钴60辐射高羊茅变异株系抗旱生理指标比较

张彦琴，曲俊民，贾永林，梁改梅，杨丽莉，郭先龙，周小梅

（1.山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西太原030006；2.太原生态工程学校，山西太原030025；3.山西大学生命科学与技术学院，山西太原030006）

目前，人们对植物抗旱性研究十分重视[1-6]，主要集中在农作物、牧草的抗旱性和抗旱性状上，而对草坪草抗旱性的研究，大多还处于观察抗旱性的形态指标上[4]。高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）是一种重要的牧草，某些品种又是十分重要的坪用草坪草，在我国需求量大，对其抗旱的生理基础研究较少，实践表明，辐射诱变在创造牧草有益突变新种质方面具有重要作用[7-9]。因此，对钴60辐射高羊茅变异株系进行抗旱生理研究，以期创制、发掘和培育优异耐旱种质，对于解决北方地区草坪抗旱节水的问题具有普遍意义。有鉴于此，研究草坪草抗旱性的差异以及抗旱机理，旨在为草坪草育种提供技术支撑与理论基础[10-11]。

本研究通过测定6个高羊茅变异株系在干旱胁迫下的成活率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、叶绿素变化、叶片相对含水量、丙二醛含量、脯氨酸含量的变化，探索鉴定草坪草耐旱性的方法，为草坪草耐旱品种选育提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.2 试验设计

2007年4月中旬，将各株系的蘖生苗分区种植于山西省农科院旱地农业研究中心试验基地，每个小区种植一个株系，小区面积1 m2，株行距均为20 cm；生长稳定后，在旱棚内进行盆栽，盆体直径20 cm，高25cm。

试验共设3个处理：1.水分对照（每7 d浇水1 000 mL/盆）；2.中度水分胁迫（每7 d浇水350 mL/盆）；3.重度水分胁迫（每 7 d浇水150 mL/盆）。每处理7盆，3次重复，随机区组排列，浇水时间为18：00。水分处理前，对所有盆栽植株隔周进行灌水，每次使土壤含水量达到田间最大持水量的75%，这样生长一段时期，待盆苗长到35 cm左右，然后进行水分处理，当处理土壤相对含水量为田间最大持水量的70%（水分对照）、40%（中度胁迫）、25%（重度胁迫）时，取样测定，采样时间9：00，选长势一致、部位相同的草叶片，用去离子水冲洗干净，并吸干表面水分后剪为1 cm小段，称0.5 g进行生理指标测定与分析。控制土壤的含水量（使用美国产6050×1Trase系统中子水分测定仪，探头自制）。

1.3 测定项目及方法

叶绿素含量测定采用乙醇浸提法[12]，可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝法[13]，叶片含水量测定采用烘干法[12]，可溶性糖测定采用蒽酮比色法[12]，丙二醛测定采用硫代巴比妥酸法[14]，脯氨酸测定采用茚三酮显色法[12]。

1.4 单个抗旱指标分析方法

每个株系不同处理单个抗旱指标的综合评判：采用模糊数学隶属函数计算公式进行定量转换后，再将各处理某指标隶属函数值取平均，进行干旱适应性比较。

如果某一指标的综合评定结果为负相关，则用反隶属函数进行定量转换。

U（X）i式中，U（X）i为隶属函数值；Xi为各处理某指标测定值；Xmin，Xmax分别为所有参试处理中某一指标的最小值和最大值。

1.5 数据统计分析

采用DPSv7.55统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同干旱胁迫下变异株系的成活率变化

在不同干旱胁迫条件下，测定高羊茅变异株系与CK的植株成活率。从表1可以看出，在70%水分条件下，植株成活率为100%；在40%和25%水分胁迫条件下，G-4，G-12的植株成活率较低，分别为80.6%，78.3%和59.4%，63.2%。以成活率来评价抗旱性，在重度胁迫下各变异株系的抗旱能力大小为：G-8＞G-9＞G-13＞CK＞G-6＞G-12＞G-4。

