全 文 ：第20卷　第6期
　Vol.20　 No.6
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　2012年 11月
　 Nov.　　2012
旱作条件下紫花苜蓿生理特性的研究
姜　华,毕玉芬,陈连仙,单贵莲,何承刚∗
(云南农业大学动物科学技术学院,云南 昆明　650201)
摘要:为了解紫花苜蓿(MedicagosativaL.)在南方干旱条件下的生理变化,对昆明地区春季旱作条件下的德钦野
生紫花苜蓿、逸散紫花苜蓿AC-3及其6个杂交种株系的可溶性糖含量、脯氨酸含量、叶绿素含量和水分饱和亏缺4
个指标进行了研究。结果表明:8个紫花苜蓿材料可溶性糖含量、脯氨酸含量和水分饱和亏缺随着旱作时间的延续
明显增加,而叶绿素含量逐渐减少。通过隶属函数分析将8个紫花苜蓿材料可分为3类,高抗旱性:AC-3、杂交种4
和杂交种6;中抗旱性:德钦紫花苜蓿、杂交种3和杂交种5;弱抗旱性:杂交种1和杂交种2。
关键词:紫花苜蓿;旱作条件;抗旱指标;隶属函数
中图分类号:S551+.703.4;Q945.78　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1007-0435(2012)06-1077-04
PhysiologicalCharacteristicsofAlfalfaunderDry-farmingConditions
JIANGHua,BIYu-fen,CHENLian-xian,SHANGui-lian,HECheng-gang∗
(FacultyofAnimalScienceandTechnology,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming,YunnanProvince650201,China)
Abstract:Thesolublesugarcontent,prolinecontent,chlorophylcontentandwatersaturationdeficitof
wildalfalfafromDeqincounty,YisanalfalfaAC-3andtheirsixF1hybridsthatgrowinginKunmingwere
studiedinordertoinvestigateitsphysiologicalchangeunderdry-farmingconditionsinspring.Theresults
showedthatthesolublesugar,prolinecontentandwatersaturationdeficitofalfalfasincreasedwithdura-
tionofnon-irrigation,butchlorophylcontentgradualyreduced.Droughtresistanceofdifferentalfalfas
wasgivenbasedonsubordinatefunctionvaluesanalysis.Testedalfalfascouldbeclassifiedintothree
droughtresistantranks.Hybrid4,hybrid6andAC-3werehighdroughtresistance.Hybrid3,hybrid5
andwildalfalfaweremiddledroughtresistance,andhybrid1andhybrid2werelowdroughtresistance.
Keywords:Alfalfa;Dry-farmingconditions;Indexofresistancedrought;Subordinatefunctionvalue
　　温室效应将使全球气候发生显著变化,气候将
继续变暖,干旱趋势将进一步延续[1]。目前世界上
有1/3以上的土地处于干旱和半干旱。据统计,全
球干旱及半干旱耕地占世界总耕地面积的42.9%,
我国干旱及半干旱地区面积占全国总耕地面积的
48.9%[1],云南出现了连续3年的大旱,干旱已成为
影响该地区作物产量和品质的主要限制因子。
紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是我国栽培历
史最久、分布最广、种植最多的优良豆科牧草。紫花
苜蓿具有产量高、品质好、蛋白质含量高、适口性好
等特点,被誉为“牧草之王”。同时,它能保持水土、
