高溫脅迫對(duì)高羊茅航天誘變新品系生理特性研究及綜合評(píng)價(jià)

李娟，雷霞，鐘理，王小利，楊春燕，吳佳海

(貴州省草業(yè)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

高溫脅迫對(duì)高羊茅航天誘變新品系生理特性研究及綜合評(píng)價(jià)

李娟，雷霞，鐘理，王小利，楊春燕，吳佳海*

(貴州省草業(yè)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

本研究以高羊茅航天誘變新品系和貴州主推的育成品種水城高羊茅和黔草1號(hào)高羊茅共11份材料為研究對(duì)象，采用盆栽試驗(yàn)，在42 ℃/32 ℃(12 h/12 h)人工氣候室進(jìn)行高溫脅迫試驗(yàn)，每4 d測(cè)定可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)生理生化指標(biāo)，并應(yīng)用隸屬函數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)其生理指標(biāo)及11份高羊茅材料耐熱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，可溶性蛋白質(zhì)隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈下降趨勢(shì)，SOD、POD、CAT含量隨著高溫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì)。4個(gè)生理指標(biāo)在11份材料間均存在顯著性差異。利用隸屬函數(shù)法對(duì)11份高羊茅材料進(jìn)行綜合耐熱適應(yīng)性評(píng)價(jià)，得出耐熱性順序?yàn)椋篠P5-85>SP5-60>SP5-71>SP5-42>SP5-94>SP5-7>SP5-88>水城高羊茅>SP5-5>SP5-89=黔草1號(hào)高羊茅。利用灰色關(guān)聯(lián)性分析法得出各耐熱指標(biāo)與耐熱性的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋篠OD>CAT>POD>可溶性蛋白質(zhì)。

高羊茅；高溫脅迫；航天誘變；生理特性；綜合評(píng)價(jià)

近年來(lái)，隨著溫室效應(yīng)加劇，全球氣候逐漸變暖，持續(xù)的高溫天氣時(shí)常發(fā)生，夏季最高氣溫也越來(lái)越高，高溫持續(xù)時(shí)間亦有增加的趨勢(shì)[1]，致使許多植物面臨高溫的挑戰(zhàn)，在高溫條件下許多植物營(yíng)養(yǎng)和生殖器官發(fā)育不良，光合作用受阻，生育期縮短，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)大面積枯黃等危害，可見，高溫日漸成為植物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)主要限制因子。

高羊茅(Festucaarundinacea)又稱葦狀羊茅，是禾本科早熟禾亞科羊茅屬的一種多年生草本植物，是一種優(yōu)良的冷季型草[2]。原產(chǎn)于歐洲，在我國(guó)新疆、東北中部濕潤(rùn)地區(qū)、貴州西北部亦有分布?，F(xiàn)貴州大部分地區(qū)均有種植，是重要的飼用植物和城市、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)綠化植物，具有生長(zhǎng)迅速、飼用品質(zhì)優(yōu)良、利用年限長(zhǎng)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中顯示出明顯的社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境效益，因而越來(lái)越受到人們的重視。在多個(gè)冷季型草種中，雖然高羊茅的耐熱性較強(qiáng)，周年綠色期最長(zhǎng)，但其適宜的地上部生長(zhǎng)溫度為15～24 ℃，根系為10～18 ℃[3]，在我國(guó)西南地區(qū)夏季也常會(huì)遭受極端高溫脅迫，使坪用、飼用價(jià)值和抗病蟲害能力下降[4]。因此，通過(guò)各種不同的選育方法，培育出耐熱新品種，成為高羊茅育種中的當(dāng)務(wù)之急。

