臂形草屬種質(zhì)苗期抗旱性鑒定研究

嚴(yán)琳玲 白昌軍

摘 要 通過(guò)盆栽試驗(yàn)對(duì)臂形草屬種質(zhì)苗期進(jìn)行干旱脅迫，分析測(cè)定脅迫不同時(shí)期葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量、丙二醛含量、葉綠素SPAD值及葉片相對(duì)含水量。結(jié)果表明，在脅迫15 d時(shí)，各指標(biāo)均存在差異。對(duì)這5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行類(lèi)平均法聚類(lèi)分析，臂形草屬種質(zhì)可劃分為2個(gè)抗旱級(jí)別，即強(qiáng)抗旱和弱抗旱種質(zhì)，其中強(qiáng)抗旱臂形草種質(zhì)包括CIAT26556珊狀臂形草、網(wǎng)脈臂形草、熱研6號(hào)珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草。強(qiáng)抗旱和弱抗旱臂形草種質(zhì)在連續(xù)干旱脅迫時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量、丙二醛含量均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，而葉綠素SPAD值及葉片相對(duì)含水量則呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。而復(fù)水后，強(qiáng)抗旱和弱抗旱臂形草種質(zhì)均有不同程度的恢復(fù)。

關(guān)鍵詞 臂形草；苗期；抗旱性；鑒定

中圖分類(lèi)號(hào) S54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Identification of the Drought Resistance

of Brachiaria Germplasm

YAN Linling， BAI Changjun*

Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm

Enhancement in Southern China， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract The identification of the drought resistance of Brachiaria germplasm at the seeding stage by adopting pot test under the continue drought stress was studied. The membrane permeability， free proline contents， malondialdehyde， chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were measured. The results showed that all these 5 indicators varied to some extent respectively. These indcators could be categorized into 2 groups by average clustering analysis， strong drought resistance and weak drought resistance. B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT26556， B. dictyoneura（Fig. & De Not.）Stapf CIAT1366， B. brizantha cv. Reyan No.6， B. ruziziensis Germain & Evrard CIAT6095， B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT16835 were in the strong drought resistance group. Under the contnuing drought stress， the membrane permeability， free proline contents， and malondialdehyde of strong and weak drought resistance Brachiaria germplasm tended to rise； while the chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were on the fall. However， after rehydration， these indicators in Brachiaria germplasm of both strong and weak drought resistance were all recovered at different leves.

Key words Brachiaria； Seedling stage； Drought resistance； Identification

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.04.009

臂形草（Brachiaria Griseb.），為禾本科C4型高光效的一年或多年生草本植物，是熱帶及亞熱帶地區(qū)種植的主要禾本科牧草，具有分蘗能力強(qiáng)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、適口性好、容易調(diào)制和保存、耐踐踏和再生能力強(qiáng)，以及耐放牧、耐火燒、抗性強(qiáng)等特點(diǎn)，適于建植高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、持久的放牧型人工草地。臂形草還能保持水土和防風(fēng)固沙，是世界熱帶、亞熱帶地區(qū)優(yōu)良的放牧兼水土保持型牧草。唐軍等[1-2]的研究指出，臂形草粗蛋白含量最高可達(dá)12.25%，年產(chǎn)草量可達(dá)41 120 kg/hm2，對(duì)于緩解過(guò)度放牧的壓力具有重要意義?？蜗榈萚3]的研究結(jié)果表明，臂形草混播在保持草場(chǎng)，提高牧草產(chǎn)量，抑制其他草種入侵方面也具有重要作用。

當(dāng)前，伴隨全球變暖，全球干旱也日益嚴(yán)重，人類(lèi)所面臨的糧食危機(jī)也日益嚴(yán)峻。在我國(guó)，僅2000～2003年4年干旱平均成災(zāi)面積達(dá)1 960萬(wàn)hm2，形勢(shì)十分嚴(yán)峻[4]。干旱已成為影響世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害[5]，因此，加快選育具有高抗旱能力的作物品種，不僅能夠有效防止惡劣氣候?qū)ψ魑锏膫?，還能最大限度防止作物減產(chǎn)，對(duì)于維持糧食安全具有重要意義。

目前，對(duì)臂形草抗性研究主要集中在耐鹽性[6-7]及抗病性[8]等方面。關(guān)于抗旱性研究還未見(jiàn)報(bào)道，而臂形草作為重要的熱帶亞熱帶牧草，具有較強(qiáng)的抗旱能力，研究其抗旱性生理及抗旱機(jī)理，可為選育優(yōu)良牧草品種等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

