5个柱花草品种苗期对干旱胁迫的响应

，，，，

(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部热带作物种质资源利用重点开放实验，海南 儋州 571737)

柱花草(Stylosanthesspp.)是热带和亚热带地区最重要的放牧和刈割兼用型豆科牧草之一，具有抗旱、耐高温、耐酸瘠土壤、保持水土、适应性强等优点，被广泛用于饲草料、林下覆盖、天然草地改良、水土保持等[1,4]。我国20世纪80年代起从国际热带农业中心引进，现已培育出20多个优良品种并进行了大面积的种植[5-6]。水是植物生长发育中重要的环境因素之一，干旱会影响植物的生长发育，对作物造成的伤害和损失在所有的非生物胁迫中占首位，抗旱是当今农业的一个重要问题之一[7]。因此，研究柱花草抗旱生理机制，筛选抗旱的柱花草品种对我国热区畜牧业发展具有重要意义。

目前对柱花草种质或品种抗旱性研究并不多，一般是通过相关的生理生态指标评价抗旱性或是探寻人工模拟干旱条件评价抗旱性，或是施用外源物质提高抗旱性等。薛瑞等对44份柱花草种质进行抗旱性综合评价，发现相对生物量、相对株高等形态学指标与抗旱性成正相关，相对电导率等生理生指标与与抗旱性成负相关[8]。张劲松研究柱花草矮化突变体4,2-4抗旱性及其生理机制，发现矮化突变体的叶片相对含水量高于对照，相对电导率和丙二醛含量均小于对照[9]。姚庆群等[10]以不同渗透势的聚乙二醇(PEG-6000)溶液模拟水分胁迫条件，研究柱花草28个品系的耐旱能力。韦锦益等[11]用不同浓度的聚乙二醇研究干旱胁迫对柱花草种子萌发的影响,发现柱花草具有一定抗旱能力。 莫庭辉[12]用20%PEG处理种子72 h后，评价5个柱花草品系的苗期抗旱性强弱。陈志坚等[13]用15%聚乙二醇对6份柱花草材料模拟干旱处理，并综合评价柱花草种质的抗旱性。姚娜等[14]采用不同浓度的PEG溶液对6种柱花草种子进行了模拟干旱胁迫研究，并通过隶属函数分析法对其进行抗旱性排序。 尹剑红等[15]采用不同浓度的聚乙二醇模拟干旱胁迫，测定热研2号柱花草种子萌发和幼苗生长等指标。研究发现，热研2号柱花草具有一定的抗旱性。低浓度PEG溶液能够促进其种子萌发。曹堃研究发现，在干旱胁迫下，施用外源5-ALA能降低干旱胁迫对热研2号柱花草种子萌发的影响，促进干旱胁迫下柱花草幼苗的生长[16]。本试验研究了干旱处理对柱花草各生理指标的影响，以期为筛选柱花优良抗旱品种提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

材料来自中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，包括热研2号柱花草(S.guianensiscv. Reyan No.2)、热研20号太空柱花草(S.guianensiscv. Reyan No.20)、热研25号柱花草(S.guianensiscv. Reyan No.25)、西卡柱花草(StylosanthesscabraVog. seca)和有钩柱花草(S.hamatacv. Verano)，于2017年1月采集种子，2017年5月开展盆栽试验。

1.2 试验方法

本试验在农业部海南儋州热带牧草种质圃中进行。采取随机区组设计，每小区5行，每行15盆(60 cm×40 cm)，每盆装土25 kg，3次重复，其中3盆为对照。将种子热水浸泡12 h后播种，10 d后间苗，每盆留健壮植株15棵。30 d后停止浇水进行干旱处理，对照正常浇水。每天07：00时左右观察记录萎蔫株数，当其中任一品种达到50%萎蔫时测量农艺性状、叶片指标等，处理15 d后每盆取10株测其地下生物量。之后复水，复水3 d后观察其成活指标。

1.3 测定内容

1.3.1 农艺性状的观察

包括萎蔫株数、复水后死亡植株数和复水后枯叶数。

萎蔫度是整株有20%以上叶片萎蔫的植株数占总植株数的比值。复水后死亡百分数是指复水3 d后死亡干枯植株占萎蔫植株的比值。复水后枯叶率是指复水3 d后黄叶及枯叶占萎蔫叶片的比值[17]。

