全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (2): 167~174 167
收稿 2012-11-22 修定 2013-01-17
资助 国家林业公益性行业科研专项(201004019)、科技部国
家中心组建项目(2011FU125X11)和福建省科技重大专项
(2012NZ0002)。
* 通讯作者(E-mail: wittylin@163.com; Tel: 0591-83768494)。
五种菌草苗期对碱胁迫的生理响应及抗碱性评价
林兴生1,3, 林占熺1,3,*, 林辉1,3, 林冬梅1,3, 罗海凌1,3, 胡应平1,3, 林春梅1,3, 朱朝枝2,*
福建农林大学1菌草研究所, 2金山学院, 福州350002; 3国家菌草工程技术研究中心, 福州350002
摘要: 为探明莱竹、芦竹、巨菌草、象草、稗草5种菌草对碱胁迫的生理响应及抗碱能力, 分别以0、50、100、125、
150、200 mmol·L-1 Na2CO3溶液模拟碱胁迫, 测定叶片细胞膜透性, 丙二醛(MDA)和可溶性糖(SS)含量, 超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 以及恢复试验后植株死亡率, 并利用隶属函数法对以上指标进行综合
评价。结果表明, 随Na2CO3胁迫浓度的升高, 5种菌草的相对电导率、MDA含量呈上升趋势, SS含量, SOD、POD、CAT活
性呈先升高后下降的趋势; 稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹的生理指标平均隶属函数值分别为0.36、0.95、0.01、
0.14、0.83, 半致死Na2CO3胁迫浓度分别为107.0、127.7、68.5、78.5、123.0 mmol·L
-1; 5种菌草的抗碱能力强弱为: 莱竹>
芦竹>稗草>巨菌草>象草。
关键词: 菌草; 生理响应; 碱胁迫; 抗碱性
Physiological Responses and Alkaline-Tolerance Evaluation on 5 Species of
Juncao under Alkaline Stress during Seedling Stage
LIN Xing-Sheng1,3, LIN Zhan-Xi1,3,*, LIN Hui1,3, LIN Dong-Mei1,3, LUO Hai-Ling1,3, HU Ying-Ping1,3, LIN Chun-Mei1,3, ZHU
Chao-Zhi2,*
1Juncao Research Institute, 2Jinshan College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 3National Engi-
neering Research Center of Juncao, Fuzhou 350002, China
Abstract: In order to verify the physiological responses and alkaline tolerance of 5 species of juncao, Echi-
nochloa crusgalli, Arundo sp., Pennisetum purpureum, Pennisetum sp. and Arundo donax, the physiological in-
dexes of juncao leaves under alkaline stress (Na2CO3) with different concentrations of 0, 50, 100, 125, 150 and
200 mmol·L-1 for 5 d, including contents of malondialdehyde (MDA) and soluble sugar (SS), activities of su-
peroxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and membrane permeability, were deter-
mined respectively. After recovery test, the mortality rates of the 5 juncao species were determined. The all in-
dexes were evaluated by using subordinate functions. The result indicated that when the concentration of
Na2CO3 was increased, SS content and activities of SOD, POD and CAT of the 5 species of juncao were first in-
creased and then decreased, and the relative electrical conductivity (REC) and MDA content of the 5 juncao
species were increased. The half-lethal concentrations of Na2CO3 solution of E. crusgalli, Arundo sp., P. pur-
pureum, Pennisetum sp. and A. donax were 107.0, 127.7, 68.5, 78.5 and 123.0 mmol·L-1, respectively. Their av-
erage membership function values were 0.36, 0.95, 0.01, 0.14 and 0.83, respectively. The alkaline tolerance of 5
juncao species were Arundo sp.>A. donax>E. crusgalli>Pennisetum sp.>P. purpureum.
