兩份鴨茅材料耐高溫性能評價

摘要：人工控制條件下對寶興鴨茅（Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｂａｏｘｉｎｇ）和金絲嶺鴨茅（Ｄ． ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｊｉｎｓｉｌｉｎｇ）的耐高溫性能進行評價。結果表明，隨著脅迫溫度的升高，鴨茅幼苗葉片的相對電導率和游離脯氨酸含量均呈上升趨勢，超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性先上升后下降。對３項生理指標的分析表明兩份鴨茅材料均具有一定的耐高溫性能，在試驗條件下寶興鴨茅的耐高溫性能略強于金絲嶺鴨茅。

關鍵詞：鴨茅（Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ）；苗期葉片；高溫脅迫

中圖分類號：Ｓ５４３＋３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）23－4890-03

Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ ｏｆ Ｔｗｏ Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ

ＣＡＩ Ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｈｅ－ｓｈａｎ，ＴＩＡＮ Ｈｏｎｇ，ＸＩＯＮＧ Ｊｕｎ－ｂｏ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ－ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｙａｎｇ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈuｓｂａｎｄｒｙ ａｎｄ Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅs / Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ａｎｉｍａｌ Ｅｍｂｒｙｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ of Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｄ． ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｂａｏｘｉｎｇ ａｎｄ Ｊｉｎｓｉｌｉｎｇ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｒａｔｅ， ｃｏｎｔｅｎｔs ｏｆ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｐｒｏｌｉｎｅ ａｎｄ ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｌｅａｖｅｓ were ｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｓ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； Wｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＳＯＤ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ first， then ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｄ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ． Ｄ． ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｂａｏｘｉｎｇ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｇａｉｎｓｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈａｎ Ｄ． ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｊｉｎｓｉｌｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ； ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｌｅａｖｅｓ； ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ

鴨茅（Ｄａｃｔｙｌｉｓ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｌ．）屬于禾本科鴨茅屬多年生草本植物，原產于歐洲，是一種優良的叢生冷季禾本科牧草，具有適應性強、營養價值高等特點，是美國大面積栽培的主要牧草，在澳大利亞、英國、德國、芬蘭等地亦為重要的牧草資源［1］。張新全等［２］、杜逸［３］對我國野生鴨茅資源的研究發現，我國鴨茅具有優良的基因資源。從種植情況看，鴨茅的耐旱、耐寒、耐瘠薄以及耐陰能力均較強，近年來已越來越受到人們的重視，在我國的四川、重慶、湖北冷涼地區、山西、甘肅、黑龍江等地已廣泛栽培應用，并取得了顯著的經濟、生態和社會效益［４］。

有關植物的耐熱性生理指標研究，已經報道的有黃瓜［５］、小白菜［６］、番茄［７］、茄子［８］等作物，對其耐熱性及耐熱機理有了一定的認識。但有關鴨茅耐熱性生理變化的報道較少［９］。因此，試驗對不同溫度下兩份鴨茅材料幼苗葉片的相對電導率、游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性的變化進行了研究，以初步探討其幼苗的耐熱性，旨在為生產上有效利用耐熱性種質資源提供理論依據。

１ 材料和方法

１．１ 供試材料

供試材料寶興鴨茅（Ｄ. ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｂａｏｘｉｎｇ）由四川農業大學提供，金絲嶺鴨茅（Ｄ． ｇｌｏｍｅｒａｔａ ｃｖ． Ｊｉｎｓｉｌｉｎｇ）為野生材料，采自神農架金絲嶺。材料于２０１１年３月１８日播種，采用盆栽法進行幼苗培育，選擇直徑７ ｃｍ、深８ ｃｍ的黑色營養缽作為培育皿。細沙、大田土（過濾之后除去石塊等雜物）按體積比１∶２的比例混勻作為生長基質，每盆裝等量的土（裝土至離營養缽上沿１ ｃｍ）。種子經粒選之后先用５％的次氯酸鈉溶液浸泡消毒５ ｍｉｎ，去離子水沖洗３～５次后播種，覆土１ ｃｍ。種植后將營養缽置于湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所牧草展示園內露天培養。出苗后間苗，待生長到２～３片真葉后定株，每營養缽保留生長分布均勻的幼苗３株。鴨茅苗期生長緩慢，出苗后需要每天澆水，保持土壤表層濕潤，同時要及時除去雜草。待鴨茅生長到５～７片真葉時將長勢整齊一致、無病無損傷的幼苗放入人工培養箱進行試驗。

