全 文 ：第 22卷第 4期
2004年 12月
干 旱 地 区 农 业 研 究
Agricul tural Research in the Arid Areas
Vo l. 22 No. 4
Dec. 2004
羊草 (Leymus chinensis )与灰色赖草 (Leymus
cinereus )及其杂交种 ( F1 )的抗旱生理特性比较①
侯建华1 ,云锦凤* 2 ,张东晖 1
( 1.内蒙古农业大学农学院 ,内蒙古呼和浩特　 010019;
2.内蒙古农业大学生态环境学院 ,内蒙古呼和浩特　 010019)
摘　要: 用不同浓度的聚乙二醇 ( PEG6000)进行根际水分胁迫处理 ,研究羊草 ( Leymus chinensis)、灰色赖草
( Leymus cinereus)及其杂交种的抗旱生理特性。结果表明 ,在 15% PEG、 25% PEG、 35% PEG不同处理下 ,两亲本及
其杂交种叶片相对含水量 ( RWC)逐渐降低 ;相对电导率、丙二醛含量 ( MDA)逐渐增加 ;超氧化物歧化酶活性
( SOD)在 15% PEG、 25% PEG处理下 ,活性逐渐增加 ,在 35% PEG处理下 ,活性开始下降。 而且在 15% PEG、 25%
PEG处理下 ,杂交种的抗旱 (耐旱 )性与亲本羊草相近 ,明显大于另一亲本灰色赖草。
关键词: 羊草 ;灰色赖草 ;杂交种 ;抗旱生理特性
中图分类号: S543.+ 9　　文献标识码: A　　文章编号: 1000-7601( 2004) 04-0131-04
　　羊草 ( Leymus chinensis ( T rin. ) Tzvel )又称硷
草 ,是欧亚大陆草原区东部草甸草原上的建群种 ,广
泛分布在我国东北、内蒙及西北、华北等地区的草原
上 ,是一种抗逆性很强的优良牧草。 赖草 ( Leymus
secalinus )为耐盐旱多年生根茎高大禾草 ,生态适应
性强 ,分布范围较广 ,但面积不大。主要分布在我国
北方和青藏高原半干旱、干旱地区 [ 1]。 灰色赖草
( Leymus cinereus )是云锦凤教授从美国引进 ,它具
有植株高大、结实率较高、种子大等特点。
我们把国产种羊草与国外引进种灰色赖草进行
了杂交 ,获得了种间杂交种 ( F1 ) ,并进一步对种间杂
交种 ( F1 )及其亲本进行了抗旱性比较 ,希望其结果
能为我国进一步利用种间杂种优势及选育新品种提
供理论参考。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
羊草 ( Leymus chinensis ( T rin. ) Tzv el )、灰色赖
草 (Leymus cinereus )、羊草×灰色赖草的 F1杂交
种。
1. 2　处理方法
1. 2. 1　幼苗培育　将田间返青的供试植物幼苗 ( 2
叶期 )带回 室内 , 置人 工气候 培养 箱用 1 /2
Hoag land营养液水培 ,昼夜温度为 25 /20℃ ,光强
度为 11 000～ 13 000 lux,光照周期 14 h /d。 4次重
复 ,由气泵供气 ,定期更换培养液。
1. 2. 2　干旱处理　待幼苗长到第 5片叶完全展开
时 ,进行胁迫处理。 干旱胁迫: 每种材料置于浓度
(W /V )分别是 0、 15%、 25%、 35%的 PEG( 6000)诱
导的高渗 1 /2 Hoagland营养液中 72 h。
1. 3　指标测定
1. 3. 1　叶片相对含水量的测定　采用称重法测
定 [2 ]。
1. 3. 2　叶片质膜透性的测定　用 DDS-11A型电
导仪测定电导率 ,取待测的叶片 0. 5 g置于 20 ml
具塞试管中加 10 ml无离子水 ,在室温下浸泡 2 h,
测电导率初值 ,然后沸水中煮 15 min冷却至室温后
测电导率终值 , 6次重复。以相对电导率表示细胞膜
相对透性 ,其值 = 电导率初值 /电导率终值×
100% [2 ]。
1. 3. 3　丙二醛 ( MDA)含量的测定　取鲜叶 0. 5 g,
加 3 m l 0. 05 mol /L的 Na3 PO4缓冲液 ( p H 7. 8) ,置
冰浴中慢速研磨 ,定容到 5 m l刻度试管中 ,于 8 000
转 /min离心 20 min,上清液即为酶提取液。取上清
液测定 MDA含量。 取 1. 5 ml提取液 ,加入 2. 5 ml
0. 5%硫代巴比妥酸的 5%三氯乙酸溶液 ,在沸水浴
