全 文 ：第 17 卷 第 5 期
Vol. 17 No . 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 9 月
Sep. 2009
假俭草种源抗寒性鉴定及其变异分析
王鹏良1, 3, 陈启广1 , 吕志鹏1 , 温明星1 , 王海燕1, 覃子海3 , 刘建秀2 , 王秀娥1*
( 1. 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室, 南京农业大学细胞遗传研究所, 南京 210095;
2. 江苏省中国科学院植物研究所, 南京 210014; 3. 广西壮族自治区林业科学研究院, 南宁 530001)
摘要 :为了进一步鉴定和发掘假俭草抗寒遗传资源, 为假俭草抗寒育种和遗传研究提供材料和有价值的信息,本研
究采用电解质渗透法对搜集的有代表性的 110 份假俭草种源进行了抗寒性鉴定。结果表明, 我国假俭草不同种源
之间的抗寒性存在较大变异,它们的半致死温度的变异范围为- 2. 55 ~ - 8. 01 , 极差为 5. 46 , 平均半致死温
度为- 4. 89 ,变异系数为 18. 01% ;进一步对假俭草的半致死温度与地理因子(纬度, 经度和海拔)进行了回归分
析,结果发现假俭草的半致死温度与纬度, 经度和海拔均无线性关系; 根据假俭草的半致死温度进行系统聚类分
析,可以将 110 份假俭草种源分为 3 个类群。
关键词:假俭草; 抗寒性;半致死温度; 回归分析;系统聚类分析
中图分类号: Q945. 7 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 05054705
Evaluation and variation analysis of cold tolerance in Eremochloa ophiuroides
Wang Pengliang1, 3 , Chen Qiguang1 , Lv Zhipeng 1 , Wen Mingxing1 ,
Wang Haiyan1 , Qin Zihai, L iu Jianxiu2 , Wang Xiue1*
( 1. State Key Laboratory of Crop Genet ics an d Germplasm Enhancement , Cytogen et ics Inst itute, Nanjing Agricul tural U nivers ity,
Nanjing 210095, Ch ina; 2. Inst itute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of S ciences, Nanjin g 210014,
China; 3. Guan gx i Forest ry Research Inst itute, Nanning 530001, China)
Abstract: In order to ident ify germplasms w ith cold tolerance in cent ipedegr ass, and provide useful materi
als and informat ion for further genet ic and breeding research, 110 cent ipedeg rass cultivars were evaluated
fo r cold tolerance using an elect ro lyte leakage method. T he results indicated that signif icant genet ic differ
ences w ere present among differ ent variet ies in cent ipedegrass. T he LT 50 o f 110 cent ipedegr asses ranged
from - 2. 55 to - 8. 01, w ith a range of 5. 46 , an aver age LT 50 of - 4. 89 , and a coeff icient variation of
18. 01%. No signif icant linear corr elat ions w ere observed between LT 50 of cent ipedeg rass and geogr aphical
facto rs( lat itude, longitude and elevat ion) . T he 110 cult ivars w er e subdivided into three groups by cluster
analysis based on their LT 50 .
Key words: Eremochloa ophiuroides ; Cold tolerance; LT 50 ; Reg ression analysis; Cluster analysis
