我國高羊茅抗旱耐熱鑒定研究進展

楊春燕等

摘要：本文從生物學鑒定、生理生化鑒定、光合性能鑒定、分子輔助鑒定等4個方面對我國高羊茅抗旱耐熱性能鑒定進行綜述，旨在為高羊茅抗性鑒定提供參考。

關鍵詞：高羊茅；抗旱耐熱；鑒定

中圖分類號： S688.4 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.19.038

高羊茅（Fescue arundinacea）是禾本科羊茅屬多年生草本植物，具有生長迅速、再生性強等特點，在我國種植范圍廣泛。然而，高羊茅屬于冷季型草，在夏季易遭受高溫干旱而造成產量減少、草地質量降低。因此，對高羊茅抗旱耐熱性能進行鑒定，對制定抗旱技術措施、選育抗旱品種等有重要意義。

1 生物學鑒定

高溫干旱脅迫對高羊茅的生長發育造成影響，植株通過形態特征的改變來適應外界的脅迫，抗性不同的高羊茅在高溫干旱的環境中表現出不同的植株性狀[1]。在種子萌發期，高溫干旱脅迫會造成高羊茅胚根、胚芽長，發芽率降低，當超過對脅迫耐受程度時，種子不能萌發[2]。而在苗期遭受脅迫后，高羊茅植株地上生物量、地下生物量和株高均有所減少，高羊茅抗旱性與生物量、株高呈正相關[1][3]。在生長期，通常采用株高（生長速率）、分蘗數、葉片枯死率、成活率、葉色、葉寬、根冠比等作為高羊茅抗旱耐熱的鑒定指標。在高溫干旱的脅迫下，株高、葉色、葉寬、分蘗數均有所下降，而葉片枯死率、成活率、根冠比則呈上升趨勢，高溫干旱的環境對高羊茅的生長發育傷害明顯[4-6]。此外，張志飛等采用葉片表皮蠟質含量作為高羊茅抗旱性的鑒定指標，研究發現，在干熱脅迫時，高羊茅葉片表皮蠟質可通過對氣孔導度的調節來減少氣孔蒸騰，提高水分利用效率，最終提高其抗旱性；蠟質含量越高的品種，其葉片氣孔導度和胞間CO2濃度越低，水分利用效率越高[7]，將蠟質相關基因導入高羊茅中，得到抗旱性增強的轉基因植株[8]。

采用形態鑒定易于識別，具有一定實用價值，但易受外界環境影響，需多年多點試驗才能提高試驗準確性和可靠性，因此，在實際操作中，常與其他鑒定指標結合鑒定高羊茅的抗旱性。

2 生理生化鑒定

高溫干旱脅迫使高羊茅的生理代謝發生一系列的變化[9]，近年來，許多學者對高羊茅抗旱耐熱生理生化機制進行了廣泛研究，并提出相關的生理生化鑒定指標。目前常用的生理生化鑒定指標包括膜脂過氧化產物如丙二醛（MDA），滲透調節物質如脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP），抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物歧化酶（POD）、過氧化氫酶（CAT），衡量細胞膜透性的相對電導率（REC）以及葉綠素（Chl）、葉片相對含水量（RWC）等。此外，也有學者采用類胡蘿卜素（Car）[10]作為高羊茅抗旱耐熱性鑒定指標。在對高羊茅進行抗旱耐熱性鑒定時，多數學者采用盆栽的苗期高羊茅品種、輻射誘變材料、內生真菌感染材料等作為鑒定材料，也有學者采用生長多年的高羊茅作為鑒定材料[11][12]。

