自然干旱脅迫對(duì)3 種新麥草生理特性的影響

王宏洋，黎松松，秦 明

（哈密市草原工作站，新疆 哈密 839000）

新麥草屬（Psathyrostachys juncea Nevski）原產(chǎn)于中亞和西伯利亞，是蘇聯(lián)植物學(xué)家S. Nevski 從大麥屬（Hordeum Linn.）中分離出來(lái)的，全世界大致為10 種，其主要分布位于歐亞地區(qū)草原以及半荒漠地區(qū)[3]。而新麥草屬植物在我國(guó)自然界分布區(qū)大多集中在阿爾泰山、青藏高原、天山等地。新麥草屬植物的抗逆性強(qiáng)，且具有粗蛋白質(zhì)含量高，耐踐踏、耐牧，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)[4]，可作為改良我國(guó)北方天然草場(chǎng)及建植人工草地的優(yōu)良鄉(xiāng)土草種[5]。此外，新麥草屬植物飼用價(jià)值較高，遺傳性非常穩(wěn)定，是培育抗旱抗寒牧草新品種的優(yōu)良種質(zhì)材料。 但國(guó)內(nèi)對(duì)于野生新麥草的抗性研究近乎空白。

牧草葉片中的膜透性、可溶性糖含量、葉綠素含量及各類氧化酶活性均和植物的抗旱性能存在關(guān)聯(lián)[6]。干旱脅迫對(duì)于植物的各種生理活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，與此同時(shí)植物也會(huì)根據(jù)逆境環(huán)境產(chǎn)生適應(yīng)性變化，這種變化則通過(guò)植物的生理生化過(guò)程反映[7]。 本研究以3 種新麥草為研究對(duì)象，通過(guò)分蘗期的抗旱性綜合比較，為馴化培育生態(tài)用種提供更多的育種資源和基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究材料分別為蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草（P. juncea Nevsiki. CV.Mengnong No.4）、莫?dú)J烏拉新麥草（P.perennis Keng.cv.Moqinwula）、紫泥泉新麥草（P.perennis Keng.cv.Ziniquan）。 種子來(lái)源見(jiàn)表 1。

表1 3 種新麥草種子來(lái)源

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020 年5 月9 日在新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)。 采用盆栽法培養(yǎng)3 種新麥草，花盆底徑 123 mm，深 155 mm，上口徑 170 mm。 以花土為栽培基質(zhì)，2 kg 花土／盆。 撒播，覆薄沙。 溫室內(nèi)培養(yǎng)，溫度保持為20～26 ℃，每天黑暗處理14 h，光照10 h。

播種之日起，第1～18 d，每隔3 d 澆水一次，保障新麥草苗期水分供應(yīng)充足；第16～30 d，每5 d 澆水一次。 自2020 年6 月22 日對(duì)盆栽新麥草分蘗前期（7 片葉以上）采用自然失水脅迫的方法進(jìn)行干旱處理，脅迫開(kāi)始后停止?jié)菜?根據(jù)前期了解，種植時(shí)花盆內(nèi)新麥草完全干旱狀態(tài)大致時(shí)間為6 d，每6 d 取樣一次，干旱處理全過(guò)程為18 d。 每次采集的樣品用錫紙包裹，立即放進(jìn)液氮壺中迅速冷凍，保存于-20 ℃冰箱中，用于各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)與方法

葉綠素含量：0.1 g 鮮樣＋20 mL 無(wú)水乙醇浸提 24 h 測(cè)定 OD663、OD645吸光值。

葉綠素含量（mg／g）=[（8.04*OD663＋20.29*OD645）V]／（1 000*W）

電導(dǎo)率：采用電導(dǎo)法測(cè)定，稱取各材料幼苗0.1 g，用蒸餾水洗滌3 次，置潔凈的具塞試管中，加10 mL蒸餾水充分振蕩后靜置3 h，測(cè)定其電導(dǎo)率初值，于沸水浴中加熱15～30 min，測(cè)定其電導(dǎo)率終值，3 次重復(fù)。

相對(duì)電導(dǎo)率=（電導(dǎo)率初值／電導(dǎo)率終值）×100%；含量采用南京建成試劑盒測(cè)定指標(biāo)。

SOD、CAT、可溶性蛋白含量、游離脯氨酸(Pro) 、丙二醛 (MDA) 含量采用南京建成試劑盒測(cè)定。

1.4 抗旱性綜合評(píng)價(jià)方法

根據(jù)隸屬函數(shù)法對(duì)3 種新麥草的新麥草的分蘗期抗旱能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 計(jì)算公式如下所示：