假俭草 ( E remochloa ophiuroides ( M unr o. )
Hack. ) ,又称百足草、蜈蚣草, 为禾本科蜈蚣草属
( Er emochioa)多年生宿根性优良草坪植物, 也是蜈
蚣草属中唯一可用作草坪草的物种 [ 1~ 3]。假俭草除
在东南亚少量分布外, 在我国长江流域及以南地区
的丘陵山地、平原以及各类湿地广泛分布,是公认的
起源于中国、最好的暖季型草坪草, 所以称之为中
国草坪草[ 2, 4, 5] 。该草还因耐瘠薄、病虫害少及养
护水平低而被称为懒人草。此外, 假俭草具有较
好的耐酸性,在禾本科中最强,可在江西等强酸性红
壤地区生长繁殖,这在草类物种中非常少见。同时
可广泛用于庭院草坪、休憩草坪及护坡草坪的建植,
特别适合于水土保持和大面积景观建设 [ 2, 6~ 8] , 是世
界三大暖季型草坪草之一。假俭草也是很好的牧
草,为牛羊等草食动物喜食。随着全球水资源和能
源的日益紧张以及人们环保意识的不断增强,选择
收稿日期: 20090224;修回日期: 20090623
基金项目:国家自然科学基金( 30670200) ;广西林科院基金项目(林科 200807号)
作者简介:王鹏良( 1978 ) ,男,浙江新昌人,博士研究生,研究方向为植物分子细胞遗传学, Email: pengliang_w ang@ yahoo. com. cn; * Au
thor for correspondence: Email: xiuew@ njau. edu. cn
草 地 学 报 第 17卷
质地适中、适应性强及养护水平低的草种已是草坪
草品种选育的主要目标, 而假俭草非常符合这一发
展趋势。
假俭草是一种暖季型草坪草, 遭遇低温, 就会枯
萎,其叶色变成黄褐色,降低了其观赏价值和使用价
值,严重地限制了该草的推广范围, 影响其应用前
景。因此,许多学者通过合理施肥调节氮、磷、钾的
用量研究不同土壤类型对提高假俭草抗寒性的作
用[ 9~ 11] , 有研究通过施用 6BA 等植物生长调节剂
和 B9 等化学试剂来提高假俭草的抗寒性[ 12, 13] , 还
有研究探索抗寒锻炼对提高假俭草抗寒性的作
用[ 14] , 但通过筛选鉴定抗寒资源及遗传改良提高假
俭草抗寒性的研究鲜见报道 [ 15, 16]。优异种质资源
是育种的基础, 也是遗传学研究的重要材料, 本研究
拟对搜集保存的假俭草种源进行抗寒性鉴定, 为假
俭草遗传育种研究提供具有价值的信息。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
110份假俭草种源种植于江苏省中科院植物研
究所( 2002~ 3444E, 10341~ 13106N) , 其中 7
份来自于美国, 其他来自中国。
1. 2 抗寒性鉴定
实验于 2008年 9月 26日至 10月 10日期间进
行,抗寒性鉴定参照朱根海等[ 17] 的方法。取健康植
株当年新生叶片 5 g, 用自来水冲洗干净,去离子水
漂洗 3次, 吸干表面水分, 剪成约 1 cm 长,混合均匀
分成 5等分,都置于大试管中。将材料置于低温循
环仪中, 并对每个材料都设置 0 、- 4 、- 8 、
- 12 和- 16 共 5个温度梯度进行低温处理。每
个温度下处理 1. 5 h后取出, 每 2个温度之间的降
温时间为 1 h, 取出后将大试管中的材料分成 4 等
分,分别置于干净的试管中, 加入 20 mL 去离子水,
静置,过夜。用 DOS307 型电导仪测其冷冻电导
率,然后置沸水浴中 10 min, 冷却至室温后测其煮
沸电导率,按照下式计算:
相对电导率= 冷冻电导率煮沸电导率 100
按上式求得每个温度梯度的 4个相对电导率
值,然后求其平均值,用于 Logist ic曲线的拟合。
1. 3 数据分析方法
各个品种不同温度处理下的相对电导率的平均
值根据 y = k
1+ ae
- bx 方程[ 17] 进行 Logist ic 曲线拟
合, 求该曲线的拐点 x = lna
b
, 获得半致死温度
( LT 50 )。计算所有品种 LT 50的平均值,标准差和变
异系数, 并用 SAS 9. 0 软件中的 REG 程序计算
LT 50与纬度, 经度和海拔的回归方程; 再用 CLU S
TER程序对各个品种的 LT 50进行系统聚类, 根据
系统聚类的结果划分假俭草抗寒类型。
2 结果与分析
2. 1 不同种源抗寒性鉴定
对每个品种在 5 个处理温度点上的 4 个重复
(每个重复的叶片重量为0. 25 g )进行冷冻电导率和
煮沸电导率的测定, 再求每个处理温度点上每个重
复的相对电导率; 然后得到每个处理温度点上相对
电导率的平均值用于 Log ist ic曲线的拟合。所有种
源在 0 时相对电导率的平均值变化范围 3. 8% ~
35. 7% ,最低的种源是 E61,最高的种源是 E127,在
- 4 时相对电导率的平均值变化范围 4. 7% ~ 45.
7% ,最低的是 E91, 最高的是 E25, 在- 8 时的平
均值变化范围 38. 2% ~ 89. 9% , 最低的是 E99, 最
高的是 E135, 在- 12 时的平均值变化范围 76.
