全 文 ：第２１卷　第３期
　Vol．２１　 No．３
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　２０１３年 ５月
　 May　２０１３
doi:１０．１１７３３/j．issn．１００７Ｇ０４３５．２０１３．０３．０１９
天山北坡东西部山地野生鸭茅部分
生理生化指标分异性的研究
张鲜花,朱进忠∗,王　特,朱建清
(新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室,新疆 乌鲁木齐　８３００５２)
摘要:针对不同区域的鸭茅(Dactylisglmerata)对环境的适应性,选取天山北坡东段与西段鸭茅分布的典型区域,
研究分析了鸭茅种群植株部分生理生化特征的差异以及这些性状之间的关联.结果表明:天山西段及东段野生鸭
茅除叶片相对含水量、脯氨酸(Pro)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性差异不显著外,叶绿素含量、丙二醛(MDA)
含量及过氧化物酶(POD)活性在种群间均成差异显著(P＜０．０５);进一步分析表明,叶绿素含量、叶绿素a/b比值
的大小与分布生境的海拔、年内降水量有关;MDA含量也反映出分布地段的生境差异性与当地降水量有很大关
系.研究结果初步揭示了分布地段野生鸭茅居群在相异生境下适应环境的一些信息,可为该地区鸭茅种质资源的
评价与新品种选育等提供部分参考数据.
关键词:生理生化;适应性;机制;种质资源
中图分类号:Q９４８　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:１００７Ｇ０４３５(２０１３)０３Ｇ０５３４Ｇ０５
StudyonthePhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsof
DactylisglomerataL．intheNorthernSlopeofTianshanMountain
ZHANGXianＧhua,ZHUJinＧzhong∗,WANGTe,ZHUJianＧqing
(ColegeofGrasslandandEnvironmentScience,XinjiangAgriculturalUniversity;KeyLaboratory
ofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi,Xinjiang８３００５２,China)
Abstract:ToanalysistheadaptabilityofDactylisglomeratatoenvironmentalconditions,D．glomeratain
thenorthernslopeofTianshanMountainwereselectedasplantmaterials．ThephysiologicalandbiochemiＧ
calcharacteristicsofD．glomerataandtheircorrelationwereanalyzed．Resultsshowthatthephysiological
andbiochemicalcharacteristicsofD．glomeratahadsignificantdifferenceamongpopulationsexceptthe
relativewatercontent,prolinecontentandSODactivityofleaf．FurtheranalysesindicatedthatthechloroＧ
phylcontentsandchlorophyla/bratiocouldreflectthedifferenthabitatsofD．glomerata,andwerereＧ
latedtoelevationandprecipitation．MDAcontentalsoreflectedthedistributionoftheirhabitatsandthat
hadalottodowithlocalrainfal．TheseresultspreliminaryrevealedtheadaptiveinformationofD．
glomerataindifferenthabitats,andprovidedscientificreferencesfortheevaluationofgermplasmreＧ
sourcesandthebreedingofnewvarieties．
Keywords:Physiologicalandbiochemicalcharacteristics;Adaptation;Mechanism;Germplasmresource
　　鸭茅(Dactylisglmerata)是资源价值重要的优
良冷季型牧草,具有适应性强,营养价值高等特点,
是目前优质高产人工饲料地主要栽培物种[１].同时
野生鸭茅也是鸭茅育种的重要天然基因库,目前人
工栽培的品种均由野生鸭茅驯化培育而成.我国野
生鸭茅主要分布于西北、西南、江西、湖南、大兴安岭
等海拔１０００~３０００m的森林边缘、灌丛及山地草
甸草地[２].由于分布地区生境的差异,其种群分布
格局、形态结构、生理生化指标、基因表达等受到众
多因素的影响,形成了各具特点的生态居群和生理
生态适应性.