然而在自然條件下，由于外界環(huán)境的變化較小和遺傳結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性，植物本身發(fā)生自發(fā)突變的頻率極低。將航天技術(shù)應(yīng)用于草育種，具有很強(qiáng)的探索性。航天誘變的研究始于20世紀(jì)50年代，我國(guó)則從1987年開始借助于返回式科學(xué)衛(wèi)星完成農(nóng)作物的搭載工作[5]。航天誘變育種又叫農(nóng)業(yè)空間誘變育種或太空育種，是指利用返回式衛(wèi)星和“神舟”飛船將農(nóng)作物種子帶到200～400 km的太空環(huán)境，利用太空特殊環(huán)境(空間宇宙射線、微重力、高真空、弱磁場(chǎng)等因素)對(duì)農(nóng)作物種子的誘變作用產(chǎn)生變異，再返回地面選育新種質(zhì)、新材料，培育新品種的作物育種新技術(shù)。近年來(lái)牧草和草坪草在航天誘變育種方面發(fā)展迅速，先后搭載了紅豆草(Onobrychisviciaefolia)、苜蓿(Medicagosativa)、草地早熟禾(Poapratensis)、結(jié)縷草(Zoysiajaponica)、狗牙根(Cynodondactylon)等[6-9]，并對(duì)搭載材料的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)和分子水平的變異進(jìn)行了研究，通過(guò)航天誘變已篩選、培育出很多優(yōu)良品種，航天誘變作為一種新的育種方法已受到國(guó)內(nèi)外遺傳育種界的重視[10-11]。航天誘變育種既能明顯改良作物某些農(nóng)藝性狀，又能獲得地面育種難以得到的重要經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生的突破性突變。本研究基礎(chǔ)正是基于對(duì)黔草1號(hào)高羊茅種子經(jīng)“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星搭載處理，開展多年的“地-空”對(duì)比試驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)有很多優(yōu)良突變植株，經(jīng)多年多代選擇，初步選出不同的優(yōu)良材料，深入系統(tǒng)開展高羊茅航天誘變育種。針對(duì)西南地區(qū)夏季高溫極端氣候特征，選取不同高羊茅航天誘變新品系進(jìn)行高溫脅迫試驗(yàn)，研究其對(duì)高溫脅迫的生理響應(yīng)和調(diào)節(jié)機(jī)制，為西南地區(qū)冷季型草的逆境生理和逆境育種提供理論依據(jù)，為西南地區(qū)開發(fā)利用高羊茅新品種、固土涵水保護(hù)生態(tài)、提高產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入打下一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取多年生黔草1號(hào)高羊茅種子，于2006年9月9日經(jīng)“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星搭載處理，衛(wèi)星共運(yùn)行355 h，航程900多萬(wàn)km，衛(wèi)星運(yùn)行軌道為傾角63°，近地點(diǎn)180 km、遠(yuǎn)地點(diǎn)460 km，在軌運(yùn)行15 d后，在四川遂寧回收，留軌艙進(jìn)行3 d留軌試驗(yàn)。選取經(jīng)搭載誘變后育成材料SP5-88、SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-71、SP5-7和貴州主推的育成品種水城高羊茅和黔草1號(hào)高羊茅共11份材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

各試驗(yàn)材料在貴州省草業(yè)研究所人工氣候室進(jìn)行，2013年4月23日分株繁殖，采用盆栽方式。選用塑料花盆(花盆規(guī)格：15 cm×15 cm×10 cm)，取田間表土(黃壤)，粉碎混均，不做滅菌處理，每盆裝干土0.7 kg。每盆移栽6～7個(gè)分蘗枝，剪去地上部分，定期澆水，以保證幼苗的正常生長(zhǎng)，置于溫度為 25 ℃、光照為4000 lx的人工氣候室中。待植株生長(zhǎng)正常，葉片長(zhǎng)到20 cm長(zhǎng)時(shí)，每盆定植5個(gè)分蘗枝，將放有材料的人工氣候室溫度調(diào)為42 ℃/32 ℃(12 h/12 h)，光照為4000 lx進(jìn)行高溫脅迫。1盆為一個(gè)重復(fù)，重復(fù)4次，每盆仍然正常澆水。高溫脅迫前進(jìn)行對(duì)照測(cè)定及脅迫后每4 d(脅迫后4、8、12 d)進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。在早晨8:00-9:00選取相同部位的成熟健壯葉片進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

