干旱胁迫下4个野生早熟禾属草种的抗旱性研究

来源:用户上传      作者: 颜丽丽

　　摘 要：为筛选出抗旱能力较强的野生草坪种质资源,以早熟禾栽培品种“午夜”为对照，对4个野生早熟禾属草种进行了抗旱性研究。胁迫21 d期间每隔3 d测定叶片相对含水量(RWC)、叶片萎蔫率(LW)、叶片相对电导率(EL)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明：随着干旱胁迫天数的增加，RWC含量、SOD和CAT的活性都明显下降，而LW、EL和MDA的含量却明显上升，且各指标之间存在显著或极显著相关性；4个草种抗旱能力强弱依次为硬质早熟禾、草地早熟禾、早熟禾、细叶早熟禾，其中硬质早熟禾与其他材料均有显著差异，抗旱性表现较突出，为选育抗旱草坪草种提供了依据。
　　关键词： 早熟禾属；抗旱；生理反应；干旱胁迫
　　中图分类号： S322;S688.4 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2011.06.007
　　
　　Resistance of Four Wild-grasses of Poa L. under Drought Stress
　　YAN Li-li
　　(Road and Bridge Department ,Landscape Architecture, Beijing Jiaotong Vocational Technical College, Beijing 102200, China)
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ: Taking the variety ‘mid-night’as the CK，the drought stress were studied on 4 wild grasses of Poa L．During the stress period,relative water content(RWC)，electrolyte leakage(EL)，leaf wilting rate (LW )，superoxide dismutase(SOD)，catalase(CAT) and malondialdehyde (MDA) were determined in 3 d intervals．The results showed that drought stresses induced oxidative injury in all cultivars，as demonstrated by the reduction in antioxidant enzymes and increase in lipid peroxidation．Meanwhile it caused RWC to decline，while EL，LW and the content of MDA to increase with proceeding of the treatment. There were significant or very significant correlations during all the idexes for four species.The ranks of drought resistance of four grasses were P. sphondylodes Trin. ，P. pratensis L.，P.annua L. ，P.angustifolia.L. ,and P. sphondylodes Trin. had stronger drought tolerance than others,and were significantly different compared with others.These results would facilitate the selection of drought resistant turfgrasses．
　　Key words: Poa L.；drought resistance；physiological response; drought stress
　　
　　中国有丰富的早熟禾种质资源，约有100多种，以西南、东北地区较多[1]。野生早熟禾宜于潮湿而寒冷的气候，普遍耐寒，但耐旱性较差，并且其野生性状往往不符合大量栽培利用的要求，目前用于建植草坪的早熟禾，主要为国外引进种。而引进种常常不能在中国北方地区得到适应及普及推广，中国北方地区夏季较为干旱是原因之一，干旱胁迫限制影响了草坪草正常生长[2]。所以对本土野生资源的利用显得尤为重要和有意义。
