臂形草属种质苗期抗旱性鉴定研究

2014-04-29严琳玲白昌军

热带作物学报 2014年4期

严琳玲白昌军

摘要通过盆栽试验对臂形草属种质苗期进行干旱胁迫，分析测定胁迫不同时期叶片的相对电导率、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、叶绿素SPAD值及叶片相对含水量。结果表明，在胁迫15 d时，各指标均存在差异。对这5项指标进行类平均法聚类分析，臂形草属种质可划分为2个抗旱级别，即强抗旱和弱抗旱种质，其中强抗旱臂形草种质包括CIAT26556珊状臂形草、网脉臂形草、热研6号珊状臂形草、CIAT6095刚果臂形草、CIAT16835珊状臂形草。强抗旱和弱抗旱臂形草种质在连续干旱胁迫时，相对电导率、游离脯氨酸含量、丙二醛含量均呈现上升的趋势，而叶绿素SPAD值及叶片相对含水量则呈现下降的趋势。而复水后，强抗旱和弱抗旱臂形草种质均有不同程度的恢复。

关键词臂形草；苗期；抗旱性；鉴定

中图分类号 S54 文献标识码 A

Identification of the Drought Resistance

of Brachiaria Germplasm

YAN Linling， BAI Changjun*

Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm

Enhancement in Southern China， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract The identification of the drought resistance of Brachiaria germplasm at the seeding stage by adopting pot test under the continue drought stress was studied. The membrane permeability， free proline contents， malondialdehyde， chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were measured. The results showed that all these 5 indicators varied to some extent respectively. These indcators could be categorized into 2 groups by average clustering analysis， strong drought resistance and weak drought resistance. B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT26556， B. dictyoneura（Fig. & De Not.）Stapf CIAT1366， B. brizantha cv. Reyan No.6， B. ruziziensis Germain & Evrard CIAT6095， B. brizantha（Hochst. ex A. Rich）Stapf CIAT16835 were in the strong drought resistance group. Under the contnuing drought stress， the membrane permeability， free proline contents， and malondialdehyde of strong and weak drought resistance Brachiaria germplasm tended to rise； while the chlorophyll SPAD and relative water contents of leaves were on the fall. However， after rehydration， these indicators in Brachiaria germplasm of both strong and weak drought resistance were all recovered at different leves.

Key words Brachiaria； Seedling stage； Drought resistance； Identification

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.04.009

臂形草（Brachiaria Griseb.），为禾本科C4型高光效的一年或多年生草本植物，是热带及亚热带地区种植的主要禾本科牧草，具有分蘖能力强、产量高、营养价值丰富、适口性好、容易调制和保存、耐践踏和再生能力强，以及耐放牧、耐火烧、抗性强等特点，适于建植高产、优质、持久的放牧型人工草地。臂形草还能保持水土和防风固沙，是世界热带、亚热带地区优良的放牧兼水土保持型牧草。唐军等[1-2]的研究指出，臂形草粗蛋白含量最高可达12.25%，年产草量可达41 120 kg/hm2，对于缓解过度放牧的压力具有重要意义。奎嘉祥等[3]的研究结果表明，臂形草混播在保持草场，提高牧草产量，抑制其他草种入侵方面也具有重要作用。

当前，伴随全球变暖，全球干旱也日益严重，人类所面临的粮食危机也日益严峻。在我国，仅2000～2003年4年干旱平均成灾面积达1 960万hm2，形势十分严峻[4]。干旱已成为影响世界农业生产的主要自然灾害[5]，因此，加快选育具有高抗旱能力的作物品种，不仅能够有效防止恶劣气候对作物的伤害，还能最大限度防止作物减产，对于维持粮食安全具有重要意义。

目前，对臂形草抗性研究主要集中在耐盐性[6-7]及抗病性[8]等方面。关于抗旱性研究还未见报道，而臂形草作为重要的热带亚热带牧草，具有较强的抗旱能力，研究其抗旱性生理及抗旱机理，可为选育优良牧草品种等提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

所有种质材料来自中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所牧草中心（TPRC）种质圃，有国外引进种质及TPRC育成品种，共20份种质（表1）。

1.2 方法

1.2.2 测定方法相对含水量（RWC）的测定采用饱和称重法[9]；相对电导率（REC）的测定采用电导仪法[9]；游离脯氨酸（Pro）含量的测定采用酸性茚三酮法[9]；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法[9]；叶绿素含量（Chl）的测定采用丙酮提取法[9]；土壤含水率测定方法采用TR-TRHDP-1型温湿度传感器，直接测定不同阶段土壤中的水分含量。