各生理生化指標(biāo)參照李合生[12]的方法測(cè)定?？扇苄缘鞍踪|(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法；超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑光還原法；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用鉬酸銨顯色法。

1.4 分析方法

1.4.1 耐熱性綜合評(píng)價(jià)——隸屬函數(shù)值法 本研究根據(jù)測(cè)定的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法進(jìn)行耐熱性綜合評(píng)價(jià)[13-16]。如果某一指標(biāo)與耐熱性成正相關(guān)，則采用隸屬函數(shù)計(jì)算，公式為：

X(u1)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

如果某一指標(biāo)與耐熱性成負(fù)相關(guān)，則采用反隸屬函數(shù)計(jì)算，公式為：

X(u2)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中：X(u1)、X(u2)為隸屬函數(shù)值，X為高溫脅迫下各材料某一指標(biāo)的測(cè)定值，Xmin、Xmax分別為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。將所有參試材料的抗旱隸屬函數(shù)值加起來(lái)，求其平均值，用平均值大小綜合評(píng)價(jià)各材料耐熱性的強(qiáng)弱。

1.4.2 灰色關(guān)聯(lián)性分析 灰色關(guān)聯(lián)度分析被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)研究中[15]。將各種耐熱指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值作為參考數(shù)列，記為X0，以各耐熱指標(biāo)的平均值為比較數(shù)列，記為Xi(i=0,1,2,…,n),則參考數(shù)列X0={X0(1),X0(2),…,X0(n)},比較數(shù)列Xi={Xi(1),Xi(2),…,Xi(n)}。利用公式(3)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。

(3)

(4)

(5)

式中：εi(k)為比較數(shù)列xi對(duì)參考數(shù)列x0在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，ri為比較數(shù)列xi與參考數(shù)列x0的關(guān)聯(lián)度，ε為分辨系數(shù)，一般取值范圍為0～1，本試驗(yàn)取值為0.5[13-15]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)每個(gè)處理、各指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)3次，采用Excel 2003和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇單因素方差分析(one way ANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 可溶性蛋白質(zhì)含量

高溫脅迫下11份高羊茅材料的可溶性蛋白質(zhì)含量變化如圖1所示。結(jié)果表明，11份高羊茅材料隨高溫脅迫的加劇大多數(shù)呈先下降后升高的趨勢(shì)，其中SP5-88、水城高羊茅呈先下降后升高的趨勢(shì)，SP5-88在第4天達(dá)到最低值，比對(duì)照下降了0.402 g/L；水城高羊茅在第8天達(dá)到最小值，比對(duì)照下降了0.253 g/L；SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-7共7份材料呈先下降后升高再緩慢下降的趨勢(shì)，第4天比對(duì)照分別下降了0.391、0.478、0.664、0.474、0.080、0.936、0.042 g/L，第8天比第4天分別上升了0.149、0.203、0.195、0.263、0.129、0.271、0.497 g/L，第12天比第8天下降了0.034、0.076、0.124、0.061、0.096、0.124、0.510 g/L；SP5-71、黔草1號(hào)高羊茅呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。表明由于材料耐高溫性的差異性，使得其變化趨勢(shì)存在差異性，但總體趨勢(shì)都是趨于下降。SP5-88、SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-71、SP5-7、黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅11份材料第12天比對(duì)照分別下降了0.113、0.277、0.351、0.593、0.271、0.047、0.790、0.388、0.056、0.373、0.158 g/L。

