全 文 ：第 18 卷 第 5 期
Vol. 18 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 9 月
Sep. 2010
氯化钠胁迫下 3种披碱草属牧草生理特性的研究
刘锦川 , 云锦凤* , 张 磊
(内蒙古农业大学生态环境学院, 内蒙古自治区 呼和浩特 010019)
摘要: 为研究披碱草属( Elymus Linn. ) 3 种优良牧草在盐胁迫下生理指标的变化, 用浓度为 0% , 0. 5% , 1. 0% , 1.
5% , 2. 0%的氯化钠溶液分别处理老芒麦( Elymus s ibir icus L. )、披碱草 (Elymus dahur icus Turcz. )和加拿大披碱
草( Elymus canad ensis L . )的幼苗,处理 7 d 后测定叶片组织相对含水量( RWC)、细胞膜透性、超氧化物歧化酶
( SOD)活性、丙二醛( MDA )含量及游离脯氨酸( P ro)含量等抗性指标。结果表明:在盐胁迫下,随着盐浓度的增加,
各材料的 RWC, SOD活性呈下降趋势;电导率, MDA 含量随盐浓度增加呈上升趋势; Pr o 含量为先上升后下降的
单峰曲线。
关键词:披碱草属; 盐胁迫;生理指标
中图分类号: S543. 9 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2010) 05-0694-04
Physiological Characteristics of Three Elymus Grass under NaCl Stress
LIU Jin-chuan, YU N Jin- feng* , ZHANG Lei
( Inst itute of Ecological En vir onm ent , Inner Mongolia Agricul tu ral Un iversity, H ohhot , In ner Mongolia Auton erm ou s Regien 010019, Ch ina)
Abstract: T he salt tolerance of the Elymus dahuricus Turcz. and Elymus sibir i cus L. , especially the Ely-
mus canad ensi s L. , are not w ell reported. T he curr ent study reports phy siolo gy indexes of three forag es
under salt st ress. Al l seedling s w ere t reated w ith differ ent viscosit ies of the NaCl solution. T he relat ive
w ater contents ( RWC) , elect rical conduct ivity, the act ivity of supero xide dismutase ( SOD) , the content of
malondialdehyde ( MDA) and fr ee proline w ere tested af ter 7 day s of t reatment . Results show both RWC
and the act iv ity o f SOD were decr eased while elect rical conduct ivity and the content o f MDA wer e in-
creased. Free praline values w ere init ially increased then decreased over the duration.
Key words: Elymus; Salt st ress; Physiolog y index
随着全球环境的恶化,土壤沙漠化、盐碱化问题
已日益威胁着人类赖以生存的有限的土壤资源 [ 1]。
由于全球气温升高, 降雨量减少, 加之不适当灌溉,
使干旱、半干旱区土壤次生盐渍化日趋加重。目前
我国约有盐碱地 1亿 hm2 , 开发和治理盐碱地十分
必要。盐碱地种植农作物产量很低,有些土地甚至
不能耕种,用耐盐、抗盐牧草进行盐碱地改良是有效
的经济措施之一。我国耐盐牧草资源比较丰富, 近
年来随着盐碱地改良的需要, 各地广泛地进行了耐
盐牧草品种的筛选工作, 涉及的品种主要是禾本科
植物和豆科植物, 还有少数的其他科植物。用人工
配制或从当地土壤中浸提不同比例及不同浓度的盐
溶液对牧草进行耐盐性的测试。筛选工作侧重于耐
盐牧草品种的搜集和资源调查, 而对已筛选出的耐
盐品种的进一步培育几乎没有涉及 [ 2]。
老芒麦( E lymus sibir icus L. )、披碱草( Elymus
d ahur icus Turcz. )具有抗旱、抗寒、耐盐碱、产量高
等优点, 在内蒙古及西北地区栽培广泛。加拿大披
碱草( Elymus canadensi s L. )为引入种, 除具有上
述牧草的优点外, 还具有叶量大、不落粒、果后营养
期长等特点, 且加拿大披碱草耐盐特性尤为突出。
目前国内外对 3种牧草的研究多集中在与披碱草属
