全 文 ：松嫩平原两种趋异类型羊草对干旱胁迫的生理响应 3
周　婵　杨允菲 3 3 　李建东
(东北师范大学草地研究所 ,教育部植被生态科学重点实验室 , 长春 130024)
【摘要】　采用盆栽实验 ,对灰绿和黄绿两种趋异类型羊草 ( Leym us chinensis ( Trin. ) Tzvel. ) 幼苗期用聚乙
二醇 ( PEG)胁迫进行干旱生理指标测定. 结果表明 ,在干旱胁迫下 ,灰绿型羊草和黄绿型羊草的电解质外
渗率、脯氨酸、植株含水率、植株鲜重、SO42 - 、NO3 - 之间均有显著或极显著差异. 灰绿型羊草叶片电解质
外渗率和叶绿素含量的 b 值均大于黄绿型羊草 ,而植株含水率的 b 值则小于黄绿型羊草. 灰绿型羊草脯氨
酸含量均大于黄绿型羊草. 因子分析表明 , 脯氨酸是两种趋异类型羊草干旱胁迫生理反应的主要因子. 两
种趋异类型羊草在生理响应中均体现出耐旱能力 ,但灰绿型羊草的耐旱能力比黄绿型更强. 两种趋异类型
羊草在耐旱生理上有明显分化.
关键词 　羊草 　灰绿型 　黄绿型 　干旱胁迫 　盆栽实验 　幼苗期 　定量分析
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 09 - 1109 - 04 　中图分类号 　Q948 　文献标识码 　A
Physiological response of two divergent Leymus chinensis types to drought stress in the Songnen Plain. ZHOU
Chan , YAN G Yunfei ,L I Jiandong ( Institute of Grassland Science , Northeast Norm al U niversity ; Key L abora2
tory f or V egetation Ecology , Minist ry of Education , P. R . China , Changchun 130024) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2002 ,13 (9) :1109～1112.
The physiological response of two divergent Leym us chinensis types (grey2green type and yellow2green type) to
drought stress was studied by pot experiment . At seedling stage , some physiological indexes of the plants and
leaves were measured by taking the divergent types under stress of polyethylene glycol ( PEG) . Quantitative
analyses showed that under drought stress , the electrolyte leakage rate , proline content , water content , fresh
weight ,and SO42 - and NO3 - contents of two divergent types varied significantly. According to the simulating
results by equation y = a + b x , the b values of electrolyte leakage rate and chlorophyll content were higher in
grey2green type than in yellow2green type , and the b value of water content of grey2green type was lower than
that of yellow2green type. The proline content of grey2green type was higher than that of yellow2green type.
Factor analyses showed that proline was the most important factor of physiological response to drought stress of
the two types. The two types of L . chinensis had certain capabilities of drought resistance , but the capability of
grey2green type was greater than that of yellow2green type. Therefore , the physiological characteristics of
drought resistance were significantly differentiated.
Key words 　Leym us chinensis , Grey2green type , Yellow2green type , Drought stress , Pot experiment , Seedling
stage , Quantitative analysis. 3 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999043407) 和国家自然科学
基金资助项目 (30070137 ,39770536) .3 3 通讯联系人.
2001 - 11 - 30 收稿 ,2002 - 03 - 15 接受.
1 　引 　　言
羊草 ( L eym us chi nensis ( Trin. ) Tzvel. ) 是多年
生根茎型禾草 ,在我国广泛分布于内蒙古和东北地
区天然草地 ,具有生产力高、耐干旱、耐贫瘠、耐盐
碱、营养丰富、适口性强等生物生态学特性. 羊草适
应性强 ,具有广泛的生态可朔性 ,能适应多种复杂的
生境条件 ,从干旱、半干旱到半湿润地区 ,从黑土、黑
钙土、栗钙土到碱化草甸土与盐碱化草甸土地带均
有大面积分布[2 ,4 ] . 在羊草的分布区内 ,经常可见到
灰绿型和黄绿型两种植株颜色明显不同的羊草呈小
斑块状镶嵌分布 ,但优势分布区有一定的差异. 在松
嫩平原盐碱化草地主要以灰绿型羊草占优势地位 ,
在内蒙古典型草原黄绿型羊草的比例明显增多. 在
分类学上 ,两个类型的羊草为一个种 ,过去也不曾有
人将其再划分为变种或变型 ,但在驯化栽培中这两
个类型是稳定的 ,并且在生产性能中有一定的差异.