2.2 SOD含量

高溫脅迫下11份高羊茅材料SOD含量變化如圖2所示。結(jié)果表明，11份高羊茅材料隨高溫脅迫的加劇大多數(shù)呈先升高后下降的趨勢(shì)。其中SP5-88、水城高羊茅第8天達(dá)到最大值，分別是40.773、45.866 U/mg，比對(duì)照分別上升了12.102、19.317 U/mg；SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-7共7份材料呈先升高后下降再緩慢升高的趨勢(shì)，第4天比對(duì)照分別上升了32.733、29.438、23.274、43.114、10.127、33.552、3.775 U/mg，第8天比第4天分別下降了26.632、17.558、12.935、34.189、17.081、16.617、31.767 U/mg，第12天比第8天上升了10.172、8.933、8.503、9.160、6.854、7.492、29.356 U/mg；SP5-71、黔草1號(hào)高羊茅呈上升趨勢(shì)。表明由于材料耐高溫性的差異性，使得其變化趨勢(shì)存在差異性，但總體呈上升趨勢(shì)。SP5-88、SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-71、SP5-7、黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅11份材料第12天比對(duì)照分別上升了2.769、16.272、20.813、18.842、18.085、-0.099、24.426、24.468、1.364、17.510、14.858 U/mg。

圖1 高溫脅迫對(duì)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.1 Effect of high temperature stress on the soluble protein content 1: 黔草1號(hào)高羊茅F. arundinacea cv. Qiancao No.1; 2: 水城高羊茅F. arundinacea cv. Shuicheng.大寫字母不同，表示同一試材在不同時(shí)間下有顯著差異(P<0.05)；小寫字母不同，表示同一時(shí)間下不同試材間有顯著差異(P<0.05)；4，8，12 d表示脅迫后第4,8,12天；下同。Different capital letters indicate significant differences in the same experimental material under different time treatments (P<0.05); different small letters indicate significant differences between different experimental materials in the same time treatment (P<0.05); 4, 8, 12 d indicate fourth days, eighth days, twelfth days after high temperature stress, the same below.

圖2 高溫脅迫對(duì)SOD活性的影響Fig.2 Effect of high temperature stress on the SOD activity

2.3 POD含量

高溫脅迫下11份高羊茅材料的POD含量變化如圖3所示。結(jié)果表明，11份高羊茅材料隨高溫脅迫的加劇大多數(shù)呈先升高后下降的趨勢(shì)。其中SP5-88、SP5-85第4天達(dá)到最大值，分別是64.671、143.811 U/mg；黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅第8天達(dá)到最大值，分別是80.027、80.100 U/mg；SP5-42、SP5-94、SP5-60、SP5-89、SP5-7共5份材料呈先升高后下降再緩慢升高的趨勢(shì)，第4天比對(duì)照分別上升了49.095、67.588、2.535、45.585、46.059 U/mg，第8天比第4天分別下降了25.031、39.941、9.657、45.291、37.033 U/mg，第12天比第8天上升了11.864、9.738、13.230、40.061、44.017 U/mg；SP5-5、SP5-71呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。表明由于材料耐高溫性的差異性，使得其變化趨勢(shì)存在差異性，但總體呈上升趨勢(shì)。SP5-88、SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-71、SP5-7、黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅11份材料第12天比對(duì)照分別上升了13.868、35.928、37.384、25.940、37.651、6.108、40.355、44.412、53.042、33.269、13.464 U/mg。

圖3 高溫脅迫對(duì)POD活性的影響Fig.3 Effect of high temperature stress on the POD activity

2.4 CAT含量

高溫脅迫下11份高羊茅材料的CAT含量變化如圖4所示。結(jié)果表明，11份高羊茅材料隨高溫脅迫的加劇大多數(shù)呈先升高后下降的趨勢(shì)，其中SP5-88、黔草1號(hào)高羊茅第8天達(dá)到最大值，分別是11.021、9.610 U/mg，比對(duì)照分別上升了3.284、2.832 U/mg；SP5-42、SP5-94、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-7、水城高羊茅共7份材料隨著高溫脅迫的加劇呈先升高后下降再緩慢升高的趨勢(shì)，第4天比對(duì)照分別上升了2.362、1.826、16.536、0.961、0.355、3.900、2.666 U/mg，第8天比第4天分別下降了1.874、7.657、10.760、2.119、1.319、7.105、1.594 U/mg，第12天比第8天上升了0.392、3.238、4.807、3.499、7.410、0.354、0.628 U/mg；SP5-71呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。表明由于材料耐高溫性的差異性，使得其變化趨勢(shì)存在差異性，但總體呈上升趨勢(shì)。SP5-88、SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-71、SP5-7、黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅11份材料第12天比對(duì)照分別上升了13.868、35.928、37.384、25.940、37.651、6.108、40.355、44.412、53.042、33.269、13.464 U/mg。