Key words: juncao; physiological response; alkaline stress; alkaline tolerance
菌草(juncao)是指适合作为食用菌、药用菌
培养基并有综合开发利用价值的草本植物; 菌草
技术是指菌草优良品种选育, 菌草栽培与加工, 菌
草生物转化, 菌草综合利用的系列技术与工艺; 菌
草业是指菌草技术产业化形成的新兴产业(林占熺
2003)。1986年, 福建农林大学发明了菌草技术, 经
过20多年的发展, 已形成了配套综合技术。菌草
技术具有太阳能利用率高、资源利用率高、投资
少、周期短、见效快等优点, 目前已传播到85个
国家, 已在我国31个省、市的386个县(市)应用(郑
金英等2011)。利用菌草技术发展菌草业, 既能增
加农民收入, 使其脱贫致富, 又能改善生态环境,
把社会、经济、生态三大效益有机结合起来, 其
植物生理学报168
发展前景十分广阔, 但作为新兴产业目前仍存在
不少发展瓶颈, 其中之一是菌草抗性(抗碱、抗
盐、抗寒、抗旱等)品种的选育。
土壤碱化、盐渍化是世界性问题, 是影响农
业生产的重要因素, 全球约1.5×109 hm2土地中, 盐
土(saline)占23%, 苏打土(sodic)占37%, 约有100多
个国家存在不同类型的盐碱地, 我国盐碱地面积
达0.99亿m2 (杨劲松2008; 赵可夫等1999; Tanji
1990)。前人主要对以下植物开展了碱胁迫研究:
苜蓿(Medicago sativa) (张永峰和殷波2009)、星星
草(Puccinellia tenuiflora) (尹尚君等2003; 石德成和
殷立娟1993)、冰草(Agropyron cristatum) (高文俊
等2011)、黑麦草(Lolium perenne) (刘建新等
2011)、碱地风毛菊(Saussurea runcinata) (夏方山
等2010)等牧草; 狗牙根(Cynodon dactylon) (周存宇
等2009)、补血草(Limonium gmelinii和L. otolepis)
(师东和张爱勤2011)、芨芨草(Achnatherum splen-
dens) (纪荣花等2011)、羊草(Leymus chinensis) (石
德成和殷立娟1992)等草坪草; 小冰麦(Triticum
aestivum-Agropyron intermedium) (杨春武等
2007)、绿豆(Vigna radiata) (韩建明和张鹏英
2010)、野生大豆(Glycine soja) (葛瑛等2009)、向
日葵(Helianthus annuus) (颜宏等2005)等作物; 合
欢(Albizzia julibrissin) (周建等2008)、枸杞(Lycium
barbarum) (毛桂莲等2006)等树种。研究表明, 植
物在受到碱胁迫时除造成渗透胁迫、离子毒害外,
还会引起高pH危害, 因此碱胁迫比盐胁迫对植物
的危害更为严重(杨春武等2007; Shi和Yan 2005)。
前人有关莱竹、巨菌草、芦竹、象草、稗草5种
菌草对碱胁迫的生理响应及抗碱性的相关研究鲜
有报道。
福建农林大学收集有45种菌草, 其中, 莱竹、
芦竹、巨菌草、象草、稗草等菌草被人工种植和
广泛应用。莱竹从莱索托引进, 莱索托位于非洲
东南部, 海拔高度1 400~3 482 m, 是世界上平均海
拔最高的国家, 属大陆性亚热带气候, 平均年降水
量约780 mm, 常年最低温度–10 ℃, 极端最低温度
可达–18 ℃, 莱竹在莱索托全境均有分布, 能正常
越冬, 耐旱、耐涝、耐瘠薄。芦竹为多年生草本
植物, 具地下茎, 茎秆直立挺拔, 叶片宽大鲜绿, 在
我国分布甚广, 北起辽宁, 南至广西, 其适应能力
很强, 耐旱、耐涝、耐热、耐寒、耐贫瘠, 在沼泽
地、河滩地、河岸、沙荒或旷野地上都能生长(刘
洪谔和陈耀玺1981)。巨菌草原产于非洲, 隶属禾
本科(Poaceae)狼尾草属(Pennisetum), 适宜在热
带、亚热带、温带生长, 为多年生C4植物, 直立、
丛生, 株高一般300~580 cm, 根系发达, 分蘖能力
强, 年产鲜草200 t·hm-2以上。象草茎高200~300
cm, 年产鲜草106~252 t·hm-2, 喜温暖湿润气候, 在
气温12~14 ℃时开始生长, 23~35 ℃时生长迅速,
8~10 ℃时生长受抑制, 5 ℃以下时停止生长(林洁
荣等2003)。稗草是高产优质的饲料作物, 既耐低
湿盐碱又抗高湿干旱, 株高130~210 cm, 产干草15
t·hm-2以上, 籽实4.5 t·hm-2以上, 具有较强的再生力
(罗长富和闵瑾如1990)。这5种菌草生物量高, 有
较高的应用价值, 本文通过研究其苗期对碱胁迫
的生理响应及抗碱特性, 旨在从中筛选出抗碱的
菌草, 以突破菌草业发展的瓶颈, 从而满足国内外
盐碱地区发展菌草业的需要。
材料与方法
1 试验菌草
试验采用5种菌草: 莱竹(Arundo sp.)、巨菌草
(Pennisetum sp.)、芦竹(Arundo donax)、象草(Pen-
nisetum purpureum)、稗草(Echinochloa crusgalli),
其中莱竹从莱索托引进, 巨菌草从南非引进, 稗草
为北方抗碱品种, 5种菌草均种植于福建农林大学
菌草研究所菌草圃。
2 试验设计
以土壤条件一致的砂质土为培养基质, 以塑
