鈷60輻射高羊茅變異株系抗旱生理指標(biāo)比較

張彥琴，曲俊民，賈永林，梁改梅，楊麗莉，郭先龍，周小梅

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030006；2.太原生態(tài)工程學(xué)校，山西太原030025；3.山西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西太原030006）

目前，人們對植物抗旱性研究十分重視[1-6]，主要集中在農(nóng)作物、牧草的抗旱性和抗旱性狀上，而對草坪草抗旱性的研究，大多還處于觀察抗旱性的形態(tài)指標(biāo)上[4]。高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）是一種重要的牧草，某些品種又是十分重要的坪用草坪草，在我國需求量大，對其抗旱的生理基礎(chǔ)研究較少，實(shí)踐表明，輻射誘變在創(chuàng)造牧草有益突變新種質(zhì)方面具有重要作用[7-9]。因此，對鈷60輻射高羊茅變異株系進(jìn)行抗旱生理研究，以期創(chuàng)制、發(fā)掘和培育優(yōu)異耐旱種質(zhì)，對于解決北方地區(qū)草坪抗旱節(jié)水的問題具有普遍意義。有鑒于此，研究草坪草抗旱性的差異以及抗旱機(jī)理，旨在為草坪草育種提供技術(shù)支撐與理論基礎(chǔ)[10-11]。

本研究通過測定6個(gè)高羊茅變異株系在干旱脅迫下的成活率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、葉綠素變化、葉片相對含水量、丙二醛含量、脯氨酸含量的變化，探索鑒定草坪草耐旱性的方法，為草坪草耐旱品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2007年4月中旬，將各株系的蘗生苗分區(qū)種植于山西省農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)研究中心試驗(yàn)基地，每個(gè)小區(qū)種植一個(gè)株系，小區(qū)面積1 m2，株行距均為20 cm；生長穩(wěn)定后，在旱棚內(nèi)進(jìn)行盆栽，盆體直徑20 cm，高25cm。

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：1.水分對照（每7 d澆水1 000 mL/盆）；2.中度水分脅迫（每7 d澆水350 mL/盆）；3.重度水分脅迫（每 7 d澆水150 mL/盆）。每處理7盆，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，澆水時(shí)間為18：00。水分處理前，對所有盆栽植株隔周進(jìn)行灌水，每次使土壤含水量達(dá)到田間最大持水量的75%，這樣生長一段時(shí)期，待盆苗長到35 cm左右，然后進(jìn)行水分處理，當(dāng)處理土壤相對含水量為田間最大持水量的70%（水分對照）、40%（中度脅迫）、25%（重度脅迫）時(shí)，取樣測定，采樣時(shí)間9：00，選長勢一致、部位相同的草葉片，用去離子水沖洗干凈，并吸干表面水分后剪為1 cm小段，稱0.5 g進(jìn)行生理指標(biāo)測定與分析。控制土壤的含水量（使用美國產(chǎn)6050×1Trase系統(tǒng)中子水分測定儀，探頭自制）。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

葉綠素含量測定采用乙醇浸提法[12]，可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍(lán)法[13]，葉片含水量測定采用烘干法[12]，可溶性糖測定采用蒽酮比色法[12]，丙二醛測定采用硫代巴比妥酸法[14]，脯氨酸測定采用茚三酮顯色法[12]。

1.4 單個(gè)抗旱指標(biāo)分析方法

每個(gè)株系不同處理單個(gè)抗旱指標(biāo)的綜合評判：采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換后，再將各處理某指標(biāo)隸屬函數(shù)值取平均，進(jìn)行干旱適應(yīng)性比較。

如果某一指標(biāo)的綜合評定結(jié)果為負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換。

U（X）i式中，U（X）i為隸屬函數(shù)值；Xi為各處理某指標(biāo)測定值；Xmin，Xmax分別為所有參試處理中某一指標(biāo)的最小值和最大值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPSv7.55統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫下變異株系的成活率變化

在不同干旱脅迫條件下，測定高羊茅變異株系與CK的植株成活率。從表1可以看出，在70%水分條件下，植株成活率為100%；在40%和25%水分脅迫條件下，G-4，G-12的植株成活率較低，分別為80.6%，78.3%和59.4%，63.2%。以成活率來評價(jià)抗旱性，在重度脅迫下各變異株系的抗旱能力大小為：G-8＞G-9＞G-13＞CK＞G-6＞G-12＞G-4。

“海神”核魚雷不會取代潛射彈道導(dǎo)彈，可作為一種多元化的核威懾，而非能力上的完全轉(zhuǎn)換。彈道導(dǎo)彈核潛艇仍然是核威懾的支柱。已有兩艘潛艇準(zhǔn)備搭載該型武器，即09852型“別爾哥羅德”號和按照特定目的建造的09851型“哈巴羅夫斯克”號。“紅寶石”設(shè)計(jì)局正在開發(fā)的至今仍未命名的09853型潛艇，也有可能做進(jìn)一步部署。