“海神”核鱼雷不会取代潜射弹道导弹，可作为一种多元化的核威慑，而非能力上的完全转换。弹道导弹核潜艇仍然是核威慑的支柱。已有两艘潜艇准备搭载该型武器，即09852型“别尔哥罗德”号和按照特定目的建造的09851型“哈巴罗夫斯克”号。“红宝石”设计局正在开发的至今仍未命名的09853型潜艇，也有可能做进一步部署。

表1 不同干旱胁迫下变异株系的成活率

2.2 不同干旱胁迫下变异株系的叶绿素含量变化

由表2可知，在不同的干旱胁迫条件下，变异高羊茅株系植株叶片的叶绿素含量不同，在70%水分条件下，各变异株系的叶绿素含量之间无差异；在40%水分胁迫条件下，叶绿素含量大小为：G-13＞G-8＞CK＞G-9＞G-6＞G-12＞G-4；在25%水分胁迫下，叶绿素含量大小为：G-13＞G-9＞CK＞G-8＞G-12＞G-6＞G-4。

表2 不同干旱胁迫下变异株系的叶绿素含量

2.3 不同干旱胁迫下变异株系的可溶性蛋白含量变化

由表3可知，CK和变异株系的可溶性蛋白含量随干旱胁迫程度的增加呈下降趋势。在70%水分条件下，G-4，G-8，G-6，G-9和 G-12的可溶性蛋白的含量高于CK，但在0.05水平上与CK无显著差异。在40%中度水分胁迫条件下，各变异株系可溶性蛋白含量持续降低，所有变异株系的可溶性蛋白含量与CK间均无显著差异。在25%重度水分胁迫下，从显著性测验看，G-6，G-8和G-13与CK在0.01水平有极显著差异，而G-9，G-12，G-4与CK无显著差异，抗旱性排序为：G-8＞G-13＞G-6＞G-12（G-9）＞G-4＞CK。

表3 不同干旱胁迫下变异株系的可溶性蛋白含量

2.4 不同干旱胁迫下变异株系叶片相对含水量的变化

由表4可知，在70%的水分条件下，不同株系叶片相对含水量与CK间无显著差异，各株系之间G-9，G-8与G-13在0.05水平上有显著差异。在40%水分胁迫下，从差异显著性测验看，G-8与CK在0.01水平上差异极显著，G-6，G-13和G-9与CK在0.05水平上差异显著，G-12，G-13和G-4与G-8在0.05水平上差异显著。在25%水分胁迫下，从差异显著性测验看，G-3与CK间在0.01水平上差异极显著。从以上分析得出，其抗旱能力的大小为：G-13＞G-8＞G-9＞G-6＞CK＞G-12＞G-4，说明 G-13，G-8和G-9株系的抗逆性较强。

表4 不同干旱胁迫下变异株系叶片相对含水量

2.5 不同干旱胁迫下变异株系的可溶性糖含量的变化

由表5可知，在70%水分条件下，CK和变异株系的可溶性糖含量均比较低，但差幅较大；除G-6外，其他变异株系的可溶性糖含量与CK间在0.01水平差异显著。这可能是不同株系内部生理活性不同造成。在40%水分胁迫条件下，CK和变异株系的可溶性糖含量与70%相比呈上升趋势，G-13的可溶性糖含量与CK之间在0.01水平差异极显著。在25%水分胁迫下，变异株系的可溶性糖与40%相比呈下降趋势，这可能与胁迫程度有关。从显著性来看，G-12，G-9和G-4的可溶性糖含量与CK之间在0.01水平差异显著。从以上分析得出，其抗旱性大小排序为：G-9＞G-13＞G-8＞CK＞G-6＞G-12＞G-4。

