全 文 ：　第29卷 第1期　　　　　　　　　　　　　　　　　农 业 科 学 研 究 2008年3月
　Vol.29 No.1　　　　　　　　　　　　　Journal o f Agricultural Sciences M ar.2008
文章编号:1673-0747(2008)01-0031-04
NaCl 、水分复合胁迫下宁夏 5种禾本科牧草幼苗体
内脯氨酸含量的变化
刘根红 , 　谢应忠 , 　兰　剑 , 　杨　锐 , 　赵功强
(宁夏大学 农学院 ,宁夏 银川　750021)
摘　要:运用二次通用旋转组合设计研究了宁夏 5 种主要禾本科牧草苗期在 NaCl、水分复合胁迫下体内脯氨酸含量
的变化 ,并对其抗盐、抗旱性进行了初步评价 ,结果表明:NaCl胁迫对各种禾本科牧草体内脯氨酸含量的主效应除湖
南稷子对其体内脯氨酸含量表现为负效应外 , 其他种均表现为正效应 ,其单因素效应随 NaCl和水分胁迫的增加 , 各
种禾本科牧草体内脯氨酸均有增大的趋势;NaCl 、水分 2因素对各种禾本科牧草体内脯氨酸含量影响的交互效应不
显著.以脯氨酸含量为主要指标对 5种禾本科牧草抗盐 、抗旱性初步排序为湖南稷子>苏丹草>高丹草>燕麦>黑麦.
关键词:NaCl;水分;复合胁迫;脯氨酸含量
中图分类号:S431.14　　　　文献标志码:A
　　干旱和盐碱是限制植物生长发育的重要限制因
子 ,也是制约农业生产的一个全球性问题 ,目前 ,全
球 20%的耕地受到盐害威胁 , 43%的耕地为干旱 、
半干旱地区.我国干旱地区面积 455万 km2 ,占国土
面积的 47%,各类盐渍土总面积 0.991 亿 km2 ,占
国土面积的 10.3%[ 1] ,因此 ,研究水分 、盐分逆境胁
迫对植物的影响以及植物的反应 ,具有重要意义.尤
其是宁夏 ,在 44.11万 hm2 耕地中 ,非盐渍化面积为
29.32万 hm2 ,盐渍化面积为 14.79万 hm2 ,分别占灌
区耕地总面积的 66.5%和 33.5%;在盐渍化耕地中 ,
轻盐渍化 9.39万 hm2 ,中盐渍化 3.42万hm2 ,重盐渍
化198万 hm2 ,分别占耕地面积的 21.3%,7.8%和
4.4%[ 2] ;同时伴有不同程度的干旱 ,再加上水资源短
缺 ,水土流失严重 ,自然灾害频繁[ 3] 等生态因素 ,因
此 ,开展植物的抗逆研究意义重大.
宁夏畜牧业发展促进草业的发展 ,目前人工草地
(含1年生禾本草)总面积已接近 53万 hm2 ,人工草地与
天然草原比例达到1∶5 ,人工牧草种植面积已占到了宁
夏农作物种植总面积的47%,预计到2010年各类草地面
积要达到 173万 hm2 ,其中禾本科牧草面积约占1/5[ 4] .
在水分和盐分单独胁迫下关于植物抗盐抗旱的
研究很多 ,虽然植物的抗盐 、抗旱机理不同 ,在形态及
生理生化反应上 ,也各有差异 ,但植物在水分 、盐分胁
迫下许多形态及生理生化反应趋于相似.在形态上如
植株矮化 ,茎栓质化增强 ,在生理生化表现上如体内
呼吸和光合作用减弱 ,渗透调节能力增强.参与代谢
的很多酶(SOD , POD ,CAT)以及一些调节物质均有
不同量的明显变化 ,使植物体在形态上表现出相似的
生长状况.很多研究表明:植物分别在水分及盐分胁
迫下 ,体内代谢调节物如脯氨酸含量 、甜菜碱 、可溶性
糖 、抗坏血酸 、多元醇 、植物激素均明显变化 ,使植物
在逆境下增强渗透调节能力[ 5-8] .特别是脯氨酸 ,现
已证实植物在水分和盐分胁迫下其含量均明显增加 ,
并已将其作为重要的抗盐 、抗旱的生理指标之一.关
于脯氨酸增加对于植物抗逆机理 ,目前主要研究认
为:逆境条件下 ,游离脯氨酸大量积累 ,不仅起到渗透
调节作用 ,还因其水合能力增强而减少水分丢失.另
一方面 ,它还可以作为植物的氮源储藏 ,待植物解除
干旱后参与叶绿素等物质的合成 ,作为受旱期间植物
生成氨的解毒剂.脯氨酸常以游离状态广泛存在于植
物体内 ,当植物受到环境胁迫时 ,植物体内游离的脯
氨酸积累增加[ 9] .干旱胁迫下植物体内游离脯氨酸积
累主要表现为渗透调节的功能 ,渗透调节是植物适应
水分亏缺的主要生理机制之一[ 10] .虽然关于脯氨酸抗
逆的研究较多 ,但多集中于植物在单一的水分胁迫
或单一盐分胁迫下体内脯氨酸含量的变化 ,对在水分 、
收稿日期:2007-10-25
作者简介:刘根红(1973-), 男 ,宁夏隆德人 , 硕士 ,讲师 , 主要从事作物栽培与耕作学研究.