隨著高溫干旱脅迫的加劇，高羊茅的丙二醛含量、脯氨酸含量、相對電導率呈上升趨勢，葉片相對含水量則呈下降趨勢[13-15]，而其他鑒定指標不同學者的研究結果均有所差異。（1）葉綠素：周中亮[9]、金忠民[16]、張慶峰[17]的研究表明，在高溫干旱脅迫下，葉綠素的含量呈先升高后下降的趨勢，韓春梅[12]、回振龍[15]、徐勝[18]則研究發現葉綠素含量隨脅迫的加劇呈下降趨勢，而梁國玲[19]在對羊茅屬4種牧草苗期抗旱性鑒定時發現，高羊茅在連續干旱脅迫下，葉綠素呈上升趨勢。造成這種鑒定結果有所差異的原因可能是脅迫時間不一致或鑒定時間長短不一；（2）可溶性蛋白：隨著脅迫的加劇，可溶性蛋白總體呈下降趨勢，不過不同學者在總體下降趨勢中研究結果有所不一致。周中亮等[9]發現可溶性蛋白在高溫脅迫下呈先升高后下降趨勢，回振龍等[15]的研究表明可溶性蛋白在干旱脅迫下呈下降趨勢；（3）過氧化物歧化酶：與可溶性蛋白的鑒定結果相似，徐東生[11]、程玲[20]發現高羊茅的過氧化物歧化酶活性在高溫干旱脅迫下呈上升趨勢，而王彬[10]、回振龍[15]、金忠民[16]的研究表明隨著脅迫的加劇，高羊茅過氧化物歧化酶的活性呈先升高后降低的趨勢，造成這種鑒定結果不一致的原因可能是脅迫時間長短不一；（4）超氧化物歧化酶：多數學者的研究結果均表明隨著脅迫的加劇，高羊茅超氧化物歧化酶的活性呈下降或先升高后下降的趨勢[9][12] [15] [16] [18][21]，王彬等[10]則發現超氧化物歧化酶活性呈先降低后升高的趨勢；（5）過氧化氫酶：不同學者的研究結果完全相反，隨著高溫干旱的加劇，高羊茅過氧化氫酶活性呈上升[20]或下降[13][22]的趨勢，其中，采用PEG脅迫呈上升趨勢，而采用盆栽脅迫呈下降趨勢；（6）可溶性糖：多數學者的研究結果表明高羊茅可溶性糖含量隨脅迫的加劇呈上升趨勢，而部分學者對輻射誘變的高羊茅植株抗旱耐熱性研究則發現隨著脅迫的加劇，可溶性糖含量呈下降趨勢[9][23]。

采用生理生化鑒定可以在短時間內批量鑒定，但這些指標會因植物所處環境、生育時期及鑒定人員的不同而產生誤差。因此，在鑒定時常用多個生理生化指標來對植物的抗性進行綜合評價，綜合評價方法包括：隸屬函數法、灰色關聯度法、綜合聚類分析法等。

3 光合性能鑒定

高溫干旱導致高羊茅葉片氣孔關閉出現葉片卷曲現象，影響植株光合作用[24]，發現從而造成高羊茅生產性能的下降。對高羊茅的光合性能進行鑒定，有助于了解高羊茅的抗旱耐熱性。

高溫脅迫使高羊茅的光合速率下降，光補償點、CO2補償點的上升，說明高溫降低了高羊茅對光強和CO2的利用效率[25]。

杜永吉等[24]感染內生真菌的高羊茅抗高溫能力較強，其光合性能如凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、細胞間CO2濃度、氣孔導度等均高于未感染內生真菌的高羊茅（抗高溫能力較弱）。高溫脅迫降低了光系統Ⅱ最大光化學量子效率、光系統Ⅱ反應中心捕獲激發能效率、光化學猝滅和電子傳遞速率，對高溫相對不敏感的材料下降幅度較小；增加了非光化學猝滅，且對高溫相對不敏感的材料增加量較多[26]。

4 分子輔助鑒定

隨著分子生物學的發展，有些學者開始利用分子手段輔助鑒定高羊茅的抗旱耐熱性。陳群等[27]利用分子標記輔助鑒定選擇耐熱性強的單株材料。主要運用ISSR和RAPD分子標記技術，采用BSA法，從800個RAPD和100個ISSR分子標記中篩選與耐熱型相關分子標記。李卉等構建高溫脅迫下高羊茅消減文庫，并用斑點印跡技術從中篩選出差異表達基因，獲252個差異基因，為找出高羊茅耐熱相關基因奠定了基礎[28]。唐曉梅等對干旱脅迫下高羊茅基因組甲基化進行分析，結果表明，脅迫誘導高羊茅總甲基化率下降1.05%，甲基化的變化可能參與高羊茅對環境的適宜性調節[29]。趙狀軍等[30]則從代謝途徑上研究高溫對高羊茅代謝的影響，研究結果顯示，在脅迫下，高羊茅體內氨基酸如脯氨酸、纈氨酸、谷氨酸，糖類如蔗糖，糖醇如肌醇等在葉片中大量積累，有機酸和脂肪酸如檸檬酸、棕櫚酸在根系中大量積累，并且熱敏感型高羊茅變化更明顯。

參考文獻

[1] 張東玲，劉建寧，王運琦，等.羊茅種質資源苗期抗旱生理響應及綜合評價[J].山西農業科學，2010，38（10）：20-25.

[2] 辛金霞，李春燕，劉榮堂，等.一年生黑麥草、高羊茅及雜交羊茅黑麥草種子萌發期抗旱性研究[J].湖南農業科學，2010（05）：121-124.

[3] 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（02）：206-212

[4] 安運華，張弢，趙水倫，等.植被砼上4個高羊茅品種在高溫干旱脅迫下的傷害[J].長江大學學報（自然科學版），2006，3（02）：137-140.

