三個抗寒紫花苜蓿品系的寒境生理適應(yīng)性研究

魏雙霞，師尚禮，康文娟,譚諶淼

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

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三個抗寒紫花苜蓿品系的寒境生理適應(yīng)性研究

魏雙霞，師尚禮，康文娟,譚諶淼

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

【目的】 以‘俄羅斯雜花苜?！鸹屎笞匣ㄜ俎！汀枌鹱匣ㄜ俎！癁閷φ詹牧?，以暖溫半干旱氣候區(qū)(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草試驗站)為對照區(qū)，對育成的3個抗寒紫花苜蓿品系‘GNKH-1’‘GNKH-2’‘GNKH-3’在高寒濕潤氣候區(qū)(甘南州夏河縣)進行抗寒生理適應(yīng)性研究.【方法】 采用同期采樣法，在2個氣候區(qū)的最后一茬即10月初采集長勢一致的6個參試苜蓿材料，測定葉部和根部的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛含量.【結(jié)果】 低溫脅迫下，高寒區(qū)供試苜蓿越冬率顯著低于對照區(qū)，其中，高寒區(qū)抗寒苜蓿品系越冬率顯著高于對照材料，‘GNKH-3’和‘GNKH-2’的越冬率最高，分別為76.66%、72.34%；苜蓿葉部和根部的脯氨酸含量和可溶性糖均上升，‘GNKH-3’脯氨酸增加的程度最大，分別增加了783.15、881.04 μg/g，‘GNKH-2’可溶性糖增加較大，分別增加了6.64%、13.99%；高寒區(qū)‘GNKH-2’根部可溶性蛋白質(zhì)含量最高，為2.84 mg/g；‘GNKH-1’‘GNKH-3’和‘阿爾岡金’葉部和根部MDA增加的幅度最小，且含量較低.【結(jié)論】 以抗寒生理指標為基礎(chǔ)采用隸屬函數(shù)法綜合分析供試苜蓿材料在高寒濕潤氣候區(qū)的生理適應(yīng)性，其順序為：‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-2’>‘GNKH-3’>‘GNKH-1’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’.

苜蓿；新品系；越冬率；生理；抗寒性

苜蓿(MedicagosativaL.)是一種重要的豆科飼料作物，因其具有產(chǎn)草量高、富含蛋白質(zhì)、適口性好、適應(yīng)性強的特點而被譽為“牧草之王”，在世界范圍內(nèi)廣泛種植.苜蓿是我國目前栽培面積最大的牧草，已達到190萬hm2，居世界苜蓿栽培面積第6位[1-2].由于引種和管理利用方式不當引起的苜蓿越冬率低，甚至大面積死亡，造成了嚴重的經(jīng)濟損失.解決這一問題，需要了解紫花苜蓿對寒冷適應(yīng)的規(guī)律和特點[3-4].因此，深入研究苜蓿的抗寒性，對于克服該地區(qū)寒冷等自然條件對苜蓿栽培的制約，擴大其種植范圍，提高生產(chǎn)力，具有舉足輕重的意義.

截止目前，我國先后從全世界5大洲37個國家引進苜蓿品種410多個，多數(shù)為紫花苜蓿[5-7].國內(nèi)學(xué)者李興福等[8-13]對于抗寒苜蓿引種做了一些研究，探討了苜蓿在低溫脅迫下的生理變化，并篩選出了一些抗寒苜蓿材料，比如‘俄羅斯雜花’‘金皇后’和‘阿爾岡金’等，郝鳳等[14]于2010年成功克隆抗凍基因AFP和CBF2導(dǎo)入苜?；蚪M中，提高苜蓿抗寒性.本研究以3個抗寒苜蓿育成品系為供試材料，以抗寒性較強的‘俄羅斯雜花’‘金皇后’和‘阿爾岡金’為對照，以暖溫半干旱氣候區(qū)為參考區(qū)，從越冬率和生理角度探討高寒濕潤氣候區(qū)低溫脅迫對3個苜蓿育成品系的影響和抗寒性生理差異，為抗寒性苜蓿的選育提供理論依據(jù)和技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年4月～2014年5月在高寒濕潤氣候區(qū)的甘南州夏河縣牧草試驗站和對照區(qū)(暖溫半干旱氣候區(qū)的甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草試驗站)進行.夏河縣位于甘南藏族自治州西北部，地理坐標E 101°54′～103°25′，N 34°32′～35°34′，地處青藏高原東北邊緣，地勢由西北向東南傾斜，海拔3 000～3 800 m， 屬于寒涼濕潤性氣候，高原大陸性氣候比較明顯，地勢平坦，土壤類型為高寒草甸土，有明顯的腐殖質(zhì)積聚，腐殖質(zhì)層厚10 cm，呈灰棕至黑褐色粒狀-扁核狀結(jié)構(gòu)，土壤有機質(zhì)含量45.14 g/kg，pH 7.87，速效氮50.83 mg/kg，速效磷10.57 mg/kg，速效鉀230.0 mg/kg，吸附水3.08%，土壤肥力均勻.