表1 不同干旱脅迫下變異株系的成活率

2.2 不同干旱脅迫下變異株系的葉綠素含量變化

由表2可知，在不同的干旱脅迫條件下，變異高羊茅株系植株葉片的葉綠素含量不同，在70%水分條件下，各變異株系的葉綠素含量之間無差異；在40%水分脅迫條件下，葉綠素含量大小為：G-13＞G-8＞CK＞G-9＞G-6＞G-12＞G-4；在25%水分脅迫下，葉綠素含量大小為：G-13＞G-9＞CK＞G-8＞G-12＞G-6＞G-4。

表2 不同干旱脅迫下變異株系的葉綠素含量

2.3 不同干旱脅迫下變異株系的可溶性蛋白含量變化

由表3可知，CK和變異株系的可溶性蛋白含量隨干旱脅迫程度的增加呈下降趨勢。在70%水分條件下，G-4，G-8，G-6，G-9和 G-12的可溶性蛋白的含量高于CK，但在0.05水平上與CK無顯著差異。在40%中度水分脅迫條件下，各變異株系可溶性蛋白含量持續(xù)降低，所有變異株系的可溶性蛋白含量與CK間均無顯著差異。在25%重度水分脅迫下，從顯著性測驗(yàn)看，G-6，G-8和G-13與CK在0.01水平有極顯著差異，而G-9，G-12，G-4與CK無顯著差異，抗旱性排序?yàn)椋篏-8＞G-13＞G-6＞G-12（G-9）＞G-4＞CK。

表3 不同干旱脅迫下變異株系的可溶性蛋白含量

2.4 不同干旱脅迫下變異株系葉片相對含水量的變化

由表4可知，在70%的水分條件下，不同株系葉片相對含水量與CK間無顯著差異，各株系之間G-9，G-8與G-13在0.05水平上有顯著差異。在40%水分脅迫下，從差異顯著性測驗(yàn)看，G-8與CK在0.01水平上差異極顯著，G-6，G-13和G-9與CK在0.05水平上差異顯著，G-12，G-13和G-4與G-8在0.05水平上差異顯著。在25%水分脅迫下，從差異顯著性測驗(yàn)看，G-3與CK間在0.01水平上差異極顯著。從以上分析得出，其抗旱能力的大小為：G-13＞G-8＞G-9＞G-6＞CK＞G-12＞G-4，說明 G-13，G-8和G-9株系的抗逆性較強(qiáng)。

表4 不同干旱脅迫下變異株系葉片相對含水量

2.5 不同干旱脅迫下變異株系的可溶性糖含量的變化

由表5可知，在70%水分條件下，CK和變異株系的可溶性糖含量均比較低，但差幅較大；除G-6外，其他變異株系的可溶性糖含量與CK間在0.01水平差異顯著。這可能是不同株系內(nèi)部生理活性不同造成。在40%水分脅迫條件下，CK和變異株系的可溶性糖含量與70%相比呈上升趨勢，G-13的可溶性糖含量與CK之間在0.01水平差異極顯著。在25%水分脅迫下，變異株系的可溶性糖與40%相比呈下降趨勢，這可能與脅迫程度有關(guān)。從顯著性來看，G-12，G-9和G-4的可溶性糖含量與CK之間在0.01水平差異顯著。從以上分析得出，其抗旱性大小排序?yàn)椋篏-9＞G-13＞G-8＞CK＞G-6＞G-12＞G-4。

表5 不同干旱脅迫下變異株系的可溶性糖含量

2.6 不同干旱脅迫下變異株系的丙二醛含量變化

在干旱脅迫下，丙二醛含量的高低反映了其內(nèi)部的膜質(zhì)過氧化程度，含量越小，表明其受到的脅迫傷害程度越小，其抗旱性越好。本研究對6個(gè)不同株系在不同水分脅迫條件下進(jìn)行丙二醛含量的測定，在70%水分條件下，CK和變異株系MDA的含量均比較低，從顯著性來看，變異株系MDA的含量與CK之間在0.05水平無顯著差異。在40%水分脅迫條件下，除G-8外，CK和其他變異株系MDA的含量升高比較明顯，說明干旱脅迫引起內(nèi)部膜質(zhì)過氧化，產(chǎn)生了對生長不利的影響。其中，CK與G-12的值較大，分別為28.2，27.9μmol/g，說明二者受到的不利影響較嚴(yán)重。各株系之間抗旱大小排序?yàn)椋篏-8＞G-6＞G-13＞G-4＞G-12＞CK＞G-9。在25%水分脅迫條件下，CK和變異株系的MDA含量變化表現(xiàn)為G-6和G-4呈上升趨勢，說明其受到的不利影響大，其他株系變化不明顯。從顯著性看，G-8的MDA的含量與CK之間在0.05水平差異顯著，各株系之間抗旱性大小排序?yàn)椋篏-8＞G-6＞G-13＞G-9＞CK＞G-12＞G-4（表6）。

通過比較各變異株系的MDA含量在中度水分脅迫和重度水分脅迫下的變化，G-8，G-6和G-13抗旱性在2種脅迫條件下取得了一致的試驗(yàn)結(jié)果，可見其在預(yù)測和篩選草坪草抗旱性上是有效的評價(jià)指標(biāo)。

