干旱脅迫處理對紫花苜蓿生長及生理特征的影響

黃珊

摘要：為了探索紫花苜蓿對干旱脅迫處理下的生長以及生理特征的變化情況，特選擇PEG-6000模擬干旱脅迫處理開展了此研究，結(jié)果表明，干旱脅迫處理下，紫花苜蓿地上部分生長量均極顯著低于對照處理，隨著干旱脅迫程度的加重，地上部分生長量逐漸降低、根冠比逐漸增加、根直徑及總面積逐漸降低，脯氨酸、丙二醛、過氧化氫酶含量隨著干旱脅迫程度的加重逐漸增加，可溶性蛋白質(zhì)或者可溶性糖的含量隨著干旱脅迫程度的加重逐漸降低，由此可知，在干旱脅迫處理下，紫花苜蓿機(jī)體會相應(yīng)地作出一系列的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)干旱的條件，表明了紫花苜蓿的抗旱能力比較強(qiáng)，可以適應(yīng)一定程度的干旱脅迫處理。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫;紫花苜蓿;生長;生理特征

紫花苜蓿，學(xué)名為Medicago sativa L.，屬于豆科苜蓿屬多年生植物，含有豐富的蛋白質(zhì)，產(chǎn)量高、有較高的適口性、品質(zhì)佳，在我國北方地區(qū)作為優(yōu)良牧草廣泛人工栽培[1]。北方地區(qū)的氣候干旱、降雨資源少而蒸發(fā)量大，牧草種植中最大的影響因素即為干旱少雨的氣候特點(diǎn)。因此研究紫花苜蓿在干旱條件下的生長以及生理特征變化的重要性顯而易見[2]。為了探索我國北方干旱地區(qū)不同程度的干旱脅迫處理下紫花苜蓿生長的適應(yīng)情況，特開展了此研究，旨在為北方干旱地區(qū)紫花苜蓿的種植提供指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)安排在國有阜蒙縣牤牛河林場苗圃，地形為丘陵山地，降水相對于其他遼西北地區(qū)偏多，年降水量在420mm左右，以7-9月的分布較多，年日照時(shí)數(shù)年均在2600h以上，年均溫8.5℃左右。

1.2 試驗(yàn)材料

供試的紫花苜蓿品種選擇中苜1號，由中國農(nóng)科院畜牧研究所選育，2003年通過審定，編號為寧審苜2003006;該品種的株型直立，有發(fā)達(dá)的根系，主根明顯，在土壤中主要分布在3-6m深的范圍內(nèi)，側(cè)根數(shù)量多，有很強(qiáng)的耐鹽堿、耐干旱、耐瘠薄能力，生長速度快，表現(xiàn)出非常強(qiáng)的再生能力。供試的材料還包括75%乙醇、塑料花盆（直徑、高度分別在10、15cm左右）、Hoagland營養(yǎng)液、PEG-6000、培養(yǎng)皿等、供試的儀器包括恒溫培養(yǎng)箱、Li-6400光合儀、天平、烘箱等。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中通過PEG-6000模擬不同程度的干旱脅迫處理，共設(shè)置4種不同的干旱脅迫處理，即PEG-6000的體積分?jǐn)?shù)分別為0%（CK）、10%（輕度脅迫）、20%（中度脅迫）、30%（重度脅迫）。每種程度的干旱脅迫處理均設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)種植紫花苜蓿10盆，每盆幼苗6株（要求生長情況幾乎一致）。

1.4 試驗(yàn)方法

將經(jīng)過精選的紫花苜蓿種子用75%的乙醇進(jìn)行消毒，之后平攤在培養(yǎng)皿內(nèi)（提前鋪上2層干凈濾紙），轉(zhuǎn)移到恒溫培養(yǎng)箱中設(shè)置25℃的溫度進(jìn)行催芽處理，保持濾紙一致濕潤的狀態(tài)，當(dāng)種子萌發(fā)、胚根長度在5-7mm時(shí)種植在花盆中，培養(yǎng)基質(zhì)為提前高溫滅菌處理的細(xì)沙，最后每個(gè)盆中選擇6株長勢一致的保留下來，其余的清除干凈。將花盆置于有較好透光條件的溫室中培養(yǎng)，溫度設(shè)置為25℃，第1周每天澆灌1次清水，第2周每天澆灌Hoagland營養(yǎng)液。在紫花苜蓿種植后60d時(shí)按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，每隔3d澆灌1次用Hoagland營養(yǎng)液配制的各體積分?jǐn)?shù)的PEG-6000溶液（模擬各干旱脅迫處理），連續(xù)澆灌3次[3-4]。