羊草植株颜色的分化 ,是羊草对不同环境长期趋异
适应的结果 ,近几年来对羊草的趋异适应已在遗传
多样性[1 ] 、光合生理特性[11 ] 、水分生理特性[6～8 ] 、营
养器官变异[17 ]和种群的营养繁殖[12 ]等方面有所报
道. 本文是在前人工作的基础上 ,对两种趋异类型羊
草在干旱胁迫下的生理响应进行了比较研究 ,籍以
从生理角度探讨两个趋异类型羊草对水分条件的适
应 用 生 态 学 报 　2002 年 9 月 　第 13 卷 　第 9 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Sept . 2002 ,13 (9)∶1109～1112
应机制 ,为进一步确定引起两个趋异类型羊草分化
的主导生态因子 ,即羊草生态型提供理论依据 ,对培
育耐旱羊草品种及生产实践具有重要意义.
2 　材料与方法
211 　盆栽育苗
供试种子采自吉林省西北部、松嫩平原的东南部前郭草
原站基地的同一片天然草甸 ,地处 123°35′～ 123°18′E ,44°
17′～ 45°28′N. 该地区属半干旱温带季风型气候 ,年平均温
度 4. 5 ℃,年均降水量 450mm ,70 %集中在 6～9 月 ,年蒸发
量约为年降水量的 3. 5 倍 ,土壤为盐碱化草甸土 ,p H 在 8. 0
～9. 0 之间 ,小地形差异不明显. 植被类型为草甸草原 ,羊草
群落分布广泛. 于 1999 年 7 月中旬采集 ,2000 年 5 月～6 月
进行盆栽实验. 播种前将种子在 0. 01 % HgCl 中浸泡 10min
杀菌消毒 ,再用清水冲洗干净 ,用砂培法在室外自然条件下
培养. 发芽后 ,每两天浇一次 Hoagland 全营养液 ,每天 8∶00
补水. 每盆定苗 40 株 ,共育苗 54 盆.
212 　胁迫处理
　　出苗后 8 周 ,分别选取长势一致的灰绿型羊草与黄绿型
羊草材料各 24 盆 ,随机分为 8 组 ,把试验材料和沙子从盆中
一起倒出 ,用清水冲洗干净 ,尽量保持根的完整性 ,用滤纸吸
去清水放入聚乙二醇 ( PEG) 胁迫处理液中. 处理液的 PEG
浓度分别为 0 ,2. 5 ,5 ,7. 5 ,10 ,15 ,20 和 25 %. 每组处理重复
3 次. 处理时间为 24h.
213 　胁迫指标的测定
　　测定每一处理样品植株的鲜重 ,80 ℃烘至恒重后再称干
重 ,计算植株的含水率.
　　含水率 ( %) = (鲜重 - 干重) / 鲜重 ×100 %
　　叶绿素的测定见文献 [14 ] ;细胞膜透性的测定参考赵可
夫方法[16 ] ;游离脯氨酸含量的测定见文献 [13 ] ;离子含量的
测定用离子色谱法 [10 ,15 ] .
214 　定量分析
　　将相同处理的数据取平均值 ,计算变异系数. 各项生理
指标和 PEG浓度之间进行 y = a + b x 直线回归分析. 对灰绿
型和黄绿型的干旱生理指标进行配对 t 检验和判别分析. 对
各项生理指标进行因子分析.