盐分复合胁迫下其在体内的变化几乎没有 ,因此 ,本
课题组选择宁夏主栽湖南稷子等 5种禾本科牧草 ,
在水分 、盐分复合胁迫下 ,系统研究了各品种从发芽
到收获各时期生长状况 、体内代谢及生长调节物质
的变化.以评价各品种的抗盐抗旱性 ,筛选更适于宁
夏生长的牧草品种 ,为其进一步高产栽培及抗逆育
种提供科学依据.本试验主要研究在水分 、盐分复合
胁迫下 5种主栽禾本科牧草体内脯氨酸含量的变
化 ,对其抗盐抗旱性进行初步评价.
1　供试材料与方法
1.1　供试材料
从宁夏主要栽培的禾本科牧草中选取有代表性的
5种:黑麦草(Lolium perenne)、湖南稷子(Echinochloa
f rumtacea)、苏丹草(Sorgum Sudanense stap f)、高丹草
(Gaodan grass)、燕麦(Avena stativa L.)为供试种.以
上种子由宁夏克劳沃公司提供.
1.2　试验设计与方法
本试验运用 2因素(NaCl 、水分)二次通用旋转
组合设计 ,采用盆栽试验 ,各因素上下限及零水平设
计见表 1.
表 1　水分 、NaCl 2因素水平编码
Tab.1　Level codes of two factors(water and salt)
xi j
编码
X 1 X 2
因素
土壤 NaCl质
量分数/ %
土壤含水量
/ %
+γ 　1.414 　1.414 1.00 80
+1 　1 　1 0.85 70
0 　0 　0 0.50 50
-1 -1 -1 0.15 30
-γ -1.414 -1.414 0.00 20
　　选用直径为 60 cm的花盆 ,将预先自然风干的土
壤按每盆 18 kg均匀装好 ,分别按表 1的盐分和水分质
量分数处理 ,每种如表 2共 13个处理 ,重复3次 ,并用
水势快速测定仪每天进行控制 ,自然光照在 18 ～ 25 ℃
的室温下培养.14 d待苗长到三叶一心时 ,选取生长一
致的幼苗 ,洗净根系上的泥土 ,吸干根系上的水分 ,选
取不同渗透胁迫强度中的幼苗 5棵 ,称取叶片 0.05 g ,
剪碎后 ,放人试管中 ,加 5 mL 3%磺基水杨酸溶液 ,于
沸水浴中浸提 l 0 min冷至室温 ,吸取提取液2mL于试
管中 ,再加入2 mL水 ,2 mL冰乙酸和 4 mL 2.5%酸性
茚三酮溶液(3∶2的冰乙酸和 6 mol/ L磷酸为溶剂进
行配制).置沸水浴中显色60min ,冷却后 ,加入4mL甲
苯 ,用旋涡振荡器(或手工)振荡 ,以萃取红色物质 ,静
置后 ,吸取甲苯于分光光度计 520 nm波长处比色 ,测
得OD值 ,即可得出各处理脯氨酸的含量[ 11] .
2　结果与分析
对宁夏 5种主栽禾本科牧草苗期脯氨酸含量测
定 ,各种脯氨酸含量(Y)的变化见表 2.