圖4 高溫脅迫對(duì)CAT活性的影響Fig.4 Effect of high temperature stress on the CAT activity

2.5 航天誘變新品系耐熱性評(píng)價(jià)——隸屬函數(shù)值法

植物的耐熱性是多種生理生化指標(biāo)綜合作用的遺傳表現(xiàn)，單一的指標(biāo)對(duì)植物的耐熱性的判斷往往有一定的局限性，且各指標(biāo)之間有一定的相關(guān)性，單一指標(biāo)難于判斷植物對(duì)高溫的綜合適應(yīng)能力，必須用多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[15,17]。以可溶性蛋白質(zhì)、SOD、POD、CAT 4個(gè)指標(biāo)為依據(jù)，計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，并進(jìn)行耐熱性綜合評(píng)價(jià)見表1。綜合耐熱適應(yīng)性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篠P5-85>SP5-60>SP5-71>SP5-42>SP5-94>SP5-7>SP5-88>水城高羊茅>SP5-5>SP5-89=黔草1號(hào)高羊茅。其中SP5-85平均隸屬函數(shù)值最大，為0.467，SP5-89和黔草1號(hào)高羊茅平均隸屬函數(shù)值最小且相等，為0.287，說(shuō)明經(jīng)過(guò)航天誘變SP5-85號(hào)材料產(chǎn)生的變異，更加適應(yīng)極端高溫天氣，在11份材料中有較強(qiáng)的耐高溫性。

表1 耐熱性綜合評(píng)價(jià)

續(xù)表1 Continued

表2 耐熱指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)化處理

2.6 耐熱指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系評(píng)價(jià)——灰色關(guān)聯(lián)性分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是對(duì)于系統(tǒng)之間的因素，隨發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，來(lái)衡量關(guān)聯(lián)程度的一種分析方法，意圖透過(guò)一定的方法，去尋求系統(tǒng)中各因素之間的數(shù)值關(guān)系。因此，灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢(shì)提供了量化的度量，非常適合動(dòng)態(tài)歷程分析。

由于各指標(biāo)對(duì)耐高溫性的貢獻(xiàn)大小不同，按各指標(biāo)的相對(duì)重要程度求出關(guān)聯(lián)度，才能準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)其耐高溫性[15]。將11份材料4個(gè)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值與11份材料的耐熱指標(biāo)看作是一個(gè)灰色系統(tǒng)，平均隸屬函數(shù)值作為數(shù)列X0，可溶性蛋白質(zhì)、SOD、POD、CAT這4個(gè)指標(biāo)作為比較數(shù)列Xi，11份材料的耐熱指標(biāo)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果見表2，利用公式(4)、(5)計(jì)算各耐熱指標(biāo)和耐熱性的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)大小排列出關(guān)聯(lián)序。關(guān)聯(lián)度大小可表示某一耐熱性指標(biāo)對(duì)高溫的敏感程度，關(guān)聯(lián)度越大，表明對(duì)高溫的敏感程度越高，反之則越低。從表3可以看出，各耐熱指標(biāo)與耐熱性的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋篠OD>CAT>POD>可溶性蛋白質(zhì)。4個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度都在0.5～0.6之間，分別是0.550、0.585、0.553、0.566，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析，說(shuō)明高溫脅迫下保護(hù)酶活性大小與可溶性蛋白質(zhì)含量對(duì)高羊茅材料的耐熱性是大致相同的。

