全 文 :中国农学通报 2010,26(24):173-178
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国农业科学院草原研究所)资助项目(2008-Z-1)。
第一作者简介:德英,女,1978年出生,内蒙人,助理研究员,研究生,硕士,研究方向为牧草种质资源。通信地址:010010内蒙古呼和浩特市乌兰察布
东街120号中国农业科学院草原研究所,Tel:0471-4933592,E-mail:dy20060701@163.com。
收稿日期:2010-05-27,修回日期:2010-07-30。
PEG6000渗透胁迫下应用电导法对
披碱草属种质幼苗抗旱性初步研究
德 英 1,2,赵来喜 1,2,穆怀彬 1,2
(1中国农业科学院草原研究所,呼和浩特 010010;
2农业部草原资源与生态重点开放试验室,呼和浩特 010010)
摘 要:为快速了解披碱草属种质幼苗的抗旱性,以便更科学地加以利用。采用 15%聚乙二醇
(PEG6000)作渗透介质,应用电导法对 59份 7种披碱草属(Elymus L.)种质幼苗进行了抗旱性初步研
究。结果表明,59份种质材料按照评价标准可分为4级,抗旱性可分为强、较强、中等、弱。抗旱性强的
种质 5份,占供试种质的 8.48%,包括PJ001、PJ003、PJ005、PJ006、PJ027;抗旱性较强的种质 16份,占供
试种质的 27.12%,包括 PJ002、PJ004、PJ007、PJ009、PJ010、PJ011、PJ012、PJ013、PJ014、PJ017、PJ018、
PJ021、PJ036、PJ042、PJ073、PJ093;抗旱性中等的种质 20份,占供试种质的 33.90%,包括PJ025、PJ029、
PJ033、PJ034、PJ035、PJ038、PJ039、PJ054、PJ066、PJ067、PJ068、PJ090、PJ097、PJ098、PJ099、PJ100、
PJ108、PJ109、PJ113、PJ114;抗旱性弱的种质 18份,占供试种质 30.50%,包括 PJ019、PJ022、PJ037、
PJ069、PJ070、PJ074、PJ075、PJ077、PJ078、PJ092、PJ101、PJ105、PJ107、PJ110、PJ111、PJ112、PJ115、
PJ116。59份材料,在P<0.05时,可分为23组显著差异性的组合;P<0.001时,可分为22组极显著差异性
的组合。该属植物长期适应原生境,不同种质抗旱性表现出差异。
关键词:PEG6000渗透胁迫;电导法;披碱草属种质;抗旱性
中图分类号:S8 文献标志码:A 论文编号:2010-1537
Conductance Method Determination to the Drought Resistance of
Elymus Species under PEG6000 Stress
De Ying1,2, Zhao Laixi1,2, Mu Huaibin1,2
(1Grassland Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hohhot 010010;
2Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology, Ministry of Agriculture; Hohhot 010010)
Abstract: In order to understand drought resistance of Elymus quickly, and can be used to more scientifically.