1.3.2 农艺性状的测量

包括株高、根长、叶长、叶宽、叶夹角。取+3叶的最长和最宽的地方测量叶长和叶宽。测+3叶和茎秆的夹角为叶夹角[17]。

1.3.3 地下生物量

包括根鲜重、根干重。

1.3.4 根冠比

包括根冠干重比和根冠长度比。根冠干重比是指地下部分与地上部分的干重的比值，根冠长度比是指根长与株高的比值。

1.3.5 叶片细胞膜透性测定

用相对电导率表示，采用浸泡法测定[18]。

伤害率(%)=1-(对照相对电导率/干旱相对电导率)×100%

1.3.6 叶片的水分状况

包括相对组织含水量、相对含水量，采用烘干称重法测定。饱和重是将叶片放入蒸馏水中浸泡达到恒重时的重量[18]。

相对含水量(%)=[(鲜重-干重)/(饱和重-干重)]×100%；

相对组织含水量(%)=(干旱处理含水量/对照含水量)×100%；

相对饱和亏缺=对照自然饱和亏缺/干旱自然饱和亏缺；

其中自然饱和亏缺 = 1-相对含水量。

1.3.7 叶片持水力

一般用叶片离体失水速率来表示，采用烘干称重法测定。将叶片称重后放在自然室温下6 h，测其重量，烘干至恒重[18]。

表2 株高、根长、叶长、叶宽及叶夹角的比较

1.4 数据处理

数据处理用Excel软件完成，用SAS 9.0软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫后柱花草品种的主要农艺性状比较

2.1.1 植株萎蔫度、复水后死亡百分率和复水后枯叶率比较

由表1可以看出，西卡柱花草和有钩柱花草的3项测定值都显著地低于其它3个品种。热研20号柱花草的萎蔫度显著高于其它品种，萎蔫度越高，受到干旱胁迫伤害的植株越多，总的整体抗旱性也越差[19]。热研2号柱花草的复水后死亡率显著高于其它品种，值越高说明其整棵植株受到的伤害越大，抗旱性也越差。枯叶率与萎蔫度的结果一致，热研2号柱花草枯叶率显著高于其它品种，说明其复水后枯叶数最多，枯叶数越高，说明叶片的恢复能力越弱，抗旱性也越差[19]。但枯叶率与复水后死亡百分数的结果不一致，热研20号柱花草枯叶率小于热研25号柱花草，老叶的枯黄可以减少水分的蒸腾，是植物应对干旱的一种生理机制[20]。

表1 萎蔫度、复水后死亡百分率和复水后枯叶率的比较

注：表中同列不同小写字母表示在0.05水平的差异显得性。下同。

2.1.2 株高、根长、叶长、叶宽及叶夹角的比较

由表2可以看出，干旱胁迫后株高相比对照都有不同程度降低，热研2号柱花草和热研20号柱花草株高减少了12 cm，变化最小的是西卡柱花草，降低0.5 cm。干旱胁迫后根长相比对照都有增加，可能是干旱迫使植株根伸长以便能吸收到更多的水分。西卡柱花草的根都长于其它4个品种，有钩柱花草的根最短。干旱胁迫后叶长和叶宽相比对照都有不同程度的降低，而叶面积减小被认为是植株幼苗对抗干旱胁迫的最初反应过程之一[20]。干旱胁迫对叶夹角的影响差异较大，西卡柱花草只减小5°，变化不大；有钩柱花草叶夹角变小，顶端叶几乎聚集在一起，叶面积减少是否是一种植物在逆境胁迫下的自我保护，减少了光合，减少了叶片的水分蒸发从而提高了抗旱性[21]。

2.2 干旱胁迫后柱花草品种地下生物量的比较

从表3可以看出，干旱胁迫后5个品种的根鲜重和根干重相比对照都减少，说明干旱会使植物的须根量增加，减少了根的总生物量[22]。有钩柱花草的根鲜重和根干重最小，说明其根量最少，干旱胁迫对有钩柱花草的根系生长影响最大。西卡柱花草干鲜比值最大，抗旱性最强，说明干旱胁迫下能经济利用土壤水分，根系发达，可以扩大吸水范围，从而增强抗旱能力。