( E lymus L. ) 及其近缘小麦 ( T r it icum aesti vum
L. )族物种的系统进化, 以及与近缘种的杂交及杂
交后代上 [ 3~ 8] , 专门针对 3种牧草抗性方面的研究
很少,对加拿大披碱草耐盐性的研究尚未见报道。
本文对披碱草属 3种牧草对盐胁迫的耐受性进
行了初步研究,测定了它们在氯化钠胁迫下的叶片
组织相对含水量 ( RWC)、细胞膜透性、超氧化物歧
化酶( SOD)活性、丙二醛 ( MDA ) 含量及游离脯氨
酸含量等抗性指标, 为其进一步的推广利用提供理
论基础。
收稿日期: 2009-10-22;修回日期: 2010- 09-16
基金项目:内蒙古自治区重大科技项目( 20071923) ;国家自然科学基金项目( 30760159)资助
作者简介:刘锦川( 1983- ) ,女,内蒙古锡盟人,博士研究生,研究方向为牧草遗传育种, E-mail: l iujinchuanjyjy@ 163. com; * 通讯作者 Au-
thor for correspondence, E-m ail: csgrass@ vip. 163. com
第 5期 刘锦川等:氯化钠胁迫下 3种披碱草属牧草生理特性的研究
1 材料与方法
1. 1 供试材料
供试材料为披碱草、老芒麦、加拿大披碱草, 来
源于内蒙古农业大学牧草试验站。
1. 2 试验方法
试验于 2006年 7 月在内蒙古农业大学人工温
室进行,人工温室温度控制在 27~ 30 ,湿度控制在
58% ~ 62%。将种子放在有双层滤纸的培养皿中发
芽后移入人工温室内的花盆中, 花盆装风干土,盆与
土共重 5. 2 kg。每盆定株 10株, 3次重复。待幼苗
长到 21 d分蘖期时,将分析纯氯化钠溶于蒸馏水中,
共设 0% , 0. 5%, 1. 0%, 1. 5%, 2. 0% 5个梯度。以
原始干土重计算, 每盆浇注盐溶液 400 mL, 对照
( 0% )浇蒸馏水 400 mL。处理期间每 2 d称重 1次,
用蒸馏水补充蒸发水分, 以保持盐浓度。盐胁迫进
行到第 7 d时,各材料出现不同程度的叶尖枯黄,植
株倒伏等受到盐胁迫毒害的形态特征变化,此时取
叶片测定各项生理指标。
1. 3 测定生理指标及方法
相对含水量( RWC)测定: 取鲜叶称其鲜重, 在
蒸馏水中浸泡 24 h 后称其饱和鲜重。最后将其在
110 下烘干,称其干重, 计算公式如下:相对含水量
( %) = (鲜重- 干重) / (饱和鲜重- 干重) 100%。
细胞膜透性测定: 采用电导率法。取相同重量
植物叶片, 蒸馏水洗净, DDS-11A 型电导率仪测定
初始电导率,再将其置于沸水浴中煮沸 15 m in, 冷却
后测定其电导率。细胞膜透性以电导率表示。电导
率= 处理电导率/煮沸后电导率 100%。
超氧化物歧化酶( SOD)活性测定: 取植物材料
叶片 0. 2 g, 加少许磷酸缓冲液研磨得 10 mL 匀浆,
13000 r min- 1下离心 20 m in, 取上清液, 按顺序加
入蛋氨酸缓冲液、乙二胺四乙酸溶液、核黄素溶液、
蓝四氮唑溶液, 阳光下显色 15 min, 以蒸馏水为参比
液,在波长 56 nm 下测定光密度。
丙二醛( MDA)含量测定:取植物材料叶片 0. 2 g,
加少许磷酸缓冲液研磨得 10 mL 匀浆, 13000 r
min- 1下离心 20 min,取上清液, 加入硫代巴妥酸溶
液,沸水浴加热 15 min,冷却后 4000 r min- 1下离
心 5 min,以硫代巴妥酸溶液为参比液, 分别在波长
532和 600 nm 处测定光密度值。
游离脯氨酸( P ro)含量测定:采用茚三酮法, 取
同位同色叶片 0. 1 g ,分别置于 20 mL 试管中,加入
5 mL 3%磺基水杨酸溶液,沸水中浸提 10 min, 取出
试管,冷却至室温后, 吸取上清液 2 mL 加入 2 mL
冰乙酸和 3 mL 显色液, 于沸水中加热 40 m in,冷却
后加甲苯 5 mL 萃取后在 520 nm 下比色, 并通过脯
氨酸标准曲线计算得到脯氨酸的值。从标准曲线中
得到脯氨酸的浓度, 按下式计算脯氨酸含量的百分
数:脯氨酸(g g- 1 ) = ( C V/ a) / W。其中: C 为提
取液中脯氨酸的浓度,由标准曲线中求得; V 为提取
液总体积( mL) ; a 为测定时所吸取的体积( mL ) ; W
为样品重( g)。
2 结果与分析
2. 1 氯化钠胁迫对 3种牧草相对含水量( RWC)的
影响
随着盐浓度增加, 各材料叶片 RWC 均呈下降
趋势(表 1)。相同材料不同盐浓度在 2 个显著水平
上差异均显著。在盐胁迫下, 加拿大披碱草叶片含
水量变化幅度最小, 仅为 18. 2%; 老芒麦的 RWC变
化最大,为 22. 3% ,披碱草居于二者之间。在盐胁迫
下,加拿大披碱草叶片保水能力强于其他 2种牧草。
表 1 不同材料在盐胁迫下相对含水量的差异
Table 1 The relativ e w ater contents of
different materials under salt st ress
材料
Material s
盐浓度
Salt concent rat ions , %
含水量
Water conten t, %
披碱草
Elymus d ahuri cus Tur cz.