１．２ 試驗方法

試驗分為５個溫度梯度，晝夜溫度為２５ ℃／１５ ℃、３０ ℃／２０ ℃、３５ ℃／２５ ℃、４０ ℃／３０ ℃、４５ ℃／３５ ℃，時間周期為１２ ｈ／１２ ｈ。人工培養箱的光照度設定為８ ０００ ｌｘ，光照時間１２ ｈ／ｄ，濕度控制在７０％左右。

１．３ 指標測定

幼苗處理７２ ｈ后進行相對電導率的測定［１０］，處理９６ ｈ后進行游離脯氨酸含量的測定［１１］，處理１２０ ｈ后進行ＳＯＤ活性的測定［１２］，每項指標的測定重復３次取平均值。

２ 結果與分析

２．１ 高溫脅迫對鴨茅幼苗葉片相對電導率的影響

金絲嶺鴨茅和寶興鴨茅幼苗葉片的相對電導率隨著脅迫溫度的升高呈上升趨勢（圖１）。在較低溫度條件下，供試材料的相對電導率變化較緩慢，且兩份鴨茅材料間沒有顯著差異；隨著脅迫溫度進一步升高，鴨茅的相對電導率急劇上升，在４０ ℃／３０ ℃溫度下，金絲嶺鴨茅的相對電導率顯著高于寶興鴨茅。脅迫溫度為４５ ℃／３５ ℃時，兩份鴨茅材料的相對電導率均達到最大，分別為金絲嶺鴨茅８９．７７％，寶興鴨茅８６．６５％。而在此溫度下處理２４ ｈ，兩份材料均出現萎焉脫水現象，最后死亡，說明此溫度對細胞膜的傷害最嚴重。

２．２ 高溫脅迫對鴨茅幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響

隨著脅迫溫度的升高，供試材料的游離脯氨酸含量均上升（圖２）。寶興鴨茅的游離脯氨酸含量隨脅迫溫度的升高呈較平穩的上升趨勢；金絲嶺鴨茅的游離脯氨酸含量在脅迫溫度較低時變化緩慢，脅迫溫度進一步升高時其游離脯氨酸含量急速上升，脅迫溫度為４５ ℃／３５ ℃時寶興鴨茅與金絲嶺鴨茅的游離脯氨酸含量分別為１８１．２０和１７８．８９ μｇ／ｇ。

２．３ 高溫脅迫對鴨茅幼苗葉片ＳＯＤ活性的影響

試驗條件下鴨茅幼苗葉片內ＳＯＤ的活性隨著脅迫溫度的升高呈先上升后下降的趨勢（圖３）。兩份鴨茅材料的ＳＯＤ活性在２５ ℃／１５ ℃時最低，但此時的ＳＯＤ活性已經達到了較高的水平，這可能是室外環境溫度較高已經對鴨茅產生了熱脅迫。金絲嶺鴨茅的ＳＯＤ活性在脅迫溫度為３５ ℃／２５ ℃時最高，為２７４．０２ Ｕ／ｇ，而寶興鴨茅的ＳＯＤ活性在４０ ℃／３０ ℃溫度條件下最高，為２７５．９６ Ｕ／ｇ。

３ 討論

鴨茅的推廣種植受到植物遺傳潛力和生長環境的限制，高溫脅迫是武漢地區鴨茅推廣種植的限制因素之一，選育耐脅迫品種需要有效的耐熱性評價指標。本研究考察了不同溫度條件下鴨茅幼苗葉片的相對電導率、游離脯氨酸含量和ＳＯＤ活性的變化，分析了兩份鴨茅材料對高溫脅迫的耐受能力。

