全 文 ：收稿日期:2010-06-26
基金项目:国家科技支撑计划课题 “牧草远缘杂交育种技术研究 ”(2008
BADB3B02)。
作者简介:刘锦川(1983-),女 ,内蒙古锡盟人;博士研究生 ,研究方向:
牧草遗传育种;E-mail:liujinchuanjyjy@ 163.com。
通讯作者:云锦凤, E-mail:csgrass@.vip.163.com。
披碱草属 3种牧草幼苗对水分胁迫的响应
刘锦川 , 　云锦凤
(内蒙古农业大学生态环境学院 , 　呼和浩特 010019)
摘要:采用盆栽法 ,在 3种披碱草属牧草苗期对其进行水分胁迫 ,测定幼苗叶片相对含水量 、细胞膜透性 、超氧化物歧化
酶(SOD)活性 、丙二醛含量及游离脯氨酸含量等指标 ,以对其抗旱性做初步研究。结果表明 , 3种牧草的叶片相对含水
量呈下降趋势;细胞膜透性 、超氧化物歧化酶(SOD)活性 、游离脯氨酸含量及丙二醛含量均呈增加趋势。初步评价 , 3种
牧草苗期对干旱胁迫的耐受性强弱顺序为:披碱草 >加拿大披碱草 >老芒麦。
关键词:　披碱草属;水分胁迫;抗旱性
中图分类号:　S54　　　文献标志码:　A　　　文章编号:　1101-4705(2010)09-0017-04
ResponseofThreeForgeSpeciesSeedingofElymusUnderWaterStress
LIUJin-chuan, YUNJin-feng
(EcologicalEnvironmentInstituteofInnerMongoliaAgriculturalUniversity, Huhhot010019, China)
Abstract:PotexperimentwasconductedtostudydroughttoleranceofthreeforgespeciesofElymusatseeding
bydeterminingrelativewatercontent, celmembranepermeability, activityofsuperoxidedismutase(SOD),
contentofMDAandcontentoffreeproline.Theresultshowedthatthemembranepermeability, thefreeproline
content, thesuperoxidedismutaseactivityandtheMDAcontentwerealincreasedunderwaterstres.Theini-
tialconclusionindicatedthatthesequenceofdroughtresistanceabilityofthreeforgespecieswasasfolow:
ElymusdahuricusTuricz>ElymuscanadensisL.>ElymussibiricusL.
Keywords:　ElymusL.;waterstres;droughtresistance
　　在我国北部广大干旱和半干旱地区 ,水分不足是
限制牧草生产的重要因素[ 1] 。而牧草苗期对水分缺
乏较为敏感 ,此时如遇干旱胁迫不仅威胁幼苗的生存 ,
并对后期产量 、越冬等都有一定影响。所以在稳定条
件下采用盆栽控水的方法 ,开展苗期抗旱性的评价和
鉴定 ,不仅可以为牧草抗旱品种的选育提供理论依据 ,
对引种 、示范推广和牧草产业化实践也具有重要指导
作用 [ 3] 。老芒麦 、披碱草具有抗旱 、抗寒 、耐盐碱 、产
量高的优点 ,在内蒙古及西北地区广有栽培 。加拿大
披碱草为引入种 ,除具有上述牧草的优点外还具有叶
量大 、不落粒 、果后营养期长的特点 。本试验通过测定
干旱胁迫下 3种牧草幼苗地上部分叶片相对含水量 、
细胞膜透性 、超氧化物歧化酶(SOD)活性 、游离脯氨酸
含量及丙二醛含量 5个常用抗性生理指标 ,对披碱草
属 3种牧草苗期抗旱性进行了初步研究 。以期对今后
3种牧草的进一步推广利用提供理论基础 。
1　材料与方法
1.1　材　料
材料为披碱草(ElymusdahuricusTuricz)、老芒麦
(ElymussibiricusL.)、加拿大披碱草(Elymuscanaden-
sisL.),种子均来源于内蒙古农业大学牧草试验站。
1.2　方　法
试验采用盆栽法 ,在内蒙古农业大学人工温室中
进行 。将种子放在有双层滤纸的培养皿中发芽后移入
花盆 ,花盆装风干土 ,盆与土共重 5.2kg。每盆定株 10
株 , 3次重复 。待幼苗长到 21d分蘖期后 ,一次性浇水
至土壤最大含水量 ,之后处理组不再浇水 ,进行干旱胁
迫处理 ,对照组正常浇水 。期间观察各材料处理组形
态特征变化。干旱胁迫进行到 11d时 ,各材料均出现
不同程度植株倒伏 ,叶片枯黄 、卷曲等现象。此时取植