0 73. 0Aa
0. 5 71. 8Bb
1. 0 61. 0Cc
1. 5 56. 7Dd
2. 0 51. 0Ee
老芒麦
Elymus sibi ri cus L.
0 71. 9Aa
0. 5 64. 0Bb
1. 0 54. 1Cc
1. 5 53. 2Dd
2. 0 49. 6Ee
加拿大披碱草
Elymus canad ensi s L.
0 76. 8Aa
0. 5 75. 1Bb
1. 0 66. 8Cc
1. 5 65. 6Dd
2. 0 58. 6Ee
注:不同大写字母表示相同草种不同浓度间显著水平为 P <
0. 01,不同小写字母表示差异显著水平为 P< 0. 05
N ote: Capital let ters in th e table den ote dif feren ce at th e level of
0. 01. Low er let ters in the tab le denote dif ference at the level of 0. 05
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草 地 学 报 第 18卷
2. 2 细胞膜透性
随着盐胁迫增加, 3种披碱草属牧草的叶片质膜
透性也发生了明显变化(图 1)。经方差分析,老芒麦
电导率在各个盐浓度之间均存在显著差异( P< 0. 01) ,
叶片电导率上升快。而加拿大披碱草叶片电导率上
升速度较慢,相对平稳,且在各个盐浓度处理时叶片
电导率均最低, 表明其叶片细胞膜系统耐受性较强。
图 1 不同材料盐胁迫下电导率变化
F ig. 1 Var iation o f electr ical conductiv ity among
different materials under salt st ress
2. 3 超氧化物歧化酶( SOD)
各材料在盐胁迫下, SOD均呈下降趋势(图 2)。
经方差分析,各材料 SOD活性在 2. 0%盐处理时均
显著低于对照( P< 0. 01)。加拿大披碱草在各个盐
浓度处理下其 SOD活性均高于其他 2种材料,且变
化程度没有其他 2种材料显著, 一定程度上说明该
材料抵御活性氧伤害的能力较强。
图 2 不同材料在盐胁迫下 SOD的差异
Fig . 2 The SOD activ ities o f different
mater ials under sa lt stress
2. 4 丙二醛(MDA)含量
MDA 是膜脂过氧化的最终产物, 它的积累对膜
和细胞造成一定伤害, 所以其含量可以反映植物受
逆境伤害的程度 [ 9]。
不同盐浓度处理下各材料 MDA 的积累量表现
出明显的增加趋势, 但增幅不同(图 3)。在盐浓度达
到 2. 0%时, 老芒麦与对照相比增加幅度最大,加拿
大披碱草增加的幅度最小。表明在盐胁迫下, 老芒
麦细胞膜受伤害程度较严重,抗性较弱;而加拿大披
碱草膜系统受伤害程度较轻,抗性较强;披碱草介于
二者之间。
图 3 不同材料在盐胁迫下丙二醛差异
Fig. 3 The MDA contents of different materials under salt stress
2. 5 游离脯氨酸( Pro)含量
各材料在不同盐浓度处理时 Pro 含量变化很
大,但变化趋势大致相同(图 4)。在低盐浓度时含量
增加,盐浓度达到 1. 0 %时最大, 随后开始下降。各
个浓度间存在极显著差异( P< 0. 01)。在低盐浓度
时,老芒麦增加速度最快,在高盐浓度时下降速度也
最快,披碱草次之,加拿大披碱草变化最为缓慢。
图 4 不同材料在盐胁迫下游离脯氨酸含量的差异