對照區(qū)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草試驗站位于蘭州市西北部，地處黃土高原西端，E 105°41′，N 34°05′，海拔1 525 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，區(qū)內(nèi)地勢平坦，肥力均勻，土壤類型為黃綿土，黃土層較薄，土壤有機質(zhì)含量0.84%，pH 7.5，土壤含鹽量0.25%，有效氮95.05 mg/kg，有效磷7.32 mg/kg，有效鉀182.8 mg/kg，土壤肥力均勻.

1.2 試驗材料

供試材料為‘GNKH-1’(MedicagosativaL.kanghanNo.1)‘GNKH-2 ’(M.sativaL.kanghanNo.2)和‘GNKH-3’(M.sativaL.kanghanNo.3)為甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院育成品系，具有較強的抗寒能力和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)性能.對照材料為抗寒能力強的苜蓿品種‘俄羅斯雜花苜?！?M.sativaL.subsp,varia)(秋眠級：2)‘金皇后紫花苜蓿’(M.sativaL.GoldenEmpress)(秋眠級：2)和‘阿爾岡金紫花苜?！?M.sativacv.Algonguin)(秋眠級：3)均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室提供.

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積3 m×5 m，3次重復(fù)，人工開溝條播，播深2 cm，行距30 cm，播量1.7 g/m2.適時對試驗地進行鋤草及病蟲害防治等田間管理.采用同期采樣法，在2個氣候區(qū)的最后一茬即10月初采集長勢一致的6個參試苜蓿材料5株，3次重復(fù).沖洗干凈葉片和根部后，用濾紙吸干多余水分，封入密封袋并迅速放入液氮中速凍，貯存于-80 ℃超低溫冰箱，用于生理指標的測定；第二年返青期進行越冬率測定.

1.4 測定指標及方法

越冬率用返青株數(shù)與前一年樣段內(nèi)總株數(shù)相比所得；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定，可溶性糖含量采用蒽酮法測定，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[15].

1.5 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件和EXCEL進行數(shù)據(jù)處理及分析，應(yīng)用 Fuzzy數(shù)學(xué)中隸屬度函數(shù)法[16]對多個指標進行綜合評判.對與抗寒性呈正相關(guān)參數(shù)的越冬率、游離脯氨酸(Pro)、可溶性糖(WSS)、可溶性蛋白質(zhì)(SP)采用公式Fij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，對與抗寒性呈負相關(guān)參數(shù)的丙二醛(MDA)，采用公式Fij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin).式中，F(xiàn)ij為i品種的j性狀測定的具體隸屬值;Xij為i品種j性狀標準化值;Xjmin為i品種j性狀中標準后的最小值;Xjmax為i品種j性狀中標準化后的最大值；然后分別對兩個氣候區(qū)，每一材料所有性狀的具體隸屬值進行累加，求平均值得到該材料的隸屬度值.

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬率

由圖1可知，低溫脅迫均促使供試苜蓿材料的越冬率降低，高寒區(qū)顯著低于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)平均越冬率為60.32%，對照區(qū)平均越冬率97.57%.高寒區(qū)供試材料越冬率排序為：‘GNKH-3’>‘GNKH-2’>‘GNKH-1’>‘金皇后’>‘俄羅斯雜花’>‘阿爾岡金’，‘GNKH-3’‘GNKH-2’‘GNKH-1’越冬率高于對照苜蓿材料，分別為76.66%、72.34%、65.23%，分別是對照苜蓿材料‘俄羅斯雜花’的1.64、1.55、1.40倍，‘金皇后’的1.27、1.19、1.08倍，‘阿爾岡金’的1.90、1.79、1.62倍.