料营养袋作为栽培容器。由于5种菌草繁殖方式
不同, 莱竹和芦竹用扦插法难以成活, 故采用组织
培养苗移苗后栽培, 稗草采用播种法育苗, 巨菌草
及象草采用扦插法育苗。每种菌草每个处理种植
50袋, 设3个重复, 莱竹、芦竹、稗草每袋种植10
株, 巨菌草、象草每袋5株。待不同菌草植株长至
20 cm高时, 用不同浓度的Na2CO3溶液进行处理模
拟碱胁迫 , Na2CO3浓度分别为0 (对照)、50、
100、125、150、200 mmol·L-1, 共处理5 d。处理后
分2组: 一组随机剪取叶片, 测定相应的生理生化
指标; 另一组在自然条件下进行恢复实验, 用清水
浇灌, 20 d后观察生长情况并测定死亡率。
3 测定方法
相对电导率(relative electrical conductivity, REC)
林兴生等: 五种菌草苗期对碱胁迫的生理响应及抗碱性评价 169
测定采用电导仪法, 丙二醛(malondialdehyde, MDA)
含量测定采用硫代巴比妥酸法, 可溶性糖(soluble
sugar, SS)含量测定采用蒽酮比色法, 过氧化氢酶
(catalase, CAT)测定采用紫外吸收法(王学奎2006),
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)测定
采用NBT还原法, 过氧化物酶活性(peroxidase, POD)
测定采用愈创木酚比色法(陈建勋和王晓峰2002)。
4 抗碱能力综合评价
根据各项生理指标的高低和变化幅度的大小,
采用隶属函数法进行综合分析。指标与抗碱能力
呈正相关时采用方程: X(µ)=(Xij–Xmin)/(Xmax–Xmin);
指标与抗碱能力呈负相关时采用方程: X(µ)=1–(Xij–
Xmin)/(Xmax–Xmin)。式中, Xij为各指标的值或变化值,
Xmax为各种对应指标的最大值, Xmin为各种对应指
标的最小值, X(µ)为隶属函数值(魏永胜等2005)。
累加各品种各指标的具体隶属值, 并求出平均值
后进行比较: 平均值越大, 抗碱能力越强。
5 数据统计分析
采用SPSS软件进行数据分析, 表中数值为平
均值±标准差(means±SD), 用单因素方差分析处理
间的差异。
实验结果
1 Na2CO3胁迫对5种菌草抗氧化酶活性的影响
5种菌草的SOD活性随Na2CO3浓度的升高呈
先升后降的趋势。Na2CO3浓度在125 mmol·L
-1时,
稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹SOD活性均显
著高于对照 (P<0.05) , 其增幅分别为35.8%、
82.3%、27.3%、30.9%、81.6%, 5种菌草SOD活性
变化幅度及大小排序为: 莱竹>芦竹>稗草>巨菌草>
象草(表1)。
5种菌草的POD活性随Na2CO3浓度的升高呈
先升后降的趋势。Na2CO3浓度在125 mmol·L
-1时,
稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹POD活性均显
著高于对照 (P<0.05) , 其增幅分别为45.2%、
105.8%、30.4%、38.5%、138.7%, 5种菌草POD活
性变化幅度及大小排序为: 芦竹>莱竹>稗草>巨菌
草>象草(表2)。
5种菌草的CAT活性随Na2CO3浓度的升高呈
先升后降的趋势, Na2CO3浓度为125 mmol·L
-1时,
稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹CAT活性分别
比对照提高27.1%、107.9%、24.0%、20.3%、
73.4%, 5种菌草CAT活性变化幅度及大小排序为:
莱竹>芦竹>稗草>象草>巨菌草(表3)。
2 Na2CO3胁迫对5种菌草REC的影响
5种菌草的REC随Na2CO3浓度的升高而增大,
Na2CO3浓度在125 mmol·L
-1时, 稗草、莱竹、巨菌
草、象草、芦竹的REC均显著高于对照(P<0.05),
其增幅分别为1 9 7 . 7 %、8 4 . 4 %、2 6 8 . 4 %、
230.0%、140.5%, 5种菌草膜脂受损程度依次为:
象草>巨菌草>稗草>芦竹>莱竹(表4)。
3 Na2CO3胁迫对5种菌草MDA含量的影响
5种菌草的MDA含量随Na2CO3浓度的升高而
升高, Na2CO3浓度在125 mmol·L
-1时, 稗草、莱
竹、象草、巨菌草、芦竹MDA含量均显著高于对
照 (P<0.05) , 其增幅分别为57.1%、41.0%、
83.0%、71.7%、47.7%, 5种菌草膜脂受损程度依
次为: 象草>巨菌草>稗草>芦竹>莱竹(表5)。
4 Na2CO3胁迫对5种菌草SS含量的影响
5种菌草的SS含量随Na2CO3浓度的升高呈先
表1 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的SOD活性
Table 1 SOD activity of 5 juncao species under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/
稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L-1 SOD活性/ 增幅/%
SOD活性/
增幅/%
SOD活性/
增幅/%
SOD活性/
增幅/%