　　为了筛选和培育优良早熟禾品种，本研究以采集的8种（品种）野生早熟禾为材料，在田间试验的基础上，筛选出4个表现较好的种。然后进行干旱胁迫，通过测定叶片相对含水量(RWC)、叶片萎蔫率(LW)、叶片相对电导率(EL)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量的变化来探明干旱胁迫下草种的生理反应变化规律，评价抗旱能力差异，筛选出抗旱性强的草种，为引种栽培和培育优良品种提供可靠的理论基础。
　　1 材料和方法
　　1.1 试验材料
　　2009年5月至7月，先后在河北坝上草原，沽源牧场，北京门头沟区百花山，河北兴隆县雾灵山对野生早熟禾属草种进行采集。经过对采集材料中早熟禾属草种的初步筛选，选择总体表现较好的4种野生早熟禾（分别为硬质早熟禾、早熟禾、草地早熟禾和细叶早熟禾）进行干旱胁迫试验，选择早熟禾栽培品种“午夜”作为对照。
　　1.2 试验方法
　　材料种植在直径10, 60 cm的塑料盆中，培养土为大田表土+砂子（2∶1，V∶V），培养30 d。然后转移到光照培养箱培养15 d，培养箱白天/夜间温度为20 ℃/15 ℃，光照14 h，光和有效辐射为600 μ mol・m-2・ s-2。在此期问，施追肥(N∶P∶K=16∶4∶8)2次，每周浇1次透水，草坪修剪高度控制在5 cm。
　　7月26日开始进行干旱胁迫处理21 d,每3 d对4个野生草种和对照“午夜”进行各项指标测定。
　　1.3 试验指标及测定方法
　　测定指标分别是：叶片萎蔫率(LW)、叶片相对电导率(EL)、叶片相对含水量(RWC)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量，测定方法参考文献[3]。
　　应用Excel2003、SPSS(16.0)统计软件对数据进行处理、方差分析、相关性分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 相对含水量（RWC）
　　植物在水分胁迫下首先表现的是植物体含水量的下降[4-5]。在干旱条件下RWC下降的主要原因是由于土壤含水量下降及植物对水分吸收显著降低所引起[6]。从图1可看出,土壤持续干旱时,草坪草叶片的RWC随胁迫时间的延长而呈递减趋势,显示出对土壤含水量变化的敏感性。在干旱胁迫前3 d ,草坪草叶片的RWC下降幅度相差不大,均约为3%。早熟禾在干旱胁迫第3天开始下降，至第12天下降幅度大,为11%，而对照“午夜”、硬质早熟禾、草地早熟禾在干旱胁迫的第6天开始下降，12 d时下降幅度最大。分析可得：硬质早熟禾的RWC下降最为缓慢，说明组织保水能力较高，显示出比对照及其他草种都较强的抗旱能力，细叶早熟禾、早熟禾叶片含水量降幅最明显，显示出较低的抗旱性，草地早熟禾下降趋势和“午夜”较为相似，显示出两个品种的抗旱能力相当。

　　通过方差分析，硬质早熟禾的叶片相对含水量比对照“午夜”高，两者呈极显著差异(P<0.01)。早熟禾、细叶早熟禾均与“午夜”呈极显著差异(P<0.01)，两者之间也有极显著差异（P<0.01）。草地早熟禾和对照“午夜”差异不显著(P＞0.05)。
　　
　　
　　
　　2.2 相对电导率(EL)
　　从图2看出，4种野生草与对照的相对电导率值都随着干旱胁迫的加剧而增大。胁迫处理3 d时5个种EL没有发生变化，6 d时硬质早熟禾和草地早熟禾EL值基本没有变化，而其他3种均出现升高的趋势。从胁迫处理12～21 d时5个品种EL都出现了不同程度的升高。在干旱胁迫条件下，EL升高，说明叶片的质膜受到了伤害，引起细胞内含物质的外渗，而且EL随干旱胁迫程度的加深不断增大，这说明EL的变化程度与植物的抗旱能力有着密切的关系[7]。分析5种草的EL变化动态：增幅最大的细叶早熟禾，EL由0 d时的6%增至21 d时的45%，表现出较低抗旱能力。增幅最小的硬质早熟禾和草地早熟禾，它们均低于对照“午夜”，从而有较高抗旱能力。
　　通过方差分析可知，硬质早熟禾、草地早熟禾的EL均比对照“午夜”低，与对照呈极显著差异(P<0.01)。早熟禾、细叶早熟禾的EL均比对照“午夜”高，与对照呈极显著差异(P<0.01)。
　　2.3 叶片萎蔫率(LW)
　　随着干旱胁迫程度的加重，植物组织的含水量急剧下降，外观上表现为叶片发生萎蔫，严重时就会导致草坪草死亡，抗逆性弱的种发生萎蔫的情况明显重于抗逆性强的品种[8]。由图3可知，胁迫处理6 d，细叶早熟禾和早熟禾开始出现了一定的萎蔫，其他3个种暂未发生萎蔫现象，9 d时5个种都发生了不同程度的萎蔫，胁迫处理12～21 d 5个种的萎蔫度都上升，其中细叶早熟禾和早熟禾萎蔫程度最严重，草地早熟禾次之，硬质早熟禾和对照“午夜”的萎蔫最轻。通过对5个草种不同萎蔫率的分析可知：与对照“午夜”相比，硬质早熟禾表现出较好的抗旱性，而细叶早熟禾和早熟禾的抗旱性较差。
　　由方差分析可知，硬质早熟禾的LW比“午夜”低，两者呈显著差异(P<0.05)。草地早熟禾、早熟禾、细叶早熟禾的LW均比“午夜”高，与对照呈显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01)。
　　
　　
　　2.4 超氧化物歧化酶活性(SOD)