３．１ 高溫脅迫與相對電導率的關系

盡管高溫的抗性涉及諸多復雜的耐熱或避熱機制，但細胞膜是生物體內細胞器與環境之間的界面系統，高溫對植物的脅迫會首先表現在細胞膜上，通常表現為質膜選擇性的喪失、電解質和某些有機物質的大量外滲。植物細胞膜相對電導率的大小反應質膜受傷害的程度，數值越大質膜受傷害程度越大［１３］。本研究中的兩份鴨茅材料經過高溫脅迫后幼苗葉片的相對電導率均顯著增加，且隨脅迫溫度的升高呈上升趨勢，晝夜脅迫溫度為４０ ℃／３０ ℃和４５ ℃／３５ ℃時，金絲嶺鴨茅的相對電導率大于寶興鴨茅，表明金絲嶺鴨茅受高溫損傷的程度更大。

３．２ 高溫脅迫與游離脯氨酸含量的關系

游離脯氨酸是植物細胞內重要的滲透調節物質，能增加細胞內溶質濃度，防止細胞過度脫水，從而減少高溫對細胞的傷害［１２－１６］。大量研究表明，脅迫下植物體內游離脯氨酸含量與植物耐熱性之間存在相關性，一般而言，游離脯氨酸積累量越多，其抗逆性越強［１７］，因此在一定程度上可以判斷逆境對植物的危害程度和植物對逆境的抵抗力［１８］。本試驗中金絲嶺鴨茅和寶興鴨茅幼苗葉片在高溫脅迫下均出現了游離脯氨酸含量大幅升高的現象，其中寶興鴨茅的游離脯氨酸含量高于金絲嶺鴨茅，說明寶興鴨茅對高溫脅迫的抗性更強。

３．３ 高溫脅迫與ＳＯＤ活性的關系

植物在逆境脅迫過程中，細胞內自由基代謝平衡被破壞而導致自由基的產生，過剩自由基的毒害之一是引發或加劇膜脂過氧化作用，造成細胞膜系統的損傷，嚴重時會導致植物細胞死亡［１９］。ＳＯＤ是細胞內的重要保護酶，能催化超氧陰離子自由基的歧化反應，從而清除超氧陰離子自由基，減少其對膜結構和功能的破壞，該酶的活性與植物的抗逆性密切相關［１７－２３］。多數研究表明，耐熱性強的植物在高溫脅迫下ＳＯＤ仍能維持較高的活性，防止因熱害產生的毒害物質如活性氧自由基的積累，減輕由膜脂過氧化所引起的膜傷害，從而增加機體的耐熱能力［７，２４，２５］。本研究中，高溫脅迫下金絲嶺鴨茅和寶興鴨茅幼苗葉片ＳＯＤ活性先上升后下降，表現出一定的耐熱性，寶興鴨茅的耐高溫脅迫能力稍強于金絲嶺鴨茅。

綜上所述，金絲嶺鴨茅和寶興鴨茅通過維持較高的ＳＯＤ活性和提高游離脯氨酸含量等保護機制來適應高溫脅迫，減輕高溫傷害，且在本試驗條件下寶興鴨茅的耐高溫脅迫能力略強于金絲嶺鴨茅。兩份鴨茅材料的耐高溫脅迫能力還需要結合多個生理指標進行綜合判斷。