SOD活性/
增幅/% U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW)
对照(0) 287.1±4.4c 281.3±24.1d 186.3±17.6c 161.7±37.0c 221.7±62.2b
50 341.3±65.0b 18.9 345.8±63.0c 22.9 207.5±13.2b 11.4 191.7±70.2b 18.6 269.6±68.1b 21.6
100 401.3±88.3a 39.8 407.9±32.2b 45.0 251.3±68.8a 34.9 220.0±4.5a 36.1 312.9±64.4b 41.1
125 390.0±32.3c 35.8 512.9±4.0b 82.3 237.1±43.1b 27.3 211.6±7.3a 30.9 402.5±27.5a 81.6
150 — — 603.9±7.6a 114.7 — — — — 467.3±7.5a 110.8
200 — — 299.8±7.1cd 6.6 — — — — 231.2±68.3b 4.3
“—”表示幼苗已死亡; 同列不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2~7同此。
植物生理学报170
表2 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的POD活性
Table 2 POD activity of 5 juncao species under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/
稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L-1
POD活性/
增幅/%
POD活性/
增幅/%
POD活性/
增幅/%
POD活性/
增幅/%
POD活性/
增幅/% U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW)
对照(0) 313.3±28.7c 520.0±9.4c 345.0±71.1b 303.3±89.6c 405.0±11.4cd
50 433.3±43.8bc 38.3 736.7±13.1c 41.7 440.0±45.1a 27.5 393.3±56.6bc 30.0 586.7±89.6bc 44.9
100 476.7±32.5ab 52.2 813.3±75.4c 56.4 455.0±52.2a 31.9 425.0±82.5a 40.1 658.3±11.8b 62.5
125 455.0±40.8a 45.2 1 070.0±69.7b 105.8 450.0±3.0b 30.4 420.0±32.0ab 38.5 966.7±44.1a 138.7
150 — — 1 121.7±72.1a 115.7 — — — — 1 041.7±25.6a 157.2
200 — — 801.7±25.9d 54.2 — — — — 671.7±40.1c 65.9
表3 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的CAT活性
Table 3 CAT activity of 5 juncao species under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/
稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L-1
CAT活性/
增幅/%
CAT活性/
增幅/%
CAT活性/
增幅/%
CAT活性/
增幅/%
CAT活性/
增幅/% U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW)
对照(0) 235.0±16.5bc 315.0±7.1c 384.0±8.5cd 370.0±23.6c 351.7±7.1c
50 285.5±48.8ab 21.5 533.3±18.9b 69.3 458.3±44.8bc 19.3 440.0±4.7b 18.9 445.0±25.9b 26.5
100 328.3±11.8a 39.7 571.7±40.1ab 81.5 508.0±113.1a 32.3 483.3±18.4a 30.6 565.0±2.4c 60.6
125 298.7±35.4ab 27.1 655.0±54.2a 107.9 476.3±14.6ab 24.0 445.0±40.1b 20.3 610.0±9.4ab 73.4
150 — — 659.0±21.2a 109.2 — — — — 661.7±40.1a 88.1
200 — — 460.0±51.9c 46.0 — — — — 435.0±77.8d 23.7
表4 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的REC
Table 4 REC of 5 juncao species under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/ 稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L
