播期、品種對沙地紫花苜?？寡趸匦耘c越冬率的影響

田永雷，張玉霞，王顯國，候文慧，王月林，孫明雪，杜曉艷

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028041； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193； 4.內(nèi)蒙古自治區(qū)草原工作站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010017)

紫花苜蓿(MedicagosalivaL.)是豆科苜蓿屬多年生牧草，有“牧草之王”的譽(yù)稱[1]。由于紫花苜蓿具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、保持水土、改良土壤、抗旱性較強(qiáng)等優(yōu)點，是目前我國廣泛種植的優(yōu)質(zhì)牧草[2]，近些年，在北方干旱地區(qū)種植面積不斷增大，然而在北方干旱地區(qū)，尤其是科爾沁沙地由于風(fēng)沙大，降雨少，春季溫度低等因素[3]，加之種植方式不當(dāng)，導(dǎo)致紫花苜蓿越冬不穩(wěn)，嚴(yán)重限制紫花苜蓿持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)[4-6]。目前我國關(guān)于苜蓿播期的研究主要是針對播期對苜蓿的生產(chǎn)性能和形態(tài)特征以及越冬率的研究[7-9]，關(guān)于紫花苜蓿的抗氧化機(jī)理研究多集中在低溫脅迫下的紫花苜蓿根頸和葉片生理變化[10-15]，有關(guān)不同播期下低溫馴化期紫花苜蓿根頸抗氧化變化的報道較少[16-18]，尤其是在科爾沁沙地地區(qū)研究未見報道。為此，在科爾沁沙地，開展紫花苜蓿不同播種時期試驗，探討越冬前期紫花苜蓿根頸的抗氧化特性變化及其與越冬率和播期之間的關(guān)系，闡述播期影響科爾沁沙地紫花苜蓿越冬的抗氧化生理機(jī)理，提出適宜的播種日期范圍，為科爾沁沙地紫花苜蓿適宜時期種植和抗寒性研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗惠農(nóng)草業(yè)有限公司牧草生產(chǎn)基地，地理位置為北緯42°30′50.4″，東經(jīng)115°27′34.2″，海拔322 m。該地區(qū)為溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫5.5℃，≥10℃的積溫為3 000～3 200℃，無霜期140～150 d，年平均降水量約375 mm，年平均風(fēng)速3.0～4.4 m·s-1，土壤為沙壤土。試驗地土壤營養(yǎng)成分堿解氮含量38.8 mg·kg-1，速效磷含量2.1 mg.kg-1，速效鉀含量103 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量7.28 mg·kg-1，PH值7.26。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用2因素隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計。選擇騎士T、公農(nóng)1號、擎天柱3個紫花苜蓿品種，于2017年7月1日至8月15日，每5天1個播種時期，共10個播種時期。小區(qū)面積4 m×6 m=24 m2，4次重復(fù)，共120個小區(qū)。于2017年10月11日和11月11日進(jìn)行苜蓿根系取樣，測定根頸的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、過氧化物酶(Peroxidase,POD)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量，2018年4月20日調(diào)查越冬率。

1.3 測定指標(biāo)及方法

丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測定[19]；SOD酶活性用氮藍(lán)四唑法測定[19]；CAT酶活性用紫外吸收法測定[19]；POD酶活性用愈創(chuàng)木酚法[20]測定；越冬率=2018年返青存活株數(shù)/2017年冬前存活株數(shù)×100%[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用WPS軟件處理、做圖和制作表格，SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差顯著性分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較，顯著水平0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期下紫花苜蓿的越冬率變化

由圖1可知，隨著播期的延遲，紫花苜蓿的越冬率逐漸降低，騎士T、公農(nóng)1號、擎天柱3個紫花苜蓿品種的越冬率均在7月16日播期開始顯著降低(P<0.05)，不同品種之間越冬率比較公農(nóng)1號顯著高于騎士T和擎天柱(P<0.05)。

2.2 不同播期下紫花苜蓿根頸的SOD酶活性變化

10月11日測定7月1日播種的騎士T根頸的SOD酶活性最高(見表1)，顯著高于7月11日以后的播期(P<0.05)；7月6日播種的公農(nóng)1號根頸的SOD酶活性最高，與其它播期無顯著差異；7月1日播種的擎天柱根頸的SOD酶活性顯著高于7月21日以后播期(P<0.05)；3個紫花苜蓿品種間SOD酶活性無顯著差異。11月11日測定的SOD酶活性均較10月11日測定的SOD酶活性明顯降低，其中7月1日播種的騎士T和公農(nóng)1號根頸的SOD酶活性最高，7月21日播種的擎天柱根頸的SOD酶活性最高，但不同播期間SOD酶活性均無顯著差異，3個紫花苜蓿品種間SOD酶活性為擎天柱>公農(nóng)1號>騎士T，且擎天柱顯著高于騎士T(P<0.05)。