3 　结果与分析
311 　干旱胁迫对植株含水率的影响
　　含水率是植物耐旱性的重要指标. 由图 1a 可以
看出 ,在干旱胁迫条件下 ,两种趋异类型羊草植株含
水率随胁强增强而逐渐缓慢下降. 这是因为随 PEG
胁迫浓度的增加 ,环境中的水势逐渐降低 ,水由水势
高的地方向水势低的地方流动 ,导致植物体内水分
含量减少[3 ] . 经回归分析 ,灰绿型和黄绿型羊草的
植株含水率与干旱胁迫的胁强之间呈极显著负相
关. 拟合方程中的 b 值表示随干旱胁迫胁强的增强 ,
图 1 　灰绿型羊草 ( G)和黄绿型羊草 ( Y) 的植株含水率 (a) 和电解质
外渗率 (b)与 PEG浓度的关系
Fig. 1 Relationships between water content rate of tiller ,electrolyte lea2
kage rate of grey2green type ( G) ,yellow2green type ( Y) of Ley m us chi2
nensis and concentration of PEG.
植株含水率的变化速率 ,b 值越大表明植物体的持
水能力越小 , 抗旱能力越弱. 黄绿型羊草 ( b =
0. 5918) 是灰绿型羊草的 (b = 0. 4232)的 1. 3984 倍 ,
表明在相同干旱胁迫条件下 ,灰绿型羊草的体内保
水程度大于黄绿型羊草. 植株鲜重灰绿型的变异系
数 (72. 4076 %)比黄绿型的 (17. 7628 %) 高 3. 1 倍 ,
说明灰绿型羊草的耐旱程度大于黄绿型羊草.
312 　干旱胁迫对叶片细胞膜透性的影响
　　植物质膜特性是植物生理功能的一个重要生理
指标 ,许多胁迫的伤害最终都体现在细胞膜的结构
和功能上. 由图 1b 可以看出 ,灰绿型和黄绿型羊草
的电解质外渗率在低胁强条件下 ,电解质外渗率变
化较小 ,随干旱胁迫胁强增强而增大 ,经回归分析 ,
灰绿型羊草和黄绿型羊草叶片电解质外渗率与干旱
胁迫胁强之间呈显著或极显著正相关. 拟合方程中
的 b 值是叶片电解质外渗率随胁强变化的速率 ,灰
绿型羊草 ( b = 3. 4143 ) 大于黄绿型羊草 ( b =
2. 3975) ,表明在相同干旱胁迫条件下 ,灰绿型羊草
的细胞膜受破坏程度大于黄绿型羊草. 灰绿型叶片
电解质外渗率的变异系数 (83. 3621 %) 比黄绿型的
(118. 8751 %)小 43 % ,也表明灰绿型羊草的耐旱程
度小于黄绿型羊草.
313 　干旱胁迫对叶片叶绿素含量的影响
　　叶绿素是植物光合作用的重要条件之一 ,在一
定程度上反应植物的生产能力. 由图 2 可见 ,在干旱
胁迫条件下 ,灰绿型羊草和黄绿型羊草叶片叶绿素
a (CA) 、叶绿素 b (CB)和总叶绿素含量 (CA + B)均随胁
0111 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
图 2 　灰绿型羊草 ( G)和黄绿型羊草 ( Y)的 CA、CA + B、CB、CA/ CB 与 PEG浓度的关系
Fig. 2 Relationships between CA ,CA + B ,CB ,CA/ CB of grey2green type ( G) ,yellow2green type ( Y) of Ley m us chinensis and concentration of PEG.