5% ~ 94. 9%, 最低的是 E102, 最高的是 E188, -
16 的平均值变化范围 72. 9% ~ 93. 0%, 最低的是
E78, 最高的是 E107。
所有种源电解质渗出率都随着温度下降而上
升,且呈 S型曲线(图 1) , 即温度下降之初, 电解质
渗出率上升较慢, 随着温度持续下降电解质渗出率
快速增加,降到一定温度时,电解质渗出率上升缓慢
且趋于稳定。
图 1 E158 的 Logisitic曲线
Fig . 1 The Log istic cur ve of accession E158
548
第 5期 王鹏良等:假俭草种源抗寒性鉴定及其变异分析
2. 2 半致死温度对纬度、经度和海拔的回归分析
参考朱根海等[ 17] 研究结果, 根据 110个品种在
5个不同温度处理下的相对电导率, 进行了 Log ist ic
曲线拟合。每个品种的 L 曲线拟合度都达到显著
水平,较好地拟合了温度与相对电导率的关系,并获
得了各个假俭草品种的半致死温度 ( LT 50 )。结果
表明, 110 份假俭草半致死温度的变化范围为
- 2. 55 ~ - 8. 01 ,极差( r ange)为 5. 46 , 平均
半致死温度为- 4. 89 , 变异系数为 18. 01%, 表明
我国假俭草品种之间的抗寒性存在较大变异。
温度直接影响植物的所有生命活动,间接影响
其他多种生态因子, 是植物非常重要的生存条件。
地球表面温度的变化在空间上随纬度和植物生长地
的垂直高度而变化。为了分析来源于不同纬度、经
度和海拔地域的假俭草种源抗寒性的差异,本研究
对假俭草半致死温度与纬度、经度和海拔进行了回
归分析。结果表明(表 1) ,回归的方差分析都没有
达到显著性水平, 可见假俭草的半致死温度与纬度、
经度和海拔均无线性关系,即高纬度地区或高海拔
的品种与低纬度或低海拔的品种耐寒性不定。这与
宣继萍[ 15, 16] 的结果一致, 但与一般的植物地理区系
分布关系不一致。
表 1 假俭草半致死温度对纬度、经度和海拔的一元回归方差分析表
Table 1 Variance analysis o f sing le r egr ession betw een LT 50 of centipedeg rass and lat itude, long itude and elevation
变异来源 Sources 自由度( DF) 平方和( SS) 均方( MS) F统计量( F) 概率( P)
纬度 Latitude 1 0. 23041 0. 23041 0. 29 0. 5888
离回归 Deviat ion regr ess ion 101 79. 12212 0. 78339
总变异 T otal variat ion 102 79. 35253
经度 Longitude 1 0. 17628 0. 17628 0. 22 0. 6364
离回归 Deviat ion regr ess ion 101 79. 17625 0. 78392
总变异 T otal variat ion 102 79. 35253
海拔 Elevat ion 1 0. 00130 0. 00130 0 0. 9655
离回归 Deviat ion regr ess ion 50 34. 31290 0. 68626
总变异 T otal variat ion 51 34. 31420
2. 3 半致死温度的聚类分析
根据假俭草半致死温度对假俭草不同品种的抗
寒性进行了系统聚类分析 (图 1) ,可知 110 个假俭
草品种可分为 3 类, 第 1 类由最抗寒的 E188 和
E099组成,平均半致死温度为- 7. 69461 ;第 3类
为不抗寒组, 由 E156、E30、E53、E127、E126、E25、
E66、E21和 E19共 9个品种组成, 平均半致死温度
为- 3. 07298 ;其余 99 份组成抗寒过渡类为第 2
类,平均半致死温度为- 5. 00343 。第 1 类中的
E188和 E099假俭草品种分别来自安徽省金寨山
坡上和金寨江店,这 2个地方经纬度一致;第 3类的
9个品种中, 7个品种来自安徽、江苏、浙江和湖南,
其余一个来自广东, 另一个来自海南;第 2类包括抗
寒性经过改良从美国引进的品种 T ifblair [ 19] , 在本
研究中的编号为 E158,假如以 Tifblair ( E158)作为
抗寒品种的标准, 则在本文所有研究的材料中, 仅
16份品种为抗寒品种。
3 讨论
植物抗寒性的测定方法较多, 常用的方法有电
解质渗透法、可溶性糖、叶绿素、脯氨酸和丙二醛等
含量测定法及 SOD活性测定等方法。梅立新等[ 20]
将几种不同的方法应用于抗性苹果矮化砧木 1年生
休眠枝条, 结果表明, 砧木间的电导率、丙二醛
( MDA)含量、SOD酶活性在各低温点差异一致,表
现稳定且比较客观准确地反映植物的抗寒特性。
Bur r等 [ 21]和张钢等 [ 22]进一步证实了电解质渗透法