中加热 10 min,迅速冷却 ,以 1 800转 /min离心 10
min,上清液测定 532 nm和 600 nm下的消光值 ,
① 收稿日期: 2004-03-25
基金项目:国家自然科学基金项目 ( 39970536)
作者简介:侯建华 ( 1962- ) ,女 ,内蒙古呼和浩特人 ,副教授 ,在职博士 ,主要从事作物及饲草遗传育种研究。 云锦凤教授为通讯作者。
MDA的含量计算参照张宪政主编的《作物生理研
究法》 [ 3]。
1. 3. 4　超氧化物歧化酶 ( SOD)活性的测定　酶液
提取方法同上。 SOD活性按刘祖祺主编的《植物抗
性生理学》 [4 ]介绍的方法测定。 酶反应体系加样次
序: 62. 5 mmol /L ( pH 7. 8) PBS 2. 4 ml、 0. 06
mmol /L核黄素 0. 2 ml、 30 mmol /L蛋氨酸 0. 2
m l、 0. 003 mmo l /L EDT A液 0. 1 ml ,加 25μl酶
液、 1. 125 mmol /L NBT 0. 2 m l,置于 400 lux下反
应 25 min进行光化还原。测定反应液在 560 nm下
的光密度值 ,以抑制 N BT光化还原 50%作为一个
酶活单位 ( u) ,酶活性以 u /gFW表示。
1. 4　计算标准
某指标伤害率 (% )= 对照指标值 -处理指标值对照指标值 × 100
[5 ]
某指标敏感指数 (% )= 处理指标值- 对照指标值对照指标值 × 100
[5 ]
2　结果与分析
2. 1　水分胁迫下相对含水量的变化
从表 1中看到 ,在干旱胁迫下 ,亲本及其杂交种
的叶片相对含水量表现下降。与对照相比 ,灰色赖草
在 15%、 25%诱导的干旱胁迫条件下 ,叶片相对含
水量的下降幅度最大 ,即伤害率最大。 羊草在轻度
( 15% )水分胁迫下 ,相对含水量的下降幅度与杂交
种相近 ;在中度 ( 25% )水分胁迫下 ,相对含水量降低
幅度低于杂交种 ;在重度 ( 35% )水分胁迫下 ,两亲本
及其杂交种叶片相对含水量的降低幅度差异不明显
( P> 0. 05) ,其结果见图 1。
表 1　水分胁迫下羊草、灰色赖草和杂交种的生理指标
Table 1　 Physiological indexes of Leymus chinensis and Leymus cinereus as w ell as thei r hybrid under drought-st ress
相对含水量 (% )
Relative w ater
con tent
相对电导率 (% )
Relativ e elect ric
conductivi ty
丙二醛含量 ( nmol /g FW )
M DA content
SOD酶活性 ( uni ts /g FW )
SOD activi ty
0% 15% 25% 35% 0% 15% 25% 35% 0% 15% 25% 35% 0% 15% 25% 35%
Leymus
chinensi s
85. 46 75. 03 70. 92 18. 72 8. 16 8. 25 12. 04 20. 80 23. 78 27. 35 28. 72 31. 85 40. 18 46. 31 49. 41 42. 80
Leymus
cinereus
75. 66 45. 13 44. 29 14. 57 15. 04 25. 76 30. 06 31. 47 16. 23 18. 62 19. 68 22. 60 19. 76 20. 65 28. 85 21. 33
F1 63. 16 53. 89 44. 56 17. 52 11. 79 14. 14 17. 88 29. 41 6. 74 7. 29 7. 92 9. 01 25. 83 29. 63 35. 63 29. 11
2. 2　水分胁迫下电解质泄漏率的变化
植物质膜透性是细胞生理功能的一个重要指
标。测定植物细胞外渗物质的电导率 ,可以代表植物
细胞质膜透性的大小。 在不同程度的水分胁迫条件
下 ,双亲及杂交种叶片相对电导率呈增加趋势。说明
水分胁迫使质膜选择性透性受到破坏 (表 1)。从图 2
看 ,轻度 ( 15% )和中度 ( 25% )水分胁迫下 ,灰色赖草
的敏感指数大于羊草和杂交种 ;但在重度 ( 35% )水
分胁迫条件下 ,灰色赖草的敏感指数小于羊草和杂
交种。
2. 3　水分胁迫下丙二醛含量的变化
