3種禾本科牧草萌發(fā)期和苗期的抗旱性研究

熊陽(yáng)陽(yáng),韓 博

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201；2.西南林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，云南昆明 650224)

干旱是影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的主要生態(tài)因子之一，也是制約我國(guó)草業(yè)發(fā)展的主要因素。近年來(lái)，生物節(jié)水技術(shù)和海綿城市的理論相繼被提出并已顯示出其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì),但我國(guó)干旱缺水情況依然嚴(yán)峻。云南地區(qū)雖然年均降水量較高，但是各季節(jié)間分布不均衡，以昆明為首的各地區(qū)干旱形勢(shì)較為嚴(yán)峻，所以研究草坪草的抗旱性有助于昆明地區(qū)抗旱草種的選擇和利用。同時(shí)，選育抗旱且節(jié)水性強(qiáng)的草地品種是牧草抗旱研究中的重要工作之一[1]。植物的抗旱性是一個(gè)受多種因素影響的較為復(fù)雜的綜合性狀，這些因素的綜合作用促進(jìn)了抗旱性的形成。因此，植物抗旱性應(yīng)該用多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)，才能使評(píng)定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果更為接近[2]。植物含水量是反映植物水分狀況的重要指標(biāo)，植物組織含水量不僅直接影響植物的生長(zhǎng)、氣孔狀況，而且對(duì)光合作用甚至作物產(chǎn)量也有著至關(guān)重要的作用[3]。相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物膜系統(tǒng)狀況的重要生理生化指標(biāo)之一，植物在受到逆境或者其他損傷的情況下細(xì)胞膜容易破裂, 膜蛋白受傷害因而使胞質(zhì)的胞液外滲而使相對(duì)電導(dǎo)率增大[4]。丙二醛(MDA)是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一, 其累積可作為膜脂過(guò)氧化程度的指標(biāo)之一，通常將其作為脂質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)，用于表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[5]。貝斯利斯克伏生臂形草(BrachiariadecumbensStapf)、特高多花多年生黑麥草(Loliumperenne)和普通型狗牙根(Cynodondactylon)在云南熱帶及亞熱帶利用較為廣泛，昆明地區(qū)較為常見(jiàn)，可作為牧草及草坪草。但迄今為止，關(guān)于這3種牧草抗旱性比較的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者使用不同濃度PEG6000模擬干旱脅迫，對(duì)3種禾本科牧草萌發(fā)期的發(fā)芽情況進(jìn)行比較，同時(shí)采用盆栽試驗(yàn)的方法在苗期對(duì)3種禾本科牧草進(jìn)行干旱脅迫，研究干旱脅迫對(duì)3種禾本科牧草生理指標(biāo)的影響，比較3種禾本科牧草的抗旱性，篩選出最適合在昆明地區(qū)種植的抗旱品種，旨在為干旱半干旱地區(qū)禾本科牧草的引進(jìn)和推廣提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1供試材料供試材料為云南省普遍種植的多年生特高多花黑麥草、貝斯利斯克伏生臂形草、普通型狗牙根，由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院草業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)將種子用PEG6000處理，參照蘇秀紅等[6]的方法設(shè)置3個(gè)濃度梯度(5%、10%、15%)，以蒸餾水為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)重復(fù)在鋪有2層滅菌試紙的培養(yǎng)皿中放入50粒種子，將試紙浸透后置于16 ℃條件下8 h,白天/黑夜條件的人工氣候培養(yǎng)箱下進(jìn)行培養(yǎng)，每天定期澆蒸餾水1次，澆至濾紙完全浸潤(rùn)即可。生長(zhǎng)至第5天各種子發(fā)芽出苗整齊時(shí)進(jìn)行發(fā)芽勢(shì)測(cè)定，生長(zhǎng)至第7天全部種子進(jìn)入發(fā)芽終期時(shí)進(jìn)行發(fā)芽率的測(cè)定。將用于生長(zhǎng)至幼苗的種子種植于裝有石英砂的花盆中，在生長(zhǎng)初期用等量的完全培養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，待幼苗長(zhǎng)至五葉期時(shí)使用濃度分別為10%、20%的PEG脅迫液進(jìn)行處理，每次脅迫液的使用量約為10 mL,處理72 h后幼苗葉尖開(kāi)始發(fā)黃，將長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗葉片剪下，進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法發(fā)芽率是指發(fā)芽終期全部正常種子數(shù)占供測(cè)樣品種子數(shù)的百分比[7]。發(fā)芽勢(shì)是指在規(guī)定發(fā)芽時(shí)間內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰時(shí)，發(fā)芽的種子數(shù)占供測(cè)樣品種子數(shù)的百分率。相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定參照孫群等[8]的電導(dǎo)儀法。相對(duì)含水量的測(cè)定參照張鶴山等[9]的稱重法。丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法[10]。

