4種牧草苗期耐鹽性比較

王佩羽，李長慧，李淑娟，雷有升，胡 凱

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016)

鹽堿地是一種廣泛分布的低產(chǎn)土壤，隨著全球環(huán)境的不斷惡化，日益嚴(yán)重的土壤鹽堿化威脅著人類賴以生存的土壤資源。青海省境內(nèi)有大面積的鹽湖和鹽堿地，主要分布在青海西部柴達(dá)木盆地、南部果洛州及青海湖沿湖的部分地區(qū),總面積為270.14萬hm2，近年來土壤鹽漬化日益突出,甚至嚴(yán)重危及當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[1]。利用生長在鹽堿地的當(dāng)?shù)啬敛萁⒃耘嗖莸?，改良鹽堿地，對發(fā)展當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)和改善生態(tài)環(huán)境有很大的促進(jìn)作用。

梭羅草(Roegneriathoroldiana)是青海高寒草地適宜生長的鄉(xiāng)土草種；中華羊茅(Festucasinensis)和垂穗披堿草(Elymusnutans)廣泛分布于青藏高原高寒草地區(qū)，但是目前關(guān)于其耐鹽性的研究較少[2-4]；堿茅(Puccinelliadistans)是一種耐鹽能力較強(qiáng)的鹽生植物，關(guān)于其耐鹽性的研究報(bào)道較多[5-8]。本研究利用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液處理這4種牧草的幼苗，根據(jù)其生理生化特性的變化，與耐鹽能力較強(qiáng)的堿茅進(jìn)行比較分析，以期為篩選適合當(dāng)?shù)貤l件并且抗鹽性較強(qiáng)的牧草提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 供試材料為梭羅草、垂穗披堿草、中華羊茅和堿茅，均由青海大學(xué)草業(yè)科學(xué)系提供。

1.2材料培養(yǎng) 將各草種均勻適量地撒播于裝有蛭石與沙土(3∶1)的無孔花盆(上口徑22 cm、底徑16 cm、高22 cm)中，每個(gè)花盆中施5 g復(fù)合肥，適量澆水至蛭石全部潤濕，在溫室內(nèi)培養(yǎng)。出苗后，用克洛普氏營養(yǎng)液澆灌培養(yǎng)至具有3～4片真葉時(shí)定苗40株，待植物具有4～5片真葉時(shí)進(jìn)行NaCl脅迫處理。

1.3脅迫處理 每個(gè)草種各設(shè)18盆，隨機(jī)分成6組，每組3盆，3次重復(fù)，脅迫處理于16：00-18：00進(jìn)行。處理組分別澆NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的完全營養(yǎng)液，每盆 800 mL，分?jǐn)?shù)次透灌花盆。對照組僅澆灌營養(yǎng)液。從次日起每天早晚兩次用稱重法確定每盆的失水量，并用等量蒸餾水補(bǔ)充失水。

1.4生理生化指標(biāo)的測定 處理7 d后測定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。植物組織逆境傷害程度的測定采用電解質(zhì)外滲法[9]；葉綠素含量采用分光光度計(jì)法測定[9]；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-205染色法測定[10]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[9]；游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[9]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[10]；過氧化氫酶(CAT)活性采用高錳酸鉀滴定法測定[9]。

1.5數(shù)據(jù)分析 各指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析采用Excel軟件，方差分析利用SPSS軟件。各指標(biāo)的綜合分析利用隸屬函數(shù)值法[11]。

用于分析的隸屬函數(shù)值[X(μ1),X(μ2)]計(jì)算方程為:

(1)

(2)

式中,X為各供試草種某一指標(biāo)的測定值，Xmax為所有草種此指標(biāo)的最大值，Xmin為所有草種此指標(biāo)的最小值。若所測指標(biāo)與植物的抗鹽性呈正相關(guān),則采用式(1)計(jì)算隸屬值,反之則用式(2)。累加各品種各指標(biāo)的具體隸屬值,其值越大,植物的抗鹽性越強(qiáng)[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1NaCl脅迫對4種牧草幼苗的傷害程度 在鹽脅迫條件下，細(xì)胞質(zhì)膜首先受到鹽離子脅迫影響而受傷。質(zhì)膜受傷害最明顯的表現(xiàn)是質(zhì)膜透性增加，而電導(dǎo)率的大小能直接反映質(zhì)膜受傷害的程度。受到的傷害越小說明其耐鹽性越強(qiáng)[12-14]。