所有種質(zhì)材料來(lái)自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所牧草中心（TPRC）種質(zhì)圃，有國(guó)外引進(jìn)種質(zhì)及TPRC育成品種，共20份種質(zhì)（表1）。

1.2 方法

1.2.2 測(cè)定方法 相對(duì)含水量（RWC）的測(cè)定采用飽和稱(chēng)重法[9]；相對(duì)電導(dǎo)率（REC）的測(cè)定采用電導(dǎo)儀法[9]；游離脯氨酸（Pro）含量的測(cè)定采用酸性茚三酮法[9]；丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[9]；葉綠素含量（Chl）的測(cè)定采用丙酮提取法[9]；土壤含水率測(cè)定方法采用TR-TRHDP-1型溫濕度傳感器，直接測(cè)定不同階段土壤中的水分含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖由SAS 9.0和Excel軟件系統(tǒng)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同臂形草屬種質(zhì)的抗旱性評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)20份臂形草屬種質(zhì)材料干旱脅迫15 d時(shí)苗期葉片RWC、REC、MDA、Pro、葉綠素SPAD值等各項(xiàng)生理和生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定分析，從表2可見(jiàn)，20份臂形草屬種質(zhì)材料抗旱性存在差異。在干旱脅迫15 d時(shí)，20份臂形草屬種質(zhì)間的相對(duì)含水量存在極顯著差異，其中CIAT16835珊狀臂形草、CIAT26556珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、網(wǎng)脈臂形草、熱研6號(hào)珊狀臂形草的相對(duì)含水量極顯著高于其他15份種質(zhì)，相對(duì)含水量最高的是CIAT16835珊狀臂形草，達(dá)78.26%，最低的是Abundance珊狀臂形草，僅22.79%；CIAT6095剛果臂形草的相對(duì)電導(dǎo)率極顯著高于其他19份種質(zhì)，為77.60%；CIAT26556珊狀臂形草、網(wǎng)脈臂形草的丙二醛含量極顯著高于Molato雜交臂形草、Abundance珊狀臂形草、巴拉草、Humidicola濕生臂形草、Thailand剛果臂形草、CIAT1633濕生臂形草；CIAT26556珊狀臂形草、熱研6號(hào)珊狀臂形草、網(wǎng)脈臂形草、CIAT16835珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草的脯氨酸含量極顯著高于其他15份種質(zhì)；CIAT16835珊狀臂形草的SPAD值極顯著高于其他19份種質(zhì)。

通過(guò)上述指標(biāo)進(jìn)行類(lèi)平均法聚類(lèi)分析，R2統(tǒng)計(jì)量（RSQ）=0.571時(shí)，可將20份臂形草種質(zhì)材料的抗旱性劃分為2個(gè)抗旱級(jí)別，即強(qiáng)抗旱（higher drought resistance，簡(jiǎn)稱(chēng)HDR）種質(zhì)包括CIAT26556珊狀臂形草、網(wǎng)脈臂形草、熱研6號(hào)珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草；弱抗旱（weaker drought resistance，簡(jiǎn)稱(chēng)WDR）種質(zhì)包括Basilisk俯仰臂形草、熱研3號(hào)俯仰臂形草、Signal俯仰臂形草、CIAT6780珊狀臂形草、CIAT16318珊狀臂形草、FSP1珊狀臂形草、Humidicola濕生臂形草、Mekong珊狀臂形草、Molato2雜交臂形草、Molato雜交臂形草、Thailand剛果臂形草、巴拉草、CIAT360601泰國(guó)雜交旗草、Abundance珊狀臂形草、CIAT1633濕生臂形草（圖1）。

2.2 不同抗旱級(jí)別臂形草屬種質(zhì)生理指標(biāo)變化分析

2.2.1 相對(duì)電導(dǎo)率（REC）的變化 從圖2可見(jiàn)，在干旱脅迫0～15 d時(shí)，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，臂形草屬種質(zhì)的REC均呈增加趨勢(shì)。其中，在干旱脅迫0～10 d時(shí)，2個(gè)抗旱級(jí)別種質(zhì)的REC增加幅度均不大，呈緩慢增加趨勢(shì)；在干旱脅迫10～15 d時(shí)，強(qiáng)抗旱種質(zhì)的REC由17.97%猛增到51.97%，增加較快，而弱抗旱種質(zhì)的REC依然呈緩慢增加趨勢(shì)，變化幅度不大。復(fù)水后2個(gè)抗旱級(jí)別種質(zhì)的REC均下降，恢復(fù)到8.43%、13.99%，相當(dāng)于干旱脅迫0 d時(shí)的水平（差異不顯著）。