Ⅰ-GNKH-1，Ⅱ-GNKH-2，Ⅲ-GNKH-3，Ⅳ俄羅斯雜花苜蓿，Ⅴ-金皇后苜蓿，Ⅵ-阿爾岡金苜蓿，下同.圖1 越冬率Fig.1 Wintering rate

2.2 抗寒生理指標

2.2.1 脯氨酸 由圖2可知，除了GNKH-1，其他供試苜蓿材料的葉部游離脯氨酸含量均為高寒區(qū)顯著高于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均葉部脯氨酸含量為464.74 μg/g，對照區(qū)各材料平均葉部脯氨酸含量為1 007.02 μg/g.高寒區(qū)各材料葉部脯氨酸含量排序為：‘金皇后’>‘GNKH-3’>‘阿爾岡金’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-2’>‘GNKH-1’‘金皇后’葉部脯氨酸含量最高，為1 271.44 μg/g，GNKH-1最低為714.58 μg/g.

圖2 葉片脯氨酸含量Fig.2 Content of leaf proline

表明經(jīng)過低溫鍛煉，供試苜蓿材料葉部的游離脯氨酸含量均明顯上升，‘GNKH-3’積累幅度最大，為783.15 μg/g，‘GNKH-3’比對照品種‘金皇后’‘阿爾岡金’和‘俄羅斯雜花’分別相對增加了75.31、109.78、255.61 μg/g，說明‘GNKH-3’在低溫下葉部能夠積累較多的游離脯氨酸來提高其抗寒性.

由圖3可知，供試苜蓿材料根部游離脯氨酸含量均為高寒區(qū)高于對照區(qū)，且差異顯著(P<0.05)，高寒區(qū)材料平均根部脯氨酸含量為1 183.17 μg/g，對照區(qū)各材料平均根部脯氨酸含量為379.88 μg/g.高寒區(qū)各材料根部脯氨酸含量排序為：‘俄羅斯雜花’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’>‘GNKH-1’>‘GNKH-3’>‘GNKH-2’，‘俄羅斯雜花’根部脯氨酸含量最高，為1 355.38 μg/g，顯著高于抗寒苜蓿品系和‘阿爾岡金’，‘GNKH-2’根部脯氨酸含量最低為932.31 μg/g.

圖3 根部脯氨酸含量Fig.3 Content of roots proline

表明經(jīng)過低溫鍛煉，供試苜蓿材料根部的游離脯氨酸含量均明顯上升，‘GNKH-3’積累幅度最大，為881.04 μg/g，‘GNKH-1’次之，為859.78 μg/g，‘GNKH-3’比對照品種‘金皇后’‘阿爾岡金’‘俄羅斯雜花’分別相對增加了67.43、87.72、88.17 μg/g，說明‘GNKH-3’和‘GNKH-1’在低溫下根部也能夠積累較多的游離脯氨酸來提高抗寒性.

2.2.2 可溶性糖 由圖4可知，供試苜蓿材料葉部可溶性糖含量均為高寒區(qū)高于對照區(qū)，且差異顯著(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均葉部可溶性糖含量為11.63%，對照區(qū)各材料平均葉部可溶性糖含量為6.06%.高寒區(qū)各材料葉部可溶性糖含量排序為：‘GNKH-1’>‘阿爾岡金’>‘GNKH-2’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-3’>‘金皇后’，‘GNKH-1’葉部可溶性糖含量最高，為13.30%，‘金皇后’最低為9.36%.

由供試苜蓿材料在高寒區(qū)和對照區(qū)葉部可溶性糖含量的變化情況可以看出，高寒區(qū)‘阿爾岡金’葉部可溶性糖積累最大，‘GNKH-2’次之，分別較對照區(qū)增加了7.94%和6.64%，高寒區(qū)‘阿爾岡金’比‘GNKH-2’相對增加了1.30%，‘GNKH-2’比對照品種‘俄羅斯雜花’和‘金皇后’分別相對增加了0.99%和3.68%，表明低溫脅迫發(fā)生時，‘GNKH-2’和‘阿爾岡金’的葉片可溶性糖調(diào)節(jié)作用較強，有利于植株在低溫環(huán)境中維持正常的水分生理作用.

