苜蓿新品種（系）的抗旱性綜合評(píng)價(jià)

2014-07-18 16:01:30田福平路遠(yuǎn)張小甫時(shí)永杰李錦華陳

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年1期

田福平　路遠(yuǎn)　張小甫　時(shí)永杰　李錦華　陳子萱　胡宇　李潤(rùn)林

摘要：為了綜合評(píng)價(jià)苜蓿新品種（系）的抗旱性，對(duì)不同苜蓿品種（系）的蓿產(chǎn)量、電導(dǎo)率、葉綠素含量、CAT活性、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、脯氨酸含量等指標(biāo)進(jìn)行研究，通過聚類分析方法對(duì)不同苜蓿品種（系）的抗旱性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，抗旱性從強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋弘s選1號(hào)苜蓿>巨人苜蓿>隴中苜蓿>中蘭1號(hào)苜蓿>CK×杜苜蓿>CK×圖苜蓿>CK×埃苜蓿。

關(guān)鍵詞：苜蓿；新品種（系）；抗旱性；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： S541+.101文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）01-0160-04

收稿日期：2013-04-16

基金項(xiàng)目：中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（編號(hào)：1610322013010、1610322014009）；全球變化研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃（973）（編號(hào)：2010CB951502）；國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201203006）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2012BAD13B07）。

作者簡(jiǎn)介：田福平（1976—），男，甘肅武山人，副研究員，研究方向?yàn)椴莘N質(zhì)資源與育種。Tel：（0931）2115267；E-mail：tianfp@163.com。

通信作者：路遠(yuǎn)，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)。E-mail：luyuanjb@163.com。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是我國(guó)種植面積最大的人工牧草[1]，保留和播種面積在130萬～260萬hm2[2]。甘肅省的苜蓿種植面積約占全國(guó)種植面積的1/3，居全國(guó)第一[3]。但干旱一直制約著甘肅苜蓿產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在甘肅干旱半干旱地區(qū)，苜蓿生長(zhǎng)所需的水分主要來自于自然降水，受干旱脅迫的影響很大，給苜蓿產(chǎn)業(yè)化和經(jīng)營(yíng)者帶來巨大損失。隨著近年來干旱現(xiàn)象的加劇，抗旱豐產(chǎn)苜蓿品種的選育已是甘肅苜蓿產(chǎn)業(yè)所面臨的首要問題，選育抗旱豐產(chǎn)苜蓿品種已經(jīng)成為十分緊迫的任務(wù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所多年來一直致力于旱作豐產(chǎn)苜蓿新品種的選育研究，選育出適合干旱、半干旱地區(qū)種植的優(yōu)良苜蓿新品種，對(duì)提高我國(guó)黃土高原干旱、半干旱區(qū)苜蓿產(chǎn)量和生態(tài)環(huán)境的改善均有重要意義。

本研究主要是利用天然形成的干旱條件測(cè)定苜蓿的干草產(chǎn)量及生理生化抗旱指標(biāo)，從試驗(yàn)材料出苗后，就停止灌溉，在自然干旱脅迫狀態(tài)下測(cè)定連續(xù)三年的干草產(chǎn)量及大田苜蓿在開花期受干旱脅迫呈萎蔫狀態(tài)的電導(dǎo)率、葉綠素含量、丙二醛（MDA）含量、過氧化氫酶（CAT）活性、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量等。對(duì)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)先分別進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，進(jìn)而通過聚類分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而對(duì)參試苜蓿品種（系）的抗旱性做出客觀的評(píng)價(jià)，為抗旱育種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于農(nóng)業(yè)部蘭州黃土高原生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站（103°45′E，36°01′N），海拔1 750 m，年均降水量324.5 mm，年均溫9.3 ℃，極端最高溫39.1 ℃，極端最低溫-23.1 ℃，蒸發(fā)量1 450.0 mm，日照時(shí)數(shù)2 751.4 h。屬于我國(guó)黃土高原半干旱區(qū)，土壤為黃綿土，黃土層較薄，土壤pH值7.5，含有效氮95.05 mg/kg、有效鉀182.8 mg/kg、有效磷7.32 mg/kg、有機(jī)質(zhì)0.84%。