1.2.3 数据处理数据统计分析和作图由SAS 9.0和Excel软件系统完成。

2 结果与分析

2.1 不同臂形草属种质的抗旱性评价

通过对20份臂形草属种质材料干旱胁迫15 d时苗期叶片RWC、REC、MDA、Pro、叶绿素SPAD值等各项生理和生长指标的测定分析，从表2可见，20份臂形草属种质材料抗旱性存在差异。在干旱胁迫15 d时，20份臂形草属种质间的相对含水量存在极显著差异，其中CIAT16835珊状臂形草、CIAT26556珊状臂形草、CIAT6095刚果臂形草、网脉臂形草、热研6号珊状臂形草的相对含水量极显著高于其他15份种质，相对含水量最高的是CIAT16835珊状臂形草，达78.26%，最低的是Abundance珊状臂形草，仅22.79%；CIAT6095刚果臂形草的相对电导率极显著高于其他19份种质，为77.60%；CIAT26556珊状臂形草、网脉臂形草的丙二醛含量极显著高于Molato杂交臂形草、Abundance珊状臂形草、巴拉草、Humidicola湿生臂形草、Thailand刚果臂形草、CIAT1633湿生臂形草；CIAT26556珊状臂形草、热研6号珊状臂形草、网脉臂形草、CIAT16835珊状臂形草、CIAT6095刚果臂形草的脯氨酸含量极显著高于其他15份种质；CIAT16835珊状臂形草的SPAD值极显著高于其他19份种质。

通过上述指标进行类平均法聚类分析，R2统计量（RSQ）=0.571时，可将20份臂形草种质材料的抗旱性划分为2个抗旱级别，即强抗旱（higher drought resistance，简称HDR）种质包括CIAT26556珊状臂形草、网脉臂形草、热研6号珊状臂形草、CIAT6095刚果臂形草、CIAT16835珊状臂形草；弱抗旱（weaker drought resistance，简称WDR）种质包括Basilisk俯仰臂形草、热研3号俯仰臂形草、Signal俯仰臂形草、CIAT6780珊状臂形草、CIAT16318珊状臂形草、FSP1珊状臂形草、Humidicola湿生臂形草、Mekong珊状臂形草、Molato2杂交臂形草、Molato杂交臂形草、Thailand刚果臂形草、巴拉草、CIAT360601泰国杂交旗草、Abundance珊状臂形草、CIAT1633湿生臂形草（图1）。

2.2 不同抗旱级别臂形草属种质生理指标变化分析

2.2.1 相对电导率（REC）的变化从图2可见，在干旱胁迫0～15 d时，随着胁迫时间的延长，臂形草属种质的REC均呈增加趋势。其中，在干旱胁迫0～10 d时，2个抗旱级别种质的REC增加幅度均不大，呈缓慢增加趋势；在干旱胁迫10～15 d时，强抗旱种质的REC由17.97%猛增到51.97%，增加较快，而弱抗旱种质的REC依然呈缓慢增加趋势，变化幅度不大。复水后2个抗旱级别种质的REC均下降，恢复到8.43%、13.99%，相当于干旱胁迫0 d时的水平（差异不显著）。

2.2.2 游离脯氨酸（Pro）含量的变化干旱胁迫第0～5天时，强抗旱和弱抗旱臂形草属种质叶片的Pro含量虽有增加但增加幅度小，且差异不显著（p>0.05），强抗旱种质由0 d时的15.56 μg/g增加到5 d时的25.91 μg/g；弱抗旱种质由0 d时的13.07 μg/g增加到5 d时的24.94 μg/g（图3）。但胁迫第5～15天时，Pro含量显著增加，且差异极显著，强抗旱种质叶片Pro含量第10天时达758.74 μg/g，第15天时达到峰值2 177.21 μg/g；弱抗旱种质叶片Pro含量第10天时达485.81 μg/g，第15天时达到峰值1 004.07 μg/g。两者的Pro含量在复水后皆基本恢复到第5天时的水平（图3）。

2.2.3 丙二醛（MDA）含量的变化从图4可见，MDA含量随干旱胁迫进程的延长而呈上升趋势。其中强抗旱种质的MDA含量在连续干旱5 d时虽有不同程度的增加，但增幅不明显；但在胁迫5～15 d时，MDA含量增加明显，在第10、15天时，MDA含量由胁迫前的12.90 μmol/g分别增至19.71、32.24 μmol/g，增加了52.79%和63.58%。而弱抗旱种质的MDA含量在连续干旱10 d时的增幅均不明显；但在胁迫10 d后时， MDA含量增速加快，在第15天时，由胁迫前的18.75 μmol/g增至56.87 μmol/g，增加了203.31%。复水后2个抗旱级别种质叶片的MDA含量均基本于恢复到0 d时的水平，没有显著差异（p>0.05）。

2.2.4 叶绿素SPAD值的变化从图5可见，在连续干旱胁迫的15 d时间里，2个抗旱级别种质叶片的叶绿素SPAD值均呈下降趋势。在持续胁迫到第10天时，强抗旱和弱抗旱种质的叶绿素SPAD值比0 d时分别下降了100.76%、90.67%，胁迫到第15天时分别下降了153.35%、151.95%。复水5 d后干旱胁迫解除，2个抗旱级别种质的叶绿素SPAD值均得以恢复，叶绿素SPAD值在40左右。