2.2.2 游離脯氨酸（Pro）含量的變化 干旱脅迫第0～5天時(shí)，強(qiáng)抗旱和弱抗旱臂形草屬種質(zhì)葉片的Pro含量雖有增加但增加幅度小，且差異不顯著（p>0.05），強(qiáng)抗旱種質(zhì)由0 d時(shí)的15.56 μg/g增加到5 d時(shí)的25.91 μg/g；弱抗旱種質(zhì)由0 d時(shí)的13.07 μg/g增加到5 d時(shí)的24.94 μg/g（圖3）。但脅迫第5～15天時(shí)，Pro含量顯著增加，且差異極顯著，強(qiáng)抗旱種質(zhì)葉片Pro含量第10天時(shí)達(dá)758.74 μg/g，第15天時(shí)達(dá)到峰值2 177.21 μg/g；弱抗旱種質(zhì)葉片Pro含量第10天時(shí)達(dá)485.81 μg/g，第15天時(shí)達(dá)到峰值1 004.07 μg/g。兩者的Pro含量在復(fù)水后皆基本恢復(fù)到第5天時(shí)的水平（圖3）。

2.2.3 丙二醛（MDA）含量的變化 從圖4可見(jiàn)，MDA含量隨干旱脅迫進(jìn)程的延長(zhǎng)而呈上升趨勢(shì)。其中強(qiáng)抗旱種質(zhì)的MDA含量在連續(xù)干旱5 d時(shí)雖有不同程度的增加，但增幅不明顯；但在脅迫5～15 d時(shí)，MDA含量增加明顯，在第10、15天時(shí)，MDA含量由脅迫前的12.90 μmol/g分別增至19.71、32.24 μmol/g，增加了52.79%和63.58%。而弱抗旱種質(zhì)的MDA含量在連續(xù)干旱10 d時(shí)的增幅均不明顯；但在脅迫10 d后時(shí)， MDA含量增速加快，在第15天時(shí)，由脅迫前的18.75 μmol/g增至56.87 μmol/g，增加了203.31%。復(fù)水后2個(gè)抗旱級(jí)別種質(zhì)葉片的MDA含量均基本于恢復(fù)到0 d時(shí)的水平，沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。

2.2.4 葉綠素SPAD值的變化 從圖5可見(jiàn)，在連續(xù)干旱脅迫的15 d時(shí)間里，2個(gè)抗旱級(jí)別種質(zhì)葉片的葉綠素SPAD值均呈下降趨勢(shì)。在持續(xù)脅迫到第10天時(shí)，強(qiáng)抗旱和弱抗旱種質(zhì)的葉綠素SPAD值比0 d時(shí)分別下降了100.76%、90.67%，脅迫到第15天時(shí)分別下降了153.35%、151.95%。復(fù)水5 d后干旱脅迫解除，2個(gè)抗旱級(jí)別種質(zhì)的葉綠素SPAD值均得以恢復(fù)，葉綠素SPAD值在40左右。

2.2.5 葉片相對(duì)含水量（RWC）的變化 從圖6可見(jiàn)，RWC隨干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降。干旱脅迫0～10 d時(shí)，2個(gè)抗旱級(jí)別的RWC隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，但同一脅迫時(shí)間內(nèi)的RWC間差異不顯著（p>0.05）。當(dāng)干旱脅迫持續(xù)到第15天時(shí)，強(qiáng)抗旱種質(zhì)與弱抗旱種質(zhì)的RWC存在顯著差異（p<0.05），強(qiáng)抗旱種質(zhì)的RWC由脅迫10 d時(shí)的76.97%下降到70.84%，而弱抗旱種質(zhì)的RWC由68.21%下降到30.45%，說(shuō)明強(qiáng)抗旱種質(zhì)RWC的下降速度較弱抗旱種質(zhì)的相對(duì)要緩慢，更能忍耐干旱的脅迫。

2.2.6 干旱脅迫過(guò)程中土壤含水量的變化 隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，臂形草不斷吸收盆內(nèi)的水分，導(dǎo)致土壤含水量不斷下降（圖7），且同一時(shí)期各品種間土壤含水量的變化不顯著（p>0.5）。在0～15 d內(nèi)，均有不同程度的降低，降低幅度最大的為第5～10天，在第5天時(shí)，土壤中的平均含水量為11.3%，而到第10天時(shí)，土壤中的含水量降低至3.3%，比第5天時(shí)降低了70.8%，差異顯著（p<0.5），至第15天時(shí)水分含量降低到了1.6%。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