-1
REC/% 增幅/% REC/% 增幅/% REC/% 增幅/% REC/% 增幅/% REC/% 增幅/%
对照(0) 22.0±5.5c 22.5±4.4c 19.6±7.8d 20.0±7.4d 23.7±2.3c
50 45.0±8.3c 104.5 32.6±4.9c 31.0 55.2±5.0c 182.6 55.0±3.1c 175.0 46.2±5.5c 94.9
100 51.9±14.4c 135.9 37.7±1.9bc 67.6 61.6±2.1bc 241.3 57.4±7.7c 187.0 52.7±32.1bc 122.4
125 69.5±15.3b 197.7 41.5±7.7bc 84.4 72.2±15.8ab 268.4 66.0±0.6b 230.0 57.0±6.6bc 140.5
150 — — 46.4±13.9ab 106.2 — — — — 67.7±6.2ab 185.7
200 — — 50.5±20.9a 124.4 — — — — 70.8±8.8a 198.7
表5 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的MDA含量
Table 5 MDA content of 5 juncao species under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/
稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L-1
MDA含量/
增幅/%
MDA含量/
增幅/%
MDA含量/
增幅/%
MDA含量/
增幅/%
MDA含量/
增幅/% mmol·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW)
对照(0) 4.9±0.4de 3.9±0.4bc 8.8±0.5d 9.2±0.3d 4.4±1.6cd
50 6.1±0.3bc 24.5 4.1±0.6bc 5.1 9.1±0.7d 3.4 9.5±0.6d 3.3 4.4±0.1cd 0
100 6.9±0.7ab 40.8 4.8±0.4b 23.1 13.9±0.1a 58.0 13.9±0.2a 51.1 5.6±0.1c 27.3
125 7.7±0.2a 57.1 5.5±1.0a 41.0 16.1±0.1ab 83.0 15.8±0.1b 71.7 6.5±0.2b 47.7
150 — — 5.8±1.0a 48.7 — — — — 7.0±0.6a 54.5
200 — — 6.7±0.3b 71.8 — — — — 7.8±0.1c 77.3
林兴生等: 五种菌草苗期对碱胁迫的生理响应及抗碱性评价 171
升后降的趋势, 莱竹增幅最大, Na2CO3浓度在125
mmol·L-1时, 稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹的
SS含量均显著高于对照(P<0.05), 其增幅分别为
28.1%、55.9%、15.2%、25.0%、38.1%, 5种菌草
积累SS、通过渗透调节以抵御逆境胁迫的能力依
次为: 莱竹>芦竹>稗草>巨菌草>象草(表6)。
5 Na2CO3胁迫对5种菌草苗期植株死亡率的影响
5种菌草苗期植株的死亡率随Na2CO3浓度的
升高呈升高的趋势。Na2CO3浓度为50 mmol·L
-1时
对5种菌草生长均没有影响; 浓度在100 mmol·L-1
时, 莱竹的死亡率最低, 为14.0%, 芦竹其次, 为
17.0%, 与其他菌草差异显著; 浓度在125 mmol·L-1
时 , 莱竹、芦竹的死亡率差异不显著 , 分别为
28.0%、31.0%, 稗草的死亡率为63.0%, 与其他菌
草差异显著, 巨菌草和象草的死亡率差异不显著,
分别为90.0%和94.0%; 浓度在150 mmol·L-1时, 莱
竹的死亡率最低, 为78.0%, 芦竹其次, 为82.0%, 与
其他菌草差异显著, 稗草、象草、巨菌草均不能
成活; 浓度在200 mmol·L-1时, 莱竹和芦竹的死亡率
差异不显著, 分别为92.0%和97.0% (表7)。
对菌草苗期植株死亡率与Na2CO3胁迫浓度进
行回归分析, 结果显示, 稗草、莱竹、象草、巨菌
草、芦竹的Na2CO3胁迫半致死浓度分别为107.0、
127.7、68.5、78.5、123.0 mmol·L-1, 极限浓度分别
为178.4、208.1、165.1、167.6、200.5 mmol·L-1
(表8)。可见, 不同菌草的抗碱能力强弱依次为: 莱
竹>芦竹>稗草>巨菌草>象草。
6 五种菌草抗碱性综合评价
通过各种生理指标的隶属函数分析可知, 莱
竹的隶属函数平均值最高, 达0.95, 其次是芦竹、
稗草、巨菌草, 分别为0.83、0.36、0.14, 象草最
低, 为0.01 (表9)。因此, 5种菌草抗碱能力强弱为:
莱竹>芦竹>稗草>巨菌草>象草。
讨 论
植物抗碱性在种间、品种(系)间及不同个体
间都存在差异(周存宇等2009), 同一种植物对不同
环境或不同植物对同一环境条件的反应不同, 主
要是受自身遗传特性的影响, 如与抗碱性相关的
基因对不同碱浓度的反应不同 (师东和张爱勤
2011)。莫纪波等(2011)认为, 植物在生长发育过程
中总是受到非生物和生物因子胁迫的影响。为了