　　目前我国对有关鸭茅种群在天然草地中的分布、
收稿日期:２０１２Ｇ１２Ｇ１９;修回日期:２０１３Ｇ０２Ｇ１９
基金项目:新疆农业大学草业科学重点学科项目“天山北坡野生鸭茅生态适应性机理研究”(XJCYBＧ２０１１Ｇ０２)资助
作者简介:张鲜花(１９７８Ｇ),女,新疆呼图壁人,硕士,讲师,主要从事草地资源与生态的研究与教学工作,EＧmail:zlzxh１３１４＠１２６．com;∗通
信作者 Authorforcorrespondence,EＧmail:xjauzjz＠１２６．com
第３期 张鲜花等:天山北坡东西部山地野生鸭茅部分生理生化指标分异性的研究
自然生长状态下的生态适应性等基础性研究还非常
缺乏,已往开展的研究工作主要集中在种质资源、植
物学、形态学和品种选育等方面,或是人工干预下对
一些野生种开展某些研究,且研究区域也十分局
限[３Ｇ５].对于栽培种的研究较多,包括人工群落的建
植技术、品种生理生态适应性、品种抗旱性等[６Ｇ９].
新疆是鸭茅重要分布区之一,集中分布于北疆
地区的天山和阿尔泰山海拔１３００~２８００m 的山
地,是山地草甸植被的重要组成成分[１０].由于该地
区地处亚洲中部与中亚荒漠的交汇区,区域的自然
条件、植被形成与分布、植物区系组成与交融,无不
对分布区每种植物产生深刻的影响,形成了有别于
我国其他地区特有的种群分布特征.本区域内,由
于各山地分布纬度与山体结构的不同和受大气环流
影响的差异,鸭茅分布生境也多样,形成了适应环境
分布的多种生态居群,因此,有必要对本区域内分布
的鸭茅种群开展研究.通过对天山北坡东西段地区
分布的野生鸭茅种群部分生理生化指标的研究,从
一个侧面揭示其在不同生境下适应环境能力的差
异,为该地区鸭茅种质资源的评价与新品种选育等
提供部分参考依据.
１　材料与方法
１．１　研究区域概况
研究区域位于新疆天山北坡东段与西段的典型
山地草甸草地区,为鸭茅种群占主要优势的草地.
行政隶属区域为新疆伊犁哈萨克自治州昭苏县、巩
留县及新疆昌吉回族自治州的奇台县.昭苏县与巩
留县位于天山西段,奇台县位于天山东段,西段生境
条件相对较为湿润,而东段相对较为干旱.但２个
区域间,鸭茅种群集中分布区的海拔有较大差异.
选取样地均为外界干扰较少的天然割草场内.各种
群草地样地信息如表１所示.
表１　不同地区鸭茅取样地点的生境特征
Table１　HabitatcharacteristicsofDactylisglmerataindifferentregions
区域名称
Area
name
地点
Location
地理位置
Geographic
position
海拔
Elevation
/m
坡度
Slopegradient
/°
土壤类型
Soil
type
草地类型特征
Community
types
年均降水量
Precipitation
/mm
新疆昌吉州奇台县 江布拉克 N４３°０３′２２．２″
E８９°４５′１９．９″
２０１９ １０ 黑钙土
杂类草＋禾草的山地草甸,鸭茅为主要优势
种之一.并有大量的杂类草分布,草群成分
复杂,为天然割草地.
５５０
新疆伊犁州昭苏县 军马场 N４３°０９′３１．０″
E８０°５９′２８．６″
１５７６ ５ 淋溶黑钙土
禾草＋杂类草的山地草甸,以鸭茅为主要群
落,伴有一定数量的杂类草分布.为天然割
草地.
６００
新疆伊犁州巩留县 恰西 N４３°０６′０１．９″
E８２°４０′５２．６″
１５００ ２０ 黑钙土
禾草＋杂类草的山地草甸,以鸭茅为主,杂
类草较多,为天然割草地. ６００
１．２　研究方法
１．２．１　样地取样　２０１２年８月１５－２５日,分别在
天山北坡西段昭苏县和巩留县、东段奇台县鸭茅集
中分布区选取样点,在前后几天均无降水的晴天条
件下,早上８:００－１０:００在每个样点随机选取３０株
健康无病害的叶片,用纱布包好放入液氮中保存,带
回实验室放入－８０℃冰箱备用,测定生理生化指标.
