我國高羊茅抗旱耐熱鑒定研究進(jìn)展

楊春燕等

摘要：本文從生物學(xué)鑒定、生理生化鑒定、光合性能鑒定、分子輔助鑒定等4個方面對我國高羊茅抗旱耐熱性能鑒定進(jìn)行綜述，旨在為高羊茅抗性鑒定提供參考。

關(guān)鍵詞：高羊茅；抗旱耐熱；鑒定

中圖分類號： S688.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.19.038

高羊茅（Fescue arundinacea）是禾本科羊茅屬多年生草本植物，具有生長迅速、再生性強(qiáng)等特點(diǎn)，在我國種植范圍廣泛。然而，高羊茅屬于冷季型草，在夏季易遭受高溫干旱而造成產(chǎn)量減少、草地質(zhì)量降低。因此，對高羊茅抗旱耐熱性能進(jìn)行鑒定，對制定抗旱技術(shù)措施、選育抗旱品種等有重要意義。

1 生物學(xué)鑒定

高溫干旱脅迫對高羊茅的生長發(fā)育造成影響，植株通過形態(tài)特征的改變來適應(yīng)外界的脅迫，抗性不同的高羊茅在高溫干旱的環(huán)境中表現(xiàn)出不同的植株性狀[1]。在種子萌發(fā)期，高溫干旱脅迫會造成高羊茅胚根、胚芽長，發(fā)芽率降低，當(dāng)超過對脅迫耐受程度時，種子不能萌發(fā)[2]。而在苗期遭受脅迫后，高羊茅植株地上生物量、地下生物量和株高均有所減少，高羊茅抗旱性與生物量、株高呈正相關(guān)[1][3]。在生長期，通常采用株高（生長速率）、分蘗數(shù)、葉片枯死率、成活率、葉色、葉寬、根冠比等作為高羊茅抗旱耐熱的鑒定指標(biāo)。在高溫干旱的脅迫下，株高、葉色、葉寬、分蘗數(shù)均有所下降，而葉片枯死率、成活率、根冠比則呈上升趨勢，高溫干旱的環(huán)境對高羊茅的生長發(fā)育傷害明顯[4-6]。此外，張志飛等采用葉片表皮蠟質(zhì)含量作為高羊茅抗旱性的鑒定指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)，在干熱脅迫時，高羊茅葉片表皮蠟質(zhì)可通過對氣孔導(dǎo)度的調(diào)節(jié)來減少氣孔蒸騰，提高水分利用效率，最終提高其抗旱性；蠟質(zhì)含量越高的品種，其葉片氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度越低，水分利用效率越高[7]，將蠟質(zhì)相關(guān)基因?qū)敫哐蛎┲校玫娇购敌栽鰪?qiáng)的轉(zhuǎn)基因植株[8]。

采用形態(tài)鑒定易于識別，具有一定實(shí)用價值，但易受外界環(huán)境影響，需多年多點(diǎn)試驗(yàn)才能提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性和可靠性，因此，在實(shí)際操作中，常與其他鑒定指標(biāo)結(jié)合鑒定高羊茅的抗旱性。

2 生理生化鑒定

高溫干旱脅迫使高羊茅的生理代謝發(fā)生一系列的變化[9]，近年來，許多學(xué)者對高羊茅抗旱耐熱生理生化機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究，并提出相關(guān)的生理生化鑒定指標(biāo)。目前常用的生理生化鑒定指標(biāo)包括膜脂過氧化產(chǎn)物如丙二醛（MDA），滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP），抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物歧化酶（POD）、過氧化氫酶（CAT），衡量細(xì)胞膜透性的相對電導(dǎo)率（REC）以及葉綠素（Chl）、葉片相對含水量（RWC）等。此外，也有學(xué)者采用類胡蘿卜素（Car）[10]作為高羊茅抗旱耐熱性鑒定指標(biāo)。在對高羊茅進(jìn)行抗旱耐熱性鑒定時，多數(shù)學(xué)者采用盆栽的苗期高羊茅品種、輻射誘變材料、內(nèi)生真菌感染材料等作為鑒定材料，也有學(xué)者采用生長多年的高羊茅作為鑒定材料[11][12]。

