30份老芒麥種質(zhì)材料抗寒性研究

德 英，趙來喜，穆懷彬

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.農(nóng)業(yè)部草原資源與生態(tài)重點開放實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

30份老芒麥種質(zhì)材料抗寒性研究

德 英1,2，趙來喜1,2，穆懷彬1,2

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.農(nóng)業(yè)部草原資源與生態(tài)重點開放實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

對30份老芒麥(Elymussibiricus)種質(zhì)材料進行抗寒性比較，并篩選出老芒麥種內(nèi)抗寒性強的種質(zhì)材料。采用育苗盤育苗，在對照(28 ℃)及低溫處理(5 ℃處理12 h)下測定葉片的相對電導(dǎo)率。試驗結(jié)果表明，老芒麥抗寒性分為3級，包括抗寒性強、較強、中等。篩選出抗寒性強的種質(zhì)材料25份，包括ES002、ES004、ES006、ES009、ES010、ES012、ES014、ES015、ES016、ES017、ES018、ES019、ES025、ES026、ES028、ES029、ES030、ES031、ES032、ES034、ES036、ES037、ES038、ES039和ES040，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的83.33%；抗寒性較強的種質(zhì)材料3份，包括老芒麥ES001、ES005和ES007，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的10.00%；抗寒性中等的種質(zhì)材料2份，包括老芒麥ES013和ES033，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的6.67%。在P<0.05時，可分為17組顯著差異性的組合；P<0.001時，可分為17組極顯著差異性的組合?？梢?，老芒麥具有廣泛的生態(tài)可塑性，長期適應(yīng)原生境，抗寒性表現(xiàn)出差異。

老芒麥；抗寒性；低溫脅迫；傷害率

老芒麥(Elymussibiricus)別名西伯利亞野麥草，是禾本科小麥族披堿草屬多年生疏叢型中旱生植物，為披堿草屬模式種；是分布于北半球寒溫帶的一種比較古老的野生草種[1-2]，富含蛋白質(zhì)，是牛、馬、羊均喜食的優(yōu)等飼用禾草，具有適應(yīng)性強、易栽培等優(yōu)良特性[3-5]；老芒麥抗寒性強，有的老芒麥種質(zhì)在-40～-30 ℃的低溫和海拔4 000 m左右的高寒地區(qū)能安全越冬[6]，是我國北方地區(qū)優(yōu)良的多年生栽培牧草，具有葉量大、品質(zhì)好、草籽產(chǎn)量高等優(yōu)點，可用于建植栽培草地和放牧草地[7]，對退化草地改良、種草養(yǎng)畜都具有重要意義[8]。我國野生老芒麥資源非常豐富，為老芒麥種質(zhì)的收集、評價和育種提供了極為便利的條件[9]，篩選出抗寒性強的老芒麥種質(zhì)材料，不僅能進一步發(fā)揮老芒麥的自身優(yōu)勢，還能為其他牧草抗寒性的改良提供基因資源(抗寒基因的克隆)，為早期選擇提供科學(xué)依據(jù)，增強引育種工作的目的性。本研究通過電導(dǎo)法對我國的30份老芒麥種質(zhì)材料進行抗寒性評價，對生產(chǎn)和育種上合理利用我國老芒麥種質(zhì)資源具有深刻意義，同時，還為深入開展老芒麥優(yōu)良性狀的基因標記、基因定位與克隆等奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1供試材料 試驗材料為老芒麥的30個居群，其編號和來源見表1。

1.2研究方法

1.2.1育苗與取樣 選用大田土壤，過篩，去掉石塊、雜質(zhì)，土∶腐熟羊糞為5∶1，用育苗盤裝土，將種子均勻地撒在盤中，再輕輕地用土覆蓋，然后用噴頭澆透，置于溫室中。出苗后待生長到5～6片真葉時進行低溫處理，設(shè)低溫處理(5 ℃處理12 h)與對照(28 ℃)2組，3次重復(fù)。

1.2.2測定及評價方法

測定方法為電導(dǎo)法[3]。采用苗期5 ℃低溫處理12 h下的膜傷害率進行評價。

相對電導(dǎo)率計算公式：

式中，L為相對電導(dǎo)率；E1為電導(dǎo)率初值；E2為電導(dǎo)率終值。

傷害率計算公式：

式中，RH為傷害率(%)；Li為處理相對電導(dǎo)率；Lck

表1 供試材料名錄

為對照相對電導(dǎo)率。

根據(jù)各種質(zhì)平均傷害率的大小，將抗寒性分為5級：強(傷害率<20%)；較強(傷害率20%～40%)；中等(傷害率41%～60%)；弱(傷害率61%～80%)；最弱(傷害率>80%)。