一般认为 ,膜系统是干旱 (水分胁迫 )伤害的最
初和关键部位 ,干旱 (水分胁迫 )下膜的伤害与膜脂
过氧化的增强有关 [6, 7 ]。 MDA是膜脂过氧化的主要
产物 ,其含量高低反映着植物受伤害的程度。在表 1
中看到 ,水分胁迫使 MDA含量增加。 而且 ,随着水
分胁迫程度的加深 , M DA含量也逐渐增加。这说明
水分胁迫使细胞膜的膜脂发生了过氧化作用。 但亲
本及其杂交种对水分胁迫的敏感程度不同 ,在轻度
和中度水分胁迫下 ,杂交种的敏感指数小于两亲本。
在重度水分胁迫下 ,杂交种的敏感指数与羊草相近 ,
小于灰色赖草。
2. 4　水分胁迫下 SOD活性的变化
水分胁迫使植物产生大量自由基 ( O2-· 、· OH、
H2O2和 1O2等 ) ,它们能直接或间接启动膜脂的过
氧化作用 ,导致膜的损伤或破坏。 SO D是植物体内
第一个清除活性氧的关键酶 ,能将 O2 -· 歧化为
H2O2 ,对 O2 -·本身及其所产生的其它活性氧 (· OH
和1O2 )对机体的伤害起保护作用 ,因此 SOD活性大
小能较好地反映品种的抗旱性强弱。从表 1看出 ,在
水分胁迫下 ,两亲本及其杂交种 SOD活性与对照相
比有所增加。但在重度水分胁迫下它们增加的幅度
明显的低于中度和轻度水分胁迫。 说明植物体内保
护酶系统比其它生理指标对水分胁迫更为敏感。 而
且在轻度水分胁迫 ( 15% )下 ,羊草和杂交种 SOD酶
活性增加的幅度明显大于灰色赖草。在中度水分胁
迫 ( 25% )下 ,灰色赖草和杂交种 SOD酶活性的增加
幅度明显大于羊草 ;在重度水分胁迫 ( 35% )下 ,杂交
种 SOD酶活性的敏感指数明显大于羊草和杂交种。
132　　 干旱地区农业研究　　　　　 第 22卷
图 1　水分胁迫下羊草、灰色赖草及其杂交种
相对含水量的下降率
Fig. 1　 Depreciation percentag e o f r elativ e
wa ter content o f L . chinensis, L . cinereus
a s w ell as their hybrid under w ater stress
图 2　水分胁迫下羊草 、灰色赖草及其杂交种
相对电导率的敏感指数
Fig . 2　 Sensitiv e index o f relativ e elect ric
conductivity of L . chinensis, L . cinereus
as w ell as their h ybrid unde r wa ter st ress
图 3　水分胁迫下羊草、灰色赖草及其杂交种
对丙二醛的敏感指数
Fig. 3　 Sensitiv e index o f MDA contents o f
L . chinensis, L . cinereus as w ell as
their h ybrid unde r wa ter st ress
图 4　水分胁迫下羊草 、灰色赖草及其杂交种
SOD酶活性的敏感指数
Fig. 4　 Sensitive index of SOD activit y of
L . chinensis, L . cinereus, as w ell as
their hybrid under wa ter str ess
3　讨　论
培育抗旱、耐脊的牧草新品种或育种新材料是
牧草育种工作的一个重要内容。 对抗旱生理特性的
研究和评价可以为杂交后代抗旱性的选择提供选择
依据。 许多研究表明 [4 ]: 叶片中的相对含水量
( RWC)、相对电导率、丙二醛含量 ( MDA)和超氧化
物歧化酶活性 ( SO D)与植物的抗旱性有着密切的相
关关系 ,是目前已经被广泛应用并相互关联的抗旱
生理指标。本研究中 ,在不同的 PEG浓度下 ,两亲本
及其杂交种叶片中 RWC、 MDA、 SOD和相对电导
率均发生了不同程度的变化。在轻度和中度水分胁
迫下 ,杂交种在各个生理指标上对水分胁迫的敏感
性低于灰色赖草 ,与羊草较接近。这表明杂交种 ( F1 )
的抗旱性与母本羊草接近 ,大于父本灰色赖草。在重
度水分胁迫下 ,两亲本及其杂交种对相对含水量的
敏感性差异不大。关于相对电导率 ,羊草和杂交种的
电解质泄露率明显大于赖草。但在 MDA含量、 SO D
酶活性上杂交种的敏感性与羊草接近 ,并小于灰色
赖草。众所周知 ,利用单一指标做抗旱性的评价不合
适 ,必须有几种指标互相参照并进行综合评价。综合
