3種禾本科牧草萌發期和苗期的抗旱性研究

熊陽陽,韓 博

(1.云南農業大學動物科學技術學院，云南昆明 650201；2.西南林業大學園林學院，云南昆明 650224)

干旱是影響植物正常生長發育的主要生態因子之一，也是制約我國草業發展的主要因素。近年來，生物節水技術和海綿城市的理論相繼被提出并已顯示出其特點與優勢,但我國干旱缺水情況依然嚴峻。云南地區雖然年均降水量較高，但是各季節間分布不均衡，以昆明為首的各地區干旱形勢較為嚴峻，所以研究草坪草的抗旱性有助于昆明地區抗旱草種的選擇和利用。同時，選育抗旱且節水性強的草地品種是牧草抗旱研究中的重要工作之一[1]。植物的抗旱性是一個受多種因素影響的較為復雜的綜合性狀，這些因素的綜合作用促進了抗旱性的形成。因此，植物抗旱性應該用多項指標來綜合評價，才能使評定結果與實際結果更為接近[2]。植物含水量是反映植物水分狀況的重要指標，植物組織含水量不僅直接影響植物的生長、氣孔狀況，而且對光合作用甚至作物產量也有著至關重要的作用[3]。相對電導率是反映植物膜系統狀況的重要生理生化指標之一，植物在受到逆境或者其他損傷的情況下細胞膜容易破裂, 膜蛋白受傷害因而使胞質的胞液外滲而使相對電導率增大[4]。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的主要產物之一, 其累積可作為膜脂過氧化程度的指標之一，通常將其作為脂質過氧化指標，用于表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱[5]。貝斯利斯克伏生臂形草(BrachiariadecumbensStapf)、特高多花多年生黑麥草(Loliumperenne)和普通型狗牙根(Cynodondactylon)在云南熱帶及亞熱帶利用較為廣泛，昆明地區較為常見，可作為牧草及草坪草。但迄今為止，關于這3種牧草抗旱性比較的研究鮮見報道。筆者使用不同濃度PEG6000模擬干旱脅迫，對3種禾本科牧草萌發期的發芽情況進行比較，同時采用盆栽試驗的方法在苗期對3種禾本科牧草進行干旱脅迫，研究干旱脅迫對3種禾本科牧草生理指標的影響，比較3種禾本科牧草的抗旱性，篩選出最適合在昆明地區種植的抗旱品種，旨在為干旱半干旱地區禾本科牧草的引進和推廣提供科學的參考依據。

1 材料與方法

1.1供試材料供試材料為云南省普遍種植的多年生特高多花黑麥草、貝斯利斯克伏生臂形草、普通型狗牙根，由云南農業大學動物科學技術學院草業科學實驗室提供。

1.2試驗設計將種子用PEG6000處理，參照蘇秀紅等[6]的方法設置3個濃度梯度(5%、10%、15%)，以蒸餾水為對照，每個處理3次重復。每個重復在鋪有2層滅菌試紙的培養皿中放入50粒種子，將試紙浸透后置于16 ℃條件下8 h,白天/黑夜條件的人工氣候培養箱下進行培養，每天定期澆蒸餾水1次，澆至濾紙完全浸潤即可。生長至第5天各種子發芽出苗整齊時進行發芽勢測定，生長至第7天全部種子進入發芽終期時進行發芽率的測定。將用于生長至幼苗的種子種植于裝有石英砂的花盆中，在生長初期用等量的完全培養液進行澆灌，待幼苗長至五葉期時使用濃度分別為10%、20%的PEG脅迫液進行處理，每次脅迫液的使用量約為10 mL,處理72 h后幼苗葉尖開始發黃，將長勢基本一致的幼苗葉片剪下，進行各指標的測定。

1.3測定項目與方法發芽率是指發芽終期全部正常種子數占供測樣品種子數的百分比[7]。發芽勢是指在規定發芽時間內發芽種子數達到最高峰時，發芽的種子數占供測樣品種子數的百分率。相對電導率的測定參照孫群等[8]的電導儀法。相對含水量的測定參照張鶴山等[9]的稱重法。丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸顯色法[10]。