培肥地力、增加饲料,对改善农牧业生态环境、促进
畜牧业发展有重要作用。它是我国干旱及半干旱地
区植被生态建设和退耕还草的重要草种,在建设和
保护生态环境,调整种植业结构,保持农业可持续发
展等方面均具有潜在的经济效益和重要的社会效
益[2]。目前关于苜蓿抗旱性多见于盆栽苜蓿抗旱性
鉴定[3],PEG模拟干旱对紫花苜蓿形态及生理生化
等指标的影响[4-5],离体加热模拟干旱下紫花苜蓿的
生理响应[6],干热胁迫对紫花苜蓿生理特性的影
响[7]以及旱作条件下生产性能的比较[8]等方面的研
究。关于苜蓿抗旱性鉴定已从田间鉴定法发展到借
助生理生化指标来综合评价其抗旱性[9]。本研究通
过在云南昆明春季旱作条件下德钦紫花苜蓿、逸散
收稿日期:2012-06-20;修回日期:2012-08-25
基金项目:国家自然基金项目(31060324);云南省教育厅重点项目(2012Z021);“南方优质饲草高效生产加工利用关键技术研究与集成示
范”(2011BAD17B03);云南省自然基金项目(2008CD031)资助
作者简介:姜华(1976-),女,吉林梅河口人,博士,副教授,主要从事牧草种质资源与遗传育种方面的研究,E-mail:jianghua15@163.com;
∗通信作者 Authorforcorrespondence,E-mail:chengganghe63@163.com
草　地　学　报 第20卷
紫花苜蓿 AC-3及其杂交种F1 代共8个材料的可
溶性糖含量、水分饱和亏缺、游离脯氨酸含量和叶绿
素含量共4个指标进行了研究,通过对其抗旱隶属
函数值进行计算,对综合抗旱适应性进行客观评价,
以鉴定供试紫花苜蓿材料的抗旱性强弱,为紫花苜
蓿在干旱胁迫下的适用性评价、栽培和推广提供理
论依据。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验地位于云南省昆明市北郊云南农业大学后
山草业科学实验实习基地(E103°,N25°),该地区海
拔1913m,年平均温度为14.7℃,年降水量900~
1100mm,年日照时数2411.8h,土壤pH6.5。属
北亚热带高原季风气候,干湿季分明,一般分为雨季
(6-11月)和旱季(12月至次年5月)。
1.2　试验材料
试验选用云南省德钦县野生紫花苜蓿简称德钦
紫花苜蓿,逸散紫花苜蓿 AC-3及以德钦紫花苜蓿
为母本、逸散紫花苜蓿 AC-3为父本进行杂交所得
的6个株系杂交种1、杂交种2、杂交种3、杂交种4、
杂交种5、杂交种6作为研究对象。
1.3　试验处理
试验材料杂交种为2002年9月进行人工授粉
试验,当年收获种子,2003年10月播种于温室内,
2004年6月扦插在云南农业大学后山草业实习基
地,小区内自然条件下生长,按常规栽培技术管理,
在生长期间进行常规的灌溉、防病虫害和除草。
2011年越冬后未进行灌溉,分别于2011年4月16
日,4月19日,4月22日及4月25日复水后(前一
夜灌足水)进行土壤含水量的测定(表1)。
表1　不同紫花苜蓿材料小区土壤含水量
Table1　Soilwatercontentsofdifferent
experimentalplots %
品种
Variety
4.16
April16
4.19
April19
4.22
April22
4.25复水
April25rehydration
德钦 Deqin 3.56 2.98 2.45 28.15
AC-3 9.07 7.75 4.21 35.43
杂交种 Hybrid 10.20 9.07 3.81 31.77
1.4　试验测定内容及方法
土壤含水量采用烘干法测定,叶片水分饱和亏
缺参照沈艳[9]的方法测定,游离脯氨酸含量采用茚
三酮法[10]。可溶性糖含量采用苯酚法[10]测定,叶绿
素含量采用丙酮提取法[11]测定。
1.5　模糊隶属值计算
按以下公式计算各指标的具体隶属值[12]:
R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
式中:Xi为指标测定值,Xmin和Xmax为所有参
试材料某一指标的最小值和最大值。
如果为负相关,则用反隶属函数进行转换,计算
公式为:
R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
1≥Xi≥0.6品种抗旱性为高抗;0.6>Xi≥0.4
品种抗旱性为中抗;0.4>Xi≥0.2品种抗旱性为弱
抗;Xi<0.2品种不抗旱。
1.6　数据分析方法
