披碱草属6种牧草苗期抗旱性鉴定
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摘要：对来自青海不同地区的披碱草属（Elymus）牧草进行连续干旱处理， 观察牧草叶片外部的形态特征， 并测定干旱处理第0、5、10天的细胞膜透性、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和叶绿素含量， 并运用隶属函数法综合评判其抗旱性。结果表明，随着干旱的胁迫，6种牧草的叶片叶绿素含量呈下降趋势；细胞膜透性、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量及丙二醛含量均呈增加趋势，其中可溶性糖含量及丙二醛含量随着干旱程度的增加而显著增加（PE03（同德县谷芒乡）> E02（刚察县泉吉乡）>E01（达日县吉迈镇）>E05（天峻县新源镇）>E06（共和县倒淌河镇）。
关键词：抗旱性；综合评判；披碱草属（Elymus）
中图分类号：S543+.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）08-1889-04
披碱草属（Elymus）为多年生优良牧草，有着良好的生态和牧用价值，青藏高原是中国披碱草属植物的主要分布区之一[1]。随着青海省生态环境建设的进一步实施和生态畜牧业的发展需要，对优良牧草品种的需求量加大[2]。研究披碱草属牧草的抗旱性为大幅度地提高牧草产量，促进青海省草地畜牧业健康稳定发展具有重要意义。
本试验以6种分别来自青海省达日县吉迈镇的圆柱披碱草（E. cylindricus）、刚察县泉吉乡的披碱草（E. dahuricus）、同德县谷芒乡的垂穗披碱草（E. nutans Griseb）、贵南县茫拉乡的垂穗披碱草（E. nutans Griseb）、天峻县新源镇的老芒麦（E. sibiricus）和共和县倒淌河镇的圆柱披碱草（E. cylindricus）为材料，在各干旱阶段下对幼苗叶片进行细胞膜相对透性、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量和叶绿素含量等指标的测定，并进行抗旱性的综合评价，为披碱草属种质资源的搜集保护、评价、推广利用奠定科学基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
披碱草属6种牧草种子供试材料由青海省畜牧兽医科学院草原研究所提供。材料来源见表1。
1.2 材料培养及处理
将6种供试材料种子粒选后用0.1%的HgCl2溶液灭菌30 min，再用清水冲洗3～5次后种植至高15 cm、口径20 cm的花盆内，每盆加入等量混合的培养基基质（土∶细沙∶化肥=4∶1∶1），每份种质资源设3个重复处理，从播种到干旱处理之前正常管理，保持土壤湿润。当幼苗株生长到3～4叶期时，进行干旱处理。处理组干旱胁迫开始就不再浇水直到试验结束。自然干旱连续n d，直到90%以上供试植株表现萎焉倒伏，部分植物呈枯死症状时，进行最后一次生理生化指标测定。指标测定日次为自干旱胁迫处理开始的第0、5、10天。每次每盆取同一水平的样本，各指标测定3次。
1.3 测定项目与方法
细胞质膜相对透性[相对电导率（REC）]采用电导法测定[3]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定[3]；游离脯氨酸（PRO）含量采用酸性茚三酮法测定[3]；可溶性糖含量采用双组分分光光度法测定[3]；叶绿素相对含量采用丙酮提取法测定[3]。
1.4 综合评价法
应用Fuzzy数学中隶属函数法[4，5]进行综合评判，其计算公式如下：
1）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）
2）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 数据处理
所得试验数据用SPSS统计软件分析，多重比较采用Ducan氏法[6]。结果用平均数±标准差来表示。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对6种牧草叶片外部形态的影响
连续干旱胁迫下， 6种牧草的叶片外部形态呈现出差异。在干旱胁迫第5天时， 牧草幼苗外观无明显变化， 植株生长正常， 未出现生长受抑制现象， 说明披碱草属6种牧草均能忍耐短时间的水分亏缺。随着干旱程度的加剧，6种牧草幼苗地上部分均生长减缓， 叶片卷曲、下垂，下部叶片枯黄，幼苗停止生长等现象。但各牧草对干旱胁迫的反应有差异。在干旱胁迫第6天， E06先出现叶片卷曲、萎蔫， 最下面叶片枯黄，部分植株倒伏， 其他牧草的叶片呈绿色，舒展。在干旱胁迫第7天时，E05部分叶片干枯，叶片严重对折卷曲，叶片下垂，植株倒伏；E01叶尖发黄；E02、E03和E04仅少部分植株叶尖发黄。在干旱胁迫第10天，E05、E06生长严重不良，出现明显萎蔫，叶片枯死率达到90%以上；E02、E01、E03和E04 叶片枯死率达到50%。在干旱胁迫第14天，6种牧草生长严重不良，除E03、E04外，其他牧草的枯叶量在90%左右，E05和E06植株萎蔫至死。