株叶片 ,按照邹琦的 [ 2]方法测定生理指标 。
1.3　测定生理指标及方法
1.3.1　相对含水量测定
取鲜叶称其鲜重 ,在蒸馏水中浸泡 24h后称其饱
和鲜重 ,然后在 110℃下烘干 ,称其干重 。
·17·
研究报告　　刘锦川 等:披碱草属 3种牧草幼苗对水分胁迫的响应
DOI :10.16590/j.cnki.1001-4705.2010.09.065
相对含水量(%)=(鲜重 -干重)/(饱和鲜重 -
干重)×100%。
1.3.2　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 15min,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%。
1.3.3　超氧化物歧化酶(SOD)活性测定
取植物材料叶片 0.2g,加少许磷酸缓冲液研磨得
10ml匀浆 , 13 000r/min下离心 20min,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 15min,以蒸馏水为参
比液 ,在波长 560nm下测定光密度。
1.3.4　丙二醛含量测定
取处理组植物材料叶片 0.2g,加少许磷酸缓冲液
研磨得 10ml匀浆 , 13 000r/min下离心 20min,取上清
液 ,加入硫代巴妥酸溶液 ,沸水浴加热 15 min,冷却后
4 000r/min下离心 5min,以硫代巴妥酸溶液为参比
液 ,分别在波长 532nm和 600nm处测定光密度值 。
1.3.5　游离脯氨酸含量测定
采用茚三酮法 ,取同位同色叶片 0.1g,分别置于
20ml试管中 ,加入 5 ml3%磺基水杨酸溶液 ,沸水中
浸提 10min,取出试管 ,冷却至室温后 , 吸取上清液
2ml加入 2ml冰乙酸和 3ml显色液 ,于沸水中加热
40min,冷却后加甲苯 5ml萃取后在 520nm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 [ ug/g(鲜样)] =(C×V/a)/W。其中:
C为提取液中脯氨酸的浓度(ug),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　组织相对含水量(RWC)
在干旱胁迫处理下 ,牧草叶片含水量的变化趋势
同叶片伤害率相同 ,叶片含水量越小 ,牧草所受的干旱
伤害越大 ,该牧草的抗旱能力越弱 [ 7] 。
干旱胁迫下 , 3种牧草的叶片相对含水量均有所
下降(表 1)。披碱草叶片相对含水量下降幅度最小 ,
仅为 10%,则其叶片保水力强于其它两种牧草 ,抗渗
透胁迫能力较强;老芒麦叶片相对含水量下降幅度最
大 ,为 18%,则其叶片保水能力较差 ,抗渗透胁迫能力
较弱 。加拿大披碱草叶片相对含水量下降 11%,居于
二者之间。方差分析显示 ,各材料间差异显著 (p<
0.01)。
表 1　干旱胁迫下不同材料的叶片相对含水量(RWC)(%)
材料 对照 处理 较对照减少(%)
披碱草
ElymusdahuricusTuricz 85a 75a 10
老芒麦
ElymussibiricusL. 88a 70b 18
加拿大披碱草ElymuscanadensisL. 76b 65c 11
　　注:不同字母表示差异显著 , p<0.01。下同。
2.2　细胞膜透性
　　在干旱胁迫下 ,供试材料的叶片细胞膜相对透性
发生了改变 ,叶片细胞膜受到伤害 ,相对电导率上升
(表 2)。其中老芒麦电导率增幅最大 , 较对照增加
200%;披碱草电导率较对照增加最小 ,只有 50%。加
拿大披碱草较对照增加 80%。 3种材料间差异显著
(p<0.01)。在干旱胁迫下 ,老芒麦细胞膜受损程度
较重;披碱草较轻 ,其抵御渗透胁迫能力较强 。加拿大
披碱草居中。
表 2　不同材料在干旱胁迫下的电导率
材料 对照 处理 较对照增加(%)
披碱草
ElymusdahuricusTuricz 1a 1.5a 50
老芒麦
ElymussibiricusL. 0.3b 0.9b 200
加拿大披碱草
ElymuscanadensisL. 0.5c 0.9b 80
2.3　超氧化物歧化酶(SOD)活性
在干旱胁迫下 ,各材料处理组 SOD活性均高于对
照组(图 1)。方差分析显示 ,各材料 SOD活性在干旱
胁迫前后均有显著差异(p<0.01),各材料间亦存在
显著差异(p<0.01)。其中 ,披碱草的 SOD活性在正
常浇水和干旱胁迫下均是最高 ,老芒麦最低 。但加拿
大披碱草 SOD增幅最小。 3种牧草的 SOD活性为披
碱草 >加拿大披碱草 >老芒麦。
图 1　不同材料在干旱胁迫下的 SOD活性
·18·