2.2.5 叶片相对含水量（RWC）的变化从图6可见，RWC随干旱胁迫时间的延长而逐渐下降。干旱胁迫0～10 d时，2个抗旱级别的RWC随着胁迫时间的延长呈下降趋势，但同一胁迫时间内的RWC间差异不显著（p>0.05）。当干旱胁迫持续到第15天时，强抗旱种质与弱抗旱种质的RWC存在显著差异（p<0.05），强抗旱种质的RWC由胁迫10 d时的76.97%下降到70.84%，而弱抗旱种质的RWC由68.21%下降到30.45%，说明强抗旱种质RWC的下降速度较弱抗旱种质的相对要缓慢，更能忍耐干旱的胁迫。

2.2.6 干旱胁迫过程中土壤含水量的变化随着干旱时间的延长，臂形草不断吸收盆内的水分，导致土壤含水量不断下降（图7），且同一时期各品种间土壤含水量的变化不显著（p>0.5）。在0～15 d内，均有不同程度的降低，降低幅度最大的为第5～10天，在第5天时，土壤中的平均含水量为11.3%，而到第10天时，土壤中的含水量降低至3.3%，比第5天时降低了70.8%，差异显著（p<0.5），至第15天时水分含量降低到了1.6%。

3 讨论与结论

3.1 讨论

目前，在牧草中较普遍的育种方式还是常规育种，即收集资源后发掘有某种特性的优良材料进而选育出新的品系或品种。臂形草种质主要以国外引进为主，共20份，希望从中筛选出抗旱性强的材料，由于抗旱性受影响的因素有很多，因此在进行抗旱性鉴定时，不仅要从植株的外观形态进行评价，也要通过生理、生化等多个方面进行评价，这样才会使鉴定结果更加全面、准确。

众多学者认为丙二醛含量和电导率可以作为作物抗旱性评价的重要生理指标[10-13]。本试验对干旱胁迫下的臂形草种质的丙二醛和电导率进行测定，结果发现随着干旱胁迫的加强，臂形草的丙二醛含量和相对电导率均呈增加趋势，这与杨顺强等[14]与梁国玲等[15]的研究结果一致。赵洪兵等[16]在玉米抗旱性方面的研究结果表明，在干旱胁迫条件下，脯氨酸的含量都会发生积累，且脯氨酸的积累程度与品种的抗旱能力的强弱成正相关。本试验中，强抗旱与弱抗旱种质相比，在0～15 d内，强抗旱种质的脯氨酸含量均高于同一时期的弱抗旱种质，说明在一定程度上，强抗旱种质臂形草累积的脯氨酸含量多，因此抗旱能力强。这与李波等[17]在苜蓿上的研究结果是一致的。

水分胁迫使植株体内水分亏缺达一定程度时，会造成叶绿体的变形和片层结构的破环，叶绿素含量也会发生变化。由于牧草对水分的敏感度很高，所以受干旱影响小的品系可以保持较高的叶绿素含量，从而保证光合速率和光合产物的积累，最终保证产量。因此，叶绿素含量与牧草的抗旱性也有直接关系，且呈正相关[18]。本试验结果表明，干旱胁迫下，强抗旱种质臂形草的叶绿素含量较高，反之亦然。

何玮等[19]对红三叶进行抗旱性鉴定发现，红三叶各材料叶片的相对含水量下降、细胞膜透性增大、MDA含量上升、脯氨酸含量增加而SOD活性下降，在本试验中，各臂形草叶片的相对含水量随胁迫时间的延长不断下降，表明随着干旱胁迫时间的延长，叶片失水速度快，保水能力较差，抗旱性相对较差。这与孟林等[20]对苜蓿的研究结果一致。

3.2 结论

本试验通过对20份臂形草种质进行干旱胁迫测定，试验结果表明：随着干旱胁迫时间的延长，20份臂形草属种质的RWC、REC、MDA、Pro、叶绿素SPAD值均产生不同程度的变化，且种质间差异极显著。通过上述指标进行类平均法聚类分析，R2=0.571时，可将20份臂形草种质材料的抗旱性划分为强抗旱种质和弱抗旱种质2个抗旱级别。其中，强抗旱种质包括：CIAT26556珊状臂形草、网脉臂形草、热研6号珊状臂形草、CIAT6095刚果臂形草、CIAT16835珊状臂形草。强抗旱和弱抗旱臂形草种质的细胞相对电导率、丙二醛及脯氨酸含量随着干旱时间的延长而增加，但增加的程度不同，但三者与干旱胁迫时间均呈正相关；叶绿素SPAD值及叶片相对含水量则随着干旱时间的延长而不断降低，二者与干旱胁迫时间呈负相关。

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