[5] 劉曉軍，洪光宇，袁志誠，等.干熱脅迫下兩種葦狀羊茅對不同水肥處理的響應機制[J].草業學報，2011，20（01）：46-54.

[6] 徐妙芳，章琳，周瀅，等.五種硅酸鹽細菌對高羊茅抗旱性的影響[J].中國草地學報，2009，31（05）：112-115.

[7] 張志飛，饒力群，向佐湘，等.高羊茅葉片表皮蠟質含量與其抗旱性的關系[J].西北植物學報，2007，27（07）：1417-1421.

[8] 張志飛.抗旱高羊茅品種FapDRER2基因克隆和

WAX2基因的遺傳轉化[D].長沙：湖南農業大學，2007.

[9] 周中亮，包滿珠，王文恩.高溫脅迫對6個高羊茅株系生理指標的影響[J].草業科學，2011，28（07）：1284-1290.

[10] 王彬，李長鼎，馬仲澤，等.4個高羊茅品種幼苗期抗旱性比較研究[J].農業科學研究，2011，32（03）：22-26.

[11] 徐東生，孟志卿.高溫對高羊茅和狗牙根幾個生理生化指標的影響[J].江西農業學報，2007，19（08）：67-68.

[12] 韓春梅，張新全，彭燕，等.18個高羊茅品種的耐熱性比較研究[J].草原與草坪.2006（01）：36-43.

[13] 謝曉蓉，李唯，劉金榮，等.21個高羊茅品種抗旱抗熱性的生理評價[J].草地學報，2009，17（02）：202-205

[14] 張東玲，劉建寧，王運琦，等.羊茅種質資源苗期抗旱生理響應及綜合評價[J].山西農業科學，2010，38（10）：20-25.

[15] 回振龍，李自龍，李朝周，等.外源 NO供體SNP對PEG模擬干旱脅迫下高羊茅種子萌發及幼苗抗性生理的影響[J].華北農學報，2013，28（04）：86-92.

[16] 金忠民，黃真真，徐宏偉，等.水分脅迫下高羊茅幼苗的生理適應性[J].齊齊哈爾大學學報，2010，26（03）：62-64.

[17] 張慶峰，徐勝，李建龍.高溫脅迫下高羊茅生理生化特性研究[J].草業科學，2006（04）：26-28.

[18] 徐勝，何興元，陳瑋，等.高羊茅對高溫的生理生態響應[J].應用生態學報，2007，18（10）：2219-2226.

[19] 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（02）.

[20] 程玲，邱永福，劉兵，等.PEG脅迫下高羊茅幼苗幾個生理生化指標的變化[J].長江大學學報（自然科學版），2011，8（01）：227-230.

[21] 牛熙，王嘉福，陳超.兩個高羊茅品種苗期抗旱性的比較[J].山地農業生物學報，2012，31（02）：132-136.

[22] 高祥斌，張秀省.高溫對高羊茅幾個生理指標的影響[J].中國農學通報，2009，25（14）：153-156.

[23] 張彥琴，曲俊民，賈永林，等.鈷60輻射高羊茅變異株系抗旱生理指標比較[J].山西農業科學，2012，40（11）：1155-1159.

[24] 杜永吉，王祺，韓烈保.內生真菌Neotyphodium.typhinum感染對高羊茅光合特性的影響[J].生態環境學報，2009，18（02）：590-594.

[25] 金松恒，徐禮根，李雪芹，等.長期高溫脅迫對高羊茅光合特性和抗氧化酶活性的影響[J].林業科學，2009，45（03）：155-159.

[26] 朱瀾，李雪芹，賈曉琳.高溫脅迫對高羊茅光合作用的影響[J].浙江林學院學報，2009，26（05）：652-655.

[27] 陳群，袁曉君，何亞麗.高羊茅單株耐熱性相關分子標記的篩選及其與越夏性的關系研究[J].草業學報，2013，23（05）：84-95.

[28] 李卉，王艷，王海宏，等.高溫脅迫下草坪草高羊茅差異表達基因的分子研究[J].天津農業科學，2014，21（01）：1-5.

[29] 唐曉梅，王艷，馬東偉，等.干旱脅迫下高羊茅基因組甲基化分析[J].草業學報，2015，24（04）：164-173.

[30] 趙狀軍，胡龍興，胡濤，等.不同品系高羊茅應答高溫脅迫的初級代謝產物分析[J].草業學報，2015，24（03）：58-69.

作者簡介：楊春燕，碩士，貴州省草業研究所，助理研究員，研究方向：禾草遺傳育種與推廣應用。

通訊作者：鐘理，博士，貴州省草業研究所，副研究員，研究方向：作物遺傳育種。