表5 不同干旱胁迫下变异株系的可溶性糖含量

2.6 不同干旱胁迫下变异株系的丙二醛含量变化

在干旱胁迫下，丙二醛含量的高低反映了其内部的膜质过氧化程度，含量越小，表明其受到的胁迫伤害程度越小，其抗旱性越好。本研究对6个不同株系在不同水分胁迫条件下进行丙二醛含量的测定，在70%水分条件下，CK和变异株系MDA的含量均比较低，从显著性来看，变异株系MDA的含量与CK之间在0.05水平无显著差异。在40%水分胁迫条件下，除G-8外，CK和其他变异株系MDA的含量升高比较明显，说明干旱胁迫引起内部膜质过氧化，产生了对生长不利的影响。其中，CK与G-12的值较大，分别为28.2，27.9μmol/g，说明二者受到的不利影响较严重。各株系之间抗旱大小排序为：G-8＞G-6＞G-13＞G-4＞G-12＞CK＞G-9。在25%水分胁迫条件下，CK和变异株系的MDA含量变化表现为G-6和G-4呈上升趋势，说明其受到的不利影响大，其他株系变化不明显。从显著性看，G-8的MDA的含量与CK之间在0.05水平差异显著，各株系之间抗旱性大小排序为：G-8＞G-6＞G-13＞G-9＞CK＞G-12＞G-4（表6）。

通过比较各变异株系的MDA含量在中度水分胁迫和重度水分胁迫下的变化，G-8，G-6和G-13抗旱性在2种胁迫条件下取得了一致的试验结果，可见其在预测和筛选草坪草抗旱性上是有效的评价指标。

表6 不同干旱胁迫下变异株系的MDA含量

2.7 不同干旱胁迫下变异株系的脯氨酸含量变化

从表7可以看出，在70%水分条件下，CK和变异株系脯氨酸的含量均比较低，变异株系G-4，G-8和G-6脯氨酸的含量与CK之间在0.01水平有显著差异。在40%水分胁迫条件下，CK和变异株系脯氨酸的含量都有所升高，其中，G-9的值最大，为19.3μg/g，G-6和G-8的值分别为15.8，15.6μg/g，均高于CK。各株系之间抗旱性大小排序为：G-9＞G-6＞G-8＞CK＞G-12＞G-13＞G-4。在25%水分胁迫条件下，各株系之间的差异更加明显。G-8，G-9，G-6和G-13分别为 23.9，23.4，21.1，19.4μg/g；而 G-12和G-4的脯氨酸含量比CK低，分别为17.69，17.67μg/g。从显著性分析看，G-8和G-9脯氨酸的含量与CK在0.01水平差异显著，各株系之间抗旱性大小顺序为：G-8＞G-9＞G-6＞G-13＞CK＞G-12＞G-4。

表7 不同干旱胁迫下变异株系的脯氨酸含量

2.8 不同株系抗旱性综合评判

从表8可以得出，G-8，G-9，G-13，G-6的抗旱性比CK强，G-12和G-4的抗旱性差。综合所有生理生化指标的分析得出，变异株系之间的抗旱性大小顺序为：G-8＞G-9＞G-13＞G-6＞CK＞ G-12＞G-4。

表8 不同株系抗旱性综合评判结果

3 讨论与结论

关于植物抗旱性研究前人已有报道[1-6，10-11]。本试验结果表明，采用几种抗旱性生理指标测定，其研究结果基本一致，均能证明变异株系G-9，G-13和 G-8的抗旱性较强，G-12，G-4抗旱性较弱。并且利用本研究的几项指标进行草坪草抗旱性研究，方法简便，只是应用时需要创造适宜的干旱逆境，否则抗旱性相近的品种之间差异不明显。

聂华堂等[15]认为，叶绿素含量下降可以看作是植物胁迫中由功能性影响到器官性伤害的一个中间过程，并认为抗性越强的植物，胁迫程度越深，叶绿素相对含量降低幅度越小。而本试验研究结果表明，各变异株系在不同胁迫程度下叶绿素的含量变化不是单纯的升高降低，而是在不同胁迫程度下呈波动性的动态变化，这种变化可能与植株的生理活动和抗性有关，这还有待进一步研究。

抗旱鉴定相关研究已证实[4-5]，植物可溶性糖含量的增加是植物体对不良环境在一定适应性基础上的抵抗性反应。可溶性糖在细胞质中积累，不但可以增加细胞液的浓度，保持了蛋白质的水合度，防止原生质脱水，而且还起到了平衡细胞质与液泡间的渗透势等多种作用。本研究结果表明，3个变异株系G-9，G-13和G-8在胁迫条件下的可溶性糖含量的变化与前人研究结果相符合，证明其对干旱胁迫过程中出现的水分缺乏抵抗能力强于对照，能延缓植株的衰老。