1.2供試材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參試苜蓿材料見表1。小區(qū)面積15 m2（5 m×3 m），隨機(jī)區(qū)組排列，4次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)。小區(qū)間隔50 cm作為保護(hù)行，種植隴東苜蓿，行距50 cm。于2007年8月18日條播，每個(gè)小區(qū)的種子播量為22.0 g，播深2 cm。各個(gè)處理的栽培措施相同，苗期中耕除草，不灌溉，自然生長(zhǎng)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

產(chǎn)量測(cè)定：分別測(cè)定2010年、2011年、2012年全年苜蓿干草產(chǎn)量，每個(gè)小區(qū)均為初花期刈割1 m2，留茬1～3 cm。刈割的鮮草風(fēng)干至恒質(zhì)量后測(cè)干草產(chǎn)量。

生理生化指標(biāo)測(cè)定：細(xì)胞膜透性、過氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量用鄒琦的方法[4]測(cè)定，葉綠素含量和脯氨酸含量用馬宗仁的方法[5]測(cè)定。于2012年6月苜蓿初花期，干旱脅迫嚴(yán)重情況下苜蓿植株明顯發(fā)生萎蔫時(shí)采集同一部位同一方向的苜蓿葉片進(jìn)行測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)量

根據(jù)產(chǎn)量表現(xiàn)來判定苜蓿品種（系）的抗旱性是傳統(tǒng)抗旱育種的經(jīng)典方法，所得結(jié)果在生產(chǎn)實(shí)踐中可靠。由表2可知，在旱作條件下，雜選1號(hào)苜蓿新品系從2010年—2012年的3年的干草平均產(chǎn)量為12 028.60 kg/hm2，高于其他參試品種（系），從3年的試驗(yàn)結(jié)果可知，依據(jù)產(chǎn)量指標(biāo)確定的抗旱性大小依次為：雜選1號(hào)>隴中（CK3）>巨人（CK2）>CK×埃>CK×杜>中蘭1號(hào)（CK1）>CK×圖。表1供試苜蓿品種（系）概況

序號(hào)1品種（系）1來源1原產(chǎn)地1發(fā)芽率（%）1備注11雜選1號(hào)1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所1甘肅1921選育的耐旱豐產(chǎn)苜蓿新品系21CK×杜1吉林畜牧所1法國(guó)1921經(jīng)杜普梯苜蓿選育31CK×埃1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧研究所1埃及1871經(jīng)埃及苜蓿選育41CK×圖1內(nèi)蒙圖牧吉草地所1內(nèi)蒙1891經(jīng)圖牧2號(hào)苜蓿選育51中蘭1號(hào)（CK1）1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所1甘肅1951甘肅主要栽培種61巨人（CK2）1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)1美國(guó)1961主要栽培的引進(jìn)品種71隴中（CK3）1天水市畜牧站1甘肅1781甘肅主要栽培種

3討論

抗旱選育的目的是培育干旱條件下能夠高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的品種，抗旱機(jī)制的研究是生命科學(xué)領(lǐng)域富有挑戰(zhàn)性的重大課題之一[9]。牧草抗旱性的研究首先有賴于對(duì)牧草抗旱性科學(xué)而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，即鑒定其抗旱能力的大小[10]。因此，培育抗旱性強(qiáng)的苜蓿品種，目的就在于使其在干旱的環(huán)境條件下也能表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量，以此來評(píng)價(jià)品種的抗旱性。產(chǎn)量指標(biāo)和形態(tài)學(xué)指標(biāo)為田間鑒定中常用的抗旱指標(biāo)，而任何植物適應(yīng)逆境都是以降低產(chǎn)量為代價(jià)的，苜蓿的抗旱性最終要體現(xiàn)在產(chǎn)量上[11]。該研究不僅考慮了苜?？购敌栽u(píng)價(jià)中具有代表性的生理生化指標(biāo)，而且對(duì)干旱條件下苜蓿3年的干草產(chǎn)量用作抗旱性鑒定的一項(xiàng)重要指標(biāo)，避免了用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)苜?？购敌缘钠嫘裕瑸榻窈筌俎Ｐ缕贩N的培育提供科學(xué)的理論依據(jù)。