By 15% polyethylene glycol (PEG6000) for stress medium, artificial simulation drought condition, to evaluate
drought resistance of 59 germplasm materials which include 7 Elymus species. The results showed, 59
germplasm materials can be divided into four levels according to the evaluation standards, which were very
high, high, medium, low. Germplasm materials of very high drought resistance had five, for 8.48% of the whole
materials, including PJ001, PJ003, PJ005, PJ006, PJ027. High drought resistance had 16, for 27.12% which
were PJ002, PJ004, PJ007, PJ009, PJ010, PJ011, PJ012, PJ013, PJ014, PJ017, PJ018, PJ021, PJ036, PJ042,
PJ07, PJ093. Medium had 20, for 33.9% , which were PJ025, PJ029, PJ033, PJ034, PJ035, PJ038, PJ039,
PJ054, PJ066, PJ067, PJ068, PJ090, PJ097, PJ098, PJ099, PJ100, PJ108, PJ109, PJ113, PJ114. And low
drought resistance had 18, for 30.50%, which were PJ019, PJ022, PJ037, PJ069, PJ070, PJ074, PJ075, PJ077,
PJ078, PJ092, PJ101, PJ105, PJ107, PJ110, PJ111, PJ112, PJ115, PJ116. 59 germplasm materials, when P<
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0 引言
披碱草属(Elymus L.)是禾本科(Poaceae)小麦族
(Triticeae)中重要的多年生属,多数种类具有麦类作
物所缺乏的高产、优质、抗病、抗虫和抗逆等基因,这些
优良基因可以通过远缘杂交、染色体工程技术、基因工
程技术等现代遗传和生物技术的方法从野生种类中转
移到栽培小麦和大麦的遗传背景中去。因此,作为麦
类作物的野生近缘种遗传资源,披碱草属植物具有重
要的经济价值[1]。中国是世界上最干旱的国家之一,
干旱半干旱面积占国土面积的52.5%[2],在中国北方的
大部分小麦产区,干旱是限制产量的主要因素,小麦全
生育期都可能受到干旱胁迫[3]。近 20年来,全球干旱
半干旱地区农业发展受干旱胁迫的程度日趋严重,但
是世界小麦产量却以3.4%的平均速度增长着,很大程
度上与应用抗旱品种有直接联系[4]。干旱也是造成中
国草地牧草产量下降、畜牧业生产经济损失最主要的
自然灾害之一,严重地制约人工及半人工草地的建设
步伐[5]。进行抗旱性研究的指标很多,干旱会导致株
高降低、结实率下降、生育期缩短、产量下降等农艺性
状的改变,以及自由基的大量积累、细胞膜系统的破坏
和各种酶活性的变化,脯氨酸含量和叶绿素含量也会
随着干旱而出现变化[6],等等。但植物在干旱胁迫下
质膜透性的增加是干旱伤害的本质之一,在干旱胁迫
下,抗旱种质电解质外渗量少,膜透性增加小;质膜透
性变化实际上反映了植物的避旱和耐旱性,是一种较
综合而准确的抗旱鉴定指标 [7]。笔者采用 15%
PEG6000溶液渗透胁迫,应用电导法快速地了解披碱
草属种质幼苗的抗旱性,并进行抗旱性分级 [8],以期
通过对披碱草属牧草干旱胁迫的研究中选取抗旱性
好的种质栽培,也可以从抗旱植株中获得抗旱基因,
并将抗旱基因转入到其他经济物种,从而获得抗旱性
能。
1 材料与方法
1.1 材料
试验材料为 59份中国野生披碱草属种质,其中
21份老芒麦(Elymus sibiricus L.);9份垂穗披碱草(E.
nutans Griseb.);6 份 圆 柱 披 碱 草(E. cylindricus
(Franch.) Honda);4份麦薲草(E. tangutorum(Nevski)
Hand.-Mazz.);8份肥披碱草(E. excelsus Turcz.);5份
披碱草(Elymus dahuricusTurcz.);6份毛披碱草(E.
villifer C.P. Wang et H.L. Yang)。详见表1。
0.05, they can be divided into 23 groups significantly different combinations; P<0.001, may be divided into 22
groups significantly difference. The long-term adaptation of the original species habitat, drought resistance of
different germplasm showed differences.