各供試草種在鹽脅迫條件下的電導(dǎo)率隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸增大。堿茅和梭羅草在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)的相對電導(dǎo)率最低，分別為0.255、0.492，并且低于對照(表1)。隨后逐漸升高，當(dāng)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)達(dá)到最大值，分別為0.633、0.792。中華羊茅和垂穗披堿草在NaCl脅迫下的相對電導(dǎo)率均高于對照，并隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大逐漸增大。NaCl脅迫下各供試草種的相對電導(dǎo)率由大到小依次為垂穗披堿草、中華羊茅、梭羅草和堿茅。而相對電導(dǎo)率越大說明其受到的傷害越嚴(yán)重，所以其耐鹽性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閴A茅、梭羅草、中華羊茅和垂穗披堿草。

2.2NaCl脅迫對4種牧草幼苗葉綠素含量的影響 葉綠素是光合作用的關(guān)鍵色素，其含量的多少在一定程度上反映植物光合作用強(qiáng)度。而在鹽脅迫下，葉綠體是最敏感的細(xì)胞器之一，其含量可與其它指標(biāo)綜合分析,作為植物抗鹽性判斷的參考指標(biāo)[5,15]。

在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽脅迫處理下，梭羅草、中華羊茅在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)葉綠素含量達(dá)到最高，分別較對照高出0.17%、1.41%(表2)。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2%時(shí)，均出現(xiàn)不同程度的下降，而堿茅和垂穗披堿草的葉綠素含量在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.2%時(shí)就已經(jīng)開始下降。在鹽脅迫下4種牧草葉綠素含量的變幅由大到小依次為垂穗披堿草、中華羊茅、梭羅草和堿茅。

表1 NaCl脅迫對4種牧草幼苗的傷害程度Table 1 Effects of NaCl stress on seedling damage degree of four herbages

表2 NaCl脅迫對4種牧草幼苗葉綠素含量的影響Table 2 Effects of NaCl stress on seedling chlorophyll content of four herbages mg·g-1

2.3NaCl脅迫對4種牧草幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)也是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并且大多數(shù)蛋白質(zhì)是參與各種代謝的酶類，其含量也是植物體代謝情況的一個(gè)重要指標(biāo)。植物在鹽脅迫下，會(huì)增加可溶性蛋白質(zhì)的含量以抵御逆境造成的傷害，一般而言，耐鹽性強(qiáng)的植物可溶性蛋白質(zhì)的含量要高于耐鹽性弱的植物[16-17]。

堿茅的可溶性蛋白質(zhì)含量隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸增加，從0.4%開始，一直是4種供試牧草中含量最高的，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，其可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到0.414 mg·g-1(表3)。梭羅草的可溶性蛋白質(zhì)的含量隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈先降低后升高的趨勢，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，達(dá)到最大值(0.349 mg·g-1)；中華羊茅的可溶性蛋白質(zhì)含量隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈先降低后升高然后再降低的趨勢，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，達(dá)到最大值(0.309 mg·g-1)；垂穗披堿草的可溶性蛋白質(zhì)含量在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)達(dá)到最大值(0.315 mg·g-1)，隨后其含量逐漸降低。因此，由可溶性蛋白質(zhì)含量的變化可得出4種供試牧草抗NaCl性由強(qiáng)到弱依次為堿茅、梭羅草、垂穗披堿草和中華羊茅。

2.4NaCl脅迫對4種牧草幼苗可溶性糖含量的影響 可溶性糖是很多植物的主要滲透調(diào)節(jié)劑，同時(shí)它又可以作為逆境下儲存能量的一種形式。在NaCl脅迫條件下，耐NaCl植物的可溶性糖含量高于不耐NaCl的植物[13]。

堿茅與梭羅草的可溶性糖含量隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高變化規(guī)律一致，呈先降低后升高的趨勢，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)含量最低，分別為0.032 8%和0.023 2%，隨后持續(xù)升高，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)分別達(dá)最大值0.049 9%和0.054 6%(表4)；中華羊茅在NaCl脅迫下的可溶性糖含量降低，但是隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高無明顯規(guī)律。垂穗披堿草的可溶性糖含量隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高呈先升高后降低的趨勢，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)達(dá)到最高(0.018 3%)。4種供試牧草在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，可溶性糖含量無顯著差異，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，其含量存在極顯著差異(P<0.01)，由高到低依次為堿茅、中華羊茅、梭羅草、垂穗披堿草。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，可溶性糖含量由高到低依次為堿茅、梭羅草、中華羊茅和垂穗披堿草；堿茅與梭羅草無顯著差異，與中華羊茅和垂穗披堿草差異極顯著(P<0.01)。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，梭羅草的可溶性糖含量達(dá)到最大，其次為堿茅、中華羊茅和垂穗披堿草。

表3 NaCl脅迫對4種牧草幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Table 3 Effects of NaCl stress on seedling soluble protein content of four herbages mg·g-1

表4 NaCl脅迫對4種牧草幼苗可溶性糖含量的影響 Table 4 Effects of NaCl stress on seedling soluble sugar content of four herbages %