圖1 不同播種期下紫花苜蓿的越冬率

測定時間measuringdate播種時間sowingdates品種Varieties騎士TKnightT公農(nóng)1號Gongnong1擎天柱OPtimus10月11日11thOctober01/07584.55±97.91Aa482.25±33.22Aa534.34±16.22Aa06/07476.35±26.84ABa511.38±35.34Aa512.56±76.35Aa11/07493.69±104.25ABa496.63±31.51Aa526.47±15.63Aa16/07400.25±113.41Ba486.85±49.76Aa494.38±26.27Aa21/07448.69±125.75ABa441.69±29.28ABa508.26±28.76Aa26/07495.75±51.12ABa479.57±52.87Aab395.94±17.67Cb31/07415.58±42.53Ba361.78±68.93Ba473.17±48.49ABa05/08360.85±41.11Ba426.83±49.97ABa406.82±63.52BCa10/08468.96±93.92ABa456.77±67.16Aa368.96±57.83Ca15/08391.74±54.93Bb473.48±29.16Aa528.63±27.37Aa11月11日11thNovember01/07272.85±32.87Ab413.24±64.37Aa422.25±89.33Aa06/07242.98±29.01Ab349.89±61.65ABab430.36±111.34Aa11/07247.96±48.03Ab388.75±71.27ABa439.85±66.25Aa16/07250.25±57.05Ab334.45±43.85ABab437.46±110.27Aa21/07230.78±57.53ABb354.67±48.63ABab446.52±86.07Aa26/07233.96±50.12ABb318.25±24.64ABab405.14±28.32Aa31/07209.47±65.37Bb327.14±59.37ABab362.17±47.96Aa05/08247.56±22.34Ab360.77±21.56ABa333.18±58.57Aa10/08204.52±40.66Bb302.26±41.45ABa351.29±59.98Aa15/08233.58±68.15ABb276.89±17.07Bab342.34±94.21Aa

2.3 不同播期下紫花苜蓿根頸的POD酶活性變化

10月11日測定7月1日播種的騎士T根頸的POD酶活性最高(見表2)，顯著高于除7月16日、7月31日和8月15日播期以外其它播期(P<0.05)；8月15日播種的公農(nóng)1號根頸POD酶活性最高，但不同播期之間無顯著差異；7月1日播種的擎天柱根頸的POD酶活性最高，顯著高于7月11日以后播期(P<0.05)；3個紫花苜蓿品種間無顯著差異。11月11日測定7月16日播種的騎士T的POD酶活性最高，與8月5日、8月10日、8月15日無顯著差異，顯著高于其它播期(P<0.05)；公農(nóng)1號在7月11日播期時POD酶活性最高，顯著高于7月31日以后播期(P<0.05)；擎天柱在8月5日播期時POD酶活性最高，不同播期POD酶活性均無顯著差異；3個紫花苜蓿品種之間POD酶活性比較騎士T高于公農(nóng)1號和擎天柱。

表2 播種時期對POD酶活性的影響

2.4 不同播期下紫花苜蓿根頸的CAT酶活性變化

10月11日測定7月6日播種的騎士T根頸的CAT酶活性最高(見表3)，顯著高于除7月1日以外的其它播期(P<0.05)；8月10日播種的公農(nóng)1號根頸的CAT酶活性最高，顯著高于8月15日播期(P<0.05)，與其它播期無顯著差異；7月11日播種的擎天柱根頸的CAT酶活性最高，顯著高于其它播期(P<0.05)；3個紫花苜蓿品種間CAT酶活性比較騎士T低于公農(nóng)1號和擎天柱。11月11日測定8月15日播種的騎士T根頸的CAT酶活性最高，不同播期間CAT酶活性無顯著差異；8月5日播種的公農(nóng)1號根頸的CAT酶活性最高，不同播期間無顯著差異；7月21日播種的擎天柱根頸的CAT酶活性最高，顯著高于7月6日和7月11日(P<0.05)，與其它播期無顯著差異；3個紫花苜蓿品種間CAT酶活性比較騎士T低于公農(nóng)1號和擎天柱。

表3 播種時期對紫花苜蓿根頸CAT酶活性的影響

2.5 不同播期下紫花苜蓿根頸的MDA含量變化

10月11日測定7月31日播種的騎士T根頸的MDA含量最高(見表4)，顯著高于除7月16日以外的其它播期(P<0.05)；8月5日播種的公農(nóng)1號根頸的MDA含量顯著高于其它播期(P<0.05)；在8月5日播種的擎天柱紫花苜蓿品種根頸MDA含量最高，顯著高于除7月16日以外的其它播期(P<0.05)；3個紫花苜蓿品種間的MDA含量比較擎天柱小于騎士T和公農(nóng)1號。11月11日測定7月31日播種的騎士T根頸的MDA含量顯著高于7月26日以前的播期(P<0.05)；8月10日播種的公農(nóng)1號的MDA含量顯著高于7月1日、7月16日和7月26日播期(P<0.05)；8月15日播種的擎天柱的MDA含量顯著高于7月1日和7月11日播期(P<0.05)，與其它播期差異不顯著；3個紫花苜蓿品種間的MDA含量比較騎士T高于公農(nóng)1號和擎天柱。