Key words: PEG6000 stress; conductance method; Elymus species; drought resistance
老芒麦
E.sibiricus
垂穗披碱草
E.nutans
PJ001
PJ002
PJ003
PJ004
PJ005
PJ006
PJ007
PJ009
PJ010
PJ011
PJ012
PJ033
PJ034
PJ035
PJ036
PJ037
阿坝州松潘县黄龙
甘孜州色达县旭日乡
甘孜州雅江县
西藏丁青县
甘肃夏河
黑龙江省孙吴县辰清乡
吉林省敦化
吉林省延边朝鲜自治州
内蒙古乌兰察布市凉城县龙泉山庄
呼市和林县摩天岭
呼和浩特市苁蓉山庄
甘南藏族自治州合作市
甘南藏族自治州合作市
甘南藏族自治州夏河县
甘南藏族自治州夏河县
甘南藏族自治州碌曲县
PJ013
PJ014
PJ017
PJ018
PJ019
PJ021
PJ022
PJ025
PJ027
PJ029
PJ038
PJ039
PJ042
PJ054
青海省海晏金滩乡
青海海晏县东大滩水库
新疆布尔津西3 km
新疆巩留
新疆尼勒克唐布拉
新疆新源
新疆乔尔玛兵站
陕西
山西右玉
满洲里
甘南藏族自治州碌曲县
甘南藏族自治州迭部县
吉林省延边朝鲜自治州
呼盟阿尔山
种名 单位编号 来源 单位编号 来源
表1 供试材料名录
·· 174
德 英等:PEG6000渗透胁迫下应用电导法对披碱草属种质幼苗抗旱性初步研究
1.2 方法
1.2.1 育苗与取样 2009年 7月,选用大田的土壤,过
筛,去掉石块、杂质,土:腐熟羊粪的比例是5:1,用育苗
盘装土,均匀的将披碱草属种子撒在盘中,再轻轻的用
土覆盖,然后用喷头浇透,置于温室中。出苗后待生长
到 3~4片真叶时进行干旱处理,设干旱处理(根部用
15%的 PEG6000处理 24 h)与对照(正常浇水)2组,3
次重复。试验在内蒙古师范大学生命科学与技术学院
生理试验室完成。
1.2.2 测定方法及评价方法 电导法[8]采用苗期人工干
旱胁迫下的膜伤害率进行评价。
相对电导率计算公式如下:L= E1
E2
式中:L:相对电导率;E1:电导率初值;E2:电导率
终值。
伤害率计算公式如下:
RH=Lt - Lck
1 - Lck
×100%
式中:RH:伤害率,%;Lt:处理相对电导率;Lck:
对照相对电导率。
根据各种质平均伤害率的大小,将抗旱性分为 5
级:强(伤害率<20%);较强(伤害率20%~40%);中等
(伤害率 41%~60%);弱(伤害率 61%~80%);最弱(伤
害率>80%)。
1.3 数据分析
试验数据处理采用Excel 2003和 SPSS 13.0统计
分析,进行在相同 PEG6000浓度下不同种质材料间
Duncan方法0.05和0.001显著水平上的多重比较。
2 结果与分析
水分胁迫下披碱草属各个种质的细胞内水分含量
下降,细胞膜受到伤害,透性增加,渗透调节物质增加,
但不同种质对干旱的抵御能力存在差异。在 15%
PEG6000渗透胁迫下,披碱草属牧草幼苗的细胞膜透
性有不同程度的提高,细胞膜受到不同程度的伤害,变
化的幅度因种质材料的不同而不同,同种及不同种材
料来源不同,伤害率差异明显,详见表 2。59份材料,
在P<0.05时,可分为23组(字母 a~w表示)显著差异性
的组合;P<0.001时,可分为22组(字母A~V表示)极显
著差异性的组合。按照评价方法进行评价,可分为 4
级,结果如表3。
59份披碱草属种质幼苗的抗旱性按照评价方法[9]
可分为4级,包括抗旱性强、较强、中等、弱。
抗旱性强的种质共 5份,占供试种质总数的
8.48%,包括PJ001、PJ003、PJ005、PJ006、PJ027,全部为
老芒麦,占供试老芒麦种质的23.8%。
抗旱性较强的种质共 16份,占供试种质总数的
27.12%,包括老芒麦 PJ002、PJ004、PJ007、PJ009、
PJ010、PJ011、PJ012、PJ013、PJ014、PJ017、PJ018、