强增强而增加 ,表明两种趋异类型羊草均有较强的
抗旱能力. 经回归分析 ,灰绿型羊草叶片的 CA、CB、
CA + B和黄绿型羊草的 CA、CB、CA + B与干旱胁迫胁强
之间关系呈直线 y = a + b x 变化 ,均达到显著或极
显著正相关. 拟合方程中的 b 值为叶绿素随胁强变
化的速率. 灰绿型羊草叶片 CA 为 b = 0. 7495 ,CB 为
b = 0. 4983 ,CA + B为 b = 1. 2481 ,均大于黄绿型羊草
(b = 0. 5786、b = 0. 283 和 b = 1. 2115) ,表明灰绿型
羊草在干旱情况下的光合能力强于黄绿型羊草. 灰
绿型羊草叶片 CA/ CB 与胁强之间呈显著负相关 ,即
当 PEG浓度每增加 1 % ,灰绿型羊草叶片 CA/ CB 降
低 0. 0374mg·g - 1 ,而黄绿型羊草叶片 CA/ CB 与胁
强之间均没有明显的规律性 ,由此也反映了灰绿型
羊草的抗旱光合调节能力比黄绿型羊草强.
314 　干旱胁迫对体内脯氨酸和离子含量的影响
　　脯氨酸一般被认为是一种在逆境条件下的小分
子渗透调节物质 ,这种结论适合于大多数植物其含
量越高植物体的抗逆能力越强. 只有少数植物在逆
境条件下的脯氨酸含量没有变化 ,因此不能作为衡
量抗逆能力的指标. 在本研究的干旱胁迫条件下 ,灰
绿型羊草和黄绿型羊草体内脯氨酸含量均随胁强增
强有不同程度的增加 ,因此脯氨酸可作为衡量羊草
抗旱能力的指标. 灰绿型羊草体内最高脯氨酸含量
比对照增加 1. 15 倍 ,黄绿型羊草增加了 0. 69 倍 ,灰
绿型羊草体内脯氨酸含量高于黄绿型羊草 (图 3) ,
表明两种趋异类型羊草本身均具有耐旱性 , 其中灰
图 3 　干旱胁迫对灰绿型 ( G)和黄绿型羊草 ( Y)脯氨酸含量的影响
Fig. 3 Effect of drought stress on proline of grey2green type ( G) ,yellow2
green type ( Y) of Ley m us chinensis .
表 1 　干旱胁迫对灰绿型( G)和黄绿型( Y)羊草体内离子含量的影响
Table 1 Effect of drought stress on the content of ion of t wo divergent Leymus chinensis ,rey2green( G) and yellow2green( Y) types( mg·kg - 1)
PEG 0 % 2. 5 % 5 % 7. 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % CV ( %)
Na + G 0. 143 0. 046 0. 032 0. 042 0. 029 0. 027 0. 100 0. 063 68. 29
Y 0. 103 0. 063 0. 070 0. 079 0. 166 0. 073 0. 074 0. 051 42. 37
K+ G 3. 266 3. 449 2. 842 3. 301 1. 979 2. 377 2. 717 2. 626 17. 88
Y 2. 956 2. 790 2. 698 2. 448 3. 116 3. 020 2. 668 2. 610 8. 13
Mg2 + G 0. 2415 0. 1807 0. 1965 0. 1487 0. 0767 0. 1137 0. 3584 0. 2009 45. 30
Y 0. 2547 0. 1903 0. 2378 0. 2247 0. 2309 0. 2120 0. 2272 0. 2059 8. 95
Ca2 + G 0. 7015 0. 468 0. 5803 0. 3780 0. 2145 0. 2835 1. 5640 0. 6490 70. 08
Y 0. 8084 0. 519 0. 8290 0. 6296 0. 7953 0. 6333 0. 7603 0. 6396 15. 87
NO3 - G 0. 4910 0. 2085 0. 1742 0. 1497 - - 0. 1355 0. 3155 87. 85
Y 0. 8367 0. 2377 0. 0178 0. 8710 0. 7662 0. 6665 0. 9890 0. 4367 56. 43
SO42 - G 0. 3822 0. 3675 0. 4147 0. 4557 0. 3780 0. 3992 0. 4275 0. 5020 10. 88
Y 0. 3592 0. 3855 0. 3202 0. 4010 0. 3497 0. 3752 0. 3307 0. 2927 10. 25
11119 期 　　　　　　　　　　　周 　婵等 :松嫩平原两种趋异类型羊草对干旱胁迫的生理响应 　　　　　　　　
绿型羊草的渗透调节能力强于黄绿型. 从体内脯氨
酸的变异系数可见 ,灰绿型 (31. 7592 %) 比黄绿型
(28. 8203 %)高 10 % ,表明前者的抗旱能力强于后者.