用SPSS13.0进行单因子方差分析(one-way
ANOVA)和Duncan描述法分析数据(P<0.05)。
2　结果与分析
2.1　旱作条件下不同苜蓿材料生理生化指标的变
化规律
不同紫花苜蓿材料的水分饱和亏缺、脯氨酸含
量、可溶性糖含量和叶绿素含量的分析结果如表2
和表3所示。
4月16日不同紫花苜蓿材料水分饱和亏缺变
化范围是13.68%~21.91%,其中杂交种4和逸散
种AC-3显著高于其他6个紫花苜蓿材料,杂交种5
和杂交种6显著高于杂交种3、杂交种1、杂交种2
和德钦紫花苜蓿(P<0.05),杂交种3显著高于杂
交种1、杂交种2和德钦紫花苜蓿(P<0.05)。4月
19日不同紫花苜蓿材料水分饱和亏缺变化范围是
14.49%~26.82%,其中杂交种4的水分饱和亏缺
显著高于其他7个紫花苜蓿材料,杂交种1和德钦
紫花苜蓿的水分饱和亏缺显著低于其他紫花苜蓿材
料(P<0.05)。4月22日不同紫花苜蓿材料水分饱
和亏缺变化范围是16.16%~28.74%,其中杂交种
4和杂交种5的水分饱和亏缺显著高于其他紫花苜
蓿材料(P<0.05),德钦紫花苜蓿仍然最低。随干
旱胁迫程度的加剧,不同苜蓿品种叶片水分饱和亏
缺均有所增高,且不同苜蓿品种间存在显著差异
(P<0.05)。由于受土壤复水的影响,4月25日土
8701
第6期 姜华等:旱作条件下紫花苜蓿生理特性的研究
壤复水后,各紫花苜蓿材料叶片水分饱和亏缺较4
月22日显著下降。总体比较,杂交种4号和AC-3
株系水分饱和亏缺一直都显著高于其余6个(P<
0.05),德钦的水分饱和亏缺一直都最低。
4月16日,4月19日,4月22日和4月25日不
同紫花苜蓿材料游离脯氨酸含量变化范围分别为
0.31‰~0.54‰,0.32‰~0.55‰,0.33‰~0.56‰,
0.34‰~0.56‰,同一紫花苜蓿材料随着干旱的延
续,脯氨酸含量呈上升趋势,但差异不显著。不同干
旱时间AC-3、杂交种3和杂交种6紫花苜蓿材料的
脯氨酸含量都显著高于其他紫花苜蓿;杂交种1和
杂交种4紫花苜蓿材料的脯氨酸含量显著低于其他
紫花苜蓿材料(P<0.05)。土壤复水对不同紫花苜
蓿材料游离脯氨酸含量的变化影响不大。
表2　不同紫花苜蓿材料旱作条件下水分饱和亏缺和游离脯氨酸含量
Table2　Watersaturationdeficitandprolinecontentsofdifferentalfalfasunderno-irrigationconditions
紫花苜蓿
Alfalfa
水分饱和亏缺 Watersaturationdeficit/% 游离脯氨酸含量Prolinecontent/‰
4.16 4.19 4.22 4.25 4.16 4.19 4.22 4.25
德钦 Deqin 13.68dC 14.50eB 16.16eA 13.01dC 0.44b 0.47b 0.47b 0.48b
AC-3 21.91aC 24.30bB 26.99bA 20.11aD 0.54a 0.55a 0.56a 0.56a
杂交种1Hybrid1 13.70dC 14.49eB 18.16dA 12.99dD 0.31c 0.32c 0.33d 0.33d
杂交种2Hybrid2 13.69dD 16.61dB 18.13dA 16.22cC 0.42b 0.43b 0.44c 0.44c
杂交种3Hybrid3 16.99cC 20.35cB 26.99bA 16.21cC 0.53a 0.54a 0.56a 0.56a
杂交种4Hybrid4 21.92aC 26.82aB 28.74aA 20.10aD 0.31c 0.32c 0.33d 0.34d
杂交种5Hybrid5 19.81bC 24.29bB 28.73aA 18.99bC 0.42b 0.43b 0.44c 0.43c
杂交种6Hybrid6 19.82bC 20.36cB 24.91cA 20.12aC 0.52a 0.54a 0.56a 0.56a
　　注:同列中不同小写字母表示各材料间差异显著(P<0.05),同行中同一指标之间不同大写字母表示差异显著(P<0.05),下同
Note:Differentsmallettersinthesamecolumnshowsignificantdifference(P<0.05),differentcapitalsinthesamerowandindexshow
significantdifference(P<0.05),thesameasbelow