PJ021,占供试老芒麦的 57.2%;垂穗披碱草 PJ036、
PJ042,占供试垂穗披碱草种质的 22.2%;圆柱披碱草
PJ073,占圆柱披碱草种质的 16.7%;肥披碱草 PJ093,
占肥披碱草种质的12.5%;
抗旱性中等的种质共 20份,占供试种质总数的
圆柱披碱草
E.cylindricus
麦薲草
E.tangutorum
肥披碱草
E. excelsus
披碱草
E.dahuricus
毛披碱草
E. villifer
PJ066
PJ067
PJ068
PJ074
PJ075
PJ090
PJ092
PJ093
PJ097
PJ105
PJ107
PJ108
PJ111
PJ112
PJ113
新疆天山中部巩乃斯
甘肃夏河
新疆霍城果子沟
黑龙江省绥化市青冈县
黑龙江省兰西县
黑龙江省绥化市明水县双河村
黑龙江省五大连池双泉乡
黑龙江省黑河市发展村
锡盟
伊犁
山西
新疆
小井沟
小井沟
内蒙古乌兰察布市凉城县龙泉山庄
PJ069
PJ070
PJ073
PJ077
PJ078
PJ098
PJ099
PJ100
PJ101
PJ109
PJ110
PJ114
PJ115
PJ116
四川炉霍
河北
乌兰查布市凉城县龙泉山庄
青海海晏县金滩乡
青海省海晏东大滩
新疆
大青山
阿尔山明水林场
内蒙古乌拉盖开发区乌拉盖牧场
青海
海拉尔
苁蓉山庄里面门口
苁蓉山庄里面门口
呼市北郊大青山
种名 单位编号 来源 单位编号 来源
续表1
·· 175
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33.90%,包括老芒麦 PJ022、PJ025,占老芒麦种质的
9.5%;垂穗披碱草 PJ033、PJ034、PJ035、PJ038、PJ039、
PJ054,占垂穗披碱草种质的 66.7%;圆柱披碱草
PJ066、PJ067、PJ068,占圆柱披碱草种质的 50%;肥披
碱草PJ090、PJ097、PJ098、PJ099、PJ100,占肥披碱草种
质的 62.5%;披碱草 PJ108、PJ109,占披碱草种质的
40%;毛披碱草 PJ113、PJ114,占毛披碱草种质的
33.3%。
抗旱性弱的种质共 18份,占供试种质总数的
30.50%,包括老芒麦 PJ019、PJ022,占老芒麦种质的
9.5%;垂穗披碱草PJ037,占垂穗披碱草种质的11.1%;
圆柱披碱草 PJ069、PJ070,占圆柱披碱草种质的
33.3%;麦薲草PJ074、PJ075、PJ077、PJ078,占麦薲草种
质的100%;肥披碱草PJ092、PJ101,占肥披碱草种质的
25%;披碱草 PJ105、PJ107、PJ110,占披碱草种质的
60%;毛披碱草 PJ111、PJ112、PJ115、PJ116,占毛披碱
单位编号
PJ001
PJ002
PJ003
PJ004
PJ005
PJ006
PJ007
PJ009
PJ010
PJ011
PJ012
PJ033
PJ034
PJ035
PJ036
PJ037
PJ066
PJ067
PJ068
PJ074
PJ075
PJ090
PJ092
PJ093
PJ097
PJ105
PJ107
PJ108
PJ111
PJ112
PJ113
伤害率/%
7.43375
29.76325
4.19375
20.463
6.7505
11.53575
31.0445
37.3415
32.861
24.1805
33.22425
50.01875
45.92725
43.133
32.8735
60.33475
45.647
57.58325
56.392
67.62625
73.41403
47.87075
64.5165
29.15425
51.5155
66.3635
65.97925
52.08375
60.285
67.5455
59.81375
显著水平
P<0.05
a
bcde
a
ab
a
a
bcdef
efghij
cdefg
bcd
cdefgh
klmnopq
jklmn