的这个优点。许多研究人员[ 2 2~ 24]还认为采用电解
质渗透法测定抗寒性, 既简单易行又节约成本, 而且
只要不同品种的植物组织,而不需要整个植株破坏
性取样。但植物的抗寒性受其遗传基础和环境因素
的控制,由于植物生理过程的复杂性、环境因子的多
变性,采用单一指标难以客观地评价抗寒性, 因此,
提出综合利用多个生理指标能更加可靠地评价植物
的抗寒性,但综合评价方法还处在探索阶段,评价指
标的选择尚无统一标准 [ 25, 26]。因此目前电解质渗
透法仍被认为是测定抗寒性的一种比较实用和可靠
的方法。为了尽可能地减小误差, 在用电解质渗透
法时需要注意各个温度梯度都设置重复, 同时要尽
量保持测定时外界条件(气温,所剪叶片的长度和渗
透时间等)的一致性。
549
草 地 学 报 第 17卷
图 2 假俭草半致死温度的系统聚类图
Fig . 2 The dendrog ram fo r the cluster analy sis of LT 50 in Eremochloa op hiur oides
: E158; :抗寒性优于 E158的种源; : E158; : the proven ances w hich are bet ter than E158 in cold tolerance
假俭草是一种暖季型草坪草, 叶片多, 取样方
便,而且其叶片是观赏的重点,其叶片的抗寒性对假
俭草的推广有着至关重要的影响,因此本研究利用
电解质渗透法测定假俭草叶片的电导率来反映其抗
寒性。本研究所用假俭草群体与宣继萍等[ 15 , 16] 的
类似, 但本研究平均半致死温度( - 4. 89 )较后者
研究中获得的平均半致死温度( - 6. 2 )稍高。刘
琳等[ 14] 研究发现,假俭草的抗寒锻炼可以有效地提
高抗寒性,即外界温度不同时,同一品种表现的抗寒
性也会不同,实验期间环境温度对实验结果具有一
定影响;本研究所用的样本是假俭草当年生的叶片,
宣继萍等[ 15] 所用的样本则是当年生的匍匐茎, 植物
不同组织的抗寒性也可能不同 [ 25~ 27] ; 和宣继萍
等[ 15]研究结果相比, 2个实验持续时间均不长,本研
究在 2周内完成, 且温度稳定在 16- 26 之间, 实
验误差相对较小,而宣继萍等[ 15]的实验时间为 6- 8
月,期间气温变化相对较大,较长的实验时间可能会
导致半致死温度的变化及较大的误差; 此外, 宣继萍
等[ 15]试验期间的环境温度低于本研究实验期间的
环境温度,通过抗寒锻炼之后,越低的环境温度越能
体现出不同品种假俭草抗寒性差异的本质 [ 14]。推
测以上原因导致本研究假俭草半致死温度的变异系
数较小。
假俭草的半致死温度与地理因子(纬度,经度和
海拔)不呈线性回归关系, 这与宣继萍等[ 15] 的结果
一致。一般来说, 野生型植物在春天和秋天测的抗
寒性与纬度存在相关, 夏天和冬天的抗寒性与纬度
不相关[ 28, 29] 。对于野生状态假俭草种源, 由于纬度
或海拔较高的位置,其温度相对较低,会形成较抗寒
的假俭草品种,因此,假俭草的半致死温度应该与其
所处的纬度及海拔高度具有一定的线性回归关系。
然而,本研究结果并非如此。可能是因为本研究所
用的假俭草材料并非全部为野生自然状态下采集,
即使是野生条件下采集的也经过了多年在同一个生
态条件下的生长过程, 更有部分是经过人工引种驯
化的品种,因此本研究所测定的半致死温度已经不
足以反映当地的品种与自然地理状况的关系。
李军祥等[ 30]在研究曼陀罗引种驯化前后的变
化时发现,野生曼陀罗类胡萝卜素含量明显高于驯
化后曼陀罗,植物类胡萝卜素是一种重要的保护性
物质,这是野生曼陀罗对逆境条件的一种适应能力
的反映。高秀梅等[ 31] 在研究海桑及无瓣海桑引种
驯化中的叶片形态结构及生理变化时也发现, 这 2
种植物从海南东寨港引种到广东雷州附城镇以后,
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第 5期 王鹏良等:假俭草种源抗寒性鉴定及其变异分析
叶片的旱生结构增强, 叶细胞透性减少, 从而获得
了较高的抗寒性。本文所研究的材料从全国各地引
种到江苏省中科院植物研究所已有七、八年的时间,
推测引种之后不同种源假俭草对环境的适应是本文
中假俭草抗寒性与纬度和高度不相关的原因之一。
4 结论
本研究通过聚类分析将 110 份假俭草分为 3
类,第 1类中由 2 份抗寒的品种组成, 第 2类由 99
份品种组成,第 3类中的 9份品种不抗寒。只有 16
份品种抗的寒性超过 E158, 约占所研究资源的
14. 5%,假如以 E158为抗寒品种的标准, 现在可以
用于抗寒育种的资源相对缺乏, 需要发现和收集更
多的抗寒材料, 为假俭草抗寒育种提供有价值的
资源。
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(责任编辑 刘敏轩 李 扬)
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