1.3數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003和SPSS 13.0統(tǒng)計分析，進行在相同低溫脅迫下不同種質(zhì)材料間Duncan方法0.05和0.001顯著水平上的多重比較。

2 結(jié)果與分析

在5 ℃低溫脅迫12 h后，植物葉片的細胞膜透性有不同程度的提高，細胞膜受到不同程度的傷害，變化的幅度因種質(zhì)材料的不同而不同(表2)。低溫脅迫下不同種源老芒麥細胞內(nèi)均表現(xiàn)為細胞膜受到損害，細胞膜透性增加，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增加，但不同種質(zhì)對低溫的抵御能力存在差異。30份材料，在P<0.05時，可分為17組顯著差異性的組合；P<0.001時，可分為17組極顯著差異性的組合。按照評價方法進行評價，結(jié)果如表3。

30份老芒麥抗寒性按照評價方法[10]可分為3級，包括抗寒性強、較強、中等。 抗寒性強的種質(zhì)共25份，占供試種質(zhì)總數(shù)的83.33%，包括ES002、ES004、ES006、ES009、ES010、ES012、ES014、ES015、ES016、ES017、ES018、ES019、ES025、ES026、ES028、ES029、ES030、ES031、ES032、ES034、ES036、ES037、ES038、ES039和ES040。 抗寒性較強的種質(zhì)共3份，占供試種質(zhì)總數(shù)的10.00%，包括老芒麥ES001、ES005和ES007。 抗寒性中等的種質(zhì)共2份，占供試種質(zhì)總數(shù)的6.67%，包括老芒麥ES013和ES033。

3 討論

抗寒性是植物在對低溫環(huán)境長期適應(yīng)中通過本身的遺傳變異和自然選擇而獲得的一種抗寒能力。當受到寒害等逆境脅迫時，細胞膜受到損害，膜透性增加，從而導(dǎo)致細胞內(nèi)的物質(zhì)外滲，使植物細胞浸取液的電解質(zhì)濃度增大，電導(dǎo)率提高。不同的品種，膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不同，所以用電導(dǎo)法測定不同作物或同一作物不同品種在相同脅迫下膜透性的增大程度，可以根據(jù)細胞導(dǎo)電性的差異確定膜透性大小，推測膜的受傷程度和對寒冷的抗性強弱[10]。耐寒性是衡量多年生牧草生產(chǎn)性能的重要指標。牧草生產(chǎn)上的一大威脅是多年生牧草的凍害，尤其是豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的牧草，由于凍害影響了栽培區(qū)域潛在產(chǎn)量特性的發(fā)揮[11]。在我國北方凍害是影響建立高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培草地的重要因素。老芒麥作為栽培牧草的研究在國外開始于18世紀末，首先是蘇聯(lián)、英國及法國。我國栽培該草歷史較短，建國以后首先由吉林省畜牧所進行野生種的引種馴化，之后陸續(xù)在黑龍江等地試種。20世紀60年代，老芒麥廣泛受到重視，內(nèi)蒙、青海等地均有一些報道，是一種栽培歷史久、面積廣的優(yōu)良牧草[12]。

表2 低溫脅迫對30份老芒麥幼苗的傷害率

表3 老芒麥種質(zhì)抗寒性統(tǒng)計

本研究參考了由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所主持主編的《多年生禾草種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》中抗寒性的評價方法，進行了30份老芒麥種質(zhì)的抗寒性鑒定，方法簡單，結(jié)果準確，可達到抗寒性快速鑒定的效果。我國地域遼闊，氣候復(fù)雜多樣，老芒麥種質(zhì)資源分布廣泛，它的野生種廣泛分布于東北、西北、華北和青藏高原等地區(qū)[8]，具有廣泛的生態(tài)可塑性。不同的老芒麥種質(zhì)材料長期生長在某種環(huán)境下，受到環(huán)境的影響，表現(xiàn)出相應(yīng)的生理代謝變化，由于長期適應(yīng)原生境，抗寒性表現(xiàn)出差異。