參考文獻：

［１］ 賈慎修． 中國飼用植物志：第１卷［Ｍ］．北京：農業出版社，１９８５． ６９－７３．

［２］ 張新全，杜 逸． 鴨茅二倍體和四倍體生物學特性的研究［Ｊ］． 四川農業大學學報，１９９６，１４（２）：２０２－２０６．

［３］ 杜 逸． 四川飼草飼用作物品種資源名錄［Ｍ］． 成都：四川民族出版社，１９８６． ６０－６４．

［４］ 彭 燕，張新全． 鴨茅種質資源多樣性研究進展［Ｊ］． 植物遺傳學報，２００３，４（２）：１７９－１８３．

［５］ 顧興芳，張圣平，李竹梅，等． 耐熱黃瓜新品種中農１１８號的選育［Ｊ］． 中國蔬菜，２００６（６）：２５－２６．

［６］ 李良俊，魯茂林，張敬東，等． 餡用耐熱大棵小白菜品種比較研究［Ｊ］． 中國蔬菜，２００７（５）：１５－１７．

［７］ 董靈迪，石琳琪，焦永剛，等． 不同番茄品種耐熱性及耐熱機理研究［Ｊ］． 華北農學報，２００９， ２４（Ｂ１２）：１２６－１２９．

［８］ 毛偉海，包崇來，胡天華，等． 優質耐熱多抗茄子新品種浙茄２８的選育［Ｊ］． 中國蔬菜，２００５（１０／１１）：５７－５８．

［９］ 曾 兵，張新全，彭 燕，等． 野生鴨茅耐熱性能評價［Ｊ］． 安徽農業科學，２００５，３３（１２）：２２８８－２２９０．

［１０］ 張憲政． 作物生理研究方法［Ｍ］． 北京：農業出版社，１９９２．

［１１］ 張殿忠，汪沛洪，趙會賢． 測定小麥葉片游離Ｐｒｏ含量的方法［Ｊ］． 植物生理學通訊，１９９０，２６（４）：６２－６４．

［１２］ 劉祖祺，張石城． 植物抗性生理學［Ｍ］． 北京：中國農業出版社，１９９４．

［１３］ 王 忠． 植物生理學［Ｍ］． 北京：中國農業出版社，２００９．

［１４］ 李合生． 現代植物生理學［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，２００２．

［１５］ 王建華，劉鴻先． ＳＯＤ在植物逆境及衰老中的作用［Ｊ］． 植物生理學通訊，１９８０（１）：１－７．

［１６］ 張志良． 植物生理學實理指導［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，２０００．１５４－１５５．

［１７］ 郝再彬，苞 晶，徐 仲，等． 植物生理實驗［Ｍ］． 哈爾濱： 哈爾濱工業大學出版社，２００４．

［１８］ 王榮富． 植物抗寒指標的種類及其應用［Ｊ］． 植物生理學通訊，１９８７，２３（３）：４９－５５．

［１９］ 劉友良． 植物生理與分子生物學［Ｍ］． 第二版．北京： 科學出版社，１９９８．７５２－７６９．

［２０］ 沈成國． 植物衰老生理與分子生物學［Ｍ］． 北京：中國農業出版社，２００１．

［２１］ ＰＲＡＳＡＤ Ｔ Ｋ． Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｃｈｉｌｌｉｎｇ-ｉｎｄｕｃｅｄ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｊｕｒｙ ａｎｄ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｍａｉｚｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ： Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ａｎｄ ｌｉｐｉｄｓ， ａｎｄ ｐｒｏｔｅａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］． Ｔｈｅ Ｐｌａｎｔ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９６，１０（６）：１０１７－１０２６．

［２２］ 李美如，劉鴻先，王以柔． 植物細胞中的抗寒物質及其與植物抗冷性的關系［Ｊ］． 植物生理學通訊，１９９５，３１（５）：３２８－３３４．

［２３］ 李美茹，劉鴻先，王以柔． 植物細胞膜ＡＴＰ酶及其與植物低溫生理過程的關系［Ｊ］． 熱帶亞熱帶植物學報，１９９７，５（３）：７４－８２．

［２４］ 陳希勇，李亞軍，高增玉，等． 小麥耐熱性獲得和耐熱性表現關系的研究［Ｊ］． 華北農學報， ２００３，１８（Ｆ０９）：５２－５５．

［２５］ 賈思振，房偉民，陳發棣，等．夏菊耐熱性指標篩選和綜合評價［Ｊ］． 浙江林學院學報，２００９，２６（１）：５２－５７．