臂形草屬種質苗期抗旱性鑒定研究

嚴琳玲 白昌軍

摘 要 通過盆栽試驗對臂形草屬種質苗期進行干旱脅迫，分析測定脅迫不同時期葉片的相對電導率、游離脯氨酸含量、丙二醛含量、葉綠素SPAD值及葉片相對含水量。結果表明，在脅迫15 d時，各指標均存在差異。對這5項指標進行類平均法聚類分析，臂形草屬種質可劃分為2個抗旱級別，即強抗旱和弱抗旱種質，其中強抗旱臂形草種質包括CIAT26556珊狀臂形草、網脈臂形草、熱研6號珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草。強抗旱和弱抗旱臂形草種質在連續干旱脅迫時，相對電導率、游離脯氨酸含量、丙二醛含量均呈現上升的趨勢，而葉綠素SPAD值及葉片相對含水量則呈現下降的趨勢。而復水后，強抗旱和弱抗旱臂形草種質均有不同程度的恢復。

關鍵詞 臂形草；苗期；抗旱性；鑒定

中圖分類號 S54 文獻標識碼 A

Identification of the Drought Resistance

of Brachiaria Germplasm

YAN Linling， BAI Changjun*

Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm

Enhancement in Southern China， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract The identification of the drought resistance of Brachiaria germplasm at the seeding stage by adopting pot test under the continue drought stress was studied. The membrane permeability， free proline contents， malondialdehyde， chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were measured. The results showed that all these 5 indicators varied to some extent respectively. These indcators could be categorized into 2 groups by average clustering analysis， strong drought resistance and weak drought resistance. B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT26556， B. dictyoneura（Fig. & De Not.）Stapf CIAT1366， B. brizantha cv. Reyan No.6， B. ruziziensis Germain & Evrard CIAT6095， B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT16835 were in the strong drought resistance group. Under the contnuing drought stress， the membrane permeability， free proline contents， and malondialdehyde of strong and weak drought resistance Brachiaria germplasm tended to rise； while the chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were on the fall. However， after rehydration， these indicators in Brachiaria germplasm of both strong and weak drought resistance were all recovered at different leves.

Key words Brachiaria； Seedling stage； Drought resistance； Identification

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.04.009

臂形草（Brachiaria Griseb.），為禾本科C4型高光效的一年或多年生草本植物，是熱帶及亞熱帶地區種植的主要禾本科牧草，具有分蘗能力強、產量高、營養價值豐富、適口性好、容易調制和保存、耐踐踏和再生能力強，以及耐放牧、耐火燒、抗性強等特點，適于建植高產、優質、持久的放牧型人工草地。臂形草還能保持水土和防風固沙，是世界熱帶、亞熱帶地區優良的放牧兼水土保持型牧草。唐軍等[1-2]的研究指出，臂形草粗蛋白含量最高可達12.25%，年產草量可達41 120 kg/hm2，對于緩解過度放牧的壓力具有重要意義。奎嘉祥等[3]的研究結果表明，臂形草混播在保持草場，提高牧草產量，抑制其他草種入侵方面也具有重要作用。

當前，伴隨全球變暖，全球干旱也日益嚴重，人類所面臨的糧食危機也日益嚴峻。在我國，僅2000～2003年4年干旱平均成災面積達1 960萬hm2，形勢十分嚴峻[4]。干旱已成為影響世界農業生產的主要自然災害[5]，因此，加快選育具有高抗旱能力的作物品種，不僅能夠有效防止惡劣氣候對作物的傷害，還能最大限度防止作物減產，對于維持糧食安全具有重要意義。

目前，對臂形草抗性研究主要集中在耐鹽性[6-7]及抗病性[8]等方面。關于抗旱性研究還未見報道，而臂形草作為重要的熱帶亞熱帶牧草，具有較強的抗旱能力，研究其抗旱性生理及抗旱機理，可為選育優良牧草品種等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

所有種質材料來自中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所牧草中心（TPRC）種質圃，有國外引進種質及TPRC育成品種，共20份種質（表1）。

1.2 方法

1.2.2 測定方法 相對含水量（RWC）的測定采用飽和稱重法[9]；相對電導率（REC）的測定采用電導儀法[9]；游離脯氨酸（Pro）含量的測定采用酸性茚三酮法[9]；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法[9]；葉綠素含量（Chl）的測定采用丙酮提取法[9]；土壤含水率測定方法采用TR-TRHDP-1型溫濕度傳感器，直接測定不同階段土壤中的水分含量。