4 結(jié)論

篩選出抗寒性強的種質(zhì)材料25份，包括ES002、ES004、ES006、ES009、ES010、ES012、ES014、ES015、ES016、ES017、ES018、ES019、ES025、ES026、ES028、ES029、ES030、ES031、ES032、ES034、ES036、ES037、ES038、ES039和ES040，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的83.33%；抗寒性較強的種質(zhì)材料3份，包括老芒麥ES001、ES005和ES007，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的10.00%；抗寒性中等的種質(zhì)材料2份，包括老芒麥ES013和ES033，占供試種質(zhì)材料總數(shù)的6.67%。

30份材料，在P<0.05時，可分為17組顯著差異性的組合；P<0.001時，可分為17組極顯著差異性的組合?？梢姡厦Ⅺ溇哂袕V泛的生態(tài)可塑性，長期適應(yīng)原生境，抗寒性表現(xiàn)出差異。

[1] 郭連云,公保才讓,張旭萍,等.不同密度、不同刈割高度下老芒麥種群生物量的變化[J].草業(yè)與畜牧,2007(3):16-32.

[2] 張晨妮,周青平,顏紅波,等.PEG-6000對老芒麥種質(zhì)材料萌發(fā)期抗旱性影響的研究[J].草業(yè)科學(xué),2010,27(1):119-123.

[3] 耿以禮.中國主要植物圖說——禾本科[M].北京:科學(xué)出版社,1959:421-446.

[4] 郭本兆.中國植物志[M].北京:科學(xué)出版社,1987:51.

[5] 陳功,賀蘭芳.高寒地區(qū)兩種老芒麥生態(tài)適應(yīng)性和生產(chǎn)性能評價[J].草業(yè)科學(xué),2004,21(9):39-42.

[6] 張春梅,汪新川,趙恒軍.老芒麥栽培技術(shù)探討[J].畜牧與飼料科學(xué),2009,30(3):158.

[7] 李春榮,蘇德榮,李向林,等.覆膜壟溝集雨種植對老芒麥高度和密度的影響[J].草業(yè)科學(xué),2010,27(3):82-88.

[8] 陳默君,賈慎修.中國飼用植物[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002：121-122.

[9] 鄢家俊,白史且,張新全,等.青藏高原老芒麥種質(zhì)基于SRAP標記的遺傳多樣性研究[J].草業(yè)學(xué)報,2010,19(1):173-183.

[10] 王善廣,張華云,郭郢,等.生物膜與果樹抗寒性[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,6(1):37-40.

[11] 羅新義,劉學(xué)峰.多年生牧草的耐寒性[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),1996,11:21-23.

[12] 王比德.老芒麥生物學(xué)和經(jīng)濟學(xué)特性的觀察[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1986(3):79-90.

Winterhardinessof30germplasmmaterialsofElymussibiricus

DE Ying1,2, ZHAO Lai-xi1,2, MU Huai-bin1,2

(1.Grassland Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Inner Mongolia Hohhot 010010, China; 2. Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology， Ministry of Agriculture， Inner Mongolia Hohhot 010010; China)

An experiment was conducted to screen the germplasm materials with high winter hardiness by measuring the leaf electronic conductivity of 30 germplasm materials ofElymussibiricusseedlings growing at 28 ℃ and 5 ℃ for 12 h in the nursery plate. The results of this study showed 30 germplasm materials ofE.sibiricuswere divided into very high, high, medium winter hardiness. 25 Germplasm materials ofE.sibiricuswere very high winter hardiness and took up 83.33% of the all materials, including ES002, ES004, ES006, ES009, ES010, ES012, ES014, ES015, ES016, ES017, ES018, ES019, ES025, ES026, ES028, ES029, ES030, ES031, ES032, ES034, ES036, ES037, ES038, ES039, ES040. Germplasm materials ofE.sibiricuswith high winter hardiness were ES001, ES005, ES007, and occupying up 10.00%. ES013 and ES033 showed the medium winter hardiness and were 6.67% of the all germplasms. The winter hardiness of 30 germplasm materials ofE.sibiricuswas significantly different (P<0.001) and classified into 17 various combination, and these suggested thatE.sibiricusshowed the widely ecological plasticity, and developed different winter hardiness due to long-time adaptation for the original habitat.

Elymussibiricus; winter hardiness; low temperature stress; damage rate

S543.034；Q945.7

A

1001-0629(2011)01-0090-04

2010-03-12 接受日期：2010-07-04

2008年度中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所)資助項目(2008-Z-1)

德英(1978-)，女(達斡爾族)，內(nèi)蒙呼盟人，助研，碩士,研究方向為牧草種質(zhì)資源。

E-mail:dy20060701@163.com