ghijklm
cdefg
pqrstuv
ijklmn
opqrstu
nopqrstu
uvw
w
jklmno
tuvw
bcde
lmnopqr
uvw
uvw
lmnopqrs
pqrstuv
uvw
pqrstuv
P<0.001
A
BCDEFG
A
ABC
A
A
BCDEFGHI
BCDEFGHIJKL
BCDEFGHI
ABCDE
BCDEFGHIJK
IJKLMNOPQRST
FGHIJKLMNOPQR
FGHIJKLMNOP
BCDEFGHIJ
OPQRSTUV
FGHIJKLMNOPQR
MNOPQRSTUV
MNOPQRSTUV
TUV
V
HIJKLMNOPQRS
RSTUV
ABCDEFG
KLMNOPQRSTU
STUV
STUV
KLMNOPQRSTU
OPQRSTUV
TUV
OPQRSTUV
单位编号
PJ013
PJ014
PJ017
PJ018
PJ019
PJ021
PJ022
PJ025
PJ027
PJ029
PJ038
PJ039
PJ042
PJ054
PJ069
PJ070
PJ073
PJ077
PJ078
PJ098
PJ099
PJ100
PJ101
PJ109
PJ110
PJ114
PJ115
PJ116
伤害率/%
30.91375
34.4985
23.3285
32.0545
70.56775
28.2125
62.46425
59.60175
19.6615
49.16925
41.9685
40.73425
21.87825
53.9495
61.6165
65.80625
39.014
70.30975
63.2045
51.154
56.44075
44.002
66.2693
57.89
67.584
47.50575
65.15275
66.105
显著水平
P<0.05
bcdef
defghi
bcd
cdefg
vw
bcde
rstuvw
pqrstuv
ab
klmnop
fghijkl
fghijkl
abc
mnopqrst
qrstuvw
uvw
efghijk
vw
stuvw
lmnopqr
nopqrstu
hijklm
uvw
opqrstu
uvw
jklmno
tuvw
uvw
P<0.001
BCDEFGH
BCDEFGHIJK
ABCDE
BCDEFGHI
UV
ABCDEF
QRSTUV
NOPQRSTUV
AB
HIJKLMNOPQRST
EFGHIJKLMNO
DEFGHIJKLMN
ABCD
LMNOPQRSTU
OQRSTUV
STUV
CDEFGHIJKLM
UV
RSTUV
JKLMNOPQRSTU
MNOPQRSTUV
FGHIJKLMNOPQ
STUV
MNOPQRSTUV
TUV
GHIJKLMNOPQRS
STUV
STUV
表2 渗透胁迫对披碱草属种质幼苗的伤害率
注:同列不同小写字母表示在5%水平差异显著,不同大写字母表示在0.1%水平差异显著。
·· 176
德 英等:PEG6000渗透胁迫下应用电导法对披碱草属种质幼苗抗旱性初步研究
草种质的66.7%。
3 结论
(1)59份披碱草属种质材料的抗旱性划分为 4个
级别:抗旱性强的种质材料,包括PJ001、PJ003、PJ005、
PJ006、PJ027;抗旱性较强的种质材料,包括 PJ002、
PJ004、PJ007、PJ009、PJ010、PJ011、PJ012、PJ013、
PJ014、PJ017、PJ018、PJ021、PJ036、PJ042、PJ073、
PJ093;抗旱性中等的种质材料,包括 PJ025、PJ029、
PJ033、PJ034、PJ035、PJ038、PJ039、PJ054、PJ066、
PJ067、PJ068、PJ090、PJ097、PJ098、PJ099、PJ100、
PJ108、PJ109、PJ113、PJ114;抗旱性弱的种质材料,包
括 PJ019、PJ022、PJ037、PJ069、PJ070、PJ074、PJ075、