　　不同的草种在干旱胁迫条件下SOD活性变化趋势不一致，而且抗性强的品种SOD活性降低比抗性弱的品种缓慢[9]。本试验表明，干旱胁迫初期,各草种SOD活性均较高，但随着胁迫天数的增加5个草种SOD活性一直呈下降趋势。图4显示,硬质早熟禾虽呈不断下降趋势,但变化缓慢,第9天才明显降低。胁迫处理3 d内5个草种的SOD活性基本没有变化。细叶早熟禾和早熟禾到第6天时SOD的活性有明显降低，硬质早熟禾、草地早熟禾和对照“午夜”SOD活性在9 d才明显降低，胁迫处理第21天时硬质早熟禾的SOD活性高于其他4个草种，早熟禾SOD的活性最低。结果表明：硬质早熟禾在干旱条件下能在较长的时间内维持较高水平的SOD活性，且变化比较缓慢，为抗旱性强的草种；而细叶早熟禾和早熟禾SOD活性维持时间较短，变化比较剧烈，为抗旱能力较差的草种。
　　根据方差分析可知，硬质早熟禾的SOD活性比“午夜”高，两者呈极显著差异(P<0.01)。早熟禾、细叶早熟禾的SOD活性均比对照“午夜”低，与对照呈极显著差异(P<0.01)。而草地早熟禾的SOD活性和“午夜”相当，两者差异不显著(P＞0.05)。
　　
　　
　　
　　2.5 过氧化氢酶活性(CAT)
　　胁迫处理3 d时5个草种CAT活性未发生变化，随后5个草种的CAT活性呈下降趋势，细叶早熟禾的CAT活性从胁迫处理3 d后开始急剧下降，其他4个草种从胁迫处理6 d开始急剧下降。硬质早熟禾的CAT活性降幅最小，细叶早熟禾的CAT活性降幅最大（图5）。随着干旱胁迫处理天数的增加，5个草种CAT的活性都不同程度地降低，说明干旱胁迫导致了膜脂过氧化反应加剧，严重地破坏了CAT清除自由基的动态平衡，使其CAT活性降低，而且抗旱性差的品种CAT的活性降幅明显高于抗旱性强的品种。由此可知，5个草种中，抗旱能力较强的为硬质早熟禾，而早熟禾、细叶早熟禾抗旱能力较差。
　　由方差分析得，硬质早熟禾的CAT活性比“午夜”高，两者呈显著差异(P<0.05)。早熟禾、细叶早熟禾的CAT活性均比对照“午夜”低，与对照呈极显著差异(P<0.01)。而草地早熟禾的CAT活性和“午夜”相当，两者差异不显著(P＞0.05)。
　　2.6 丙二醛(MDA)含量
　　由图6知，在干旱胁迫下，5个草种MDA含量都出现不同程度的升高。在胁迫处理第3天时MDA含量保持不变。从第6天开始5个草种MDA含量一直在不同程度的上升，到胁迫第21天时细叶早熟禾的MDA含量上升为最高，其次是早熟禾、草地早熟禾、“午夜”，而硬质早熟禾的MDA含量上升最低。根据MDA 含量的变化动态，分析认为MDA的变化与植物的抗旱性存在一定关系[10]。根据含量由大到小，各草种抗旱性排序为硬质早熟禾、草地早熟禾、早熟禾、细叶早熟禾。
　　根据方差分析可知，硬质早熟禾的MDA含量比“午夜”低，两者呈显著差异(P<0.05)。早熟禾、细叶早熟禾的MDA含量均比对照“午夜”高，与对照呈极显著差异(P<0.01)。而草地早熟禾的MDA含量和“午夜”相当，差异不显著(P＞0.05)。
　　
　　
　　2.7 各指标间相关性分析
　　通过对6个指标的数据进行相关性分析(表1)，结果显示：6个指标两两之间均显著相关。RWC、SOD与CAT之间均呈显著正相关(P<0．05)，其中SOD与CAT之间呈极显著正相关(P<0.01)。EL、LW、MDA 两两之间均呈显著或极显著正相关；RWC与EL呈极显著负相关，与LW、MDA 呈显著负相关；SOD、CAT均与MDA间呈显著负相关。
　　3 结论与讨论
　　随着干旱胁迫天数的增加，4个早熟禾属草种的叶片相对含水量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性均呈递减趋势；叶片相对电导率、叶片萎蔫率和丙二醛含量均呈递增趋势。4个草种在干旱胁迫处理下各指标的变化呈现出一定的规律性，即抗逆性强的品种的叶片相对含水量、过氧化氢酶活性、超氧化物歧化酶活性的下降幅度和叶片相对电导率、叶片萎蔫率、丙二醛含量的升高幅度都明显小于抗逆性弱的品种。
　　结合6个抗旱指标结果分析得到细叶早熟禾和早熟禾2个种的抗旱性差异不显著,且抗旱能力最差；硬质早熟禾抗旱性优于对照“午夜”及其他草种，差异显著；草地早熟禾与“午夜”抗旱性差异不显著，抗旱能力次于硬质早熟禾而优于细叶早熟禾和早熟禾。4个草种抗旱能力强弱依次为硬质早熟禾、草地早熟禾、早熟禾、细叶早熟禾。
　　相关性分析表明：各指标间两两均显著相关，而且绝大多数指标间达到极显著水平，均可作为种质材料抗旱性评价的有效生理指标。
　　
　　参考文献：
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　　[10] 周兴元，曹福亮，陈国庆．四种暖季型草坪草几种生理指标与抗旱性的关系研究[J]．草原与草坪，2003，103(4)：29-32.

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