2.5NaCl脅迫對4種牧草幼苗游離脯氨酸含量的影響 脯氨酸積累是植物體抵抗?jié)B透脅迫的有效方式之一。脯氨酸的增高能夠降低葉片細(xì)胞的滲透勢，保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，維持細(xì)胞內(nèi)酶的結(jié)構(gòu)，減少細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解[18]。但是有研究認(rèn)為[19]，NaCl脅迫下脯氨酸的積累與抗?jié)B透脅迫能力沒有相關(guān)性。而大量研究表明，許多植物在NaCl脅迫下脯氨酸迅速積累，在耐NaCl植物中的含量高于不耐NaCl植物[20]。

各供試牧草中的游離脯氨酸的含量均隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加(表5)。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.6%時(shí)，中華羊茅的游離脯氨酸含量高于其他牧草，且差異極顯著(P<0.01)。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.8%時(shí)，堿茅的游離脯氨酸含量最高，為766.83 μg·g-1，與梭羅草和中華羊茅無顯著差異，但是與垂穗披堿草差異極顯著(P<0.01)。而在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，梭羅草的脯氨酸含量達(dá)到最高,為1 346.59 μg·g-1，與垂穗披堿草差異顯著(P<0.05)。垂穗披堿草的游離脯氨酸含量隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸增加，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)達(dá)到最高，為705.69 μg·g-1。

2.6NaCl脅迫對4種牧草幼苗過氧化物酶活性的影響 POD能有效防御活性氧及其它自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害。其活性增高,有利于保護(hù)脂膜不受自由基的襲擊和避免膜上不飽和脂肪酸遭受過氧化的危害。當(dāng)脅迫產(chǎn)生時(shí),為維護(hù)體內(nèi)活性氧的平衡,植物體內(nèi)POD活性增高[12-14]。POD活性的變化可以反映出植物對NaCl脅迫的有效防御，其活性可以作為植物幼苗耐NaCl的生化指標(biāo)[21]。

堿茅和梭羅草的POD活性隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而增加，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)分別比對照增加了59.30%、88.07%(表6)。中華羊茅和垂穗披堿草的POD活性隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)達(dá)到最大，分別較對照增加了72.73%、21.88%。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)達(dá)到最低，并且分別低于對照1.01%、5.24%。說明在這一質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，這兩種牧草的POD已經(jīng)起不到調(diào)節(jié)作用。而堿茅和梭羅草在較高的NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)下表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗氧化能力，可有效地防御活性氧及其它自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害。

2.7NaCl脅迫對4種牧草幼苗過氧化氫酶活性的影響 CAT是生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，并且CAT是一種抗氧化劑，催化細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫發(fā)生歧化反應(yīng)，是生物體中酶保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。在NaCl脅迫下其活性的高低可以反映出植物耐NaCl的強(qiáng)弱[22]。

表5 NaCl脅迫對4種牧草幼苗游離脯氨酸含量的影響Table 5 Effects of NaCl stress on seedling free proline content of four herbages μg·g-1

表6 NaCl脅迫對4種牧草幼苗過氧化物酶活性的影響Table 6 Effects of NaCl stress on seedling POD activity of four herbages U·g-1·min-1

各供試草種的CAT活性隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈先增加后降低的趨勢，但是達(dá)到其峰值時(shí)的NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度不同(表7)，堿茅在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，CAT活性較對照增加8.59%，隨后其活性降低且低于對照。梭羅草在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，CAT活性較對照增加5.73%，隨后其活性降低，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)低于對照。中華羊茅在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)CAT活性較對照增加12.58%，隨后其活性降低且一直低于對照。垂穗披堿草在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，CAT活性較對照增加12.08%，隨后降低，在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.8%、1.0%時(shí)低于對照。

2.84種牧草幼苗耐NaCl性綜合評價(jià) 在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，4種供試牧草的隸屬函數(shù)值大小依次為堿茅、中華羊茅、梭羅草和垂穗披堿草。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%～1.0%時(shí)，其隸屬函數(shù)值大小依次為堿茅、梭羅草、中華羊茅和垂穗披堿草(表8)。

表7 NaCl脅迫對4種牧草幼苗過氧化氫酶活性的影響Table 7 Effects of NaCl stress on seedling CAT activity of four herbages U·g-1

表8 4種牧草幼苗耐NaCl性綜合評價(jià)Table 8 Comprehensive evaluation of seedling salinity tolerance of four herbages species

3 討論

植物在NaCl脅迫下的生理生化反應(yīng)是十分復(fù)雜的過程，通過測定這一代謝過程的各種物質(zhì)含量及酶活性可以判斷其耐鹽性，但是其中任何一種均不能單獨(dú)用作耐鹽性指標(biāo)，需要根據(jù)各種指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)[5,7]。在比較堿茅、梭羅草、中華羊茅和垂穗披堿草的耐鹽性時(shí)也可以看出，7個(gè)耐鹽性指標(biāo)在各牧草中均有不同的表現(xiàn)。