表3　不同紫花苜蓿材料旱作条件下可溶性糖含量和叶绿素含量
Table3　Solublesugarandchlorophylcontentsofdifferentalfalfasunderno-irrigationconditions
紫花苜蓿
Alfalfa
可溶性糖含量Solublesugarcontent/% 叶绿素含量Chlorophylcontent/mg·g-1
4.16 4.19 4.22 4.25 4.16 4.19 4.22 4.25
德钦 Deqin 1.15bC 1.57aB 1.83aA 1.90aA 0.99cA 0.97bA 0.91bB 0.89aB
AC-3 1.25aD 1.58aC 1.73bB 1.83bA 1.35aA 1.16aB 1.03bC 0.87aD
杂交种1Hybrid1 1.21aC 1.37cB 1.53dA 1.61dA 0.87dC 1.28aA 1.17aB 0.81aC
杂交种2Hybrid2 1.25aD 1.35cC 1.46eB 1.59dA 0.90dA 0.71cB 0.59dC 0.43dD
杂交种3Hybrid3 0.96cD 1.34cC 1.53dB 1.89aA 0.99cA 0.72cB 0.43eC 0.42dD
杂交种4Hybrid4 1.22aC 1.56aB 1.63cB 1.82bA 1.18bA 1.01bB 0.91bC 0.87aC
杂交种5Hybrid5 0.97cC 1.45bB 1.46eB 1.69cA 1.18bA 0.76cB 0.65cC 0.54cD
杂交种6Hybrid6 1.22aD 1.45bC 1.62cB 1.90aA 0.86dA 0.77cB 0.67cC 0.65bC
　　4月16日不同紫花苜蓿材料可溶性糖含量的
变化范围为0.97%~1.25%,杂交种3和杂交种5
紫花苜蓿材料的可溶性糖含量显著低于其他紫花苜
蓿(P<0.05)。4月19日不同紫花苜蓿材料可溶性
糖含量的变化范围是1.34%~1.58%,其中AC-3、
德钦和杂交种4株系糖含量显著高于其他5个紫花
苜蓿材料(P<0.05)。4月22日德钦苜蓿的可溶性
糖含量显著高于其他紫花苜蓿材料(P<0.05),杂
交种2的可溶性糖含量显著低于其他7个紫花苜蓿
材料(P<0.05)。4月25日土壤复水后,可溶性糖
含量的变化范围是1.59%~1.90%。其中德钦、杂
交种3和杂交种6这3个紫花苜蓿材料的可溶性糖
含量显著高于其他株系(P<0.05)。随着干旱胁迫
的加剧,各株系可溶性糖含量都逐渐增加,土壤复水
对紫花苜蓿可溶性糖的含量影响不大。
4月16日,4月19日,4月22日和4月25日不
同苜蓿品种叶绿素含量的变化范围分别为0.86~
1.35,0.76~1.28,0.43~1.17和0.42~0.89mg·g-1。
4月16日AC-3的叶绿素含量显著高于其他材料;
19日杂交种1的叶绿素含量显著高于其他材料;22
日仍然是杂交种1号显著高于其他材料;杂交种3
的叶绿素含量显著低于其他7个材料;25日复水
后,德钦、AC-3和杂交种4紫花苜蓿叶绿素含量显
著高于其他5个材料(P<0.05)。总体而言,除杂
交种1号以外,其他株系的叶绿素含量在不同时间
里都呈递减趋势,几乎不受复水的影响。
9701
草　地　学　报 第20卷
2.2　不同紫花苜蓿材料抗旱性的隶属函数值评价
以可溶性糖、脯氨酸、叶绿素、水分饱和亏缺4
个指标为依据,计算各指标的隶属函数值,对紫花苜
蓿8个品系进行综合评价,结果如表4所示。抗旱
隶属值越大,说明类型的抗旱性越强[9]。由隶属函
数平均值的大小说明8个紫花苜蓿材料抗旱性强弱
的顺序为:AC-3>杂交种6>杂交种4>德钦>杂
交种3>杂交种5>杂交种1>杂交种2。
表4　不同紫花苜蓿材料隶属函数值
Table4　Subordinatefunctionvaluesofdifferentalfalfahybrids
紫花苜蓿
Alfalfa
水分饱和亏缺
WSD
脯氨酸
Proline
可溶性糖
Solublesugar
叶绿素
Chlorophyl
平均值
Mean
抗旱性
Droughtresistant
AC-3 0.91 1.00 0.88 0.90 0.92 高 High
杂交种6Hybrid6 0.73 0.97 0.70 0.24 0.66 高 High
杂交种4Hybrid4 1.00 0.00 0.77 0.71 0.62 高 High