１．２．２　测定方法　相对含水量(RWC)的测定采用
饱和称重法计算;叶绿素含量的测定采用比色法,用
７２２可见分光光度计测定６６３nm和６４５nm下的光
密度值;脯氨酸含量采用酸性茚三酮法用分光光度
计(UVＧ２４５０岛津),在５２０nm波长比色测定;丙二
醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色法,在５３２,
６００和４５０nm波长比色;超氧化物歧化酶(SOD)、
过氧化物酶(POD)活性分别采用 NBT法、愈创木
酚显色法测定.
１．３　数据分析
利用SPSS１２．０软件,将测定的指标作为独立
因素,用一元方差分析法进行平均数差异的显著性
检验.运用Excel２００７进行图表的制作.
２　结果与分析
２．１　不同地区鸭茅叶片相对含水量的比较
植物叶片相对含水量是植物组织水分状况的重
要指标,直接反应植物体生命活动力的强弱,对于植
物抗旱育种的选择有一定的指导意义.由图１可
知,分布于奇台县与昭苏县２地的鸭茅植株叶片具
有相近的含水量,而地理位置、海拔与昭苏县较近的
巩留县鸭茅植株叶片的含水量略偏低,３个地区间
叶片含水量依次为８４．６％,８２．５％和７７．２％.
５３５
草　地　学　报 第２１卷
图１　不同地区鸭茅叶片相对含水量
Fig．１　Leafrelativewatercontentindifferentareas
２．２　不同地区鸭茅叶绿素含量的比较
叶绿素是植物进行光合作用的必需物质,光合
作用是植物生产糖等营养物质的主要途径,叶绿素
含量的多少,可以反应出植物进行光合作用能力的
高低,以及植物合成营养物质的多少,从而间接地推
测出植物的生长状态.从测定结果中可以看出,东
西部山地鸭茅种群叶绿素(a＋b)含量存在显著差异
(P＜０．０５),奇台县鸭茅种群的叶绿素(a＋b)含量
显著高于昭苏县和巩留县(P＜０．０５),同时昭苏县
也显著高于巩留县(P＜０．０５)(图２).叶绿素a/b
值在巩留县表现较高,显著高于其他２个县(P＜
０􀆰０５),奇台县和昭苏县野生鸭茅种群之间无显著性
差异(图３).
图２　不同地区鸭茅叶绿素含量
Fig．２　Chlorophylcontentsindifferentareas
２．３　不同地区野生鸭茅脯氨酸含量的比较
脯氨酸可作为植物抗逆性的一项生化指标,是
能够忍耐长期不利环境的重要生理基础.植物在正
常条件下,游离脯氨酸含量很低,但遇到干旱、低温、
盐碱等逆境时,游离脯氨酸便会大量积累,并且积累
指数与植物的抗逆性有关.通过比较东西段山地的
鸭茅种群叶片的游离脯氨酸含量,发现分布于奇台
县鸭茅种群的游离脯氨酸含量较高,达到４５．７４
μg􀅰g－１,而在巩留县和昭苏县鸭茅种群游离脯氨
酸含量较低,游离脯氨酸含量表现为奇台县＞巩留
县＞昭苏县,但在地区间差异不显著.
图３　不同地区鸭茅叶绿素a/b值
Fig．３　Chlorophyla/bindifferentareas
图４　不同地区鸭茅脯氨酸含量
Fig．４　Prolinecontentsindifferentareas
２．４　不同地区鸭茅丙二醛含量的比较
丙二醛(MDA)是脂质过氧化的主要产物之一,
其含量可表示脂质过氧化的程度,且 MDA的积累与
膜透性的增加成极显著正相关.东段与西段地区野
生鸭茅叶片丙二醛含量表现出显著差异(P＜０．０５).