其中：Xi指第i 個(gè)測(cè)定指標(biāo)數(shù)值，Xmax指3 個(gè)品種新麥草中第i 個(gè)測(cè)定指標(biāo)中的最大值，Xmin指3 個(gè)品種新麥草中第i 個(gè)測(cè)定指標(biāo)中的最小值。 如植物的抗旱性與測(cè)定指標(biāo)呈正相關(guān)，則使用式（1）；反之，則使用式（2）。對(duì)每種新麥草的各指標(biāo)抗旱隸屬值進(jìn)行累加，計(jì)算出最終平均值，計(jì)算出的平均值越大，該新麥草抗旱性就越強(qiáng)，反之越差。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然干旱脅迫對(duì)新麥草相對(duì)電導(dǎo)率的影響

3 種新麥草葉片在自然干旱脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，見(jiàn)圖1。 莫?dú)J烏拉新麥草在脅迫0～12 d，葉片相對(duì)電導(dǎo)率增幅緩慢；脅迫12 d 時(shí)，莫?dú)J烏拉新麥草相對(duì)電導(dǎo)率值最低，低于蒙農(nóng)4號(hào)新麥草和紫泥泉新麥草。 脅迫18 d 時(shí)，3 份供試材料電導(dǎo)率值均增至最高。 這表明，與其他2 個(gè)品種的供試新麥草比較，莫?dú)J烏拉新麥草的抗旱性較優(yōu)。

圖1 不同品種的新麥草在干旱脅迫下相對(duì)電導(dǎo)率的變化

2.2 自然干旱脅迫對(duì)新麥草葉綠素含量的影響

自然干旱脅迫下3 種新麥草葉片葉綠素含量變化隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，葉綠素含量為先增加而后減少，見(jiàn)圖2。 在脅迫初期，3 種新麥草受到干旱脅迫的影響均較小，且能夠保持較快的生長(zhǎng)，測(cè)定結(jié)果顯示葉綠素含量在增加，這說(shuō)明輕度干旱脅迫能夠使植物體內(nèi)的葉綠素積累。 莫?dú)J烏拉新麥草在脅迫6 d 時(shí)葉綠素含量達(dá)到峰值，蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草、紫泥泉新麥草在脅迫第12 d 時(shí)測(cè)定的葉綠素含量為峰值，在干旱脅迫的第18 d 因脅迫加重，新麥草正常的生理功能收到阻礙，葉綠素開(kāi)始分解3 份供試的新麥草葉綠素含量開(kāi)始下降。 在脅迫的不同時(shí)期， 莫?dú)J烏拉新麥草0～6 d 緩慢上升并達(dá)到最大值2.72 mg／g，6～18 d葉綠素含量緩慢下降，18 d 降至最低值2.44 mg／g。 蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草和紫泥泉新麥草在0～12 d 葉綠素含量緩慢上升并達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始下降。

圖2 不同品種新麥草在干旱脅迫下葉綠素含量的變化

2.3 自然干旱脅迫對(duì)SOD 活性的影響

SOD 是存在于植物細(xì)胞中最重要的清除活性氧的酶類之一。莫?dú)J烏拉新麥草、紫泥泉新麥草SOD 活性變化趨勢(shì)表現(xiàn)為先升高后降低，見(jiàn)圖3。 整個(gè)脅迫期內(nèi)，莫?dú)J烏拉新麥草的SOD 活性最高，在0～6 d 活性快升高達(dá)最大值為 42.68 U／g， 而后第 18 d 降至 38.29 U／g。 紫泥泉新麥草在 0～12 d SOD 活性緩慢升高，在第12 d 達(dá)到最大值為38.65 U／g，隨后緩慢下降。蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草SOD 活性在整個(gè)脅迫其間變化不大，但可以看出總體為上升趨勢(shì)。

圖3 不同品種新麥草在自然干旱脅迫下SOD 活性的變化

2.4 干旱脅迫對(duì)CAT 活性的影響

3 種新麥草CAT 活性變化趨勢(shì)表現(xiàn)為先升高后降低，見(jiàn)圖4。整個(gè)脅迫期內(nèi)，莫?dú)J烏拉新麥草的CAT活性最高，在 0～12 d 活性緩慢升高達(dá)最大值為 6.22 U／mgprot，而后下降到 18 d 降至 5.53 U／mgprot。 紫泥泉新麥草在0～12 dCAT 活性緩慢升高，在第12 d 達(dá)到最大值為4.83 U／mgprot，隨后緩慢下降到18 d 降至 3.47 U／mgprot。 蒙農(nóng) 4 號(hào)新麥草 CAT 活性在 0～12 d 緩慢升高達(dá)最大值 4.33 U／mgprot，隨后開(kāi)始下降到 18d 降至 3.47 U／mgprot。

