門源縣越冬成功的3種紫花苜?？购匝芯?/h1>
2021-04-01 11:59:00李長(zhǎng)慧孫啟忠王有良
草地學(xué)報(bào) 2021年3期
李 倩， 李長(zhǎng)慧*， 孫啟忠， 王有良
(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 青海 西寧 810016； 2.中國(guó)農(nóng)科院草原所， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.門源縣草原站， 青海 海北 810399)
紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培最早、種植面積最大、經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的多年生豆科牧草，被稱為“牧草之王”。國(guó)內(nèi)北方地區(qū)海拔及氣候條件導(dǎo)致苜蓿不能越冬，制約了苜蓿產(chǎn)品發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)苜?？购陨砩笜?biāo)研究發(fā)現(xiàn)。苜蓿根中可溶性蛋白含量、游離脯氨酸含量與溫度成反比[1]，有研究表明苜蓿在低溫條件下通過(guò)提高超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶活性，清除苜蓿體內(nèi)活性氧自由基，減少對(duì)苜蓿的損傷，使苜蓿抵抗凍害[2]。王瑞云[3]研究發(fā)現(xiàn)膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物丙二醛含量會(huì)大量積累，不同苜蓿品種丙二醛的生成量存在差異，抗寒性強(qiáng)的品種丙二醛積累量少。目前關(guān)于青海省苜蓿抗寒性方面的研究很少，對(duì)苜蓿全年四季抗寒性比較的研究也較少。本試驗(yàn)旨在研究門源縣在高海拔環(huán)境下越冬成功的3種紫花苜蓿在不同采樣時(shí)期生理生化指標(biāo)變化規(guī)律，探討苜?？购?，為門源縣篩選出抗寒性最強(qiáng)的苜蓿品種，對(duì)高寒地區(qū)苜蓿抗寒性研究和引種均有積極的促進(jìn)作用。
1 材料與方法
1.1 研究地概況
本試驗(yàn)試驗(yàn)區(qū)位于門源回族自治縣(37°61.780′ N，101°32.313′ E)，屬于高原大陸性氣候，地處中緯度西風(fēng)帶區(qū)，海拔2 960 m，最高溫度27.5℃(8月)，最低溫度—26.4℃(1月)，年均溫0.8℃，年均降水量約520 mm。
1.2 研究材料
中國(guó)農(nóng)科院草原所于2017年5月從國(guó)內(nèi)外收集了17個(gè)紫花苜蓿品種在門源縣引種試驗(yàn)，紫花苜蓿播量22.5 kg·hm-2,行間距12.5 cm,每種苜蓿16行。經(jīng)過(guò)越冬2018年只有‘中蒙1號(hào)’(M.sativa‘Zhongmeng No.1’)，‘赤雜1號(hào)’(M.sativa‘Chiza No.1’)，‘公農(nóng)1號(hào)’(M.sativa‘Gongnong No.1’)等3種苜蓿順利越冬，且農(nóng)藝性狀良好，3種紫花苜蓿的越冬率分別為92.3%，84.6%，78.6%。
1.3 研究方法
將2017年種植的已越冬的3種紫花苜蓿分別于越冬前、最低溫期、越冬返青后、生長(zhǎng)旺盛期采樣取根。將紫花苜蓿根部用自來(lái)水沖洗干凈，并用濾紙吸干根系上的水分以鮮樣測(cè)定可溶性蛋白(soluble protein，SP)、游離脯氨酸(free proline，Pro)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量、過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)活性。SP含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[4]；MDA含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定[4]；Pro含量用磺基水楊酸法測(cè)定[4]；SOD活性的測(cè)定用NBT光化還原法測(cè)定[5]；POD活性的測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[5]；CAT活性的測(cè)定用紫外吸收法測(cè)定[5]。