1.5 調(diào)查內(nèi)容及方法

干旱脅迫處理后的第10天，從各處理重復(fù)小區(qū)中隨機(jī)選擇30株紫花苜蓿開展地上生物量、根莖比、平均根系直徑、根總表面積、根干重、葉片氣孔導(dǎo)度、可溶性蛋白質(zhì)含量、丙二醛含量等指標(biāo)的調(diào)查，最后各處理3次重復(fù)小區(qū)內(nèi)共計(jì)90株紫花苜蓿的數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行分析，比較各干旱脅迫處理下紫花苜蓿主要生長指標(biāo)以及生理特征的變化情況[5]。

2結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫處理對紫花苜蓿生長的影響

通過用PEG-6000模擬不同程度的干旱脅迫處理，比較了各處理下紫花苜蓿的主要生長指標(biāo)情況，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1可知，干旱脅迫處理對地上生物量有不同程度的影響，隨著干旱脅迫程度的增加，地上生物量逐漸降低，其中以對照處理為最大，達(dá)到94.2%，極顯著高于其他幾個(gè)不同程度干旱脅迫的處理，其次是輕度脅迫處理，地上生物量與中度脅迫處理差異不明顯，與重度脅迫處理差異極顯著，重度脅迫與中度脅迫處理之間未達(dá)到顯著性差異。

根據(jù)表1可知，根冠比隨著干旱脅迫程度的加重而逐漸增加，重度脅迫處理下根冠比顯著高于對照處理，與中度脅迫、輕度脅迫2個(gè)處理之間差異不顯著，中度和輕度干旱脅迫2個(gè)處理的根冠比與對照之間差異也未達(dá)到顯著水平。

根據(jù)表1可知，干旱脅迫對根直徑的生長有較大的影響，隨著干旱脅迫程度的加重，平均根直徑逐漸減小，對照處理與干旱脅迫的幾個(gè)處理達(dá)到了顯著差異，各干旱脅迫處理之間，輕度脅迫與中度脅迫之間差異不明顯，與重度脅迫之間有顯著的差異，輕度脅迫、中度脅迫2個(gè)處理與重度脅迫之間差異明顯。

根據(jù)表1可知，隨著脅迫程度的加重，紫花苜蓿的根總面積表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，對照處理與輕度脅迫2個(gè)處理之間差異不顯著，與中度脅迫、重度脅迫之間差異極顯著，輕度脅迫與中度、重度2個(gè)處理之間差異達(dá)到了顯著性差異。

根據(jù)表1可知，對照處理的平均根干重為22.05g/株，以中度干旱脅迫下紫花苜蓿的根干重最重，與重度處理達(dá)到了極顯著差異，與輕度干旱處理差異不明顯，與對照處理之間差異顯著。

2.2 不同干旱脅迫處理對紫花苜蓿生理特征變化的影響

通過對不同干旱脅迫處理下紫花苜蓿氣孔導(dǎo)度、過氧化氫酶、丙二醛等各種生理特征變化情況的分析，結(jié)果見表2。根據(jù)表2可知，氣孔導(dǎo)度以對照處理為最大，達(dá)到205.82 mmoL/m2·s，極顯著高于其他處理，干旱脅迫處理下，隨著干旱脅迫程度的加重，氣孔導(dǎo)度逐漸降低，輕度脅迫處理與其他2個(gè)脅迫處理之間差異極顯著;過氧化氫酶以對照處理為最低，隨著干旱脅迫程度的加重，過氧化氫酶的活性逐漸增加，對照處理與輕度脅迫處理之間差異不顯著，與中度脅迫、重度脅迫2個(gè)處理之間差異極顯著，各干旱脅迫處理之間均達(dá)到了極顯著差異;隨著干旱脅迫程度的加重，丙二醛含量逐漸增加，干旱脅迫的3個(gè)處理均極顯著高于對照處理，重度、中度干旱脅迫2個(gè)處理之間無顯著性差異;可溶性蛋白質(zhì)含量各處理之間無明顯差異;可溶性糖含量以對照處理為最低，輕度干旱脅迫處理為最高，隨著干旱脅迫程度的加重，可溶性糖含量逐漸降低，輕度脅迫與中度脅迫之間差異不明顯，這2個(gè)處理均極顯著高于重度脅迫處理;游離脯氨酸在各干旱脅迫處理下，含量均極顯著高于對照處理，各干旱脅迫處理之間差異不顯著。