脯氨酸是一种理想的渗透调节物质，既富含氮素，又富含能量化合物，在干旱时除渗透调节外，还可结合游离NH3，既消除毒害作用又贮藏氮素，它还可与蛋白质分子上的疏水基作用，扩大亲水基的表面，从而增加蛋白质的稳定性和干旱条件下保护膜结构。另外，王世杰等[16]认为，在胁迫条件下草坪草体内脯氨酸含量增加，反映了草坪草对水分的需求，这种需求随体内脯氨酸含量增加倍数的增大而增大。马祎等[17]通过4种草坪草的研究认为，随着水分胁迫的加剧，4个草种的脯氨酸含量增加，且水分胁迫强度越大，脯氨酸含量越高。山西省农科院旱地农业研究中心选育的G-9，G-13和G-8突变系脯氨酸含量随胁迫程度增加而增高，表明其抗旱能力较强。

关于草坪草抗旱性鉴定综合评价已有相关报道[18-20]。本试验综合评价结果说明，一个草种的抗旱性较强，并不能说明它在与所有抗旱性相关的性状指标都优于某个抗旱性较弱的草种，因此，对于综合评判权重问题有待继续研究。

［1］于卓，曹自成.五种披碱草幼苗抗旱性的研究[J].草业科学，1995（6）：51-52.

［2］孙启忠.四种冰草幼苗抗旱性的研究 [J].中国草地，1991（3）：29-32.

［3］李造哲.十种苜蓿品种幼苗抗旱性的研究 [J].中国草地，1991（3）：1-3.

［4］高宁.水分胁迫下两种草坪草的渗透调节与抗旱性的关系[J].中国草地，1995（4）：45-47.

［5］王邦锡，黄久常.不同植物在水分胁迫条件下脯氨酸的累积与抗旱性的关系[J].植物生理学报，1989，15（1）：46-51.

［6］Huang BR，Fry JD.Root anatomical physiological and morphological responsestodrought stress for tall fescuecultvars[J].Crop Sci，1998，38：1017-1022.

［7］马建中，鱼红斌，伊虎英.关于牧草辐射育种几个问题的探讨[J].核农学报，2000，14（3）：167-173.

［8］马建中，鱼红斌.中国北方主要牧草品种的辐射敏感性与辐射育种适宜剂量探讨[J].核农学通报，1997，18（3）：101-105.

［9］苏盛发.早熟沙打旺品种选育报告[J].中国草原，1986（1）：41-48.

［10］ Bonos S A.Growth response and performance of Kentucky bluegrassunder summer stress[J].Crop Sci，1999，39：770-774.

［11］徐炳成，山仑，黄占彬.草坪草对干旱胁迫的反应及适应性研究进展[J].中国草地，2001，23（2）：55-61.

［12］汤章诚.现代植物生理学实验指导[M].北京：科学出版社，1999.

［13］邹琦.植物生理生化实验手册[M].北京：中国农业出版社，1995.

［14］李合生.植物生理生化实验原理及技术[M].北京：高等教育出版社，2002.

［15］聂华堂.水分胁迫下柑桔的生理变化与抗性的关系[J].中国农业科学，1991，24（4）：14-18.

［16］王世杰，郭博.水分胁迫下冰草体内脱落酸与游离脯氨酸的积累关系[J].甘肃农业大学学报，1993（1）：36-40.

［17］马祎，王彩云.几种引进冷季型草坪草的生长及抗旱性生理指标[J].草业科学，2001，18（2）：57-61.

［18］高宁，高辉远，石定燧，等.水分胁迫下两种草坪草的渗透调节与抗旱性的关系[J].中国草地，1995（4）：44-48.

［19］黎裕.作物抗旱鉴定方法与指标 [J].干旱地区农业研究，1993，11（1）：91-94.

［20］孙彦，杨青川，张英华.不同草坪草种及品种苗期抗旱性比较[J].草地学报，2001，9（1）：16-20.