PJ077、PJ078、PJ092、PJ101、PJ105、PJ107、PJ110、
PJ111、PJ112、PJ115、PJ116。
(2)电导法测定外渗液电导率的变化,可反映出细
胞膜受伤害的程度,在植物组织受到干旱胁迫时,细胞
膜的结构和功能首先受到伤害,膜透性变化明显地出
现在外部形态变化之前,具有相当程度的灵敏度和精
确性,操作方便,结合该试验中的评价方法,对牧草抗
旱性进行分级,为快速筛选抗旱性种质提供了有效手
段。
中国地域辽阔,气候复杂多样,披碱草属植物种类
多,分布广泛。植物长期生长在某种环境下,受到环境
的影响,表现出相应的生理代谢变化,由于长期适应原
生境,同种不同种质表现出差异。
4 讨论
20世纪60年代开始,中国河北坝上地区的原察北
牧场首先将披碱草引入栽培,而后在内蒙古锡林郭勒
盟试种并推广。目前,披碱草属牧草在中国已经广泛
种植,在畜牧业发展和生态环境建设中发挥了巨大作
用 [9]。肥披碱草(E. excelsus)、披碱草(E. dahuricus)、
老芒麦(E. sibiricus)已在东北、华北、西北等地驯化栽
培,并成为这些地区建立人工草地的主要牧草。苗期
生长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,且对后期产量、越冬等都有一定的影
响 [10-11]。因此,开展披碱草属牧草幼苗抗旱性研究对
筛选、挖掘、保护和利用中国野生资源具有重要意义。
Kaufmann和Eckard对PEG反复研究后得出的结
论是,PEG6000诱导水分逆境所得的效果与将土壤逐
步干旱是一样的,PEG6000用于模拟土壤干旱来研究
植物对水分亏缺的反应是一种较为理想的渗透调节
剂[12]。而研究也表明,利用PEG6000模拟干旱进行渗
透胁迫研究的聚乙二醇浓度使用不一致,随着
PEG6000渗透浓度的增加,对植物的伤害也增加,笔
者通过综合考虑采用 15%作为渗透浓度[6,13]。研究发
现,植物组织受逆境伤害时,细胞膜的结构和功能首先
受到伤害[7]。细胞膜是植物对逆境反应敏感的部位,
干旱胁迫时膜系统容易受到伤害[14],膜透性的大小可
以反映质膜受伤害的程度,数值越大质膜受伤害程度
越大[15-16]。大量研究表明,抗旱性越强的植物细胞膜受
伤害程度越小[17-18]。笔者所选用电导法进行膜透性伤
害率的研究,该方法简便、重复性好。笔者参考了由中
国农业科学院草原研究所主持主编的《多年生禾草种
质资源描述规范和数据标准》中抗旱性的评价方法,进
行了59份披碱草属种质的抗旱性分级。
参考文献
[1] 严学兵,周禾,王堃,等.我国9种披碱草属植物的系统学关系[J].草
业学报,2009,18(3):74-85.
[2] 胡跃高,韩建国,曾昭海.当前我国苜蓿产业形势与建设任务[J].北
表3 披碱草属种质抗旱性统计
种质名称
老芒麦
垂穗披碱草
圆柱披碱草
麦薲草
肥披碱草
披碱草
毛披碱草
占供试种质比例/%
强
PJ001、PJ003、
PJ005、PJ006、PJ027
—
—
—
—
—
—
8.48
较强
PJ002、PJ004、PJ007、PJ009、PJ010、PJ011、
PJ012、PJ013、PJ014、PJ017、PJ018、PJ021
PJ036、PJ042
PJ073
—
PJ093
—
—
27.12
中等
PJ025、PJ029
PJ033、PJ034、PJ035、
PJ038、PJ039、PJ054
PJ066、PJ067、PJ068
—
PJ090、PJ097、PJ098、
PJ099、PJ100
PJ108、PJ109
PJ113、PJ114
33.90
弱
PJ019、PJ022、
PJ037、
PJ069、PJ070
PJ074、PJ075、PJ077、PJ078
PJ092、PJ101
PJ105、PJ107、PJ110
PJ111、PJ112、PJ115、PJ116
30.50
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