3結(jié)論與討論

苜蓿地上生物量是其經(jīng)過長期光合作用的積累作用形成，在干旱脅迫處理下，苜蓿地上生物量的生長受到了較大幅度的抑制，干旱脅迫程度越重，抑制生長的程度越明顯[6];本試驗(yàn)中，各干旱脅迫處理下紫花苜蓿地上部分生長量均極顯著低于對照處理，隨著干旱脅迫程度的加重，地上部分生長量逐漸降低[7-8];

干旱脅迫處理下，植株的根冠比會相應(yīng)作出調(diào)整，根冠比增加對植物水分虧缺狀態(tài)的緩解有較好的效果，體現(xiàn)出植物的抗旱性[7];本試驗(yàn)中，紫花苜蓿在干旱脅迫處理下，隨著脅迫程度的加重，根冠比逐漸增加，重度干旱脅迫處理與對照處理達(dá)到了顯著差異。

在植物生長的環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，最先發(fā)生反應(yīng)的部位即為植物的根系，通過自身的生理代謝變化來對根系的生長起到補(bǔ)償協(xié)調(diào)作用，促使植株逐漸適應(yīng)外界的環(huán)境變化[9]。本試驗(yàn)中，在干旱脅迫處理下，紫花苜蓿的根直徑、根總面積、根干重等均有不同程度的變化，以適應(yīng)各種程度干旱脅迫條件。

脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)或者可溶性糖、丙二醛、過氧化氫酶等均是植物體內(nèi)重要的成分，其通過含量的變化達(dá)到協(xié)調(diào)機(jī)體在逆境環(huán)境下的應(yīng)對機(jī)制[9-10]。本試驗(yàn)中，紫花苜蓿在干旱脅迫處理下，脯氨酸、丙二醛、過氧化氫酶含量隨著干旱脅迫程度的加重逐漸增加，可溶性蛋白質(zhì)或者可溶性糖的含量隨著干旱脅迫程度的加重逐漸降低，這些變化體現(xiàn)了紫花苜蓿面對干旱脅迫下的相應(yīng)機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1]韓志順，鄭敏娜，梁秀芝，等.干旱脅迫對不同紫花苜蓿品種形態(tài)特征和生理特性的影響[J].中國草地學(xué)報(bào)，2020， 42（3）：37-43.

[2]張翠梅，師尚禮，吳芳.干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種根系生長及生理特性影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51 （5）：868-882.

[3]閆啟，孟宣辰，駱凱， 等.紫花苜蓿新品系MS-LM01的抗旱性初步鑒定[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2017，43（2）：118-123.

[4]韓德梁，王彥榮.紫花苜蓿對干旱脅迫適應(yīng)性的研究進(jìn)展[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（6）：7-13.

[5]李文嬈.紫花苜蓿水分生理生態(tài)特性及耐旱性研究[D].北京：中國科學(xué)院水利部水土保持研究所（中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心），中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心.2007.

[6]李躍，萬里強(qiáng)，李向林，等.水分脅迫對不同紫花苜蓿品種幼苗生長特性和根系A(chǔ)BA含量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，22（10）：75-83.

[7]馮廣龍，羅遠(yuǎn)培，劉建利，等.不同水分條件下冬小麥根與冠生長及功能間的動態(tài)消長關(guān)系[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1997，15（2）：73-79.

[8]陳曉遠(yuǎn)，劉曉英，羅遠(yuǎn)培.土壤水分對冬小麥根、冠物質(zhì)動態(tài)消長關(guān)系的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（12）：1502-1507.

[9]韓瑞宏，田華，高桂娟，等.干旱脅迫小紫花苜蓿葉片水分代謝與兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，23（4）：140-144.

[10]張新蘭.不同品種苜蓿葉片離體干旱脅迫過程中抗氧化酶活性動態(tài)[J].草業(yè)科學(xué)，2008，25（2）：77-83.