表 2　NaCl 、水分复合胁迫下 5 种禾本科牧草
脯氨酸含量苗期测定值
Tab.2　Determined value of five grass species proline content
during seedling stage under compound stress
of water and NaCl μg/ g
X 1 X 2
湖南
稷子 高丹草 燕麦 黑麦草 苏丹草
-1 -1 180 176 184 137 173
-1 　1 200 250 278 254 205
　1 -1 260 265 245 276 213
　1 　1 200 221 246 255 251
-1.414 　0 320 250 278 263 169
　1.414 　0 310 272 346 273 270
　0 -1.414 325 352 354 332 360
　0 　1.414 122 175 169 146 177
　0 　0 144 149 156 107 87
　0 　0 170 154 186 87 101
　0 　0 155 136 183 77 124
　0 　0 172 146 146 103 87
　0 　0 160 176 147 76 98
　　各种脯氨酸含量随 NaCl(X1)、水分(X2)变化数学
模拟 ,并经方程和 、回归显著性检验 ,得出各牧草中脯
氨酸含量与NaCl 、水分的变化规律模拟如下:
湖南稷子:Y =1.700 31-0.199 40X 1 -
0.401 00X 2 +0.580 21X 21 +
0.530 21X 22 ;
高丹草:Y =1.380 26+0.163 31X 1 -
0.371 21X 2 +0.609 02X 21 +
0.409 21X 22 ;
燕麦:Y =1.340 64+0.225 63X 1 -
0.343 215X 2 +0.823 56X21 +
0.421 36X22 ;
黑麦草:Y =1.323 56+0.245 6X1 -
0.270 07X 2 +0.622 156X 21 +
0.370 213X 22 ;
苏丹草:Y =0.902 13+0.254 21X 1 -
0.223 56X 2 +0.724 56X 21 +
0.533 45X 22 .
2.1　不同品种在 NaCl(X1)、水分(X2)胁迫下脯氨
酸含量(Y)变化的主效应分析
设计中各因素经无量纲线性编码处理 ,且各一
次项回归系数间与交互项 、平方项的回归系数都是
不相关的 ,因此可以由回归系数的绝对值的大小直
接来比较各因素对脯氨酸含量的影响.由以上各模
型可以看出 ,除湖南稷子(X 1)的系数表现为负外 ,
32 农 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　第 29卷　
其他各系数均表现为正 ,说明 NaCl胁迫除湖南稷
子对其体内脯氨酸含量表现为负效应外 ,其他种均
表现为正效应 ,并且由 X 1 系数绝对值大小排序 ,可
以看出 NaCl 对各种的影响大小顺序为:苏丹草>
黑麦草>燕麦>湖南稷子>高丹草.对于水分 ,各方
程中 X2 系数均表现为负 ,说明水分胁迫对各种的
脯氨酸含量均表现为负效应 ,且各种抗旱排序大小
由 X 2 系数绝对值大小排序为:湖南稷子 >高丹
草>燕麦>黑麦草>苏丹草.
2.2　不同品种在 NaCl(X1)、水分(X2)胁迫下脯氨
酸含量变化的单因素效应分析
将 NaCl 、水分 2 因素的其中 1 个因素固定于
0水平 ,就可以得到另 1 个因素对脯氨酸含量的影
响 ,现对其中 1个因素为 0水平 ,另外 1个因素分别
取值为-1.414 , -1 ,0 ,1 ,1.414 ,可得到这一因素对
脯氨酸含量的单因素效应(表 3).
表 3　NaCl浓度(X1)、水分含量(X2)2 因素对不同种脯氨酸含量(Y)的单因素效应
Tab.3　Single effect of NaCl and water on free proline content of each grass species μg/ g
序号 种 X -1.414 -1 -0.5 0 0.5 1 1.414
1
湖南稷子
Echinochloa f rumtacea
X1
X2
152
240
191
207
140
153
130
132
151
120
230
107
302
120
2
高丹草
Gaodan grass
X1
X2
132
230
106
240
140
120
150
130
150
132
210
140
281
170
3
燕麦
Avena stativa L.