目前，在牧草中較普遍的育種方式還是常規(guī)育種，即收集資源后發(fā)掘有某種特性的優(yōu)良材料進(jìn)而選育出新的品系或品種。臂形草種質(zhì)主要以國(guó)外引進(jìn)為主，共20份，希望從中篩選出抗旱性強(qiáng)的材料，由于抗旱性受影響的因素有很多，因此在進(jìn)行抗旱性鑒定時(shí)，不僅要從植株的外觀形態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，也要通過(guò)生理、生化等多個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，這樣才會(huì)使鑒定結(jié)果更加全面、準(zhǔn)確。

眾多學(xué)者認(rèn)為丙二醛含量和電導(dǎo)率可以作為作物抗旱性評(píng)價(jià)的重要生理指標(biāo)[10-13]。本試驗(yàn)對(duì)干旱脅迫下的臂形草種質(zhì)的丙二醛和電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，臂形草的丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率均呈增加趨勢(shì)，這與楊順強(qiáng)等[14]與梁國(guó)玲等[15]的研究結(jié)果一致。趙洪兵等[16]在玉米抗旱性方面的研究結(jié)果表明，在干旱脅迫條件下，脯氨酸的含量都會(huì)發(fā)生積累，且脯氨酸的積累程度與品種的抗旱能力的強(qiáng)弱成正相關(guān)。本試驗(yàn)中，強(qiáng)抗旱與弱抗旱種質(zhì)相比，在0～15 d內(nèi)，強(qiáng)抗旱種質(zhì)的脯氨酸含量均高于同一時(shí)期的弱抗旱種質(zhì)，說(shuō)明在一定程度上，強(qiáng)抗旱種質(zhì)臂形草累積的脯氨酸含量多，因此抗旱能力強(qiáng)。這與李波等[17]在苜蓿上的研究結(jié)果是一致的。

水分脅迫使植株體內(nèi)水分虧缺達(dá)一定程度時(shí)，會(huì)造成葉綠體的變形和片層結(jié)構(gòu)的破環(huán)，葉綠素含量也會(huì)發(fā)生變化。由于牧草對(duì)水分的敏感度很高，所以受干旱影響小的品系可以保持較高的葉綠素含量，從而保證光合速率和光合產(chǎn)物的積累，最終保證產(chǎn)量。因此，葉綠素含量與牧草的抗旱性也有直接關(guān)系，且呈正相關(guān)[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫下，強(qiáng)抗旱種質(zhì)臂形草的葉綠素含量較高，反之亦然。

何瑋等[19]對(duì)紅三葉進(jìn)行抗旱性鑒定發(fā)現(xiàn)，紅三葉各材料葉片的相對(duì)含水量下降、細(xì)胞膜透性增大、MDA含量上升、脯氨酸含量增加而SOD活性下降，在本試驗(yàn)中，各臂形草葉片的相對(duì)含水量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)不斷下降，表明隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片失水速度快，保水能力較差，抗旱性相對(duì)較差。這與孟林等[20]對(duì)苜蓿的研究結(jié)果一致。

3.2 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)20份臂形草種質(zhì)進(jìn)行干旱脅迫測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，20份臂形草屬種質(zhì)的RWC、REC、MDA、Pro、葉綠素SPAD值均產(chǎn)生不同程度的變化，且種質(zhì)間差異極顯著。通過(guò)上述指標(biāo)進(jìn)行類(lèi)平均法聚類(lèi)分析，R2=0.571時(shí)，可將20份臂形草種質(zhì)材料的抗旱性劃分為強(qiáng)抗旱種質(zhì)和弱抗旱種質(zhì)2個(gè)抗旱級(jí)別。其中，強(qiáng)抗旱種質(zhì)包括：CIAT26556珊狀臂形草、網(wǎng)脈臂形草、熱研6號(hào)珊狀臂形草、CIAT6095剛果臂形草、CIAT16835珊狀臂形草。強(qiáng)抗旱和弱抗旱臂形草種質(zhì)的細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛及脯氨酸含量隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但增加的程度不同，但三者與干旱脅迫時(shí)間均呈正相關(guān)；葉綠素SPAD值及葉片相對(duì)含水量則隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低，二者與干旱脅迫時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。

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