生存, 植物进化形成一个复杂、有效的信号转导
网络, 以获知环境中的变化, 并通过控制下游相关
基因的表达来精确地调控应答反应。冯军和郑彩
霞(2011)报道, 植物对外界刺激的反应与转录因子
DREB (dehydration responsive element binding)的
表7 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草苗期植株的死亡率
Table 7 Mortality rates of 5 juncao species under the stress of
Na2CO3 solution with different concentrations
%
菌草
Na2CO3浓度/mmol·L
-1
0 50 100 125 150 200
稗草 0 0 25.0±1.2b 63.0±1.8b 100.0±0a 100.0±0a
莱竹 0 0 14.0±2.4c 28.0±4.2c 78.0±1.8b 92.0±2.4b
象草 0 0 66.0±1.8a 94.0±1.2a 100.0±0a 100.0±0a
巨菌草 0 0 59.0±3.6a 90.0±2.4a 100.0±0a 100.0±0a
芦竹 0 0 17.0±2.4c 31.0±0.6c 82.0±1.2b 97.0±1.2b
表6 不同浓度Na2CO3胁迫下5种菌草的SS含量
Table 6 SS content of 5 species juncao under the stress of Na2CO3 solution with different concentrations
Na2CO3浓度/
稗草 莱竹 象草 巨菌草 芦竹
mmol·L-1
SS含量/
增幅/%
SS含量/
增幅/%
SS含量/
增幅/%
SS含量/
增幅/%
SS含量/
增幅/% U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW) U·g-1 (FW)
对照(0) 5.7±0.1d 5.9±0.6c 7.9±1.6a 7.6±1.2b 6.3±0.6bc
50 6.6±0.2c 15.8 7.3±0.1c 23.7 9.0±0.3a 13.9 8.8±1.1a 15.6 7.5±0.1b 19.0
100 7.5±0.6a 31.6 8.8±0b 49.2 9.4±0a 19.0 9.7±0.4a 27.6 8.5±0.1b 34.9
125 7.3±0.3b 28.1 9.2±3.6b 55.9 9.1±0.3a 15.2 9.5±0.5a 25.0 8.7±0.6b 38.1
150 — — 12.5±5.6a 111.9 — — — — 12.0±0.4a 90.5
200 — — 9.4±0.2b 59.3 — — — — 7.7±0.2c 22.2
植物生理学报172
作用密切相关, DREB可调控逆境响应基因的表达,
并在整体上提高植物的抗逆性 , 目前已从黑麦
草、苜蓿、狼尾草等植株中分离并鉴定出调控非
生物胁迫耐受性的DREB基因。5种菌草抗碱性差
异主要与其遗传特性有关, 其遗传差异有待深入
研究。
CAT、POD、SOD均是植物对膜脂过氧化的
酶促防御系统的保护酶, 逆境条件下, 这些酶能清
除体内多余的自由基(张新虎等2008)。REC反映
植物细胞膜在逆境条件下透性变化和受损程度,
REC提高, 表明膜受损程度加重(Fridovich 1976; 刘
晓静和柳小妮2006)。MDA通过与膜结构上的蛋
白质和酶结合、交联而使其失去活性, 是细胞毒
性物质, 会破坏膜结构, 其含量的多少可反映逆境
胁迫对植物造成氧化损害的程度(张赛娜等2008)。
SS可提高细胞液的浓度, 增加细胞保水力, 从而提
高植物的抗逆性, 是植物体内的渗透保护物质(Sa-
saki等1998)。刘建新等(2011)报道, 随着NaHCO3
胁迫浓度的增加, 黑麦草的SS含量、CAT和POD
活性先升后降, 但SOD活性显著下降; 周存宇等
(2009)报道, 干旱和碱双重胁迫不同狗牙根品种时,
SOD活性先降低后升高再降低; 本实验得出相同
的结果。尹尚军等(2003)报道, 0~200 mmol·L-1的
Na2CO3浓度胁迫星星草时, 随胁迫浓度的增加, 电
解质外渗率上升; 石德成和殷立娟(1993)对碱胁迫
星星草和羊草的研究中也得到了同样的结果。高
文俊等(2011)报道, 随Na2CO3胁迫浓度升高, 冰草
的MDA含量显著增长, 表明冰草受到了严重的胁
迫伤害; 刘建新等(2011)报道, 随着NaHCO3胁迫浓
度的增加, 黑麦草MDA含量明显上升; 与本实验结
果一致。本实验表明, 不同菌草对碱胁迫响应存
在较大差异, 这与其可溶性渗透物质调节能力有
关。不同菌草对碱胁迫的SS含量, REC, MDA含
量, SOD、POD、CAT活性等生理指标响应不同,
它们可作为衡量莱竹、芦竹、巨菌草、象草、稗
草5种菌草膜系统的损伤程度及抗碱能力强弱的
重要指标, 结合恢复试验死亡率, 5种菌草的抗碱
能力为: 莱竹>芦竹>稗草>巨菌草>象草。
不同种植物在形态、结构和功能上的差异,
也显示出它们在不同生态环境条件下对进化结果
的适应(高永生等2003)。在植物的器官中, 植物的
根系对碱胁迫更为敏感(吴成龙等2008), 莱竹和芦
竹均具发达的地下茎(即鞭根), 可能是其具有较强
抗碱能力的原因。恢复试验20 d后, 不同菌草的外