利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法[6-7]對(duì)多個(gè)生理生化指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。首先對(duì)3種紫花苜蓿各個(gè)生理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)SP，Pro，POD，SOD，CAT等指標(biāo)用公式(1)，MDA指標(biāo)用公式(2)，求得各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。再求各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)、權(quán)重，最后得出3種紫花苜蓿的綜合評(píng)價(jià)D值。公式中，F(xiàn)ij為j指標(biāo)隸屬值；Xij為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Xjmin為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的最小值；Xjmax為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的最大值。
(1)
(2)
1.4 數(shù)據(jù)處理
用Microsoft Excel 2010數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)處理以及圖表制作，表中所列數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用SPSS 20.0分別對(duì)3種苜蓿、4個(gè)時(shí)期用Duncan法單變量方差分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 可溶性蛋白含量
‘公農(nóng)1號(hào)’SP含量(表1)顯著低于‘中蒙1號(hào)’和‘赤雜1號(hào)’(P<0.05)，4個(gè)時(shí)期間差異顯著(P<0.05)。3種苜蓿SP含量在1月達(dá)到頂峰，隨著返青期溫度回升，SP含量持續(xù)下降。
表1 不同時(shí)期、不同品種可溶性蛋白含量變化Table 1 Changes in soluble protein content in different periods and varieties/mg·g-1
2.2 游離脯氨酸含量
‘中蒙1號(hào)’和‘公農(nóng)1號(hào)’Pro含量(表2)顯著高于‘赤雜1號(hào)’(P<0.05)，1月和4月Pro含量顯著高于10月、8月(P<0.05)，10月—1月3種苜蓿Pro含量隨溫度降低而增加，4月返青期溫度升高，Pro含量減少。
表2 不同時(shí)期、不同品種游離脯氨酸含量變化Table 2 Changes in free proline content in different periods and varieties/mg·g-1
2.3 過(guò)氧化物酶活性
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’POD活性(表3)差異顯著(P<0.05)，4個(gè)時(shí)期間差異顯著(P<0.05)。10月—次年1月POD活性隨著溫度的降低而增加，1月—8月隨著溫度的升高POD活性逐漸減少。
表3 不同時(shí)期、不同品種過(guò)氧化物酶活性變化Table 3 Changes in peroxidase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.4 超氧化物歧化酶活性
SOD活性(表4)‘中蒙1號(hào)’顯著高于‘公農(nóng)1號(hào)’(P<0.05)，1月SOD活性顯著高于4月、10月、8月(P<0.05)。10月—次年8月間隨溫度的下降3種苜蓿SOD活性增加，溫度上升SOD活性減少。
表4 不同時(shí)期、不同品種超氧化物歧化酶活性變化Table 4 Changes in superoxide dismutase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.5 過(guò)氧化氫酶活性
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’CAT活性(表5)差異顯著(P<0.05)，1月CAT活性顯著高于10月、4月、8月(P<0.05)。10月—次年1月隨著溫度的不斷下降3種苜蓿CAT活性逐漸增加，隨著溫度的升高CAT活性減少。
表5 不同時(shí)期、不同品種過(guò)氧化氫酶活性變化Table 5 Changes in catalase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.6 丙二醛含量
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’MDA含量(表6)差異顯著(P<0.05)，8月MDA含量顯著高于1月(P<0.05)。隨著溫度的降低MDA含量下降，溫度上升MDA含量隨之增加。
表6 不同時(shí)期、不同品種丙二醛含量變化Table 6 Changes in malondialdehyde content in different periods and varieties/μmol·g-1
2.7 門源縣不同品種抗寒性綜合評(píng)價(jià)
采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)值法，將每個(gè)品種的4個(gè)時(shí)期SP，Pro，POD，SOD，CAT，MDA值做標(biāo)準(zhǔn)化處理并平均，根據(jù)隸屬函數(shù)值與權(quán)重得出綜合評(píng)分值D，D值越高，品種抗寒性越強(qiáng)，反之越弱。因此，抗寒性強(qiáng)弱為‘中蒙1號(hào)’>‘赤雜1號(hào)’>‘公農(nóng)1號(hào)’(表7)。