1.4數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2007軟件進(jìn)行處理后，再使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和Duncan’s 多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對(duì)3種禾本科牧草種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響從圖1和圖2可以看出，普通型狗牙根在3種禾本科牧草中發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最高，其次是特高多花多年生黑麥草，貝斯利斯克伏生臂形草的發(fā)芽率最低。3種禾本科牧草種子的發(fā)芽率隨著PEG脅迫濃度的增加總體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)PEG濃度為5%時(shí)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)基本呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)PEG濃度大于10%后3種禾本科牧草種子的發(fā)芽率普遍呈下降趨勢(shì)。當(dāng)PEG濃度為5%時(shí)3種禾本科牧草種子的發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比略有上升，當(dāng)PEG濃度大于5%時(shí)3種禾本科牧草種子的發(fā)芽勢(shì)總體上呈下降趨勢(shì)。

注：同一濃度PEG處理不同種牧草間標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note：Different small letters among different varieties of forage with the same concentration of PEG indicated significant differences(P<0.05) 圖1 PEG脅迫對(duì)3種禾本科牧草種子發(fā)芽率的影響Fig.1 The effects of PEG stress on the seed germination rate of three kinds of Gramineae forage

注：同一濃度PEG處理不同種牧草間標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note：Different small letters among different varieties of forage with the same concentration of PEG indicated significant differences(P<0.05)圖2 PEG脅迫對(duì)3種禾本科牧草種子發(fā)芽勢(shì)的影響Fig.2 The effects of PEG stress on the seed germination potential of three kinds of Gramineae forage

2.2干旱脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗相對(duì)含水量的影響在干旱或高溫等逆境脅迫下，植物相對(duì)含水量會(huì)下降，脅迫程度越深，相對(duì)含水量越低，使組織中束縛水的含量相對(duì)增加，從而使植物抗逆性增加。由表1可知，隨著PEG脅迫強(qiáng)度的增加，3種禾本科牧草的相對(duì)含水量均呈下降趨勢(shì)，其中普通型狗牙根幼苗的相對(duì)含水量的下降趨勢(shì)最為平緩。與對(duì)照相比，當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)普通型狗牙根幼苗的相對(duì)含水量為19.49%，貝斯利斯克伏生臂形草幼苗的相對(duì)含水量為16.43%，特高多花多年生黑麥草幼苗的相對(duì)含水量為13.57%。由此可見(jiàn)，普通型狗牙根的抗旱性更好。

2.3干旱脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物膜系統(tǒng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，在正常生長(zhǎng)狀況下植物細(xì)胞膜保持著良好的選擇透性，當(dāng)植物組織受到逆境傷害時(shí)細(xì)胞膜容易破裂，膜蛋白受傷害使細(xì)胞質(zhì)的胞液外滲[11]。由表2可知，隨著脅迫程度的加深，普通型狗牙根相對(duì)電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)較為平緩，最為明顯的是貝斯利斯克伏生臂形草。當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)，普通型狗牙根的相對(duì)電導(dǎo)率比對(duì)照增加了4.3百分點(diǎn)，特高多花多年生黑麥草的相對(duì)電導(dǎo)率比對(duì)照增加了6.3百分點(diǎn)，而貝斯利斯克伏生臂形草的相對(duì)電導(dǎo)率比對(duì)照增加了34.3百分點(diǎn)。

表1 PEG脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗相對(duì)含水量的影響

注：同列不同字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant difference(P<0.05)

2.4干旱脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗丙二醛含量的影響丙二醛(MDA)是由于植物器官衰老或在逆境條件下受到傷害，其組織或器官發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的。MDA是植物器官在逆境條件下發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物之一。由表3可知，隨著PEG脅迫濃度的增加，3種禾本科牧草幼苗MDA含量也相應(yīng)增加。隨著PEG脅迫濃度的增加，普通型狗牙根幼苗MDA含量的上升趨勢(shì)相對(duì)平緩，特高多花多年生黑麥草與貝斯利斯克伏生臂形草的上升幅度較為明顯。當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)，普通型狗牙根幼苗的MDA含量比對(duì)照增加了3.3百分點(diǎn)，特高多花多年生黑麥草幼苗的MDA含量增加了7.09百分點(diǎn)，而貝斯利斯克伏生臂形草幼苗的MDA含量則增加了7.12百分點(diǎn)。

表2 PEG脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響

注：同列不同小寫字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant differences(P<0.05)

表3 PEG脅迫對(duì)3種禾本科牧草幼苗丙二醛含量的影響

注：同列不同小寫字母表示顯著差異(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant differences(P<0.05)

2.5隸屬函數(shù)值法綜合分析評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法評(píng)價(jià)3種禾本科草坪草種子萌發(fā)期和苗期抗旱性，隸屬函數(shù)分析方法在多指標(biāo)測(cè)定的基礎(chǔ)上對(duì)材料特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免了僅利用少數(shù)生理指標(biāo)對(duì)較少的品種進(jìn)行評(píng)價(jià)的不準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)3種禾本科牧草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、葉片含水量、電導(dǎo)率、MDA含量5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，若隸屬函數(shù)值的均值越大，則抗旱性越強(qiáng)[12]。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式[13]如下：