昭苏县和巩留县鸭茅 MDA含量较高,分别为２２．９
μmol􀅰g－１和２２．８１μmol􀅰g－１,而奇台县鸭茅的
MDA含量较低,为２２．３６μmol􀅰g－１,说明昭苏县和
巩留县种群相对于奇台县种群受到的环境胁迫要大.
２．５　不同地区鸭茅保护酶活性的比较
　　超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)能
有效地清除自由基,是酶促防御系统(即保护酶系
６３５
第３期 张鲜花等:天山北坡东西部山地野生鸭茅部分生理生化指标分异性的研究
表２　不同地区鸭茅丙二醛含量及保护酶活性
Table２　MDAcontentsandprotectiveenzymeactivitiesindifferentareas
区域
Area
MDA含量
MDAcontent/μmol􀅰g－１
SOD活性
SODactivity/U􀅰g－１
POD活性
PODactivity/μmol􀅰min－１
奇台县Qitaicounty ２２．３６a ２８９．５７a １１０９６．９９a
昭苏县Zhaosucounty ２２．９０b ２５１．６３a １１９１３．３５b
巩留县Gongliucounty ２２．８１b ３１２．５５a １１４０１．１１a
统)的重要组成成分.分布于巩留县鸭茅的SOD活
性较高,为３１２．５５U􀅰g－１,其次为奇台县和昭苏
县,分别为２８９．５７U􀅰g－１和２５１．６３U􀅰g－１,但３
个地区间鸭茅的保护酶活性经检验SOD活性差异
并不显著;POD活性的变化规律和SOD活性的变
化规律不同,POD活性最高的是昭苏县,显著高于
奇台县和巩留县(P＜０．０５),而奇台县和巩留县之
间的POD活性差异不显著.
２．６　相关性分析
对３个地区鸭茅的植株叶片生理生化性状进行
Pearson相关分析,结果表明４对指标之间存在显
著的相关关系(表３).叶绿素含量与叶绿素a/b、叶
绿素含量与POD活性均成极显著负相关,叶绿素
a/b与POD活性成极显著正相关,叶绿素含量与丙
二醛含量成显著负相关.其他指标之间不存在显著
相关关系,这一结果表明鸭茅叶片生理生化指标在
不同地区环境中的变化趋势是不一致的,这种变化
趋势是由各因子共同作用而形成的,在不同地区,会
因环境的不同而使主导因子发生变化,鸭茅则会根
据环境的不同而选用不同的生理生化指标来适应生
存的环境.由此可以说明,天山北坡西段和东段的
生态环境差异较大,鸭茅为适应不同的生存环境而
选用了不同的生理生化指标,同时这种相关性也表
明,各种指标之间存在一定的相互制约性,因而才能
在不同地区形成独有的生态居群.
表３　不同地区鸭茅植株叶片几种生理生化指标的相关性分析
Table３　Correlationanalysisofphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsindifferentareas
项目
Project
相对含水量
Relativewater
content
叶绿素含量
Chlorophyl
content
叶绿素a/b
Chlorophyla/b
脯氨酸含量
Proline
content
MDA含量
MDA
content
SOD活性
SOD
activity
叶绿素含量Chlorophylcontent ０．２３７
叶绿素a/bChlorophyla/b －０．４８８ －０．６７３∗∗
脯氨酸Prolinecontent －０．１７４ －０．１０３ ０．３２０
MDA含量 MDAcontent ０．０９４ －０．４２６∗ ０．０３３ －０．１０９
SOD活性SODactivity －０．３７７ －０．２３０ ０．３０２ ０．４５０ －０．０９５
POD活性PODactivity ０．３０８ －０．５９９∗∗ ０．６１０∗∗ ０．２７８ ０．００３ ０．１３８
　　注(Note):∗∗:P＜０．０１;∗:P＜０．０５
３　讨论与结论
从对３个分布区鸭茅种群的５项生理生化指标
的测定分析结果表明,除叶绿素、丙二醛(MDA)及
POD活性在东、西部地区居群间存在显著差异外,
其余指标均差异不显著.在大量的植物耐旱、耐寒
性研究中,认为植物体内脯氨酸含量与植物的耐旱、
耐寒性有关,而且是随着胁迫时间的延长其体内含
量有不同程度的增加[１１].在本研究中,虽然处于不
同地段的３个地理种群间植物体内水分、脯氨酸的
含量差异没有达到显著水平,但从中还是可以看出,
分布于３个地区鸭茅种群的水分与脯氨酸含量还是
存在有高低的差别,这可能与３个地区分布海拔与
当年植物生长季降雨量的差异有关,同时也说明了
植物体内水分与脯氨酸含量是对外界环境反映比较
敏感的指标.