表7 不同品種抗寒性綜合評(píng)價(jià)Table 7 Evaluation of cold resistance of different varieties
3 討論
張仲鵑[8]研究全年不同時(shí)期苜蓿SP，Pro，MDA含量發(fā)現(xiàn)，SP，Pro含量與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。馬維文[9]研究越冬期白三葉生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，SP，Pro，POD，SOD，CAT與溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。朱愛民[10]對(duì)降霜前后的苜蓿研究結(jié)果表明POD，SOD，CAT活性，Pro含量在低溫過(guò)后顯著增加，MDA含量顯著降低,但張海燕[11]通過(guò)對(duì)歐美楊(Populus×euramericana)無(wú)性系低溫處理發(fā)現(xiàn)SP，MDA含量，POD，SOD，CAT活性都隨溫度的降低先增加后降低。本試驗(yàn)中3種紫花苜蓿SP，Pro含量，POD，SOD，CAT活性與溫度呈負(fù)相關(guān)，與張仲鵑[8]、馬維文[9]、朱愛民[10]研究結(jié)果相同，與張海燕[11]對(duì)POD，SOD，CAT的研究結(jié)果不同可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)最低溫是-25.6℃，而張海燕試驗(yàn)中最低溫是-35.0℃，超出本試驗(yàn)范圍。本試驗(yàn)中MDA含量與溫度呈正相關(guān)，與張仲鵑[8]、朱愛民[10]等人對(duì)MDA的研究結(jié)果一致。
4 結(jié)論
門源縣3種紫花苜蓿SP，Pro含量與POD，SOD，CAT活性與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。從不同月份來(lái)看，3種紫花苜蓿除MDA外其余指標(biāo)含量(活性)均為1月最高。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)值和權(quán)重對(duì)門源縣3種紫花苜蓿的生理生化指標(biāo)進(jìn)行抗寒性綜合評(píng)價(jià)，‘中蒙1號(hào)’苜蓿品種抗寒性最強(qiáng)。
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紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培最早、種植面積最大、經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的多年生豆科牧草，被稱為“牧草之王”。國(guó)內(nèi)北方地區(qū)海拔及氣候條件導(dǎo)致苜蓿不能越冬，制約了苜蓿產(chǎn)品發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)苜?？购陨砩笜?biāo)研究發(fā)現(xiàn)。苜蓿根中可溶性蛋白含量、游離脯氨酸含量與溫度成反比[1]，有研究表明苜蓿在低溫條件下通過(guò)提高超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶活性，清除苜蓿體內(nèi)活性氧自由基，減少對(duì)苜蓿的損傷，使苜蓿抵抗凍害[2]。王瑞云[3]研究發(fā)現(xiàn)膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物丙二醛含量會(huì)大量積累，不同苜蓿品種丙二醛的生成量存在差異，抗寒性強(qiáng)的品種丙二醛積累量少。目前關(guān)于青海省苜蓿抗寒性方面的研究很少，對(duì)苜蓿全年四季抗寒性比較的研究也較少。本試驗(yàn)旨在研究門源縣在高海拔環(huán)境下越冬成功的3種紫花苜蓿在不同采樣時(shí)期生理生化指標(biāo)變化規(guī)律，探討苜?？购?，為門源縣篩選出抗寒性最強(qiáng)的苜蓿品種，對(duì)高寒地區(qū)苜蓿抗寒性研究和引種均有積極的促進(jìn)作用。
1 材料與方法
1.1 研究地概況
本試驗(yàn)試驗(yàn)區(qū)位于門源回族自治縣(37°61.780′ N，101°32.313′ E)，屬于高原大陸性氣候，地處中緯度西風(fēng)帶區(qū)，海拔2 960 m，最高溫度27.5℃(8月)，最低溫度—26.4℃(1月)，年均溫0.8℃，年均降水量約520 mm。
1.2 研究材料