現(xiàn)有的研究[5-8]表明，堿茅的耐鹽性較強(qiáng)，其耐鹽機(jī)理是結(jié)構(gòu)、生理等多種因素綜合作用的結(jié)果，而關(guān)于其他3種牧草的耐鹽性研究較少。累計(jì)各供試草種7個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，得出結(jié)果為在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，4種供試牧草的抗鹽性強(qiáng)弱依次為堿茅、中華羊茅、梭羅草和垂穗披堿草；在鹽濃度在0.4%～1.0%時(shí)，其抗鹽性強(qiáng)弱依次為堿茅、梭羅草、中華羊茅和垂穗披堿草。

梭羅草和中華羊茅廣泛分布于青藏高原高寒草原區(qū)，其耐鹽性僅次于堿茅。在建立栽培草地時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥罎B透勢和各草種苗期的耐鹽性，合理選擇利用不同的草種，可有效加速鹽堿草地的治理進(jìn)程，對于當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)和草地生態(tài)系統(tǒng)的改良具有很大的促進(jìn)作用。

[1] 龐寧菊,都學(xué)寧,李月梅,等.青海黃河沿岸農(nóng)田土壤鹽漬化成因及改良途徑[J].土壤通報(bào),2001(S1):52-55.

[2] 孫明德.高寒地區(qū)優(yōu)良牧草——青海中華羊茅[J].青海草業(yè),2008,17(4):8-10.

[3] 袁春光.青藏高原野生優(yōu)質(zhì)牧草——垂穗披堿草[J].草業(yè)與畜牧,2005(10):62.

[4] 周永紅,鄭有良,楊俊良,等.10種披堿草屬植物的RAPD分析及其系統(tǒng)學(xué)意義[J].植物分類學(xué)報(bào),1999,37(5):425-432.

[5] 謝振宇,楊光穗.牧草耐鹽性研究進(jìn)展[J].草業(yè)科學(xué),2003,20(8):11-17.

[6] 齊寶林,高國臣,趙云鵬,等.耐鹽抗寒優(yōu)質(zhì)牧草——堿茅[J].吉林林業(yè)科技,2005(5):4-6.

[7] 閻秀峰,孫國榮,李景信.我國耐鹽牧草的研究現(xiàn)狀[J].中國草地,1994(3):68-72.

[8] 姜虎生,張常鐘,陸靜梅,等.堿茅抗鹽性的研究進(jìn)展[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(bào),2001(5):50-53.

[9] 皺琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:30-120.

[10] 張立軍,樊金娟.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2007:20-150.

[11] 蘇國興,洪法水.桑品種耐鹽性的隸屬函數(shù)法之評價(jià)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2002(1):42-47.

[12] 肖雯,賈恢先,蒲陸梅.幾種鹽生植物抗鹽生理指標(biāo)的研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2000,20(5):818-825.

[13] 王冀川,徐雅麗,姜莉.鹽脅迫對油葵種子活力和幼苗生理生化特性的影響[J].種子,2004,23(5):18-20.

[14] 王學(xué)征,韓文灝,于廣建.鹽分脅迫對番茄幼苗生理生化指標(biāo)影響的研究[J].北方園藝,2004(3):48-49.

[15] Strogonov B P.Structure and Function of Plant Cells in Saline Habitats[M].New York： Halsted Press，1973:57-58.

[16] 董秋麗,夏方山,董寬虎.堿性鹽脅迫對芨芨草苗期脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響[J].畜牧與飼料科學(xué),2010,31(4):11-12.

[17] 田曉艷,劉延吉,郭迎春.鹽脅迫對NHC牧草Na+、K+、Pro、可溶性糖及可溶性蛋白的影響[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(10):34-38.

[18] Watad A A,Reinhold L,Lerner H R.Comparison between a stable NaCl-selected Nicotinana cell line and wild type [J].Plant Physiology,1983,73:624-632.

[19] Sabu A,Sheeja T E,Nambison P.Comparison of proline accumulation in callus and seedlings of two cultivation ofOryzasativaL.differing in salt tolerance[J].Indian Journal of Experimental Biology,1995,33(2):139-141.

[20] 趙瑞雪,朱慧森,程鈺宏,等.植物脯氨酸及其合成酶系研究進(jìn)展[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(2):90-97.

[21] 劉會(huì)超,賈文慶,朱婷婷.鹽脅迫對三色堇CAT、POD活性及細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(4):98-100.

[22] 劉訓(xùn)財(cái),陳華鋒,井立文.鹽脅迫對中國春-百薩燕麥草雙二倍體SOD、CAT活性和MDA含量的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,15(8):43-46.