表8 五种菌草苗期植株死亡率与Na2CO3胁迫浓度的回归分析
Table 8 Regress analysis of the mortality rates of 5 juncao species and the concentrations of Na2CO3 solution
菌草 相关指数(R2) 回归方程 半致死浓度/mmol·L-1 极限浓度/mmol·L-1
稗草 0.813 y=35.643+142.758x 107.0 178.4
莱竹 0.828 y=47.383+160.708x 127.7 208.1
象草 0.867 y=22.127+32.769x+106.975x2 68.5 165.1
巨菌草 0.876 y=25.574+69.726x+72.262x2 78.5 167.6
芦竹 0.828 y=45.537+154.968x 123.0 200.5
y为死亡率, x为Na2CO3浓度。
表9 五种菌草抗碱能力的综合评价
Table 9 Comprehensive evaluation of the alkaline-tolerance of the 5 juncao species
菌草
各指标的隶属函数值
隶属平均值 抗碱能力排序
电导率 MDA含量 SS含量 SOD活性 POD活性 CAT活性
稗草 0.83 0.62 0.32 0.15 0.14 0.08 0.36 3
莱竹 1.00 1.00 1.00 1.00 0.70 1.00 0.95 1
象草 0 0 0 0 0 0.04 0.01 5
巨菌草 0.16 0.27 0.24 0.07 0.07 0 0.14 4
芦竹 0.99 0.84 0.56 0.99 1.00 0.61 0.83 2
林兴生等: 五种菌草苗期对碱胁迫的生理响应及抗碱性评价 173
部形态特征变化差异可印证这一现象。 5 0
mmol·L-1浓度Na2CO3胁迫下, 莱竹、芦竹、稗草生
长正常, 未出现受害特征, 巨菌草、象草少数植株
叶片出现轻微的失绿症状; 100 mmol·L-1浓度胁迫
下, 莱竹、芦竹叶片出现失绿症状, 大部分根系仅
出现轻微受害状, 稗草、巨菌草、象草叶片发黄,
绿色叶片少, 植株根系出现明显的受害症状; 125
mmol·L-1 浓度胁迫下, 莱竹、芦竹叶片发黄, 根系
出现受害症状, 稗草叶片枯黄, 地上部分、根系受
害症状加重, 巨菌草、象草叶片枯黄, 根系出现严
重受害症状, 失去弹性, 色泽暗, 多数植株死亡; 150
mmol·L-1浓度胁迫下, 莱竹和芦竹茎、叶枯黄, 根
系出现明显受害症状, 稗草、巨菌草、象草均已
死亡; 200 mmol·L-1浓度胁迫下, 除莱竹、芦竹极少
数植株成活外, 其余菌草均死亡。
张国新等(2011)采用隶属函数法鉴定水稻品
种耐盐性, 认为隶属函数分析提供了一条在多指
标测定基础上对材料特性进行综合评价的途径,
将其应用于水稻耐盐育种的研究, 可大大提高水
稻耐盐性筛选的可靠性。魏永胜等(2005)利用隶
属函数值法评价苜蓿抗旱性, 认为隶属函数分析
虽然不是绝对的抗旱分析方法, 但通过多个指标
进行综合评价, 可克服仅利用少数指标对品种进
行评价的不足, 更能揭示不同植物或同种植物不
同品种间差异的实质, 从而提高抗旱鉴定的准确
性。本实验中, 可能因为菌草品种不同, 对碱胁迫
的反应不同, 不同生理指标的变化有差异, 因此, 用
单一指标难以区分不同菌草的抗碱能力。通过隶
属函数综合评价不同菌草的抗碱能力, 其结果与
恢复实验一致, 提高了抗碱品种筛选的准确性。
植物生长受环境、气候等影响, 其抗碱能力
也受到综合因素的影响, 只有通过适应性及在各种
环境条件下进行栽培, 才能更准确地反映其真实
的抗碱能力, 因此, 5种菌草将在多点、多地的实
际推广和应用中进一步验证其实际的抗碱能力。
参考文献
陈建勋, 王晓峰(2002). 植物生理实验指导. 广州: 华南理工大学出
版社, 6~93
冯军, 郑彩霞(2011). DREB转录因子在植物非生物胁迫中的作用
及应用研究. 植物生理学报, 47 (5): 437~442
高文俊, 徐静, 谢开云, 董宽虎(2011). Na2CO3和NaHCO3胁迫下冰
草的生长及生理响应. 草业学报, 20 (4): 299~304
高永生, 王锁民, 张承烈(2003). 植物盐适应性调节机制的研究进
展. 草业学报, 12 (2): 1~6
葛瑛, 朱延明, 吕德康, 董婷婷, 王维世, 谭上进, 刘彩虹, 邹平
(2009). 野生大豆碱胁迫反应的研究. 草业科学, 26 (2): 47~52
韩建明, 张鹏英(2010). 模拟碱胁迫对绿豆种子萌发与幼苗生长发
育的影响. 草业科学, 27 (8): 84~87
纪荣花, 于磊, 鲁为华, 艾尼娃尔·艾合买提(2011). 盐碱胁迫对芨芨
草种子萌发的影响. 草业科学, 28 (2): 245~250
林洁荣, 刘建昌, 苏水金(2003). 福建南亚热带狼尾草属牧草品比试
验. 福建农林大学学报(自然科学版), 32 (1): 111~113
林占熺(2003). 菌草学. 北京: 中国农业科学技术出版社, 1~45
刘洪谔, 陈耀玺(1981). 芦竹的生产和利用. 中国造纸通讯, (6):
34~40
刘建新, 王鑫, 王瑞娟, 李东波(2011). 碱胁迫对黑麦草幼苗根系活
性氧代谢和渗透溶质积累的影响. 植物研究, 31 (6): 674~679