表4 播種時期對MDA含量的影響

2.6 紫花苜?？寡趸碇笜?biāo)與越冬率的相關(guān)性分析

由表5可知，10月11日紫花苜蓿根頸的MDA含量與SOD，POD酶活性均呈顯著負(fù)相關(guān)，與CAT酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)；11月11日的紫花苜蓿根頸的MDA含量POD酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)，與SOD和CAT酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，由此說明SOD，POD，CAT3種抗氧化酶是清除低溫脅迫下活性氧自由基的關(guān)鍵酶。越冬率與10月11日紫花苜蓿根頸的SOD，POD，CAT酶活性呈正相關(guān)，且與SOD酶活性達(dá)到顯著水平；越冬率與11月11日紫花苜蓿根頸的SOD，POD酶活性呈正相關(guān)，且與POD酶活性達(dá)到顯著水平；越冬率與10月11日和11月11日紫花苜蓿根頸的MDA含量均呈負(fù)相關(guān)，但沒有達(dá)到顯著水平；越冬率與播期呈極顯著負(fù)相關(guān)。由此說明，播種時期通過影響越冬前期紫花苜蓿根頸的抗氧化酶活性，進(jìn)一步影響沙地紫花苜蓿的越冬性。

表5 紫花苜?？购碇笜?biāo)與越冬率的相關(guān)性分析

注：**：在.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*：在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

Note:**：Significant correlation at the 0.01 level (bilateral)，*：Significant correlation at the 0.05 level (bilateral)

3 討論

國內(nèi)外關(guān)于紫花苜?？购耘c根系抗氧化酶活性關(guān)系的研究資料較多，研究表明[22-24]，紫花苜蓿根系中保護(hù)酶(過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶)活性與其抗寒性密切相關(guān)[25]。申曉慧[24]研究表明，SOD酶活性與越冬率成正比，本研究中10月11日和11月11日苜蓿根頸中的SOD酶活性與越冬率均呈正相關(guān)關(guān)系，與其結(jié)果一致；寇建村[23]等研究表明，不同紫花苜蓿品種間SOD酶活性存在顯著差異，本研究與其結(jié)果一致，11月11日測定騎士T紫花苜蓿根頸中SOD活性明顯小于公農(nóng)1號和擎天柱苜蓿；馬周文等[26]表明低溫處理下SOD酶活性無顯著差異，其解釋為SOD酶活性對低溫脅迫不敏感，本研究與其結(jié)果不同，本研究中紫花苜蓿根頸SOD酶活性11月份較10月份下降，可以解釋為紫花苜蓿感受寒冷刺激后產(chǎn)生應(yīng)激能力，當(dāng)紫花苜蓿獲得抗寒能力后，SOD酶活性逐漸下降[27]。

Duke[28]研究表明，抗寒性強(qiáng)的紫花苜蓿品種可以通過提高POD酶活性來提高自身的抗寒性，從而減少低溫脅迫對植物的傷害；楊秀娟[29]、申曉慧[24]等結(jié)果表明，紫花苜蓿根頸中的POD酶活性與越冬率顯著正相關(guān)，本研究與其結(jié)果一致，越冬率與11月11日測定苜蓿根頸POD酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，但與10月11日測定紫花苜蓿根頸中POD酶活性相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。朱愛民等[30]研究表明，紫花苜蓿感受低溫脅迫后可能會啟動CAT保護(hù)機(jī)制，減少超氧陰離子的傷害，本研究亦能佐證此觀點，相關(guān)性分析表明10月11日和11月11日測定苜蓿根頸中的CAT活性與丙二醛含量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系。

丙二醛是膜質(zhì)過氧化的最終分解產(chǎn)物，諸多研究表明，丙二醛可以作為衡量植物抗逆性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。如：陶雅等[12]研究表明，不同品種紫花苜蓿根系在低溫初期均有大量丙二醛的積累，隨后丙二醛含量會降低，溫度升高后，丙二醛含量逐漸增加；申曉慧[31]測定了紫花苜蓿根系整個越冬期生理指標(biāo)的變化，表明紫花苜蓿根中丙二醛的含量隨溫度的變化呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，與越冬率成反比。本研究表明，紫花苜蓿根頸中丙二醛含量與越冬率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與申曉慧的研究結(jié)果一致。

隨著播期的推遲，紫花苜蓿越冬率明顯下降[19]；播期較晚可以提高紫花苜蓿出苗率，但播種太晚則不利于提高越冬率[32]；播期越早越有利于紫花苜蓿越冬[33]；本研究表明，播期與越冬率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明在科爾沁地區(qū)，播期越晚，紫花苜蓿越冬率越低。

4 結(jié)論

隨著播期的延遲，紫花苜蓿的越冬率呈下降趨勢，在7月21日播種較前期播種下降顯著；越冬率與凍融交錯期紫花苜蓿根頸部的SOD酶活性和封凍期紫花苜蓿根頸部的POD酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系；2個測定時期紫花苜蓿根頸部MDA含量與SOD，POD，CAT酶活性均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；在阿魯科爾沁地區(qū)，7月21日之前播種可有效提高紫花苜蓿越冬率。