　　经回归分析 ,灰绿型和黄绿型羊草体内 Na + 、
K+ 、Mg2 + 、Ca2 + 、NO3 - 、SO42 - 6 种离子与干旱胁迫
胁强之间关系不显著 ,但在相同胁迫条件下 ,植株体
内 6 种离子的变异系数均以灰绿型大于黄绿型在
6 %～4. 06 倍之间 (表 1) . 在一定意义上 ,植物体内
的矿质营养元素的变异系数越大 ,在逆境中转化为
可利用物质的可能性越大. 这反映了这些离子均不
是干旱胁迫的敏感物质 ,同时也表明灰绿型羊草的
抗逆能力比黄绿型羊草强.
4 　讨 　　论
　　水是植物生命活动所必需的重要物质 ,一切生
理生化反应均需水的参与或作为介质. 水的缺少势
必将影响植物的正常生长 ,甚至危及生命. 在干旱胁
迫条件下 ,从植株含水率、植株鲜重、叶绿素含量、脯
氨酸、Na + 、K+ 、Mg2 + 、Ca2 + 、NO3 - 、SO42 - 等生理指
标来看 ,灰绿型羊草的耐旱能力强于黄绿型 ;而从细
胞膜透性来看 ,黄绿型的耐旱程度则又强于灰绿型.
经因子分析 ,只有脯氨酸是两种趋异类型羊草干旱
胁迫生理反应的最重要因子 ,而脯氨酸又是植物抗
旱能力的重要衡量指标[4 ] ,结合大多数生理指标的
变异系数均表现为灰绿型高于黄绿型 ,综合评定灰
绿型羊草的耐旱能力比黄绿型羊草强.
　　配对 t 检验结果表明 ,在干旱胁迫下灰绿型和
黄绿型羊草的电解质外渗率、脯氨酸、植株含水率、
植株鲜重、SO42 - 、NO3 - 之间均有显著或极显著差
异 ( P = 0. 032～0. 000) . 经判别分析 ,灰绿型的判别
率为 87. 5 % ,黄绿型的达 100 % ,表明灰绿型羊草和
黄绿型羊草在干旱条件下的生理反应已产生明显分
化 ,而且这种分化是带有遗传特性的[2 ] .
　　生态型作为生态学单位被提出来 ,是同一物种
的分化 , Turesson[5 ,9 ]将之定义为适应于特殊生境而
发生遗传型或基因型反应而形成的生态种. 同一种
植物的不同生态型是适应不同生境的结果. 羊草是
生态幅度较宽的种 ,其分布范围内的环境条件 ,如气
候、地貌、土壤等因素有明显差异 ,为羊草的趋异适
应而形成不同生态型提供了可能. 近年来 ,对灰绿型
和黄绿型羊草的分化研究已有报道 , 从基因、个体
到种群水平均已揭示诸多分化[1 ,6～8 ,11 ,12 ,17 ] ,但这
些分化并不是由单一因素产生的 ,而是多种环境因
子综合作用的结果. 本实验从干旱胁迫生理角度证
明了两者对水分适应也发生了明显的分化. 这不仅
为耐干旱性羊草育种材料的选择提供科学参考 ,也
为进一步确定两个羊草生态型提供了生理学依据.