表3 耐熱性與各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度、關(guān)聯(lián)序

3 結(jié)果與討論

蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)重要的生物大分子之一。蛋白質(zhì)代謝包括合成和分解兩部分。有研究表明，逆境脅迫誘導(dǎo)蛋白的合成是植物抵御逆境脅迫的主動(dòng)保護(hù)機(jī)制，但是，逆境條件下不同的品種其調(diào)節(jié)機(jī)制存在著差異，若超越逆境脅迫限度時(shí)，幾乎所有植物的抗性將隨之消失。因此在逆境脅迫下一些植物能夠調(diào)控與耐熱有關(guān)的基因表達(dá)，隨之產(chǎn)生一系列的形態(tài)、生理生化及生物物理等方面的變化而顯示出抗逆性[18-20]。本研究表明隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性蛋白質(zhì)總體呈下降趨勢(shì)，這與孟聰睿[21]對(duì)櫻桃(Cerasuspseudocerasus)葉片的研究相一致。但在整個(gè)變化過(guò)程中，不同高羊茅材料的變化趨勢(shì)不相同，SP5-88、黔草1號(hào)高羊茅、水城高羊茅先降低后升高，SP5-42、SP5-94、SP5-5、SP5-85、SP5-60、SP5-89、SP5-7先降低再升高后下降，SP5-71呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明，可溶性蛋白質(zhì)的變化趨勢(shì)與植物本身的特性或脅迫所處的不同階段有關(guān)，從而使其變化趨勢(shì)有所差異。在受到高溫脅迫初期，高溫使蛋白質(zhì)變性，使可溶性蛋白質(zhì)含量下降，隨著熱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體內(nèi)可產(chǎn)生可溶性蛋白質(zhì)，或者細(xì)胞內(nèi)一些不溶性蛋白質(zhì)可轉(zhuǎn)變成可溶性蛋白，而蛋白質(zhì)的分解速率下降，造成可溶性蛋白質(zhì)總體含量的增加，以抵抗高溫的威脅，使細(xì)胞內(nèi)正常的新陳代謝得以維持[22-23]，當(dāng)達(dá)到一定耐受范圍后，高溫會(huì)使植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)發(fā)生降解或失活，從而使可溶性蛋白質(zhì)含量下降。

在逆境條件下，SOD、POD、CAT等活性的變化有利于植物度過(guò)困境，是生物體內(nèi)清除活性氧的主要保護(hù)酶[24]。多數(shù)研究表明，植物在受到逆境脅迫時(shí)，SOD、POD、CAT等活性總體呈上升趨勢(shì)[25-26]，本研究與此一致。供試11份材料SOD、POD、CAT隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)總體都呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明供試材料都有在高溫脅迫下改變保護(hù)酶活性來(lái)抵御外界脅迫，減輕逆境脅迫對(duì)植物體傷害的適應(yīng)機(jī)制，但其變化趨勢(shì)又因材料間的差異而不同，造成SOD、POD、CAT對(duì)逆境脅迫響應(yīng)時(shí)間不一致，可能是由于脅迫初期，其活性氧清除系統(tǒng)誘導(dǎo)SOD、POD、CAT活性的大幅增加，以此來(lái)抵御外界脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，有的又呈下降趨勢(shì)，可能是由于活性氧生成迅速且含量急劇增多，也可能在長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下，植物的活性氧清除系統(tǒng)遭到破壞導(dǎo)致SOD、POD、CAT活性的降低[27]，使其無(wú)法發(fā)揮清除活性氧的能力，最終抑制了植物的生長(zhǎng)[28]，有的最后又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)可能是植物對(duì)長(zhǎng)期高溫環(huán)境的一種適應(yīng)。

植物的耐熱性是由多基因控制的，單純的某一個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量其耐熱性都是不準(zhǔn)確的。利用多個(gè)指標(biāo)共同來(lái)衡量其耐熱性，使其減少單個(gè)指標(biāo)對(duì)材料評(píng)價(jià)的片面性，各個(gè)指標(biāo)之間又達(dá)到相互彌補(bǔ)，從而使評(píng)定結(jié)果更接近于實(shí)際情況[27]。近年來(lái)常采用主成分分析法、聚類分析法、模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法等，本研究采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法，對(duì)11份高羊茅航天誘變新品系進(jìn)行耐熱性綜合評(píng)價(jià)，使評(píng)定結(jié)果更接近于實(shí)際。同時(shí)采用灰色關(guān)聯(lián)性分析法對(duì)測(cè)定的4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，以確定哪個(gè)指標(biāo)更能代表植物的耐熱能力。本研究只對(duì)高羊茅航天誘變新品系4個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，還需從水分、光合、激素等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