X1
X2
161
242
170
191
205
126
140
152
170
123
222
154
271
163
4
黑麦草
Lolium perenne
X1
X2
213
232
144
154
197
121
192
133
112
142
198
122
266
132
5
苏丹草
Sorg um S udanense stap f
X1
X2
184
240
131
172
132
112
141
121
172
96
163
131
220
193
　　从表 3可以看出 , 对不同品种 NaCl(X1)和水分
(X2)2因素对脯氨酸含量(Y)的单因素效应变化趋势
基本一致 ,当NaCl(X1)取0水平时 ,水分对各品种的脯
氨酸含量影响为:随水分胁迫的增加 ,各品种体内脯氨
酸均有不同量的增加趋势;当水分因子(X2)取 0水平
时 ,NaCl(X1)对脯氨酸含量的变化规律为:随 NaCl胁
迫的增加 ,各品种体内脯氨酸含量有增大的趋势.
2.3　不同品种在 NaCl 、水分胁迫下脯氨酸含量(Y)
变化的交互效应分析
由 NaCl 、水分 2因素对脯氨酸影响数学模拟的
检验方程可以看出 , NaCl 、水分 2因素对 5种禾本
科牧草体内脯氨酸影响的交互效应均不显著 ,说明
NaCl 、水分 2因素对 5种禾本科牧草其体内脯氨酸
含量影响没有交互作用.
2.4　以脯氨酸为主要指标对 5种禾本科牧草抗盐 、
抗旱性的综合评价
因湖南稷子苗期在 NaCl 、水分胁迫下生长即脯
氨酸含量最高 ,选择其为母序列:X0(K)=[ X 0(1),
X0(2), X0(3), …, X0(n)] ,其余种为子序列:X i(K)=
[ X i(1), X i(2), X i(3), …, X i(4)] ,对 5种编号如下
①湖南稷子;②高丹草;③燕麦;④黑麦草;⑤苏丹草.
采用以下方法计算第 i种分别在 NaCl、水分胁迫下关
联系数ζi(k)与关联度
ζi(k)=
　　mini mink X0(k)-X i(k) +ρmini mink X0(k)-X i(k)
X0(k)-X i(k) +ρmin
i
min
k
X0(k)-X i(k) ,
式中 ρ=0.5 ,再求出 2个因素对各种脯氨酸含量影
响的等权关联度并排序为
rt = 1
n ∑
n
i =1
ζi(k).
　　对各种苗期的抗盐抗旱性进行综合评价.
2.4.1　当水分因素为 0水平时 ,计算各种抗盐性关
联系数　经数值标准化处理 ,计算各种与 CW301
盐分关联系数为:
G1(1 , 2)=0.357 8;　G1(1 , 3)=0.246 0;
G1(1 , 4)=0.267 9;　G1(1 , 5)=0.565 1.
　　各种耐盐能力排序为:湖南稷子>苏丹草>高
丹草>黑麦草>燕麦.
同样计算各种水分胁迫的关联系数:
G2(1 , 2)=0.304 4;　G2(1 , 3)=0.309 5;
G2(1 , 4)=0.274 0;　G2(1 , 5)=0.662 9.
　　各种耐旱能力排序为:湖南稷子>苏丹草>燕
麦>高丹草>黑麦.
计算等权关联度:
G =(G1 +G2)/2.
　　各种抗盐抗旱的等关联度为:
G(1 ,1)=0.331 1;　G(1 ,2)=0.222 3;
G(1 ,3)=0.274 6;　G(1 ,4)=0.271 0;
G(1 ,5)=0.614 0.
　　最后确定出 5种禾本科牧草的抗盐抗旱性排序
为:湖南稷子>苏丹草>高丹草>燕麦>黑麦.
33　第 1期　　刘根红等:NaCl 、水分复合胁迫下宁夏 5种禾本科牧草幼苗体内脯氨酸含量的变化
3　结论
3.1　不同品种在 NaCl 、水分胁迫下对脯氨酸含量
(Y)变化的效应分析
不同品种在 NaCl胁迫下对脯氨酸含量(Y)影
响的主效应除湖南稷子表现为负效应外 ,其他品种
均表现为正效应 ,并且 NaCl对各种禾本科牧草的
影响大小顺序为:苏丹草>黑麦草>燕麦>湖南稷
子>高丹草;水分胁迫对各种禾本科牧草的脯氨酸
含量均表现为负效应.各种抗旱排序大小排序为:湖
南稷子>高丹草>燕麦>黑麦草>苏丹草;N aCl
(X 1)和水分(X2)2 因素对不同品种脯氨酸含量
(Y)的单因素效应变化趋势基本一致 ,当 NaC l(X1)
取 0水平时 ,随水分胁迫的增加 ,体内脯氨酸均有不
同量的增加趋势;当水分因子(X 2)取 0水平时 ,随
NaCl胁迫的增加 ,各种体内脯氨酸均出现先减小 ,
后增大的趋势;NaCl 、水分 2 因素对 5 种禾本科牧
草体内脯氨酸交互作用不显著;以脯氨酸含量为指
标对 5种禾本科牧草抗盐 、抗旱性大小排序为:湖南
稷子>苏丹草>高丹草>燕麦>黑麦.