刘晓静, 柳小妮(2006). 多效唑和烯效唑对草地早熟禾一些生化指
标及其抗性的影响. 草业学报, 15 (2): 48~53
罗长富, 闵瑾如(1990). 栽培稗草的起源及其生物学特性. 草业科
学, 7 (5): 2l~29
毛桂莲, 郑国琦, 戴珍珍(2006). NaCl和Na2CO3胁迫对枸杞愈伤组
织生理效应的影响. 西北农业学报, 15 (6): 153~157
莫纪波, 李大勇, 张慧娟, 宋凤鸣(2011). ERF转录因子在植物对
生物和非生物胁迫反应中的作用. 植物生理学报, 47 (12):
1145~1154
师东, 张爱勤(2011). 盐碱胁迫对两种补血草种子萌发的影响. 草业
科学, 28 (8): 1445~1450
石德成, 殷立娟(1992). Na2CO3胁迫下羊草苗的胁变反应及其数学
分析. 植物学报, 34 (5): 386~393
石德成, 殷立娟(1993). 盐(NaCl)与碱(Na2CO3)对星星草胁迫作用
的差异. 植物学报, 35 (2): 144~149
王学奎(2006). 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出
版社, 10~130
魏永胜, 梁宗锁, 山仑, 张辰露(2005). 利用隶属函数值法评价苜蓿
抗旱性. 草业科学, 22 (6): 33~36
吴成龙, 周春霖, 尹金来, 刘兆普, 徐阳春, 沈其荣(2008). 碱胁迫对
不同品种菊芋幼苗生物量分配和可溶性渗透物质含量的影
响. 中国农业科学, 41 (3): 901~909
夏方山, 董秋丽, 董宽虎(2010). 碱胁迫对碱地风毛菊生理特性的影
响. 中国农学通报, 26 (21): 152~155
颜宏, 赵伟, 盛艳敏, 石德成, 周道玮(2005). 碱胁迫对羊草和向日葵
的影响. 应用生态学报, 16 (8): 1497~1501
杨春武, 李长有, 尹红娟, 鞠淼, 石德成(2007). 小冰麦(Triticum
aestivum-Agropyron intermedium)对盐胁迫和碱胁迫的生理响
应. 作物学报, 33 (8): 1255~1261
杨劲松(2008). 中国盐渍土研究的发展历程与展望. 土壤学报, 45
(5): 837~845
尹尚军, 石德成, 颜宏(2003). 碱胁迫下星星草的主要胁变反应. 草
业学报, 12 (4): 51~57
张国新, 王秀萍, 鲁雪林, 刘雅辉(2011). 隶属函数法鉴定水稻品种
植物生理学报174
耐盐性. 安徽农学通报, 17 (1): 36~37
张赛娜, 马旭君, 李科文, 刘军梅, 杨颖丽(2008). 补血草愈伤组
织中渗透调节物对NaCl胁迫的响应. 西北植物学报, 28 (7):
1343~1348
张新虎, 何静, 沈惠敏(2008). 苍耳提取物对番茄灰霉病菌的抑制作
用及抑菌机理初探. 草业学报, 17 (6): 99~104
张永峰, 殷波(2009). 混合盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿抗氧化酶活性
及丙二醛含量的影响. 草业学报, 18 (1): 46~50
赵可夫, 李法增, 樊守金, 冯立田(1999). 中国的盐生植物. 植物学通
报, 16 (3): 201~207
郑金英, 陈丽凤, 林占熺(2011). 菌草产业成长及其多功能性探析.
中国农学通报, 27 (1): 304~308
周存宇, 费永俊, 廖启荣(2009). 干旱和碱胁迫对不同狗牙根品种
生理指标的影响. 湖北民族学院学报(自然科学版), 27 (2):
126~129
周建, 杨立峰, 张琳, 袁德义, 尤扬(2008). 碱胁迫对合欢种子萌发及
幼苗生理指标的影响. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 34
(4): 401~408
Fridovich I (1976). Free Radical in Biology. New York: New York
Academic Press, 239~277
Sasaki H, Ichimura K, Okada K, Oda M (1998). Freezing tolerance
and soluble sugar contents affected by water stress during cold-
acclimation and de-acclimation in cabbage seedlings. Sci Hort,
76 (3): 161~169
Shi DC, Yan MS (2005). Effect of various salt-alkaline mixed stress
conditions on sunflower seedlings and analysis of their stress
factors. Environ Exp Bot, 54: 8~21
Tanji KK (1990). Nature and extent of agricultural salinity. In: Tanji
KK (ed). Agricultural Salinity Assessment and Management.
New York: American Society of Civil Engineers, 1~18