老芒麥種質對干旱脅迫的生理響應

田永雷，白春利，丁海君，趙和平，房永雨，慕宗杰

(1.內蒙古自治區農牧業科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010031;2.內蒙古草都飼草料研究院，內蒙古 錫林浩特 026099；3.內蒙古自治區農牧業科學院農牧業經濟與信息研究所，內蒙古 呼和浩特 010031)

干旱是長期存在的全球性的自然災害，全球干旱或半干旱地區面積約為全球總面積的三分之一[1]，干旱脅迫會通過影響牧草生理生化[2]、光合[3]和形態[4-5]等指標導致牧草減產。隨著內蒙古草牧業的發展，對于優質飼草的需求逐漸增加[6]，但牧草常因受到干旱脅迫，導致生產力降低，所以培育抗旱牧草品種變得尤為重要。老芒麥(Elymussibiricicus)是禾本科披堿草屬多年生草本植物，具有品質高、適口性好等優良性狀[7-8]。前人對老芒麥抗旱性研究很多，多為老芒麥與其他禾本科牧草抗旱性比較[9-11]，對于老芒麥鄉土品種的抗旱性研究報道較少[12]。聚乙二醇(PEG) 是一種高分子量的滲壓劑，既可以使環境保持干旱又不會破壞植物細胞，因其周期短、易于控制等優點，聚乙二醇常被用來作干旱脅迫劑[13]。因此，本研究利用聚乙二醇(PEG)模擬干旱脅迫，比較和分析干旱脅迫對3個老芒麥種質苗期葉片相對含水量和生理生化指標的影響，以期為老芒麥草種選擇和生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗所用川草2號老芒麥(E01)、新品系老芒麥(E02)、呼倫貝爾老芒麥(E03)的種子，均為2018年新種子，具體信息見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽(盆口半徑10 cm、盆底半徑5 cm、盆高13 cm)，首先在花盆內套上保鮮袋,每盆所裝沙土∶蛭石(2∶1)，裝填至距離盆口5 cm處。選擇大小一致，籽粒飽滿，完整的種子，種子表面用1%高錳酸鉀溶液消毒10 min，消毒后用蒸餾水沖洗3次，每盆50粒，覆土2～3 cm。覆土后澆水或PEG溶液400 mL(花盆內土壤全部內部濕潤)，澆水后用塑料袋把花盆口封住，待出苗后打開，每次補水所有花盆補水量一致。待幼苗生長至3葉時進行生理指標測定。用0%、5%、10%、15% PEG-6000濃度模擬干旱脅迫，每處理6次重復。

表1 供試種質及來源

1.3 測定方法

各項指標測定方法：游離脯氨酸含量采用茚三酮染色法[15]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]；可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法[16]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑光化還原法[17]，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法[17]，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法[18]，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法[15]，葉片相對含水量采用飽和稱重法[17]。

1.4 數據分析

使用office 2010進行數據整理，SPSS 17.0進行方差顯著性分析。利用隸屬函數法[19]對3種老芒麥苗期抗旱性j進行綜合評價，公式如下：

式中：Yij為i品種的j指標的隸屬函數值；Xij為i品種j指標均值；Xmin,j各品種j指標均值的最小值；Xmax,j各品種j指標均值的最大值。

若j指標與抗旱性呈負相關，則有：

2 結果與分析

2.1 PEG處理對老芒麥苗期葉片含水量的影響

隨著干旱脅迫的增加，老芒麥葉片的含水量呈降低的趨勢，E01和E02均在10% PEG濃度處理時葉片含水量開始顯著降低(P<0.05)；E03在5% PEG濃度處理時葉片含水量開始顯著降低(P<0.05)。0%PEG濃度處理時3個種質材料的葉片含水量無顯著差異；隨著脅迫的增加，E02的葉片含水量顯著高于其他2個品種(P<0.05)(表2)。

表2 PEG處理下老芒麥苗期葉片含水量

2.2 PEG處理對老芒麥苗期葉片抗氧化物質的影響

隨著脅迫的增加，老芒麥各種質POD、SOD、CAT酶活性逐漸增加；E01的CAT酶活性在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，E02的SOD、POD酶活性在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，CAT酶活性在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；E03的SOD、POD、CAT酶活性均在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；SOD、POD酶活性在10%PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)。 0% PEG和5% PEG處理時，3個種質葉片SOD、CAT酶活性無顯著差異；10% PEG和15%PEG處理時，E02葉片SOD、CAT酶活性顯著高于其他2個品種(P<0.05)；E02葉片POD酶活性顯著高于其他品種(P<0.05)(表3)。