中國(guó)農(nóng)科院草原所于2017年5月從國(guó)內(nèi)外收集了17個(gè)紫花苜蓿品種在門源縣引種試驗(yàn)，紫花苜蓿播量22.5 kg·hm-2,行間距12.5 cm,每種苜蓿16行。經(jīng)過(guò)越冬2018年只有‘中蒙1號(hào)’(M.sativa‘Zhongmeng No.1’)，‘赤雜1號(hào)’(M.sativa‘Chiza No.1’)，‘公農(nóng)1號(hào)’(M.sativa‘Gongnong No.1’)等3種苜蓿順利越冬，且農(nóng)藝性狀良好，3種紫花苜蓿的越冬率分別為92.3%，84.6%，78.6%。
1.3 研究方法
將2017年種植的已越冬的3種紫花苜蓿分別于越冬前、最低溫期、越冬返青后、生長(zhǎng)旺盛期采樣取根。將紫花苜蓿根部用自來(lái)水沖洗干凈，并用濾紙吸干根系上的水分以鮮樣測(cè)定可溶性蛋白(soluble protein，SP)、游離脯氨酸(free proline，Pro)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量、過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)活性。SP含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[4]；MDA含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定[4]；Pro含量用磺基水楊酸法測(cè)定[4]；SOD活性的測(cè)定用NBT光化還原法測(cè)定[5]；POD活性的測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[5]；CAT活性的測(cè)定用紫外吸收法測(cè)定[5]。
利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法[6-7]對(duì)多個(gè)生理生化指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。首先對(duì)3種紫花苜蓿各個(gè)生理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)SP，Pro，POD，SOD，CAT等指標(biāo)用公式(1)，MDA指標(biāo)用公式(2)，求得各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。再求各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)、權(quán)重，最后得出3種紫花苜蓿的綜合評(píng)價(jià)D值。公式中，F(xiàn)ij為j指標(biāo)隸屬值；Xij為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Xjmin為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的最小值；Xjmax為j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的最大值。
(1)
(2)
1.4 數(shù)據(jù)處理
用Microsoft Excel 2010數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)處理以及圖表制作，表中所列數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用SPSS 20.0分別對(duì)3種苜蓿、4個(gè)時(shí)期用Duncan法單變量方差分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 可溶性蛋白含量
‘公農(nóng)1號(hào)’SP含量(表1)顯著低于‘中蒙1號(hào)’和‘赤雜1號(hào)’(P<0.05)，4個(gè)時(shí)期間差異顯著(P<0.05)。3種苜蓿SP含量在1月達(dá)到頂峰，隨著返青期溫度回升，SP含量持續(xù)下降。
表1 不同時(shí)期、不同品種可溶性蛋白含量變化Table 1 Changes in soluble protein content in different periods and varieties/mg·g-1
2.2 游離脯氨酸含量
‘中蒙1號(hào)’和‘公農(nóng)1號(hào)’Pro含量(表2)顯著高于‘赤雜1號(hào)’(P<0.05)，1月和4月Pro含量顯著高于10月、8月(P<0.05)，10月—1月3種苜蓿Pro含量隨溫度降低而增加，4月返青期溫度升高，Pro含量減少。
表2 不同時(shí)期、不同品種游離脯氨酸含量變化Table 2 Changes in free proline content in different periods and varieties/mg·g-1
2.3 過(guò)氧化物酶活性
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’POD活性(表3)差異顯著(P<0.05)，4個(gè)時(shí)期間差異顯著(P<0.05)。10月—次年1月POD活性隨著溫度的降低而增加，1月—8月隨著溫度的升高POD活性逐漸減少。