2.2 干旱胁迫对6种牧草相对电导率（REC）的影响
由表2可知，各牧草叶片细胞膜相对透性随着干旱胁迫时间的延长都有不同程度的增加。第0天到第5天6种牧草的相对电导率均显著升高（P0.05），其他牧草相对电导率增加均达显著水平（P
2.3 干旱胁迫对6种牧草丙二醛（MDA）含量的影响
由表3可知，随着干旱处理时间的延长，所有牧草的MDA含量随着干旱程度的增加而显著增加（P
2.4 干旱胁迫对6种牧草游离脯氨酸含量（PRO）的影响
由表4可知，在干旱胁迫下， 随着干旱处理时间的延长，各牧草的脯氨酸含量均呈显著上升趋势（P
2.5 干旱胁迫对6种牧草可溶性糖含量的影响
由表5可知，在干旱胁迫下， 各牧草的可溶性糖含量均随着干旱胁迫时间的延长，有不同程度的升高，不同处理间均呈显著差异（P
2.6 干旱胁迫对6种牧草叶绿素含量的影响
由表6可知，随着干旱胁迫程度加强，各牧草的叶绿素含量逐渐降低，其中E04、E05、E06的叶绿素含量随处理变化显著（P
2.7 抗旱性综合比较
作物的抗旱性是由多种因素相互作用构成的一个较为复杂的综合性状。用具有时间限制的少数几个指标来阐明作物抗旱的途径、方式和机理，或进行耐旱性评价都难以反映作物的真实情况。本研究采用Fuzzy数学中隶属函数法，综合评价这些草种的抗旱性。运用公式（1）、（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其综合评价值，综合评价值越大，抗旱性越强，反之则弱。表7为6种牧草5项抗旱参数的综合评判结果，得出其抗旱性强弱顺序为： E04（产于贵南县茫拉乡）>E03（产于同德县谷芒乡）> E02（产于刚察县泉吉乡）>E01（产于达日县吉迈镇）>E05（产于天峻县新源镇）>E06（产于共和县倒淌河镇）。
3 小结与讨论
在正常情况下，细胞膜对物质具有选择透过性。但是当植物受到干旱胁迫时，细胞脱水，破坏了细胞膜的有序结构，使膜的透性增大，电解质、氨基酸、可溶性糖等向外渗漏，导致细胞的相对透性增大，使植物细胞浸提液的电导率增大[7]。祁娟等[8]研究发现，在一定程度的胁迫条件下，牧草会受到伤害，其显著的特征是质膜的相对透性增加，抗旱性强的品种质膜伤害率增值少。本试验中各牧草的相对电导率随干旱程度的加剧而升高，这与前人研究结果一致。
植物器官衰老或在逆境下受到伤害，往往发生膜脂过氧化作用，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的最终产物，它的积累对膜和细胞造成一定的伤害，所以其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。在干旱条件下，抗旱性强的品种的MDA含量低于抗旱性弱的品种[9]。随着干旱胁迫程度加深，MDA含量呈上升趋势[10]。本试验结果也证实了前人的研究，所有草种的MDA含量在整个处理阶段变化增加明显，膜脂质过氧化作用突出。
在干旱等逆境下，脯氨酸会大量积累，其含量较正常条件下达百倍之上[11]。在干旱胁迫下，脯氨酸的积累并不是随干旱程度的增加而一直增大，当水分胁迫到一定程度时，脯氨酸的积累就会慢慢减少或消失[12]。沈艳等[13]指出脯氨酸的积累量与品种抗旱性无关。表5中6种试验草种游离脯氨酸含量的增加有利于调节细胞内渗透压，以适应干旱环境。这与前人的研究结果不尽相同，这可能是由于试验所处环境的不同以及供试材料的特异性决定的。
可溶性糖是植物体内一种重要的渗调调节物质，植物在受到逆境胁迫时可溶性糖含量的变化在一定程度上能反映其对逆境环境的适应能力。在胁迫强度相同条件下的一定范围内，随着处理时间的延长游离脯氨酸积累量不断增加[14]。本试验中各草种可溶性糖含量均随干旱程度的加深而显著增加（P
叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，其含量的多少与牧草的光合作用及其强度有密切的关系。干旱胁迫使植株体内水分亏缺达一定程度时，会造成叶绿体的变形和片层结构的破环，叶绿素含量也会发生变化。本试验中，在干旱胁迫下，各牧草叶片叶绿素含量随着干旱程度加重而逐渐减少，这与Bingru等[15]，祁娟等[8]报道一致。但也有不同结果，梁国玲等[16]研究表明干旱胁迫下各牧草叶绿素含量呈增加趋势。其原因可能是供试材料的抗旱机制不同所致。
本研究结果表明，丙二醛含量、相对电导率、游离脯氨酸和可溶性糖含量随着干旱程度的增加而增加，其中丙二醛含量和可溶性糖含量变化显著（PE03>E02>E01>E05>E06，不同种质材料苗期抗旱性强弱与其叶片外部形态变化特征相一致。
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