隨著高溫干旱脅迫的加劇，高羊茅的丙二醛含量、脯氨酸含量、相對電導(dǎo)率呈上升趨勢，葉片相對含水量則呈下降趨勢[13-15]，而其他鑒定指標(biāo)不同學(xué)者的研究結(jié)果均有所差異。（1）葉綠素：周中亮[9]、金忠民[16]、張慶峰[17]的研究表明，在高溫干旱脅迫下，葉綠素的含量呈先升高后下降的趨勢，韓春梅[12]、回振龍[15]、徐勝[18]則研究發(fā)現(xiàn)葉綠素含量隨脅迫的加劇呈下降趨勢，而梁國玲[19]在對羊茅屬4種牧草苗期抗旱性鑒定時發(fā)現(xiàn)，高羊茅在連續(xù)干旱脅迫下，葉綠素呈上升趨勢。造成這種鑒定結(jié)果有所差異的原因可能是脅迫時間不一致或鑒定時間長短不一；（2）可溶性蛋白：隨著脅迫的加劇，可溶性蛋白總體呈下降趨勢，不過不同學(xué)者在總體下降趨勢中研究結(jié)果有所不一致。周中亮等[9]發(fā)現(xiàn)可溶性蛋白在高溫脅迫下呈先升高后下降趨勢，回振龍等[15]的研究表明可溶性蛋白在干旱脅迫下呈下降趨勢；（3）過氧化物歧化酶：與可溶性蛋白的鑒定結(jié)果相似，徐東生[11]、程玲[20]發(fā)現(xiàn)高羊茅的過氧化物歧化酶活性在高溫干旱脅迫下呈上升趨勢，而王彬[10]、回振龍[15]、金忠民[16]的研究表明隨著脅迫的加劇，高羊茅過氧化物歧化酶的活性呈先升高后降低的趨勢，造成這種鑒定結(jié)果不一致的原因可能是脅迫時間長短不一；（4）超氧化物歧化酶：多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果均表明隨著脅迫的加劇，高羊茅超氧化物歧化酶的活性呈下降或先升高后下降的趨勢[9][12] [15] [16] [18][21]，王彬等[10]則發(fā)現(xiàn)超氧化物歧化酶活性呈先降低后升高的趨勢；（5）過氧化氫酶：不同學(xué)者的研究結(jié)果完全相反，隨著高溫干旱的加劇，高羊茅過氧化氫酶活性呈上升[20]或下降[13][22]的趨勢，其中，采用PEG脅迫呈上升趨勢，而采用盆栽脅迫呈下降趨勢；（6）可溶性糖：多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果表明高羊茅可溶性糖含量隨脅迫的加劇呈上升趨勢，而部分學(xué)者對輻射誘變的高羊茅植株抗旱耐熱性研究則發(fā)現(xiàn)隨著脅迫的加劇，可溶性糖含量呈下降趨勢[9][23]。

采用生理生化鑒定可以在短時間內(nèi)批量鑒定，但這些指標(biāo)會因植物所處環(huán)境、生育時期及鑒定人員的不同而產(chǎn)生誤差。因此，在鑒定時常用多個生理生化指標(biāo)來對植物的抗性進(jìn)行綜合評價，綜合評價方法包括：隸屬函數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法、綜合聚類分析法等。

3 光合性能鑒定

高溫干旱導(dǎo)致高羊茅葉片氣孔關(guān)閉出現(xiàn)葉片卷曲現(xiàn)象，影響植株光合作用[24]，發(fā)現(xiàn)從而造成高羊茅生產(chǎn)性能的下降。對高羊茅的光合性能進(jìn)行鑒定，有助于了解高羊茅的抗旱耐熱性。

高溫脅迫使高羊茅的光合速率下降，光補(bǔ)償點(diǎn)、CO2補(bǔ)償點(diǎn)的上升，說明高溫降低了高羊茅對光強(qiáng)和CO2的利用效率[25]。

杜永吉等[24]感染內(nèi)生真菌的高羊茅抗高溫能力較強(qiáng)，其光合性能如凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、細(xì)胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度等均高于未感染內(nèi)生真菌的高羊茅（抗高溫能力較弱）。高溫脅迫降低了光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)量子效率、光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能效率、光化學(xué)猝滅和電子傳遞速率，對高溫相對不敏感的材料下降幅度較小；增加了非光化學(xué)猝滅，且對高溫相對不敏感的材料增加量較多[26]。

4 分子輔助鑒定

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，有些學(xué)者開始利用分子手段輔助鑒定高羊茅的抗旱耐熱性。陳群等[27]利用分子標(biāo)記輔助鑒定選擇耐熱性強(qiáng)的單株材料。主要運(yùn)用ISSR和RAPD分子標(biāo)記技術(shù)，采用BSA法，從800個RAPD和100個ISSR分子標(biāo)記中篩選與耐熱型相關(guān)分子標(biāo)記。李卉等構(gòu)建高溫脅迫下高羊茅消減文庫，并用斑點(diǎn)印跡技術(shù)從中篩選出差異表達(dá)基因，獲252個差異基因，為找出高羊茅耐熱相關(guān)基因奠定了基礎(chǔ)[28]。唐曉梅等對干旱脅迫下高羊茅基因組甲基化進(jìn)行分析，結(jié)果表明，脅迫誘導(dǎo)高羊茅總甲基化率下降1.05%，甲基化的變化可能參與高羊茅對環(huán)境的適宜性調(diào)節(jié)[29]。趙狀軍等[30]則從代謝途徑上研究高溫對高羊茅代謝的影響，研究結(jié)果顯示，在脅迫下，高羊茅體內(nèi)氨基酸如脯氨酸、纈氨酸、谷氨酸，糖類如蔗糖，糖醇如肌醇等在葉片中大量積累，有機(jī)酸和脂肪酸如檸檬酸、棕櫚酸在根系中大量積累，并且熱敏感型高羊茅變化更明顯。

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作者簡介：楊春燕，碩士，貴州省草業(yè)研究所，助理研究員，研究方向：禾草遺傳育種與推廣應(yīng)用。

通訊作者：鐘理，博士，貴州省草業(yè)研究所，副研究員，研究方向：作物遺傳育種。