本研究中分布于奇台县与昭苏县的鸭茅,其叶
绿素含量要显著高于巩留县,而叶绿素a/b比值则
是巩留县显著大于奇台县与昭苏县.以往一些研究
认为植物体叶绿素的含量,有随着海拔升高,昼夜温
差增大,叶绿素含量随之增高的表现[１２].刘志民
等[１３]对青藏高原几种常见植物的研究表明,昼夜温
差越大,植物叶绿素含量的增加越明显.随着海拔
升高,植物叶中叶绿素b含量会显著增高,导致了叶
绿素a/b比值的变小.叶绿素a/b比值变小反映了
植物对外界短波光吸收量增多,是植物对高海拔区
富含短波光的适应表现.本研究中,奇台县鸭茅的
取样区位于海拔２０１９m,昭苏县与巩留县取样区海
７３５
草　地　学　报 第２１卷
拔相近,分别为１５７６m与１５００m;而在３个区所处
纬度上,昭苏县最高,形成了奇台县与昭苏县在气候
上与巩留县存在差异,表现出温度偏低与昼夜温差
大的特点.那么奇台县与昭苏县鸭茅种群叶绿素的
含量高于巩留县的规律,与上述研究结果是相吻合
的.另外有研究表明,适应干旱环境的植物(或种
群)或受到干旱胁迫下的植物通常会有较高叶绿素
a/b值[１４].在本研究中,来源于巩留县种群叶绿素
a/b值显著高于奇台县和昭苏县,这可能与巩留县
降水少,温度偏高受到干旱胁迫有一定的关系.
已有报道表明植物体内 MDA的含量与植株所
在生境受干旱胁迫的程度有关联,干旱生境或受到
干旱胁迫中的种群具有较高的 MDA含量[１５].王
金龙等[１６]在内蒙古东部研究不同地理种群大针茅
(Stipagrandis)的生理生化特征时也发现,MDA
含量与植物所在生境受干旱胁迫有关联.本研究区
丙二醛(MDA)含量较高的鸭茅种群为西段山地的
昭苏县及巩留县,这２个地区在２０１２年整个植物生
长季降水量都较少,且气温偏高,是近年气候最干旱
之年.如昭苏县,２０１０年与２０１１年,２年的降雨量
分别为５９７．９mm和５８７．２mm,而２０１２年降雨量
只有４２４．７mm,与前２年相比分别减少了２８．９％
和２７．７％,而奇台县２０１２年降水量保持了多年的
平均值还略偏丰.这２个地区鸭茅种群 MDA含量
均高于东段山地的鸭茅种群,应该与当年遭遇气候
干旱的影响有一定关系.同时昭苏县与巩留县鸭茅
种群的POD活性也很高,说明了与 MDA含量高有
关,即对其膜脂过氧化反应敏感.
本研究是在自然状态下的测定结果,受各地区
测定当年气候的影响颇大,分布于３个地区的鸭茅
地理种群在部分生理生化指标上表现出的分异特
征,是对不同环境适应的体现,还是种群间本身就存
在有差异,仅凭本研究的结果还很难说明.同时,目
前尚缺乏更多的对天然草地植物在自然生长状态下
相关研究的佐证,客观的了解地区间差异,还需再结
合其他一些生理生化指标和部分生境因子以及年份
间重复的研究,方可获得一个客观的结论.但是,本
研究的结果对于种质资源的评价、品种选育仍具有
一定的参考价值.
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(责任编辑　李美娟)
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