表3 PEG處理下老芒麥苗期葉片抗氧化特性

2.3 PEG處理對老芒麥苗期葉片滲透調節物質的影響

老芒麥各種質葉片可溶性糖、可溶性蛋白含量均隨著干旱脅迫的增加呈增加趨勢(表4)。E01可溶性糖含量在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，可溶性蛋白含量在15% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；E02可溶性蛋白含量在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，可溶性糖含量在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；E03可溶性糖含量在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，可溶性蛋白含量在15% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)。15% PEG濃度處理時E02可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著高于E01和E03(表4)。

表4 PEG處理下老芒麥苗期葉片可溶性糖和可溶性蛋白的含量

2.4 PEG處理對老芒麥苗期葉片脯氨酸和丙二醛的影響

隨著干旱脅迫的增加，3個老芒麥品種葉片丙二醛和脯氨酸含量逐漸增加(表5)，E02 丙二醛含量在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，脯氨酸含量在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；E01和E03在5% PEG濃度處理時葉片丙二醛含量開始顯著增加(P<0.05)，E03脯氨酸含量在5% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)，E01 脯氨酸含量在10% PEG濃度處理時顯著增加(P<0.05)；0% PEG濃度處理時3個品種的丙二醛和脯氨酸含量無顯著差異，隨著脅迫的增加，E01丙二醛和脯氨酸含量顯著高于E02和E03(P<0.05)(表5)。

表5 PEG處理下老芒麥苗期葉片丙二醛和脯氨酸含量

2.5 老芒麥抗旱性綜合評價

利用隸屬函數法對3個老芒麥種質苗期葉片的含水量、SOD、POD、CAT、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸含量進行綜合評價，得到3個老芒麥種質的隸屬函數值(表6)。根據隸屬函數的綜合評價值進行排序，得出3個老芒麥種質苗期葉片的抗旱性強弱依次為E02>E03>E01。

表6 PEG處理下老芒麥苗期葉片各指標隸屬函數值及綜合評價值

3 討論

牧草葉片相對含水量能直接反映牧草受到干旱脅迫時體內的水分狀況,也是測定牧草抗旱能力的指標之一。本試驗中3個老芒麥種質葉片相對含水量隨著干旱脅迫越大逐漸降低，這與史曉霞[20]的研究一致，說明干旱脅迫會影響老芒麥葉片保水能力從而影響老芒麥生長。牧草在受到干旱脅迫時，體內的SOD、POD、CAT等的活性會增加，消除體內自由基，以此來提高自身的抗逆能力[21-22]。有研究表明，植物在干旱脅迫下，保護酶活性會呈現先升高后降低的趨勢[23]，或是呈現逐漸升高的趨勢[24]。本試驗中老芒麥葉片保護酶活性隨PEG濃度的升高均呈升高趨勢，原因可能是15% PEG濃度未達到老芒麥酶活性降低的臨界點。低PEG濃度處理時3個老芒麥種質間酶活性無明顯差異，高PEG濃度處理時，E02的酶活性顯著高于E01和E03，說明E02抗逆能力較強

本試驗中在低PEG濃度時，3個老芒麥種質可溶性糖和可溶性蛋白含量變化不明顯，高PEG濃度時可溶性糖和可溶性蛋白與對照相比顯著增加，這與姚曹[25]的研究一致，說明老芒麥通過增加自身滲透調節物質來適應干旱脅迫，E02的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均高于E01和E03,說明E02的抗旱能力較強。

干旱脅迫下脯氨酸的積累量可作為評價植物抗旱能力的重要指標，脯氨酸積累量與品種抗旱性呈正相關[26-27]，但也有學者研究表明，逆境下脯氨酸的積累會對植物自身產生傷害[28-29]。本試驗中脯氨酸含量隨著PEG濃度的增加逐漸升高，可認為脯氨酸增加對植物自身有益，提高了老芒麥的抗逆能力。植物MDA含量越大，說明植物受到的脅迫越大[30]。3個老芒麥種質MDA含量均隨PEG濃度的增加而增加，低PEG濃度處理時3個種質間酶活性無明顯差異，高PEG濃度處理時E02的酶活性顯著低于E01和E03，說明在同等干旱環境下，E02受到的脅迫較小，其抗旱能力較強。

4 結論

干旱脅迫下，3個老芒麥種質苗期葉片相對含水量降低；抗氧化物質SOD、POD、CAT等酶活性升高；可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調節物質含量增加；MDA含量逐漸增加。隸屬函數分析表明3個老芒麥種質抗旱性為新品系老芒麥>呼倫貝爾老芒麥>川草2號老芒麥.