德钦 Deqin 0.00 0.62 0.91 0.59 0.53 中 Middle
杂交种3Hybrid3 0.55 0.98 0.30 0.07 0.47 中 Middle
杂交种5Hybrid5 0.85 0.47 0.20 0.34 0.46 中 Middle
杂交种1Hybrid1 0.04 0.00 0.31 0.72 0.27 弱Low
杂交种2Hybrid2 0.20 0.47 0.28 0.07 0.26 弱Low
3　讨论
旱作条件下,植物首先表现出来的是体内含水
量下降,而 WSD是反映植物水分状况的参数,在干
旱胁迫下 WSD的大小,可部分反映植物抗旱性的
强弱[13]。一般来讲,水分饱和亏缺值上升越快,幅
度越大,品种的抗旱力越弱,反之越强[14],本研究中
德钦野生紫花苜蓿的 WSD一直处于最低,说明德
钦野生紫花苜蓿单就该指标而言较抗旱,但其抗旱
性要结合其他指标共同综合评定。游离脯氨酸和可
溶性糖经常被作为植物抗旱的重要生理指标,被广
泛应用于育种、选种和鉴别作物品种的抗旱性。本
研究中紫花苜蓿材料的游离脯氨酸和可溶性糖随着
干旱的延续,积累时间长,积累量大;反之,积累量也
少。这结果与沈振荣等[15]对苜蓿的研究较为一致。
叶绿素是植物光合作用的重要条件之一,在一定程
度上可以反映植物的生产性能和抵抗逆境胁迫的能
力[16]。干旱胁迫可导致植物叶片中叶绿素含量的
降低,叶片缺水不仅影响叶绿素的生物合成,而且促
进已形成的叶绿素加速分解从而影响作物产量。因
此本试验将叶绿素选为抗旱指标,一般来说,抗旱性
强的品种叶绿素持有率高于抗旱性弱的品种[17],不
过,到目前为止,干旱胁迫对叶绿素含量的影响途径
和机理还尚未明确,有待进一步研究。
4　结论
随着干旱胁迫的延续,各紫花苜蓿材料的叶片
水分饱和亏缺、脯氨酸含量和可溶性糖含量均有所
增加,而叶绿素含量则逐渐降低。
通过对不同紫花苜蓿材料的抗旱隶属函数值进
行计算,可将这8个品系的苜蓿划分为3类,高抗旱
性:AC-3、杂交种4、杂交种6;中抗旱性:德钦苜蓿、
杂交种3、杂交种5;弱抗旱性:杂交种1、杂交种2。
参考文献
[1]　董杰,贾学锋.全球气候变化对中国自然灾害的可能影响[J].
聊城大学学报,2004,17(2):58-62
[2]　云锦凤.牧草及饲料作物育种学[M].北京:中国农业出版社,
2000
[3]　康俊梅,樊奋成,杨青川.41份紫花苜蓿抗旱鉴定试验研究
[J].草地学报,2004,12(1):21-23,56
[4]　李文娆,张岁岐,山仑,等.PEG模拟旱后复水对紫花苜蓿茎叶
生理生态特性的影响[J].西北农业学报,2008,17(6):247-252
[5]　李文娆,张岁岐,山仑.苜蓿叶片及根系对水分亏缺的生理生化
响应[J].草地学报,2007,15(4):299-305
[6]　余玲,王彦荣.紫花苜蓿不同品种对干旱胁迫的生理响应[J].
草业学报,2006,15(5):75-85
[7]　张树森,张明贤.旱作条件下紫花苜蓿3个品种生产性能试验
[J].中国草地,2004,26(6):67-69
[8]　王玉佳,毕玉芬,姜华,等.干热胁迫对紫花苜蓿叶片生理特性
的影响[J].草业科学,2011,15(4):1014-1018
[9]　沈艳.干旱胁迫下苜蓿抗旱性参数动态研究[J].农业科学研
究,2006,27(3):21-24
[10]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育
出版社,2006
[11]高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,
2006
[12]韩瑞宏,卢欣石.紫花苜蓿抗旱性主成分及隶属函数分析[J].
草业科学,2006,14(2):142-146
[13]辛国荣.牧草抗旱性研究[J].草业科学,1996,13(5):50-54
[14]沈艳,谢应忠.干旱对紫花苜蓿叶绿素含量和水分饱和亏缺的
影响[J].宁夏农学院学报,2004,25(2):21-25
[15]沈振荣,杨万仁.适应北方生长的24个苜蓿品种抗旱性鉴定
试验[J].宁夏农林科技,2006(1):15-17
[16]李德全,邹琦,程炳崇.土壤干旱下不同抗旱性小麦品种的渗透
调节和渗透调节物质[J].植物生理学报,1992,18(1):37-44
[17]周海燕.中国东北科尔沁沙地两种建群植物的抗旱机理[J].植
物研究,2002,22(1):51-55
(责任编辑　刘云霞)
0801