1.2.3 數據處理 數據統計分析和作圖由SAS 9.0和Excel軟件系統完成。

2 結果與分析

2.1 不同臂形草屬種質的抗旱性評價

通過對20份臂形草屬種質材料干旱脅迫15 d時苗期葉片RWC、REC、MDA、Pro、葉綠素SPAD值等各項生理和生長指標的測定分析，從表2可見，20份臂形草屬種質材料抗旱性存在差異。在干旱脅迫15 d時，20份臂形草屬種質間的相對含水量存在極顯著差異，其中CIAT16835珊狀臂形草、CIAT26556珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、網脈臂形草、熱研6號珊狀臂形草的相對含水量極顯著高于其他15份種質，相對含水量最高的是CIAT16835珊狀臂形草，達78.26%，最低的是Abundance珊狀臂形草，僅22.79%；CIAT6095剛果臂形草的相對電導率極顯著高于其他19份種質，為77.60%；CIAT26556珊狀臂形草、網脈臂形草的丙二醛含量極顯著高于Molato雜交臂形草、Abundance珊狀臂形草、巴拉草、Humidicola濕生臂形草、Thailand剛果臂形草、CIAT1633濕生臂形草；CIAT26556珊狀臂形草、熱研6號珊狀臂形草、網脈臂形草、CIAT16835珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草的脯氨酸含量極顯著高于其他15份種質；CIAT16835珊狀臂形草的SPAD值極顯著高于其他19份種質。

通過上述指標進行類平均法聚類分析，R2統計量（RSQ）=0.571時，可將20份臂形草種質材料的抗旱性劃分為2個抗旱級別，即強抗旱（higher drought resistance，簡稱HDR）種質包括CIAT26556珊狀臂形草、網脈臂形草、熱研6號珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草；弱抗旱（weaker drought resistance，簡稱WDR）種質包括Basilisk俯仰臂形草、熱研3號俯仰臂形草、Signal俯仰臂形草、CIAT6780珊狀臂形草、CIAT16318珊狀臂形草、FSP1珊狀臂形草、Humidicola濕生臂形草、Mekong珊狀臂形草、Molato2雜交臂形草、Molato雜交臂形草、Thailand剛果臂形草、巴拉草、CIAT360601泰國雜交旗草、Abundance珊狀臂形草、CIAT1633濕生臂形草（圖1）。

2.2 不同抗旱級別臂形草屬種質生理指標變化分析

2.2.1 相對電導率（REC）的變化 從圖2可見，在干旱脅迫0～15 d時，隨著脅迫時間的延長，臂形草屬種質的REC均呈增加趨勢。其中，在干旱脅迫0～10 d時，2個抗旱級別種質的REC增加幅度均不大，呈緩慢增加趨勢；在干旱脅迫10～15 d時，強抗旱種質的REC由17.97%猛增到51.97%，增加較快，而弱抗旱種質的REC依然呈緩慢增加趨勢，變化幅度不大。復水后2個抗旱級別種質的REC均下降，恢復到8.43%、13.99%，相當于干旱脅迫0 d時的水平（差異不顯著）。

2.2.2 游離脯氨酸（Pro）含量的變化 干旱脅迫第0～5天時，強抗旱和弱抗旱臂形草屬種質葉片的Pro含量雖有增加但增加幅度小，且差異不顯著（p>0.05），強抗旱種質由0 d時的15.56 μg/g增加到5 d時的25.91 μg/g；弱抗旱種質由0 d時的13.07 μg/g增加到5 d時的24.94 μg/g（圖3）。但脅迫第5～15天時，Pro含量顯著增加，且差異極顯著，強抗旱種質葉片Pro含量第10天時達758.74 μg/g，第15天時達到峰值2 177.21 μg/g；弱抗旱種質葉片Pro含量第10天時達485.81 μg/g，第15天時達到峰值1 004.07 μg/g。兩者的Pro含量在復水后皆基本恢復到第5天時的水平（圖3）。

2.2.3 丙二醛（MDA）含量的變化 從圖4可見，MDA含量隨干旱脅迫進程的延長而呈上升趨勢。其中強抗旱種質的MDA含量在連續干旱5 d時雖有不同程度的增加，但增幅不明顯；但在脅迫5～15 d時，MDA含量增加明顯，在第10、15天時，MDA含量由脅迫前的12.90 μmol/g分別增至19.71、32.24 μmol/g，增加了52.79%和63.58%。而弱抗旱種質的MDA含量在連續干旱10 d時的增幅均不明顯；但在脅迫10 d后時， MDA含量增速加快，在第15天時，由脅迫前的18.75 μmol/g增至56.87 μmol/g，增加了203.31%。復水后2個抗旱級別種質葉片的MDA含量均基本于恢復到0 d時的水平，沒有顯著差異（p>0.05）。