表3 地下生物量的比较

2.3 干旱胁迫后柱花草品种根冠比的比较

由表4可以看出，干旱胁迫后5个品种的根冠干重比和根冠长度比都高于对照，说明了在干旱条件下植物都增加了根的生长，这是自身对逆境的一种适应表现[23]。西卡柱花草的根冠比都大于其它品种，说明其在干旱胁迫下根系发达，吸收水分的机会增加；地上部分枝叶多，蒸腾作用消耗的水分也就越多，既相互促进，又相互制约。

表4 根冠比值的比较

2.4 干旱胁迫后柱花草品种叶片的水分状况比较

从表5可以看出，干旱胁迫后西卡柱花草的叶片相对含水量显著于高其它品种，叶片的相对含水量表示植物在遭受干旱胁迫后的整体水分亏缺状况，值越大表示自身所含水分越充足，越抗旱[24]。西卡柱花草的相对组织含水量显著高于其它品种，相对组织含水量越大表示植株在水分胁迫下体内含水量变化越小，抗旱性也越强[20]。西卡柱花草的相对饱和亏缺都显著高于其它品种，热研20号柱花草的相对饱和亏缺度最小，相对饱和亏缺的值越大表示干旱对其叶片水分影响越小，其抗旱性越强。

表5 叶片水分状况的比较

2.5 干旱胁迫后柱花草品种叶片持水力的比较

从表6可以看出，5个品种在干旱胁迫后的叶片离体失水速率都出现下降，叶片持水力都表现为降低。西卡柱花草和热研25号柱花草降低幅度最大，叶片离体失水速率最小。一般情况下，叶片离体速率小的材料都较抗旱[20]。

表6 叶片离体失水速率及其降幅的比较

2.6 干旱胁迫后柱花草品种叶片细胞膜透性的比较

由表7可以看出，干旱胁迫后西卡柱花草的相对电导率和伤害率显著低于其它品种，表明其质膜受到的伤害程度最小，其抗旱性越强。热研20号柱花草的伤害率显著高于其它品种，说明在干旱胁迫下其质膜受到的伤害最大，抗旱性最弱[25]。

表7 叶片相对电导率的比较

3 结论与讨论

深入研究植物的抗旱机理，揭示其抗旱特性，科学选育适宜热区干旱、半干旱地区种植的优良牧草品种，已成为专家和育种者特别关注和研究的热点问题[26]。一般认为，豆科牧草在抗旱过程中生理生态指标有一系列的变化，同时也存在着基因型与环境的互作。用单一指标难以全面准确地反映抗旱性的强弱，结合形态指标(叶片、根)及生理指标等相关指标可以全面评价植物的抗旱性[27]。

本研究发现，西卡柱花草的抗旱性最强，植株整体对干旱胁迫的响应最低，虽然其机理还不是很清楚，但在实际生产和育种过程中发现西卡柱花草的根系非常发达，根层深且广，其抗旱性强可能是因为根系的吸水能力强，这与张绪元[28]的研究结果一致。龙会英等研究了22个柱花草种质材料幼苗期的抗旱性，结果表明西卡柱花草的抗旱性最强[29]，与本研究结果一致。西卡柱花草是在干旱很严重的地区或很干旱的年份种植的首选品种，比如海南岛昌江县、东方市等地的11月到次年的4月份。白昌军等对12个柱花草新种质(品种)进行旱季干草产量比较，发现热研25号柱花草在冬春低温干旱季节的干物质量高于热研20号和2号柱花草，抗旱性强[30]，与本研究结果一致。在海南岛半干旱半湿润地区陵水和乐东，种植热研25号柱花草是较理想的选择。

有钩柱花草抗旱性不差，但植株在经受一定程度的干旱胁迫后萎蔫较快，相比其它品种有钩柱花草的根最短，受到干旱伤害后恢复速度也较慢。是否抗旱争论较大，主要是其受旱后，叶片直立聚集使蒸腾表面积变小，减少水分蒸发，是通过避旱形式来抗旱的，一旦超过其能忍耐的程度，受到的伤害将很大[31-32]。

从总体表现上看，5个柱花草抗旱程度从高到低排序为西卡柱花草、热研25号柱花草、有钩柱花草、热研2号柱花草、热研20号柱花草。