膜透性是公認(rèn)的可以用于苜?？购敌栽u(píng)價(jià)的生理指標(biāo)[12]。苜蓿在水分脅迫下必然造成膜傷害，細(xì)胞內(nèi)含物失去控制，質(zhì)膜透性增加，這時(shí)測(cè)定電導(dǎo)率值即可反映質(zhì)膜傷害程度，從而鑒定出抗旱能力。在干旱條件下，抗旱性越強(qiáng)的植物品種，其細(xì)胞膜的傷害程度越輕，滲透量也越小，故其浸出液的電導(dǎo)率也越小。葉綠素含量已在農(nóng)作物抗旱鑒定中作為抗旱生理指標(biāo)廣泛應(yīng)用[13-14]，葉綠素含量愈高，品種抗旱性愈強(qiáng)[15]。在干旱逆境條件下植株體內(nèi)CAT酶、SOD酶、POD酶活性均增高。抗旱性強(qiáng)的苜蓿品種這些酶的活性更高，抵抗干旱的能力更強(qiáng)[16-17]?？扇苄缘鞍着c調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，抵抗逆境帶來的脅迫[18]，干旱脅迫下，抗旱品種可溶性蛋白下降的幅度低于不抗旱的品種。丙二醛（MDA）是反映質(zhì)膜破壞程度以及細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[19]，作為細(xì)胞質(zhì)膜過氧化的主要產(chǎn)物，其含量的多少能直接反映細(xì)胞質(zhì)膜過氧化水平，在干旱條件下抗旱性強(qiáng)的品種，丙二醛含量低于抗旱性弱的品種?？扇苄蕴呛康脑黾幽芴岣咦魑飳?duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)性[20]，可溶性糖作為主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與苜?？购敌悦芮邢嚓P(guān)，在干旱脅迫時(shí)，抗旱苜蓿品種比不抗旱苜蓿品種積累更多的可溶性糖，這使得抗旱品種比不抗旱品種的滲透調(diào)節(jié)能力大，從而避免或減輕干旱的傷害。脯氨酸積累是植物的一種保護(hù)性措施，脯氨酸數(shù)量的多少可作為作物品種抗旱性的衡量指標(biāo)，在干旱脅迫下，抗旱品種比不抗旱品種含有更多的脯氨酸[5]。借助生理生化指標(biāo)來鑒定苜?？购的芰Φ拇笮∫咽悄壳败俎？购敌跃C合評(píng)價(jià)常用的方法[21]。苜?？购敌缘倪x育首先有賴于對(duì)苜?？购敌钥茖W(xué)而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，即評(píng)價(jià)其抗旱能力的大小。苜蓿干草產(chǎn)量、電導(dǎo)率、葉綠素含量、CAT活性、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、脯氨酸含量等常被作為苜?？购敌栽u(píng)價(jià)的重要指標(biāo)而廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)量指標(biāo)雖然是評(píng)價(jià)苜?？购敌缘囊粋€(gè)相對(duì)的綜合指標(biāo)，但不能以一代全，因?yàn)楦珊祵?duì)苜蓿的影響廣泛而深刻，它影響著苜蓿的各種生理生化過程。品種間在抗旱性方面所表現(xiàn)的差異，都有其相應(yīng)的生理生化基礎(chǔ)。許多研究結(jié)果表明，葉片電導(dǎo)率、葉綠素含量、CAT活性、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、脯氨酸含量等生理生化指標(biāo)均可作為苜蓿抗旱鑒定的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各種生理生化指標(biāo)的正確與否最終仍需以苜蓿產(chǎn)量結(jié)果做出判別?？购敌缘木C合評(píng)價(jià)不僅需要選擇適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且要有合適的評(píng)價(jià)方法，苜?？购敌缘木C合評(píng)價(jià)方法很多，對(duì)不同苜?？购抵笜?biāo)進(jìn)行聚類分析的方法是苜蓿抗旱性評(píng)價(jià)中較為普遍的評(píng)價(jià)方法[21-23]。因而，將生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量指標(biāo)相結(jié)合進(jìn)抗旱性綜合評(píng)定，才能提高抗旱性鑒定的可靠性，而使評(píng)定出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果較為接近，為抗旱育種提供有效的依據(jù)。

本研究結(jié)果表明，雜選1號(hào)苜蓿新品具有最高的干草產(chǎn)量，較低的電解質(zhì)滲出率，中等的葉綠素含量，較高的過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性，最高的超氧化物歧化酶（SOD）活性，中等的可溶性蛋白含量，最少的丙二醛（MDA）含量，最高的可溶性糖和脯氨酸含量。

本研究各品種（系）的綜合評(píng)價(jià)的抗旱性結(jié)果為，雜選1號(hào)苜蓿的抗旱性最強(qiáng)，巨人（CK2）的抗旱性較強(qiáng)，隴中（CK3）的抗旱性中等，中蘭1號(hào)（CK1）、CK×埃、CK×圖及CK×杜的抗旱性弱。