表3 不同時(shí)期、不同品種過(guò)氧化物酶活性變化Table 3 Changes in peroxidase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.4 超氧化物歧化酶活性
SOD活性(表4)‘中蒙1號(hào)’顯著高于‘公農(nóng)1號(hào)’(P<0.05)，1月SOD活性顯著高于4月、10月、8月(P<0.05)。10月—次年8月間隨溫度的下降3種苜蓿SOD活性增加，溫度上升SOD活性減少。
表4 不同時(shí)期、不同品種超氧化物歧化酶活性變化Table 4 Changes in superoxide dismutase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.5 過(guò)氧化氫酶活性
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’CAT活性(表5)差異顯著(P<0.05)，1月CAT活性顯著高于10月、4月、8月(P<0.05)。10月—次年1月隨著溫度的不斷下降3種苜蓿CAT活性逐漸增加，隨著溫度的升高CAT活性減少。
表5 不同時(shí)期、不同品種過(guò)氧化氫酶活性變化Table 5 Changes in catalase activity in different periods and varieties/μ·g-1·min-1
2.6 丙二醛含量
‘中蒙1號(hào)’，‘赤雜1號(hào)’，‘公農(nóng)1號(hào)’MDA含量(表6)差異顯著(P<0.05)，8月MDA含量顯著高于1月(P<0.05)。隨著溫度的降低MDA含量下降，溫度上升MDA含量隨之增加。
表6 不同時(shí)期、不同品種丙二醛含量變化Table 6 Changes in malondialdehyde content in different periods and varieties/μmol·g-1
2.7 門源縣不同品種抗寒性綜合評(píng)價(jià)
采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)值法，將每個(gè)品種的4個(gè)時(shí)期SP，Pro，POD，SOD，CAT，MDA值做標(biāo)準(zhǔn)化處理并平均，根據(jù)隸屬函數(shù)值與權(quán)重得出綜合評(píng)分值D，D值越高，品種抗寒性越強(qiáng)，反之越弱。因此，抗寒性強(qiáng)弱為‘中蒙1號(hào)’>‘赤雜1號(hào)’>‘公農(nóng)1號(hào)’(表7)。
表7 不同品種抗寒性綜合評(píng)價(jià)Table 7 Evaluation of cold resistance of different varieties
3 討論
張仲鵑[8]研究全年不同時(shí)期苜蓿SP，Pro，MDA含量發(fā)現(xiàn)，SP，Pro含量與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。馬維文[9]研究越冬期白三葉生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，SP，Pro，POD，SOD，CAT與溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。朱愛民[10]對(duì)降霜前后的苜蓿研究結(jié)果表明POD，SOD，CAT活性，Pro含量在低溫過(guò)后顯著增加，MDA含量顯著降低,但張海燕[11]通過(guò)對(duì)歐美楊(Populus×euramericana)無(wú)性系低溫處理發(fā)現(xiàn)SP，MDA含量，POD，SOD，CAT活性都隨溫度的降低先增加后降低。本試驗(yàn)中3種紫花苜蓿SP，Pro含量，POD，SOD，CAT活性與溫度呈負(fù)相關(guān)，與張仲鵑[8]、馬維文[9]、朱愛民[10]研究結(jié)果相同，與張海燕[11]對(duì)POD，SOD，CAT的研究結(jié)果不同可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)最低溫是-25.6℃，而張海燕試驗(yàn)中最低溫是-35.0℃，超出本試驗(yàn)范圍。本試驗(yàn)中MDA含量與溫度呈正相關(guān)，與張仲鵑[8]、朱愛民[10]等人對(duì)MDA的研究結(jié)果一致。
4 結(jié)論
門源縣3種紫花苜蓿SP，Pro含量與POD，SOD，CAT活性與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDA含量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。從不同月份來(lái)看，3種紫花苜蓿除MDA外其余指標(biāo)含量(活性)均為1月最高。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)值和權(quán)重對(duì)門源縣3種紫花苜蓿的生理生化指標(biāo)進(jìn)行抗寒性綜合評(píng)價(jià)，‘中蒙1號(hào)’苜蓿品種抗寒性最強(qiáng)。
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