圖4 葉片可溶性糖含量Fig.4 Content of leaf soluble sugar

由圖5可知，除‘金皇后’紫花苜蓿外，其他供試苜蓿材料根部可溶性糖含量均為高寒區(qū)高于對照區(qū)，并且‘GNKH-1’和‘GNKH-2’根部可溶性糖含量高寒區(qū)顯著高于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均根部可溶性糖含量為23.90%，對照區(qū)各材料平均根部可溶性糖含量為20.50%.高寒區(qū)各材料根部可溶性糖含量排序為：‘GNKH-2’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-3’>‘GNKH-1’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’，‘GNKH-2’根部可溶性糖含量最高，為29.48%，顯著高于其他供試苜蓿材料，‘阿爾岡金’最低為20.02%.

圖5 根部可溶性糖含量Fig.5 Content of roots soluble sugar

由供試苜蓿材料在不同氣候條件下根部可溶性糖含量的變化情況可以看出，經(jīng)過低溫鍛煉，‘GNKH-2’積累幅度最大，‘GNKH-1’次之，‘GNKH-3’再次之，分別增加了13.99%、6.11%和3.10%；‘GNKH-2’比對照品種‘俄羅斯雜花’‘阿爾岡金’‘金皇后’分別相對增加了11.65%、 11.74%、 21.34%，表明低溫脅迫發(fā)生時，抗寒苜蓿品系的根部可溶性糖調(diào)節(jié)作用較強，有利于植株在低溫環(huán)境中維持正常的水分生理作用，其中‘GNKH-2’最強.

2.2.3 可溶性蛋白質(zhì) 低溫脅迫不利于可溶性蛋白質(zhì)的合成.由圖6可知，除‘俄羅斯雜花’外，其他供試苜蓿材料葉部可溶性蛋白質(zhì)含量高寒區(qū)顯著低于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均葉部可溶性蛋白質(zhì)含量為2.87 mg/g，對照區(qū)各材料平均葉部可溶性蛋白質(zhì)含量為3.03 mg/g.高寒區(qū)各材料葉部可溶性蛋白質(zhì)含量排序為：‘金皇后’>‘阿爾岡金’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-3’>‘GNKH-1’>‘GNKH-2’，‘金皇后’葉部可溶性蛋白質(zhì)含量最高，為2.99 mg/g，顯著高于其他供試苜蓿材料，‘GNKH-2’葉部可溶性蛋白質(zhì)含量最低為2.79 mg/g.

由供試苜蓿材料在不同氣候條件下葉部可溶性蛋白質(zhì)含量的變化情況可以看出，經(jīng)過低溫鍛煉，‘GNKH-1’減少的幅度最大，‘GNKH-2’次之，‘GNKH-3’再次之，分別減少0.29、0.24和0.19 mg/g；‘俄羅斯雜花’減少幅度最小，‘金皇后’次之，分別減少了0.043和0.097 mg/g，‘俄羅斯雜花’比‘GNKH-3’‘GNKH-2’‘GNKH-1’相對增加了0.15、0.19、 0.25 mg/g.表明低溫脅迫發(fā)生時，‘俄羅斯雜花’和‘金皇后’的葉部可溶性蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)作用較強，有利于植株在低溫環(huán)境中維持正常的水分生理作用.

圖6 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量Fig.6 Content of leaf soluble protein

由圖7可知，供試苜蓿材料在高寒區(qū)和對照區(qū)根部可溶性蛋白質(zhì)含量變化沒有一定的規(guī)律，高寒區(qū)各材料平均根部可溶性蛋白質(zhì)含量為2.71 mg/g，對照區(qū)各材料平均根部可溶性蛋白質(zhì)含量為2.63 mg/g.高寒區(qū)各材料根部可溶性蛋白質(zhì)含量排序為：‘GNKH-2’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-3’>‘阿爾岡金’>‘GNKH-1’>‘金皇后’，‘GNKH-2’根部可溶性蛋白質(zhì)含量最高，為2.84 mg/g，‘金皇后’最低為2.60 mg/g.

由供試苜蓿材料在不同氣候條件下根部可溶性蛋白質(zhì)含量的變化情況可以看出，經(jīng)過低溫鍛煉，‘俄羅斯雜花’增加的幅度最大，‘阿爾岡金’次之，‘GNKH-3’再次之，分別增加了0.25、0.23、0.10 mg/g；‘金皇后’減少幅度最小，‘GNKH-1’次之，分別減少了0.032和0.085 mg/g，‘俄羅斯雜花’比‘GNKH-3’‘GNKH-2’‘GNKH-1’相對增加了0.15、0.24、 0.34 mg/g.表明低溫脅迫發(fā)生時，‘俄羅斯雜花’和‘GNKH-2’的根部可溶性蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)作用較強，有利于植株在低溫環(huán)境中維持正常的水分生理作用.

