和屏障， 各类不良环境对于细胞膜的影响往往首先作用在细胞膜，改变其膜透性，细胞膜的透性大小能够反映出细胞膜受害程度。植物叶片在逆境胁迫下叶绿素含量将降低，因植物叶片在缺水条件下，将对叶绿素的合成产生阻碍，同时已经形成了的叶绿素将会加速的分解，且呈促进作用，因此会导致植物叶片的发黄，在一定范围内植物叶片光合作用受叶绿素含量变化的直接影响[10]。 抗旱性强的植物体内叶绿素受干旱影响相对较小，抗旱性强的植物体内叶绿素能够保持光和产物积累和有较高的光合利用率，植物的抗旱性和其体内的叶绿素含量存在正相关。 在植物受干旱胁迫时，植物降低自身体内渗透势进行渗透调节，维持植物体内渗透压，进而获取生长所必须得水，以维持植物的正常生长[11]。 实验表明，不同干旱胁迫条件下，莫钦乌拉新麦草的丙二醛含量始终低于其余2 份供试材料，同时各项指标表现均较其余供试材料有一定的抗旱优势。试验表明：在供试的3 份新麦草材料中抗旱性能表现最强的为莫钦乌拉新麦草。