1.4數據處理試驗數據使用Excel 2007軟件進行處理后，再使用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析和Duncan’s 多重比較(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1干旱脅迫對3種禾本科牧草種子發芽率和發芽勢的影響從圖1和圖2可以看出，普通型狗牙根在3種禾本科牧草中發芽率和發芽勢最高，其次是特高多花多年生黑麥草，貝斯利斯克伏生臂形草的發芽率最低。3種禾本科牧草種子的發芽率隨著PEG脅迫濃度的增加總體呈下降趨勢，當PEG濃度為5%時種子的發芽率和發芽勢基本呈上升趨勢，但當PEG濃度大于10%后3種禾本科牧草種子的發芽率普遍呈下降趨勢。當PEG濃度為5%時3種禾本科牧草種子的發芽勢與對照相比略有上升，當PEG濃度大于5%時3種禾本科牧草種子的發芽勢總體上呈下降趨勢。

注：同一濃度PEG處理不同種牧草間標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note：Different small letters among different varieties of forage with the same concentration of PEG indicated significant differences(P<0.05) 圖1 PEG脅迫對3種禾本科牧草種子發芽率的影響Fig.1 The effects of PEG stress on the seed germination rate of three kinds of Gramineae forage

注：同一濃度PEG處理不同種牧草間標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note：Different small letters among different varieties of forage with the same concentration of PEG indicated significant differences(P<0.05)圖2 PEG脅迫對3種禾本科牧草種子發芽勢的影響Fig.2 The effects of PEG stress on the seed germination potential of three kinds of Gramineae forage

2.2干旱脅迫對3種禾本科牧草幼苗相對含水量的影響在干旱或高溫等逆境脅迫下，植物相對含水量會下降，脅迫程度越深，相對含水量越低，使組織中束縛水的含量相對增加，從而使植物抗逆性增加。由表1可知，隨著PEG脅迫強度的增加，3種禾本科牧草的相對含水量均呈下降趨勢，其中普通型狗牙根幼苗的相對含水量的下降趨勢最為平緩。與對照相比，當PEG濃度為20%時普通型狗牙根幼苗的相對含水量為19.49%，貝斯利斯克伏生臂形草幼苗的相對含水量為16.43%，特高多花多年生黑麥草幼苗的相對含水量為13.57%。由此可見，普通型狗牙根的抗旱性更好。

2.3干旱脅迫對3種禾本科牧草幼苗相對電導率的影響相對電導率是反映植物膜系統狀況的一個重要指標，在正常生長狀況下植物細胞膜保持著良好的選擇透性，當植物組織受到逆境傷害時細胞膜容易破裂，膜蛋白受傷害使細胞質的胞液外滲[11]。由表2可知，隨著脅迫程度的加深，普通型狗牙根相對電導率的變化趨勢較為平緩，最為明顯的是貝斯利斯克伏生臂形草。當PEG濃度為20%時，普通型狗牙根的相對電導率比對照增加了4.3百分點，特高多花多年生黑麥草的相對電導率比對照增加了6.3百分點，而貝斯利斯克伏生臂形草的相對電導率比對照增加了34.3百分點。

表1 PEG脅迫對3種禾本科牧草幼苗相對含水量的影響

注：同列不同字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant difference(P<0.05)

2.4干旱脅迫對3種禾本科牧草幼苗丙二醛含量的影響丙二醛(MDA)是由于植物器官衰老或在逆境條件下受到傷害，其組織或器官發生過氧化反應而產生的。MDA是植物器官在逆境條件下發生膜脂過氧化作用的產物之一。由表3可知，隨著PEG脅迫濃度的增加，3種禾本科牧草幼苗MDA含量也相應增加。隨著PEG脅迫濃度的增加，普通型狗牙根幼苗MDA含量的上升趨勢相對平緩，特高多花多年生黑麥草與貝斯利斯克伏生臂形草的上升幅度較為明顯。當PEG濃度為20%時，普通型狗牙根幼苗的MDA含量比對照增加了3.3百分點，特高多花多年生黑麥草幼苗的MDA含量增加了7.09百分點，而貝斯利斯克伏生臂形草幼苗的MDA含量則增加了7.12百分點。

表2 PEG脅迫對3種禾本科牧草幼苗相對電導率的影響

注：同列不同小寫字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant differences(P<0.05)

表3 PEG脅迫對3種禾本科牧草幼苗丙二醛含量的影響

注：同列不同小寫字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant differences(P<0.05)

2.5隸屬函數值法綜合分析評價采用模糊數學中的隸屬函數值法評價3種禾本科草坪草種子萌發期和苗期抗旱性，隸屬函數分析方法在多指標測定的基礎上對材料特性進行綜合評價，避免了僅利用少數生理指標對較少的品種進行評價的不準確性。通過對3種禾本科牧草的發芽率、發芽勢、葉片含水量、電導率、MDA含量5項指標進行分析，若隸屬函數值的均值越大，則抗旱性越強[12]。