圖7 根部可溶性蛋白質(zhì)含量Fig.7 Content of roots soluble protein

2.2.4 丙二醛 由圖8可知，‘GNKH-3’和‘阿爾岡金’葉部丙二醛含量高寒區(qū)顯著低于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均葉部丙二醛含量為14.15 μmol/g，對照區(qū)各材料平均葉部丙二醛含量為15.52 μmol/g.高寒區(qū)各材料葉部丙二醛含量排序為：‘金皇后’>‘GNKH-1’>‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-2’>‘阿爾岡金’>‘GNKH-3’，‘金皇后’葉部丙二醛含量最高，為16.21 μmol/g，‘GNKH-3’最低為12.08 μmol/g.

圖8 葉片丙二醛含量Fig.8 Content of leaf MDA

由供試苜蓿材料在不同氣候條件下葉部丙二醛含量的變化情況可以看出，經(jīng)過低溫鍛煉，‘金皇后’和‘俄羅斯雜花’增加幅度較大，分別增加了2.88和0.80 μmol/g.抗寒苜蓿品系葉片丙二醛含量都降低；‘GNKH-3’和‘阿爾岡金’的變化幅度較小，分別減少了3.92和4.40 μmol/g，而且他們在低溫條件下的含量較低，說明其膜脂過氧化程度較低，抗寒性較強.

由圖9可知，‘GNKH-1’根部丙二醛含量高寒區(qū)顯著低于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)各材料平均根部丙二醛含量為16.06 μmol/g，對照區(qū)各材料平均根部丙二醛含量為15.13 μmol/g.高寒區(qū)各材料根部丙二醛含量排序為：‘GNKH-3’>‘GNKH-2’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’>‘GNKH-1’>‘俄羅斯雜花’，‘GNKH-3’根部丙二醛含量最高，為25.32 μmol/g，顯著高于其他供試苜蓿材料，‘俄羅斯雜花’最低為11.79 μmol/g.

由供試苜蓿材料在不同氣候條件下根部丙二醛含量的變化情況可以看出，經(jīng)過低溫鍛煉，‘GNKH-3’和‘俄羅斯雜花’增加幅度較大，分別增加了6.50、3.58 μmol/g；‘GNKH-1’和‘阿爾岡金’的呈下降，分別減少了7.93和1.36 μmol/g，而且他們在低溫條件下的含量較低，說明其膜脂過氧化程度較低，抗寒性較強.

圖9 根部丙二醛含量Fig.9 Content of roots MDA

2.3 高寒濕潤氣候區(qū)供試材料隸屬度分析

植物受到逆境脅迫后，受到多種因素的影響，生理變化是錯綜復(fù)雜的[17]，孤立的用某一個生理指標反映這個復(fù)雜的生理變化，很難較準確地反映植物的抗寒性本質(zhì)[18]，必須用多個指標進行隸屬度分析.這里采用隸屬函數(shù)法，項目包括越冬率；根部脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛.將供試材料各項生理指標的隸屬函數(shù)值加起來求其平均值得其隸屬度值.隸屬度值越大，抗寒性越強，反之則弱.

表1 在高寒濕潤氣候區(qū)供試苜蓿材料隸屬度值Tab.1 Membership value of different alfalfa varieties in cold moist climate region

表1為高寒濕潤氣候區(qū)供試苜蓿材料5項抗寒參數(shù)的隸屬度值，抗寒性強弱順序為：‘俄羅斯雜花’(0.713)>‘GNKH-2’(0.692)>‘GNKH-3’(0.532)>‘GNKH-1’(0.513)>‘金皇后’(0.410)>‘阿爾岡金’(0.398).

對照區(qū)供試苜蓿材料5項抗寒參數(shù)的隸屬度值分別為：‘金皇后’0.729、‘俄羅斯雜花’0.653、‘GNKH-3’0.434、‘GNKH-1’0.384、‘阿爾岡金’0.350、‘GNKH-2’0.286.