参考文献
1 　Cui J2Z(崔继哲) ,Qu L2Y(曲来叶) , Zhu Y2G(祖元刚) . 2000.
Genetic diversity and differentiation of two ecotypes of Ley m us
chinensis populations in microhabitat2allozyme analysis. Acta Ecol
S in (生态学报) ,20 (3) :434～439 (in Chinese)
2 　Jia S2X(贾慎修) . 1987. Forage Floras of China. Beijing :Agricul2
tural Press. 19～35 (in Chinese)
3 　Liu C2H(刘春华) ,Su J2K(苏加楷) ,Huang W2H(黄文惠) . 1993.
Studies on the physiological indicators evaluating the salt tolerance
of grasses. Acta Prata Sin (草业学报) ,2 (1) :46～54 (in Chinese)
4 　Ma Z2R(马宗仁) , Guo B (郭 　博) . 1991. Study on the accumula2
tion of free proline of Ely m us breviaristat us and E. Sibi ricus un2
der the water stress. Grassl China (中国草地) ,13 (4) :12～16 (in
Chinese)
5 　Merrell OJ . 1981. Evolutionary Genetics. London : Longman. 283
～287
6 　Qian J (钱 　吉) ,Ma Y2H (马玉虹) ,Ren W2W (任文伟) , et al .
2000. Comparative study on ecotype differentiation of Ley m us chi2
nensis in different geographic populations at moleculat level. Acta
Ecol S in ( 生态学报) ,20 (3) :440～443 (in Chinese)
7 　Ren W2W(任文伟) ,Qian J (钱　吉) ,Ma J (马　骏) ,et al . 2000.
Comparative study of Ley m us chinensis’s water content and free
proline of different consistency PEG. Acta Ecol S in (生态学报) ,
20 (2) :349～352 (in Chinese)
8 　Ren W2W (任文伟) , Qian J (钱 　吉) , Zheng S2Z (郑师章) .
1997. Comparison of characteristics of different provenance Ley m us
chinensis grown under different water2stress conditions. Chin J
A ppl Ecol (应用生态学报) ,8 (2) :157～160 (in Chinese)
9 　Turesson G. 1992. The species and the variety as ecological unit .
Hereditas ,3 :100～113
10 　Wang B2S(王保山) ,Zhao K2F(赵可夫) . 1995. Comparison of ex2
tractive methods of Na and K in wheat leaves. Plant Physiol Com2
m un (植物生理学通讯) ,31 (1) :50～52 (in Chinese)
11 　Wang D2L (王德利) ,Wang Z2W (王正文) ,Zhang X2J (张喜军) .
1999. The comparison of photosynthetic physiological characteris2
tics between the two divergent Ley m us chinensis types. Acta Ecol
S in (生态学报) ,19 (6) :837～843 (in Chinese)
12 　Yang Y2F (杨允菲) , Zheng H2Y (郑慧莹) , Li J2D (李建东) .
1997. Comparative study on characters of two divergent types of
the clone population Ley m us chinensis in the songnen plain of Chi2
na. Acta Bot S in (植物学报) ,39 (11) :1058～1064 (in Chinese)
13 　Zhang D2Z(张殿忠) , Wang P2H (汪沛洪) ,Zhao H2X(赵会贤) .
1990. Determination of the content of free proline in wheat leaves.
Plant Physiol Com m un (植物生理学通讯) , 26 ( 4) : 62～65 (in
Chinese)
14 Zhang X2Z (张宪政 ) . 1994. Experimental Technology of Plant
Physiology. Shenyang :Liaoning Science & Technology Press. 66～
69 (in Chinese)
15 　Zhang Z2L (张志良) . 1994. Experimental guide of plant physiolo2
gy. Beijing :China High Education Press. 12～14 (in Chinese)
16 　Zhao K2F(赵可夫) . 1993. Salt2resistance Physiology of Plant . Bei2
jing :China Science & Technology. 222～223 (in Chinese)
17 　Zhou Y(周 　英) . 1977. Comparative observation of nutritious or2
gan of Ley m us chinensis . J Haerbin Normal School (哈尔滨师范
学院学报) , (1) :62～63 (in Chinese)
作者简介 　周 　婵 ,女 ,1975 年生 ,博士生 ,主要从事植物生
理生态与种群进化生态学研究 ,发表论文 4 篇. Tel : 04312
5628994 ,E2mail :zhouchan75 @sina. com
2111 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