第 29卷　第 9期　2010年 9月　　　 　　 　　 　　　　种　子　(Seed)　　　　 　　　 　 　　Vol.29　No.9　Sep.　2010
2.4　丙二醛含量
干旱胁迫条件下 3种牧草的丙二醛含量均呈上升
趋势(图 2)。其中老芒麦丙二醛含量较对照增加最
多 ,披碱草丙二醛含量较对照增加最少 ,加拿大披碱草
丙二醛含量变化居于二者之间。各材料在干旱胁迫下
的丙二醛含量呈现显著差异(p<0.01)。表明在干旱
胁迫下老芒麦受到的伤害最大 ,披碱草受到的伤害最
小。 3种牧草的丙二醛含量为披碱草 >加拿大披碱草
>老芒麦 。
图 2　不同材料在干旱胁迫下丙二醛含量
2.5　游离脯氨酸含量
在干旱胁迫下 , 3种牧草的游离脯氨酸含量均呈
增加趋势(图 3)。各材料游离脯氨酸含量差异显著
(p<0.01)。老芒麦游离脯氨酸含量与对照相比增加
最多 ,披碱草游离脯氨酸含量与对照相比增加最少 ,加
拿大披碱草游离脯氨酸含量变化居于二者之间 。 3种
牧草在干旱胁迫下游离脯氨酸含量为老芒麦 >加拿大
披碱草 >披碱草。
图 3　不同材料在干旱胁迫下游离脯氨酸含量
3　讨　论
在干旱胁迫下 ,叶片相对含水量较高的植物表明
其保水能力强 ,能经受较长时间的水分胁迫 ,因而抗旱
性也比较高。而细胞电导率与伤害程度成正相关 ,植
物受到逆境胁迫时 ,细胞膜受损 ,透性增大 ,使电解质
外渗量增大。植物在逆境下细胞电解质外渗量增加的
幅度大小 ,可反映植物抗逆性的强弱 [ 4] 。本试验结果
表明 ,在受到干旱胁迫时 ,披碱草叶片相对含水量较
高 ,而电导率较低;老芒麦叶片相对含水量最低 ,电导
率最高。加拿大披碱草居于二者之间。表明披碱草在
干旱胁迫下细胞膜受伤害程度较低 ,抗性较强。
在水分胁迫期间 ,一些水解酶或与水解相关的酶 ,
包括一些氧化酶 ,活性增加。 SOD是植物体内清除活
性氧的第一道防线 ,对防止自由基活性氧的毒害至关
重要 [ 14] 。干旱胁迫下牧草的 SOD、CAT等保护酶活性
往往提高 ,保护细胞膜免受自由基伤害 ,抗旱性强的品
种在逆境条件下能使保护酶活力维持在一个较高的水
平 ,有利于清除自由基 ,降低膜脂过氧化水平 ,从而减
轻膜伤害程度 [ 7] 。高的 SOD活性维持时间越长 ,清除
自由基的能力就越强 ,植物的抗逆性越强 。试验结果
显示 ,在干旱胁迫下 , 3份供试材料 SOD活性均呈增加
趋势 。披碱草 SOD活性维持较高水平。老芒麦 SOD
活性较低 ,则其清除自由基能力较弱 ,抗性较差。加拿
大披碱草居于二者之间 。
植物器官衰老或在逆境下遭受伤害 ,往往发生膜
脂过氧化作用 。丙二醛是膜脂过氧化的最终产物 ,它
的积累对膜和细胞造成一定的伤害 ,表现与膜透性是
一致的 ,所以其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程
度[ 10] 。当丙二醛含量大幅度上升时 ,表明植物体内细
胞受到严重破坏 ,增幅越大 ,植物细胞受伤害程度越
大[ 13] 。研究结果表明 ,在干旱胁迫下 , 3份供试材料
丙二醛含量均显著增加 ,不同材料间增幅不同。其中 ,
老芒麦丙二醛含量增加最多 ,说明其膜系统受伤害最
大。加拿大披碱草次之 ,披碱草最轻。
水分胁迫下与合成有关的酶活性降低时一种普遍
现象 ,但也有一些酶活性反而受激 ,呈增加趋势。干旱
胁迫下游离脯氨酸的增加是对干旱的一种适应。这种
脯氨酸的反应或与酶调控有关 [ 5] 。脯氨酸不仅作为
植物渗透调节物参与调节 ,其亲水性还可以防止胁迫
时组织细胞的脱水 。脯氨酸的存在可以消除蛋白质分
解初期产生的氨 ,防止其它有毒物质的积累 。游离脯
氨酸积累的作用有:一是可作为细胞的有效渗透调节
物质;二是保护膜和酶的结构;三是作为可直接利用的
无毒形式的氮源 ,作为能源和呼吸底物 ,参与叶绿素的
合成等;四是从游离脯氨酸在逆境条件下积累的途径
来看 ,它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[ 9] 。试验中 ,干
旱胁迫下 ,各材料游离脯氨酸含量均呈增加趋势 。其
中披碱草游离脯氨酸含量增加最少 ,老芒麦增加最多 ,
加拿大披碱草居中 。
·19·
研究报告　　刘锦川 等:披碱草属 3种牧草幼苗对水分胁迫的响应
4　结　论
在干旱胁迫下 , 3种牧草组织相对含水量均呈下
降趋势 ,电导率呈增加趋势;3种牧草的 SOD活性 ,丙
二醛含量 ,游离脯氨酸含量在均呈增加趋势 。对以上
指标综合分析可知:3种披碱草属牧草苗期对干旱的
耐受性为披碱草 >加拿大披碱草 >老芒麦。
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第 29卷　第 9期　2010年 9月　　　 　　 　　 　　　　种　子　(Seed)　　　　 　　　 　 　　Vol.29　No.9　Sep.　2010