供試材料隸屬度值高寒區(qū)均高于對照區(qū)，高寒區(qū)‘俄羅斯雜花’和抗寒苜蓿品系隸屬度值均高于對照‘金皇后’和‘阿爾岡金’材料.

3 討論

本研究從越冬率和脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量和丙二醛含量4個生理指標分析了苜蓿的抗寒性.結(jié)果表明，供試苜蓿材料越冬率高寒區(qū)顯著低于對照區(qū)(P<0.05)，高寒區(qū)‘GNKH-3’和‘GNKH-2’的越冬率排在所有供試材料的前兩位，分別為76.66%、72.34%，顯著高于‘GNKH-1’和對照材料；對照材料‘金皇后’和‘阿爾岡金’在高寒區(qū)的越冬率分別為60.58%、40.39%，低于丁培俊等[19]2001年所測定的‘金皇后紫花苜蓿’和‘阿爾岡金紫花苜?！诟誓系脑蕉?74%、43%)，造成的原因可能與當年的降水、田間管理措施不同等因素有關(guān).越冬率是最重要的一個抗寒性指標，其大小可以反映品種的抗寒越冬能力大小.在低溫脅迫下，植株的越冬率越高，表明抗寒性越強，越能適應(yīng)高寒氣候，因此，可以看出‘GNKH-3’和‘GNKH-2’抗寒性好.

苜蓿各項生理指標在生長期的低溫反應(yīng)下可導(dǎo)致產(chǎn)量和體內(nèi)生理代謝發(fā)生變化.脯氨酸和可溶性糖作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，低溫脅迫下迅速增加，能降低滲透勢，維持膨壓，是植物適應(yīng)低溫脅迫的一種重要機制[20].在植株處于低溫脅迫狀態(tài)時，其體內(nèi)的游離脯氨酸具有一定的保護作用，它可以防止失水，增強蛋白質(zhì)的水合作用，保護生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，能維持細胞結(jié)構(gòu)、細胞運輸和調(diào)節(jié)滲透壓等，使植株表現(xiàn)出抗性.WSS是一種低溫保護物質(zhì)，可提高細胞液的濃度，增加細胞持水能力，從而降低細胞質(zhì)的冰點，還可緩解細胞質(zhì)過度脫水，保護細胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固，從而提高植物抗寒性[21].羅新義等[22]研究表明，低溫脅迫下，‘肇東苜?！~片中游離脯氨酸的含量逐漸累積，隨低溫處理時間的延長，含量逐漸增加.本研究結(jié)果與羅新義的研究結(jié)果一致，苜蓿葉片和根部脯氨酸和可溶性糖含量在低溫脅迫下都有升高趨勢，其中，‘GNKH-3’脯氨酸含量增加幅度最大，‘GNKH-2’可溶性糖含量增加幅度最大.可溶性蛋白質(zhì)在低溫下的濃度會增加，高濃度的氮可束縛自由水，提高抗寒性.低溫脅迫導(dǎo)致苜蓿植株體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)增多，其中某些蛋白質(zhì)既能起到酶的作用又有防冷凍的功能.Krasnuk等發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫導(dǎo)致苜蓿植株體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)增多，其中某些蛋白質(zhì)既能起到酶的作用又有防冷凍的功能.本研究表明，在低溫脅迫下，各個品種苜蓿葉片可溶性蛋白質(zhì)都減少，‘GNKH-1’葉片可溶性蛋白質(zhì)減少幅度最大，‘GNKH-2’次之，俄羅斯雜花減少幅度最??；‘GNKH-2’根部可溶性蛋白質(zhì)積累最多.寒冷不利于苜蓿葉片積累可溶性蛋白質(zhì)，但是根部可溶性蛋白質(zhì)積累較多，表明‘GNKH-2’根部可以積累較多的可溶性蛋白質(zhì)來提高其抗寒性.MDA是植物遭受低溫脅迫時，生物膜系統(tǒng)膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，它的積累對植物具有毒害作用，其濃度的高低代表膜脂過氧化程度及膜系統(tǒng)的傷害程度，直接關(guān)系到植物抗寒能力的強弱[23]，與苜蓿抗寒性呈負相關(guān)，低溫脅迫下，苜蓿體內(nèi)丙二醛含量有升高的趨勢.本試驗表明，‘GNKH-3’‘GNKH-1’和‘阿爾岡金’在低溫脅迫下的積累較少，而且他們在低溫下的含量較低，表明，低溫脅迫對他們的傷害最小.