2.2.4 葉綠素SPAD值的變化 從圖5可見，在連續干旱脅迫的15 d時間里，2個抗旱級別種質葉片的葉綠素SPAD值均呈下降趨勢。在持續脅迫到第10天時，強抗旱和弱抗旱種質的葉綠素SPAD值比0 d時分別下降了100.76%、90.67%，脅迫到第15天時分別下降了153.35%、151.95%。復水5 d后干旱脅迫解除，2個抗旱級別種質的葉綠素SPAD值均得以恢復，葉綠素SPAD值在40左右。

2.2.5 葉片相對含水量（RWC）的變化 從圖6可見，RWC隨干旱脅迫時間的延長而逐漸下降。干旱脅迫0～10 d時，2個抗旱級別的RWC隨著脅迫時間的延長呈下降趨勢，但同一脅迫時間內的RWC間差異不顯著（p>0.05）。當干旱脅迫持續到第15天時，強抗旱種質與弱抗旱種質的RWC存在顯著差異（p<0.05），強抗旱種質的RWC由脅迫10 d時的76.97%下降到70.84%，而弱抗旱種質的RWC由68.21%下降到30.45%，說明強抗旱種質RWC的下降速度較弱抗旱種質的相對要緩慢，更能忍耐干旱的脅迫。

2.2.6 干旱脅迫過程中土壤含水量的變化 隨著干旱時間的延長，臂形草不斷吸收盆內的水分，導致土壤含水量不斷下降（圖7），且同一時期各品種間土壤含水量的變化不顯著（p>0.5）。在0～15 d內，均有不同程度的降低，降低幅度最大的為第5～10天，在第5天時，土壤中的平均含水量為11.3%，而到第10天時，土壤中的含水量降低至3.3%，比第5天時降低了70.8%，差異顯著（p<0.5），至第15天時水分含量降低到了1.6%。

3 討論與結論

3.1 討論

目前，在牧草中較普遍的育種方式還是常規育種，即收集資源后發掘有某種特性的優良材料進而選育出新的品系或品種。臂形草種質主要以國外引進為主，共20份，希望從中篩選出抗旱性強的材料，由于抗旱性受影響的因素有很多，因此在進行抗旱性鑒定時，不僅要從植株的外觀形態進行評價，也要通過生理、生化等多個方面進行評價，這樣才會使鑒定結果更加全面、準確。

眾多學者認為丙二醛含量和電導率可以作為作物抗旱性評價的重要生理指標[10-13]。本試驗對干旱脅迫下的臂形草種質的丙二醛和電導率進行測定，結果發現隨著干旱脅迫的加強，臂形草的丙二醛含量和相對電導率均呈增加趨勢，這與楊順強等[14]與梁國玲等[15]的研究結果一致。趙洪兵等[16]在玉米抗旱性方面的研究結果表明，在干旱脅迫條件下，脯氨酸的含量都會發生積累，且脯氨酸的積累程度與品種的抗旱能力的強弱成正相關。本試驗中，強抗旱與弱抗旱種質相比，在0～15 d內，強抗旱種質的脯氨酸含量均高于同一時期的弱抗旱種質，說明在一定程度上，強抗旱種質臂形草累積的脯氨酸含量多，因此抗旱能力強。這與李波等[17]在苜蓿上的研究結果是一致的。

水分脅迫使植株體內水分虧缺達一定程度時，會造成葉綠體的變形和片層結構的破環，葉綠素含量也會發生變化。由于牧草對水分的敏感度很高，所以受干旱影響小的品系可以保持較高的葉綠素含量，從而保證光合速率和光合產物的積累，最終保證產量。因此，葉綠素含量與牧草的抗旱性也有直接關系，且呈正相關[18]。本試驗結果表明，干旱脅迫下，強抗旱種質臂形草的葉綠素含量較高，反之亦然。

何瑋等[19]對紅三葉進行抗旱性鑒定發現，紅三葉各材料葉片的相對含水量下降、細胞膜透性增大、MDA含量上升、脯氨酸含量增加而SOD活性下降，在本試驗中，各臂形草葉片的相對含水量隨脅迫時間的延長不斷下降，表明隨著干旱脅迫時間的延長，葉片失水速度快，保水能力較差，抗旱性相對較差。這與孟林等[20]對苜蓿的研究結果一致。