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膜透性是公認(rèn)的可以用于苜?？购敌栽u(píng)價(jià)的生理指標(biāo)[12]。苜蓿在水分脅迫下必然造成膜傷害，細(xì)胞內(nèi)含物失去控制，質(zhì)膜透性增加，這時(shí)測(cè)定電導(dǎo)率值即可反映質(zhì)膜傷害程度，從而鑒定出抗旱能力。在干旱條件下，抗旱性越強(qiáng)的植物品種，其細(xì)胞膜的傷害程度越輕，滲透量也越小，故其浸出液的電導(dǎo)率也越小。葉綠素含量已在農(nóng)作物抗旱鑒定中作為抗旱生理指標(biāo)廣泛應(yīng)用[13-14]，葉綠素含量愈高，品種抗旱性愈強(qiáng)[15]。在干旱逆境條件下植株體內(nèi)CAT酶、SOD酶、POD酶活性均增高?？购敌詮?qiáng)的苜蓿品種這些酶的活性更高，抵抗干旱的能力更強(qiáng)[16-17]?？扇苄缘鞍着c調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，抵抗逆境帶來的脅迫[18]，干旱脅迫下，抗旱品種可溶性蛋白下降的幅度低于不抗旱的品種。丙二醛（MDA）是反映質(zhì)膜破壞程度以及細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[19]，作為細(xì)胞質(zhì)膜過氧化的主要產(chǎn)物，其含量的多少能直接反映細(xì)胞質(zhì)膜過氧化水平，在干旱條件下抗旱性強(qiáng)的品種，丙二醛含量低于抗旱性弱的品種。可溶性糖含量的增加能提高作物對(duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)性[20]，可溶性糖作為主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與苜?？购敌悦芮邢嚓P(guān)，在干旱脅迫時(shí)，抗旱苜蓿品種比不抗旱苜蓿品種積累更多的可溶性糖，這使得抗旱品種比不抗旱品種的滲透調(diào)節(jié)能力大，從而避免或減輕干旱的傷害。脯氨酸積累是植物的一種保護(hù)性措施，脯氨酸數(shù)量的多少可作為作物品種抗旱性的衡量指標(biāo)，在干旱脅迫下，抗旱品種比不抗旱品種含有更多的脯氨酸[5]。借助生理生化指標(biāo)來鑒定苜?？购的芰Φ拇笮∫咽悄壳败俎？购敌跃C合評(píng)價(jià)常用的方法[21]。苜蓿抗旱性的選育首先有賴于對(duì)苜?？购敌钥茖W(xué)而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，即評(píng)價(jià)其抗旱能力的大小。苜蓿干草產(chǎn)量、電導(dǎo)率、葉綠素含量、CAT活性、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、脯氨酸含量等常被作為苜?？购敌栽u(píng)價(jià)的重要指標(biāo)而廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)量指標(biāo)雖然是評(píng)價(jià)苜蓿抗旱性的一個(gè)相對(duì)的綜合指標(biāo)，但不能以一代全，因?yàn)楦珊祵?duì)苜蓿的影響廣泛而深刻，它影響著苜蓿的各種生理生化過程。品種間在抗旱性方面所表現(xiàn)的差異，都有其相應(yīng)的生理生化基礎(chǔ)。許多研究結(jié)果表明，葉片電導(dǎo)率、葉綠素含量、CAT活性、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、脯氨酸含量等生理生化指標(biāo)均可作為苜?？购佃b定的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各種生理生化指標(biāo)的正確與否最終仍需以苜蓿產(chǎn)量結(jié)果做出判別?？购敌缘木C合評(píng)價(jià)不僅需要選擇適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且要有合適的評(píng)價(jià)方法，苜?？购敌缘木C合評(píng)價(jià)方法很多，對(duì)不同苜蓿抗旱指標(biāo)進(jìn)行聚類分析的方法是苜?？购敌栽u(píng)價(jià)中較為普遍的評(píng)價(jià)方法[21-23]。因而，將生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量指標(biāo)相結(jié)合進(jìn)抗旱性綜合評(píng)定，才能提高抗旱性鑒定的可靠性，而使評(píng)定出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果較為接近，為抗旱育種提供有效的依據(jù)。