本研究得出高寒濕潤氣候區(qū)供試苜蓿材料抗寒生理適應(yīng)性最好的為‘俄羅斯雜花苜?！?，然而‘GNKH-3’‘GNKH-2’抗寒生理適應(yīng)性稍次于‘俄羅斯雜花苜蓿’，但實際越冬率比‘俄羅斯雜花’高，也反映出苜蓿在寒境環(huán)境中的生理適應(yīng)性是個復(fù)雜的問題，這里研究的少量幾個指標僅能反映該材料的部分抗寒潛在能力，沒有完全反映出該材料的抗寒能力，故還需作進一步的研究探討.

4 結(jié)論

1) 高寒濕潤氣候區(qū)供試苜蓿材料抗寒生理適應(yīng)性強弱順序為：‘俄羅斯雜花’>‘GNKH-2’>‘GNKH-3’>‘GNKH-1’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’.

2) 高寒區(qū)供試苜蓿材料越冬率大小排序為：‘GNKH-3’>‘GNKH-2’>‘GNKH-1’>‘金皇后’>‘俄羅斯雜花’>‘阿爾岡金’.

3) 苜蓿在寒境環(huán)境中的生理適應(yīng)性是個復(fù)雜的問題，少量幾個生理指標僅能反映苜蓿材料的部分抗寒潛在能力，不能完全反映苜蓿材料的抗寒能力.

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(責(zé)任編輯 趙曉倩)

Physiological adaptability of three cold-resistant strains ofMedicagosativain cold zone

WEI Shuang-xia,SHI Shang-li,KANG Wen-juan,TAN Shen-miao

(College of Pratacultural Science，Key Laboratory of Grassland Ecosystem of Ministry of Education，Sino-U.S.Center for Grazing Land Ecosystem Sustainability,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

【Objective】 Physiological adaptation to coldness of three cold-resistant strains of Medicage sativa (‘GNKH-1’‘GNKH-2’‘GNKH-3’) was researched in cold humid climate zone (Xiahe County,Gannan Prefecture) by choosing ‘M.varia’‘M.sativacv.Conden Empress’ and ‘M.sativacv.Algonguin’ as controls and warm semi-arid climate zone (Gansu Agricultural University,Lanzhou forage experimental station)as control plot.【Method】 Collecting 6 kinds of alfalfa materials of the last stubble in early October in the two climate zone to determine the content of proline,soluble sugar,soluble protein and malondiadehyde(MDA) of leaves and roots.【Result】 The results showed that wintering rate of alfalfa in cold humid zone was significantly lower than that in control plot under low temperature stress ,cold-resistant strains had significant higher wintering rate compared with controls,‘GNKH-3’ and ‘GNKH-2’ reaching the highest (76.66% and 72.34%,respectively).The content of proline and soluble sugar in leaves and roots increased,‘GNKH-3’ increased in the maximal degree reaching 783.15 μg/g and 881.04 μg/g,respectively and the content of soluble sugar of ‘GNKH-2’ increased by 6.64% and 13.99%.The content of soluble protein of ‘GNKH-2’ in cold humid plot was the highest (2.84 mg/g).MDA content of ‘GNKH-1’‘GNKH-3’ and ‘M.sativacv.Algonguin’ increased in the minimum degree.【Conclusion】 Comprehensive priority of the physiological adaptability of tested ‘M.sativa’ materials in cold humid climate zone took in the order from high to low of ‘M.varia’‘GNKH-2’‘GNKH-3’‘GNKH-1’‘M.sativacv.Colden Empress’ and ‘M.sativacv.Algonguin’ using subordinate function analysis based on the cold-resistant physiological indexes.

alfalfa；new strains；wintering rate；physiology：cold resistance

魏雙霞(1988-)，女，碩士研究生，研究方向為草種質(zhì)資源及育種.E-mail：2383298375@qq.com

師尚禮，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事草種質(zhì)資源及育種方面的教學(xué)與研究工作.E-mail：shishl@gsau.edu.cn

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項“青藏高原社區(qū)特色生態(tài)畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范(甘南社區(qū))”(201203010).

2015-11-09；

2016-11-25

S 541+.1

A

1003-4315(2016)06-0095-07