3.2 結論

本試驗通過對20份臂形草種質進行干旱脅迫測定，試驗結果表明：隨著干旱脅迫時間的延長，20份臂形草屬種質的RWC、REC、MDA、Pro、葉綠素SPAD值均產生不同程度的變化，且種質間差異極顯著。通過上述指標進行類平均法聚類分析，R2=0.571時，可將20份臂形草種質材料的抗旱性劃分為強抗旱種質和弱抗旱種質2個抗旱級別。其中，強抗旱種質包括：CIAT26556珊狀臂形草、網脈臂形草、熱研6號珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草。強抗旱和弱抗旱臂形草種質的細胞相對電導率、丙二醛及脯氨酸含量隨著干旱時間的延長而增加，但增加的程度不同，但三者與干旱脅迫時間均呈正相關；葉綠素SPAD值及葉片相對含水量則隨著干旱時間的延長而不斷降低，二者與干旱脅迫時間呈負相關。

參考文獻

[1] 唐 軍， 易克賢， 白昌軍， 等. 臂形草品種及其營養價值初評（簡報）[J]. 草地學報， 2007， 15（7）： 338-400.

[2] 曾日秋， 林永生， 洪建基， 等. 4個臂形草品種在閩南地區的生育特性及其相對飼用價值研究[J]. 草業科學， 2009， 15（8）： 107-111.

[3] 奎嘉祥， 匡崇義， 和占星， 等.中國云南南部建植臂形草混播草場防治飛機草的研究[J]. 中國草地， 1997， 30（9）： 55-58.

[4] 李 強.氣候變暖背景下全球主要干旱區的干旱化特征及機理分析[D]. 蘭州： 蘭州大學， 2012： 7-12.

[5] 郇樹乾， 劉國道， 白昌軍， 等. 4種臂形草種子萌發期及苗期的耐鹽性比較[J]. 熱帶作物學報， 2007， 28（1）： 15-18.

[6] 郇樹乾， 劉國道， 張緒元， 等. NaCl脅迫對剛果臂形草種子萌發及幼苗生理效應的研究[J]. 中國草地， 2004， 26（6）： 45-49.

[7] Ulises C， Cesar C. Identifcación Morfológica y Molecular de Prosapia simulans（Walker）（Hemiptera Cercopidae）， y Selección y Mecanismos de Resistencia a este Salivazo en Híbridos de Brachiaria[J]. Neotropical Entomology， 2007， 36（4）： 547-554.

[8] 郭雪松. 油菜種質資源耐旱性的鑒定[D]. 重慶： 西南大學， 2009.

[9] 鄒 琦. 植物生理學實驗指導[M]. 北京： 中國農業出版社， 2000： 72-75， 159-174.

[10] 李秧秧， 邵明安. 小麥根系對水分和氮肥的生理生態反應植物[J]. 營養與肥料學報， 2000， 6（4）： 383-388.

[11] 孫繼穎， 高聚林， 薛春雷， 等. 不同品種大豆抗旱性能比較研究[J]. 華北農學報， 2007， 22（6）： 91-99.

[12] 張彥芹， 賈瑋瓏， 楊麗莉， 等. 不同玉米品種苗期抗旱性研究[J]. 干旱地區農業研究， 2001， 19（1）： 83-86， 9.

[13] 蕭浪濤， 王三根. 植物生理學實驗技術[M]. 北京： 中國農業出版社， 2005.

[14] 楊順強， 楊改河， 任廣鑫， 等. 5種引進禾本科牧草抗旱性與抗寒性比較[J]. 西北農學報， 2010， 19（4）： 91-95.

[15] 梁國玲， 周青平， 顏紅波， 等. 羊茅屬4種牧草苗期抗旱性鑒定[J]. 草地學報， 2009， 17（2）： 206-212.

[16] 趙洪兵， 黃亞群. 不同玉米雜交種抗旱性比較及抗旱性鑒定指標的研究[J]. 華北農學報， 2007， 22（增刊）： 66-70.

[17] 李 波， 李 紅， 趙洪波. 三種苜蓿幼苗對PEG脅迫的響應及其抗旱性研究[J]. 飼料與飼草， 2010（5）： 77-78

[18] 馬智宏， 李 征， 王北洪， 等. 冷季型草坪草耐旱及耐寒性比較[J]. 草地學報， 2002， 10（4）： 318-321.

[19] 何 瑋， 蔣 安， 王 琳， 等. PEG干旱脅迫對紅三葉抗性生理生化指標的影響研究[J]. 中國農學通報， 2013， 29（5）： 5-10.

[20] 孟 林， 毛培春， 張國芳， 等. 17個苜蓿品種苗期抗旱性鑒定[J]. 草業科學， 2008， 25（1）： 21-25.