4　讨论
(1)本试验结果证明在水分 、盐分复合胁迫下 5
种禾本科牧草中体内脯氨酸含量均有不同含量增加
的势态 ,这一结论进一步证实了在逆境条件下植物
体内脯氨酸变化对其抗逆具有重要意义.
(2)脯氨酸是植物抗逆的主要生理特征指标之
一 ,但仅凭其对各种的抗盐抗旱性进行定论评价还
不够 ,还需要进一步对其他生理指标及田间生长状
况进行综合分析.
参考文献:
[ 1] 　曾华宗 ,罗利.植物抗旱 、耐盐基因概述[ J] .植物遗传
资源学报 , 2003 , 4(3):270-273.
[ 2] 　张伟 , 沈振荣.宁夏引黄灌区盐渍化发展变化趋势及治
理对策[ J] .甘肃农业科技 , 2005(11):40-45.
[ 3] 　汪一鸣.宁夏生态环境建设的基本思路及对策[ J] .宁
夏大学学报:自然科学版 , 1999 , 20(2):113-117.
[ 4] 　唐振华.对宁夏草业产业化的建议与思考[ J] .宁夏农
林科技 , 2001 , 22(3):34-39.
[ 5] 　倪秀珍 , 张强.抗盐植物研究进展[ J] .Special Wild
Economic Animal and P lant Reach , 2004(4):58-63.
[ 6] 　沈艳 , 谢应忠.牧草抗旱性和耐盐性研究进展[ J] .宁夏
农学院学报 , 2004 , 25(1):65-71.
[ 7] 　谢振宇 , 杨光穗.研究牧草耐盐性研究进展[ J] .草业科
学 , 2003 , 20(8):11-18.
[ 8] 　张楠楠 , 徐香玲.植物抗盐机理的研究[ J] .哈尔滨师范
大学学报:自然科学版 , 2005 , 21(1):65-69.
[ 9] 　辛国荣, 董美玲.水分胁迫下植物乙烯 、脯氨酸积累、气孔
反应的研究现状[ J] .草业科学 , 1997 ,14(2):62-66.
[ 10] 　韩瑞宏 ,毛凯 , 干友民 , 等.干旱对草坪草的影响[ J] .
草原与草坪 , 2003(5):8-11.
[ 11] 　李合生.植物生理生化实验原理和技术[ M] .北京:高
等教育出版社 , 2000.
Free proline content trends of five grass species during seedling stage
in Ningxia under NaCl and water stress
Liu Genhong , 　X ieY ingzhong , 　Lan J ian , 　Y ang Rui , 　ZhaoGongqiang
(School of Ag riculture , Ningx ia Unive rsity , Yinchuan 750021 , China)
Abstract:The experiment w as conducted to study the f ree proline content t rends during seedling stag e and
give tentative evaluation about their capability to resist w ater and NaC l st ress of five g rass species in
Ningxia w ith NaCl and w ater compound st re ss by using quadratic general ro tary unitized of design.The
results showed that primary ef fect of f ree proline content variation for all species display ed po sitive effect
e xcept fo r echinochloa f rum tacea w ith negative ef fect under NaCl st ress.Sing le effect displayed , for all
species , f ree pro line content increased w ith NaCl and drought st ress being serious.Interactive ef fect of
w ater and NaC l on free pro line variat ion for all species show ed no significance.The o rder o f five g rass
species about their inte ractive resistance to NaCl and w ater according to f ree pro line contain f rom high to
low as fo llow s:Echinochloa f rumtacea >Sorgum S udanense stap f >Gaodan grass >Avena stat iva l >
Lolium perenne.
Key words:NaCl;water;compound st ress;proline content
(责任编辑 、校对　郑国琴)
34 农 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　第 29卷