表6 不同干旱脅迫下變異株系的MDA含量

2.7 不同干旱脅迫下變異株系的脯氨酸含量變化

從表7可以看出，在70%水分條件下，CK和變異株系脯氨酸的含量均比較低，變異株系G-4，G-8和G-6脯氨酸的含量與CK之間在0.01水平有顯著差異。在40%水分脅迫條件下，CK和變異株系脯氨酸的含量都有所升高，其中，G-9的值最大，為19.3μg/g，G-6和G-8的值分別為15.8，15.6μg/g，均高于CK。各株系之間抗旱性大小排序?yàn)椋篏-9＞G-6＞G-8＞CK＞G-12＞G-13＞G-4。在25%水分脅迫條件下，各株系之間的差異更加明顯。G-8，G-9，G-6和G-13分別為 23.9，23.4，21.1，19.4μg/g；而 G-12和G-4的脯氨酸含量比CK低，分別為17.69，17.67μg/g。從顯著性分析看，G-8和G-9脯氨酸的含量與CK在0.01水平差異顯著，各株系之間抗旱性大小順序?yàn)椋篏-8＞G-9＞G-6＞G-13＞CK＞G-12＞G-4。

表7 不同干旱脅迫下變異株系的脯氨酸含量

2.8 不同株系抗旱性綜合評判

從表8可以得出，G-8，G-9，G-13，G-6的抗旱性比CK強(qiáng)，G-12和G-4的抗旱性差。綜合所有生理生化指標(biāo)的分析得出，變異株系之間的抗旱性大小順序?yàn)椋篏-8＞G-9＞G-13＞G-6＞CK＞ G-12＞G-4。

表8 不同株系抗旱性綜合評判結(jié)果

3 討論與結(jié)論

關(guān)于植物抗旱性研究前人已有報(bào)道[1-6，10-11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，采用幾種抗旱性生理指標(biāo)測定，其研究結(jié)果基本一致，均能證明變異株系G-9，G-13和 G-8的抗旱性較強(qiáng)，G-12，G-4抗旱性較弱。并且利用本研究的幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行草坪草抗旱性研究，方法簡便，只是應(yīng)用時(shí)需要創(chuàng)造適宜的干旱逆境，否則抗旱性相近的品種之間差異不明顯。

聶華堂等[15]認(rèn)為，葉綠素含量下降可以看作是植物脅迫中由功能性影響到器官性傷害的一個(gè)中間過程，并認(rèn)為抗性越強(qiáng)的植物，脅迫程度越深，葉綠素相對含量降低幅度越小。而本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，各變異株系在不同脅迫程度下葉綠素的含量變化不是單純的升高降低，而是在不同脅迫程度下呈波動性的動態(tài)變化，這種變化可能與植株的生理活動和抗性有關(guān)，這還有待進(jìn)一步研究。

抗旱鑒定相關(guān)研究已證實(shí)[4-5]，植物可溶性糖含量的增加是植物體對不良環(huán)境在一定適應(yīng)性基礎(chǔ)上的抵抗性反應(yīng)。可溶性糖在細(xì)胞質(zhì)中積累，不但可以增加細(xì)胞液的濃度，保持了蛋白質(zhì)的水合度，防止原生質(zhì)脫水，而且還起到了平衡細(xì)胞質(zhì)與液泡間的滲透勢等多種作用。本研究結(jié)果表明，3個(gè)變異株系G-9，G-13和G-8在脅迫條件下的可溶性糖含量的變化與前人研究結(jié)果相符合，證明其對干旱脅迫過程中出現(xiàn)的水分缺乏抵抗能力強(qiáng)于對照，能延緩植株的衰老。

脯氨酸是一種理想的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，既富含氮素，又富含能量化合物，在干旱時(shí)除滲透調(diào)節(jié)外，還可結(jié)合游離NH3，既消除毒害作用又貯藏氮素，它還可與蛋白質(zhì)分子上的疏水基作用，擴(kuò)大親水基的表面，從而增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和干旱條件下保護(hù)膜結(jié)構(gòu)。另外，王世杰等[16]認(rèn)為，在脅迫條件下草坪草體內(nèi)脯氨酸含量增加，反映了草坪草對水分的需求，這種需求隨體內(nèi)脯氨酸含量增加倍數(shù)的增大而增大。馬祎等[17]通過4種草坪草的研究認(rèn)為，隨著水分脅迫的加劇，4個(gè)草種的脯氨酸含量增加，且水分脅迫強(qiáng)度越大，脯氨酸含量越高。山西省農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)研究中心選育的G-9，G-13和G-8突變系脯氨酸含量隨脅迫程度增加而增高，表明其抗旱能力較強(qiáng)。

關(guān)于草坪草抗旱性鑒定綜合評價(jià)已有相關(guān)報(bào)道[18-20]。本試驗(yàn)綜合評價(jià)結(jié)果說明，一個(gè)草種的抗旱性較強(qiáng)，并不能說明它在與所有抗旱性相關(guān)的性狀指標(biāo)都優(yōu)于某個(gè)抗旱性較弱的草種，因此，對于綜合評判權(quán)重問題有待繼續(xù)研究。

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