以上各测定指标的结果 ,可以看出 ,种间杂交种 ( F1 )
的抗旱性明显的大于亲本灰色赖草 ,与另一亲本羊
草接近 ,间或高于羊草。
研究和评价品种间抗旱性差异时 ,除采用多个
指标进行综合评定外 ,干旱程度或水分胁迫程度是
进行抗旱性评定的一个非常重要的条件。从本研究
结果看 ,重度水分胁迫下 ( 35% ) ,叶片相对含水量急
剧下降 ;而且下降的幅度在不同材料间的差异性变
小。 相对电导率、 MDA含量大量增加 ; SOD酶活性
开始下降 ,说明随着水分胁迫的加剧 ,供试各材料叶
片的各项生理指标表现出适应性变化。 所以笔者认
133第 4期 侯建华等: 羊草 ( Leymus chinensis)与灰色赖草 ( Leymus cinereus)及其杂交种 ( F1 )的抗旱生理特性比较
为 ,在 25%浓度的 PEG胁迫下测定 RWC、相对电
导率、 MDA、 SO D等各生理生化指标能较好地反映
出各供试材料的抗旱性。
参 考 文 献:
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[4 ]　刘祖祺 ,张石城 .植物抗性生理学 [M ] .北京:中国农业出版社 ,
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Studies on physiological indices of drought resistance in Leymus
chinensis and Leymus cinereus as well as their hybrid
HOU Jian-hua
1 , YUN Jin-feng
2 , ZHANG Dong-hui
1
( 1. College of Agronomy , Inner Mongolia Agricultural Univ ersity , Hohehot 010019, China;
2. College of Ecology and Environment , Inner Mongolia Agricultural University , Hohehot 010019, China )
Abstract: Under di fferent drough t-st ress condi tions simula ted by di fferent concentra tion of
poly ethylene g lycol 6000( PEG6000) , physio logical indices of drought resistance in Leymus chinensis and
Leymus cinereus as well as thei r hybrid were studied. The resul ts show ed tha t for the hybrid and i ts
parents, th e relativ e w ater contents in leaves decrea sed; the relativ e elect ric conductivi ty and malon-
dia ldehyde ( MDA) content in leaves increased under all drought-st ress. Superoxide diamutase ( SOD )
activi ty increased under 15% PEG trea tment and 25% PEG treatment, but SOD activi ty began to decrease
under 35% PEG trea tment. Furthermo re, the drough t resistance of the hybrid is simi lar to that of Leymus
chinensis and st ronger than tha t of Leymus cinereus under 15% PEG and 25% PEG treatment.
Key words: Leymus chinensis; Leymus cinereus; hybrid; phy siological indices drought resistance
134　　 干旱地区农业研究　　　　　 第 22卷