隸屬函數值的計算公式[13]如下：

R(Xi)=(Xi-Xmin)×(Xmax-Xmin)

式中,Xi為指標測定值，其中Xmax和Xmin為所參試材料某一指標的最大值和最小值。

若為負相關，則計算公式為：R(Xi)=1-(Xi-Xmin)×(Xmax-Xmin)。

由表4可知，普通型狗牙根在各項生理指標下的隸屬函數值均比特高多花多年生黑麥草及貝斯利斯克伏生臂形草高。由此可見，其抗旱性最強，其次是貝斯利斯克伏生臂形草，而特高多花多年生黑麥草的抗旱性最弱。從葉片相對含水量來看，當PEG濃度為20%時隸屬函數均值最高；從相對電導率來看，當PEG濃度為10%時3種禾本科牧草幼苗的抗旱性最強；從MDA含量來看，當PEG濃度為10%時隸屬函數值最高，其抗旱性最強。

表4 3種禾本科牧草各指標在各濃度PEG下的隸屬函數值

3 討論與結論

相對含水量、丙二醛含量、相對電導率在鑒定種子抗旱性方面已經得到了廣泛應用[14-16]，并能夠反映出干旱脅迫對牧草的傷害程度、細胞器膜系統的破壞和種子的抗旱性。在干旱脅迫條件下，對3種禾本科牧草種子的發芽率和發芽勢以及幼苗的葉片含水量、相對電導率及丙二醛含量進行綜合分析發現，3種禾本科牧草種子的發芽率隨著PEG脅迫濃度的增加總體上呈下降趨勢，當PEG濃度低于10%時，種子發芽率與發芽勢與對照相比未受明顯影響，而當PEG濃度大于10%時種子發芽率與發芽勢受到明顯抑制，這與蘇秀紅等[6]的試驗結果基本一致。由此可見，PEG脅迫對牧草種子萌發的進程有一定的延緩作用，低濃度(5%、10%)PEG脅迫能提高牧草種子的活力指數，高濃度(15%)PEG脅迫則會顯著抑制種子萌發。這與馬海鴿等[17]和李志萍等[18]的研究結果相一致。隨著PEG濃度的增加，貝斯利斯克伏生臂形草的葉尖處出現發黃直至萎蔫，其次是特高多花多年生黑麥草，而普通型狗牙根的萎蔫程度不明顯。這與抗旱性強的植物葉片含水量較高且變化幅度較小的結論[19]相一致。植物在受到逆境的影響時，蒸騰速率和水分吸收能力下降，但蒸騰量大于水分吸收量，造成植物含水量下降，引起氣孔關閉，表現出抗旱特征；電導率上升幅度小，說明植物細胞膜傷害程度不大[20]。研究表明，在持續干旱條件下，MDA含量逐漸上升，而且抗旱性越強的品種MDA含量上升幅度小[20-22]。

綜合分析幾項指標可知，3種禾本科牧草中，普通型狗牙根的抗旱性最強，這與郭愛貴等[2]的試驗結果基本一致。干旱脅迫下,3種禾本科牧草的相對電導率與丙二醛含量隨著干旱脅迫程度的增加而增加，二者與干旱脅迫濃度均呈極顯著的正相關；3種禾本科牧草的發芽率、發芽勢及葉片相對含水量則隨著干旱脅迫濃度的增加而不斷降低，二者與干旱脅迫濃度呈極顯著的負相關。普通型狗牙根的發芽率和發芽勢顯著高于其他品種，且其葉片含水量最高。隨著PEG脅迫濃度的增加，普通型狗牙根的葉片含水量下降幅度較為平緩，并且相對電導率和丙二醛含量呈較為穩定的上升趨勢,而特高多花多年生黑麥草與貝斯利斯克伏生臂形草的情況差別不大。適宜濃度的脅迫處理對植物的生長具有一定的推動作用，但若脅迫濃度過高則會對植物正常生長發育產生不利影響。在相同脅迫條件下，3種禾本科草坪草的抗旱性從強到弱依次為普通型狗牙根、貝斯利斯克伏生臂形草、特高多花多年生黑麥草。因此，在昆明地區普通型狗牙根可以作為首選的抗旱牧草品種。近年來，隨著分子生物學和生物技術的興起和發展及“海綿城市”理論的提出，為生物性節水和抗旱帶來了巨大活力。

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