Fig . 4 Free pr oline contents among
different materials under salt st ress
3 讨论
盐胁迫下, 植物叶片 RWC 的变化趋势与叶片
所受伤害程度呈负相关, RWC 越小植物所受胁迫伤
害越大。而细胞电导率与伤害程度成正相关, 肖雯
等[ 10]对 8种盐生植物抗盐生理指标的研究证实, 膜
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第 5期 刘锦川等:氯化钠胁迫下 3种披碱草属牧草生理特性的研究
透性的大小反映细胞膜受损的程度。数值越大细胞
膜受到的伤害也越大。因此, 细胞透性可以作为衡
量植物细胞受伤害程度的指标之一。在本试验中,
盐胁迫下 3种材料叶片RWC明显降低,而电导率持
续上升。其中加拿大披碱草叶片 RWC 下降幅度最
小,电导率上升较慢;老芒麦叶片 RWC 下降幅度最
大,电导率上升最快。表明加拿大披碱草在盐胁迫
下细胞膜受伤害程度较低, 对盐胁迫耐受性较强。
在盐胁迫下, 植物膜受伤害程度与植物抗逆性密切
相关[ 10~ 1 5]。
MDA 作为膜脂过氧化作用产物, 表现与细胞膜
透性是一致的 [ 11]。当 MDA 含量大幅度上升时, 表
明植物体内细胞受到严重破坏, 其含量也可说明植
物遭受逆境伤害的程度大小;增幅越大,植物细胞受
伤害程度越大[ 11] 。本试验结果显示, 在盐胁迫下, 3
份供试材料 MDA 含量均显著增加, 不同材料间增
幅不同。其中, 老芒麦的 MDA 含量增加最多,说明
其膜系统受伤害最大。披碱草次之, 加拿大披碱草
最轻。这与李琼等[ 13] 对 6种禾本科牧草幼苗叶片膜
脂过氧化作用的研究中, MDA随盐浓度上升呈先上
升后下降的趋势有所不同,其原因可能与不同植物
对盐胁迫的耐受机制不同有关。
SOD是植物体内清除活性氧的第一道防线, 是
清除植物体内活性氧的重要酶类[ 15] 。对防止自由基
活性氧的毒害至关重要[ 16]。高 SOD 活性维持时间
越长,清除自由基的能力就越强, 植物的抗逆性也就
越强。本试验发现, 在盐胁迫下, 3份供试材料 SOD
活性均有所下降。在相同盐浓度下, 加拿大披碱草
SOD活性可维持较高水平,且随盐浓度加大其降低
幅度较小。而老芒麦 SOD活性较低,则其清除自由
基能力较弱。披碱草居于二者之间。
Pro 作为植物渗透调节物质参与调节 [ 17] , 其作
用有:可作为细胞的有效调节物质; 可以保护膜和酶
的结构;可以作为直接利用的无毒形式的氮源,作为
能源和呼吸底物,参与叶绿素合成。Pro在逆境条件
下的积累,既可能有适应性的意义, 也可能是细胞结
构和功能受损伤的表现, 是一种伤害反应[ 18] 。在本
试验中, 3种供试材料的 Pr o 变化趋势一致,均呈现
先上升后下降的趋势。Pro 变化与胁迫强度,抗性之
间的关系有待于进一步研究。
4 结论
氯化钠胁迫使披碱草属 3种牧草的生理生化指
标发生了如下变化:
随着盐浓度的增加, 各材料 RWC下降;电导率
上升,即细胞膜透性增大; 膜脂过氧化作用产物
MDA 含量上升; 清除活性氧酶类 SOD 活性下降;
Pro 含量先上升后下降。3种牧草各个指标间的变
化幅度有差异。逆境胁迫下生理指标的变化是作为
植物抗性研究的重要依据之一, 可为今后 3种牧草
耐盐性的进一步研究打下基础。
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(责任编辑 米 佳 蔚 瑛)
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