R(Xi)=(Xi-Xmin)×(Xmax-Xmin)

式中,Xi為指標(biāo)測(cè)定值，其中Xmax和Xmin為所參試材料某一指標(biāo)的最大值和最小值。

若為負(fù)相關(guān)，則計(jì)算公式為：R(Xi)=1-(Xi-Xmin)×(Xmax-Xmin)。

由表4可知，普通型狗牙根在各項(xiàng)生理指標(biāo)下的隸屬函數(shù)值均比特高多花多年生黑麥草及貝斯利斯克伏生臂形草高。由此可見(jiàn)，其抗旱性最強(qiáng)，其次是貝斯利斯克伏生臂形草，而特高多花多年生黑麥草的抗旱性最弱。從葉片相對(duì)含水量來(lái)看，當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)隸屬函數(shù)均值最高；從相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)看，當(dāng)PEG濃度為10%時(shí)3種禾本科牧草幼苗的抗旱性最強(qiáng)；從MDA含量來(lái)看，當(dāng)PEG濃度為10%時(shí)隸屬函數(shù)值最高，其抗旱性最強(qiáng)。

表4 3種禾本科牧草各指標(biāo)在各濃度PEG下的隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

相對(duì)含水量、丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率在鑒定種子抗旱性方面已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[14-16]，并能夠反映出干旱脅迫對(duì)牧草的傷害程度、細(xì)胞器膜系統(tǒng)的破壞和種子的抗旱性。在干旱脅迫條件下，對(duì)3種禾本科牧草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)以及幼苗的葉片含水量、相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，3種禾本科牧草種子的發(fā)芽率隨著PEG脅迫濃度的增加總體上呈下降趨勢(shì)，當(dāng)PEG濃度低于10%時(shí)，種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比未受明顯影響，而當(dāng)PEG濃度大于10%時(shí)種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)受到明顯抑制，這與蘇秀紅等[6]的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。由此可見(jiàn)，PEG脅迫對(duì)牧草種子萌發(fā)的進(jìn)程有一定的延緩作用，低濃度(5%、10%)PEG脅迫能提高牧草種子的活力指數(shù)，高濃度(15%)PEG脅迫則會(huì)顯著抑制種子萌發(fā)。這與馬海鴿等[17]和李志萍等[18]的研究結(jié)果相一致。隨著PEG濃度的增加，貝斯利斯克伏生臂形草的葉尖處出現(xiàn)發(fā)黃直至萎蔫，其次是特高多花多年生黑麥草，而普通型狗牙根的萎蔫程度不明顯。這與抗旱性強(qiáng)的植物葉片含水量較高且變化幅度較小的結(jié)論[19]相一致。植物在受到逆境的影響時(shí)，蒸騰速率和水分吸收能力下降，但蒸騰量大于水分吸收量，造成植物含水量下降，引起氣孔關(guān)閉，表現(xiàn)出抗旱特征；電導(dǎo)率上升幅度小，說(shuō)明植物細(xì)胞膜傷害程度不大[20]。研究表明，在持續(xù)干旱條件下，MDA含量逐漸上升，而且抗旱性越強(qiáng)的品種MDA含量上升幅度小[20-22]。

綜合分析幾項(xiàng)指標(biāo)可知，3種禾本科牧草中，普通型狗牙根的抗旱性最強(qiáng)，這與郭愛(ài)貴等[2]的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。干旱脅迫下,3種禾本科牧草的相對(duì)電導(dǎo)率與丙二醛含量隨著干旱脅迫程度的增加而增加，二者與干旱脅迫濃度均呈極顯著的正相關(guān)；3種禾本科牧草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及葉片相對(duì)含水量則隨著干旱脅迫濃度的增加而不斷降低，二者與干旱脅迫濃度呈極顯著的負(fù)相關(guān)。普通型狗牙根的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)顯著高于其他品種，且其葉片含水量最高。隨著PEG脅迫濃度的增加，普通型狗牙根的葉片含水量下降幅度較為平緩，并且相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量呈較為穩(wěn)定的上升趨勢(shì),而特高多花多年生黑麥草與貝斯利斯克伏生臂形草的情況差別不大。適宜濃度的脅迫處理對(duì)植物的生長(zhǎng)具有一定的推動(dòng)作用，但若脅迫濃度過(guò)高則會(huì)對(duì)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響。在相同脅迫條件下，3種禾本科草坪草的抗旱性從強(qiáng)到弱依次為普通型狗牙根、貝斯利斯克伏生臂形草、特高多花多年生黑麥草。因此，在昆明地區(qū)普通型狗牙根可以作為首選的抗旱牧草品種。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)和生物技術(shù)的興起和發(fā)展及“海綿城市”理論的提出，為生物性節(jié)水和抗旱帶來(lái)了巨大活力。

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