圖4 不同品種新麥草在干旱脅迫下CAT 活性的變化

2.5 干旱脅迫對(duì)脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物對(duì)逆境脅迫的反應(yīng)敏感指標(biāo)。 正常生存條件下植物的脯氨酸含量較低， 如遇低溫、干旱、鹽堿等逆境條件，脯氨酸的含量會(huì)在植物體內(nèi)積累，且積累指數(shù)和受逆境條件影響植物的抗逆性存在一定聯(lián)系[8]，見(jiàn)圖5。 3 種新麥草在脅迫過(guò)程中脯氨酸含量總體表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，只是在不同的時(shí)間段增幅變化速率不同。 脅迫12 d 時(shí)莫?dú)J烏拉新麥草的脯氨酸含量最低，紫泥泉新麥草最高，蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草介于兩者之間。 在整個(gè)干旱脅迫過(guò)程中，莫?dú)J烏拉新麥草的脯氨酸含量始終低于其他兩種，且增長(zhǎng)率也最低。

圖5 不同品種新麥草在干旱脅迫下脯氨酸含量的變化

2.6 自然干旱脅迫對(duì)丙二醛含量的影響

植物在干旱脅迫下丙二醛的含量將會(huì)增高，隨著膜質(zhì)過(guò)氧化的程度持續(xù)加重，膜的透性也持續(xù)增大，抗旱性則較弱[9]，見(jiàn)圖6。3 種新麥草丙二醛含量均隨著干旱脅迫的加劇而增加，其中紫泥泉新麥草的丙二醛含量增加幅度最大，增加了69.54 nmol／g；蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草次之，為35.71 nmol／g；莫?dú)J烏拉新麥草的增加值最小，為33.82 nmol／g。 干旱脅迫至第12 d 時(shí)莫?dú)J烏拉新麥草的丙二醛含量為最高，紫泥泉新麥草次之，蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草最小。然而，干旱脅迫至18 d 時(shí)，紫泥泉新麥草丙二醛含量急劇增加達(dá)127.16 nmol／g，莫?dú)J烏拉新麥草、蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草丙二醛含量增加緩慢。

圖6 不同品種新麥草在干旱脅迫下丙二醛含量的變化

2.7 3 種新麥草抗旱隸屬函數(shù)比較

通過(guò)隸屬函數(shù)法，對(duì)干旱脅迫下3 個(gè)品種的新麥草苗期6 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，見(jiàn)表2。 研究表明3種新麥草抗旱性測(cè)定中，莫?dú)J烏拉新麥草的抗旱性最好，蒙農(nóng)4 號(hào)新麥草次之，紫泥泉新麥草較之前2 個(gè)品種略差。

表2 自然干旱脅迫下3 種新麥草隸屬函數(shù)比較

3 討論及結(jié)論

細(xì)胞膜是活細(xì)胞與環(huán)境之間的界面和屏障， 各類不良環(huán)境對(duì)于細(xì)胞膜的影響往往首先作用在細(xì)胞膜，改變其膜透性，細(xì)胞膜的透性大小能夠反映出細(xì)胞膜受害程度。植物葉片在逆境脅迫下葉綠素含量將降低，因植物葉片在缺水條件下，將對(duì)葉綠素的合成產(chǎn)生阻礙，同時(shí)已經(jīng)形成了的葉綠素將會(huì)加速的分解，且呈促進(jìn)作用，因此會(huì)導(dǎo)致植物葉片的發(fā)黃，在一定范圍內(nèi)植物葉片光合作用受葉綠素含量變化的直接影響[10]。 抗旱性強(qiáng)的植物體內(nèi)葉綠素受干旱影響相對(duì)較小，抗旱性強(qiáng)的植物體內(nèi)葉綠素能夠保持光和產(chǎn)物積累和有較高的光合利用率，植物的抗旱性和其體內(nèi)的葉綠素含量存在正相關(guān)。 在植物受干旱脅迫時(shí)，植物降低自身體內(nèi)滲透勢(shì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，維持植物體內(nèi)滲透壓，進(jìn)而獲取生長(zhǎng)所必須得水，以維持植物的正常生長(zhǎng)[11]。 實(shí)驗(yàn)表明，不同干旱脅迫條件下，莫?dú)J烏拉新麥草的丙二醛含量始終低于其余2 份供試材料，同時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)均較其余供試材料有一定的抗旱優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)表明：在供試的3 份新麥草材料中抗旱性能表現(xiàn)最強(qiáng)的為莫?dú)J烏拉新麥草。