大量研究表明，植物對(duì)逆境脅迫能夠迅速開啟應(yīng)激機(jī)制，使逆境環(huán)境對(duì)植物的傷害有一定的緩沖作用，使其在逆境條件下的傷害降到最低[29-30]。逆境條件下，植物生理生化指標(biāo)發(fā)生了不同程度的變化，SOD含量、POD含量、CAT含量等可以作為其鑒定指標(biāo)。本試驗(yàn)測(cè)定高溫脅迫下11份高羊茅材料隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)可溶性蛋白質(zhì)含量、SOD含量、POD含量、CAT含量4個(gè)指標(biāo)的變化，研究表明，可溶性蛋白質(zhì)隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈下降趨勢(shì)，SOD、POD、CAT含量隨著高溫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì)。4個(gè)生理指標(biāo)在11份材料間均存在顯著性差異。利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對(duì)11份材料進(jìn)行綜合耐熱適應(yīng)性評(píng)價(jià)，得出耐熱性順序?yàn)椋篠P5-85>SP5-60>SP5-71>SP5-42>SP5-94>SP5-7>SP5-88>水城高羊茅>SP5-5>SP5-89=黔草1號(hào)高羊茅。利用灰色關(guān)聯(lián)性分析法得出各耐熱指標(biāo)與耐熱性的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋篠OD>CAT>POD>可溶性蛋白質(zhì)。

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Physiological response of new strains ofFestucaarundinaceamutated in space under high temperature stress and comprehensively evaluated

LI Juan, LEI Xia, ZHONG Li, WANG Xiao-Li, YANG Chun-Yan, WU Jia-Hai*

GuizhouInstituteofPrataculture,Guiyang550006,China

The influence of high temperature stress on the eco-physiological characteristics of 11Festucaarundinaceawas studied in a pot experiment for 4 days. Physiological and biochemical indexes, including soluble protein content, superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) activity, were measured and analyzed. Subordinate function and grey correlative analyses were used to comprehensively evaluate the 11F.arundinaceamaterials under high temperature stress. The results showed that the content of soluble protein decreased, while SOD, POD and CAT contents showed an upward trend. The high temperature resistance of the 11F.arundinaceawas obtained by subordinate function. The resistance order is: SP5-85>SP5-60>SP5-71>SP5-42>SP5-94>SP5-7>SP5-88>F.arundinaceacv Shuicheng>SP5-5>SP5-89=F.arundinaceacv Qiancao No.1. The high resistance correlative order obtained by grey correlative analysis is SOD>CAT>POD>content of soluble protein.

Festucaarundinacea； high temperature stress; space mutation； physiological characters； comprehensive evaluation

2016-04-07；改回日期：2016-06-29

貴州省聯(lián)合基金(黔科合J字LKN[2013]24號(hào))，貴州省重大專項(xiàng)(黔科合重大專項(xiàng)字[2014]6017號(hào))和貴州省高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)(黔科合人才[2016]4024號(hào))資助。

李娟(1982-)，女，甘肅平?jīng)鋈耍毖芯繂T，碩士。E-mail:xixingyue@126.com*通信作者Corresponding author. E-mail:1848266168@qq.com

10.11686/cyxb2016157 http://cyxb.lzu.edu.cn

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LI Juan, LEI Xia, ZHONG Li, WANG Xiao-Li, YANG Chun-Yan, WU Jia-Hai. Physiological response of new strains ofFestucaarundinaceamutated in space under high temperature stress and comprehensively evaluated. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(3): 121-131.