１１０６Ｇ１１１５５/２０１８
草㊀业㊀科㊀学
P R A T A C U L T U R A LS C I E N C E
第３５卷第５期
V o l．３５,N o．５
D O I:１０．１１８２９/j．i s s n．１００１Ｇ０６２９．２０１７Ｇ０５０３
刘金龙，王莹，许爱云，陶利波，于双，许冬梅．干旱胁迫下５种禾本科牧草幼苗期的生理特性．草业科学,２０１８,３５(５):１１０６Ｇ１１１５．L i u JL,W a n g Y,X uA Y,T a oLB,Y uS,X uD M．S t u d y o n p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f f i v e g r a m i n e o u s g r a s ss e e d l i n g su n d e r d r o u g h t s t r e s s．P r a t a c u l t u r a l S c i e n c e,２０１８,３５(５):１１０６Ｇ１１１５．
干旱胁迫下５种禾本科牧草
幼苗期的生理特性
刘金龙１，王莹１，许爱云１，陶利波１，于双１，许冬梅１,２
(１．宁夏大学农学院，宁夏银川７５００２１;
２．宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏银川７５００２１)
摘要：采用盆栽控水法研究了干旱胁迫对蒙古冰草(A g r o p y r o nm o n g o l i c u m)㊁蒙农冰草(A．c r i s t a t u mˑA．d e s e rＧ
t o r u m)㊁沙生冰草(A．d e s e r t o r u m)㊁新麦草(P s a t h y r o s t a c h y s j u n c e a)和无芒雀麦(B r o m u s i n e r m i s)苗期叶片水分状况㊁
细胞膜透性㊁叶绿素㊁游离脯氨酸㊁超氧化物歧化酶㊁过氧化物酶㊁过氧化氢酶和丙二醛等生理生化指标的影响，并借助
隶属函数法综合评价了５种牧草幼苗期的抗旱性.结果表明，持续干旱胁迫下,５种禾本科牧草幼苗的相对含水量逐
渐下降，水分饱和亏缺㊁细胞膜透性逐渐上升；脯氨酸㊁叶绿素含量及３种抗氧化酶活性均呈先上升后下降的趋势；丙二
醛含量呈上升－下降－上升的趋势.５种禾本科牧草抗旱性隶属函数均值介于０．３５１０~０．６８８１，抗旱性由强到弱的顺
序为沙生冰草㊁新麦草㊁蒙农冰草㊁蒙古冰草和无芒雀麦.
关键词：禾本科牧草；幼苗期；干旱胁迫；抗旱性
中图分类号:S５４３＋．９０１;Q９４５．７８㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１００１Ｇ０６２９(２０１８)０５Ｇ１１０６Ｇ１０∗
S t u d y o n p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f f i v e g r a m i n e o u s
g r a s s s e e d l i n g s u n d e r d r o u g h t s t r e s s
L i u J i nＧl o n g１,W a n g Y i n g１,X uA iＧy u n１,T a oL iＧb o１,
Y uS h u a n g１,X uD o n gＧm e i１,２
(１．C o l l e g e o fA g r i c u l t u r e,N i n g x i aU n i v e r s i t y,Y i n c h u a n７５００２１,N i n g x i a,C h i n a;
２．S t a t eK e y L a b o r a t o r y B r e e d i n g B a s e o fL a n dD e g r a d a t i o n a n dE c o l o g i c a lR e s t o r a t i o no fN o r t h w e s tC h i n a,
N i n g x i aU n i v e r s i t y,Y i n c h u a n７５００２１,N i n g x i a,C h i n a)
A b s t r a c t:A w a t e r c o n t r o l l i n g e x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u t t od e t e r m i n e t h ee f f e c t o f d r o u g h t s t r e s so n p h y s i oＧl o g i c a l i n d e x e s o f f i v ek i n d s o f f o r a g e g r a s s e sw h i c h i n c l u e d e d A g r o p y r o nm o n g o l i c u m,A．c r i s t a t u mˑA．d eＧs e r t o r u m,A．d e s e r t o r u m,P s a t h y r o s t a c h y s j u n c e a a n d
B r o m u s i n e r m i s b y a d o p t i n gp o t c u l t u r em e t h o d．
C h l oＧr o p h y l l c o n t e n t s,m e m b r a n e p e r m e a b i l i t y,p r o l i n ec o n t e n t s,s u p e r o x i d ed i s m u t a s e(S O D),p e r o x i d a s e(P O D) a n d c a t a l a s e(C A T)a c t i v i t y,a n d m a l o n d i a l d e h y d e(M
D A)c o n t e n t s w e r e m e a s u r e da td i f f e r e n ts t a g eo ft h e d r o u g h t s t r e s s．T h e d r o u g h t r e s i s t a n c e s o f t h e f i v ek i n d so f f o r a g e g r a s s e sw e r e c o m p r e h e n s i v e l y e v a l u a t e db y u s i n g s u b j e c t i o n f u n c t i o nm e t h o d．T h e r e s u l t s s h o w e
d t h a t a s t h e e x t e n s i o no f d r o u g h t s t r e s s p e r i o d,t h e r e l aＧt i v ew a t e r c o n t e n t(RW C)d e c r e a s e d,t h ew a t e rs a t u r a t i o nd e f i c i t(W S D),c e l lm e m b r a n e p e r m e a b i l i t y o f t h e s e e d l i n g s f o r t h e f i v e g r a s s e s g e n e r a l l y i n c r e a s e d．T h e p r o l i n e c o n t e n t s,c h l o r o p h y l l c o n t e n t s,S O D,C A Ta n d P O Da c t i v i t y s h o w e da si n c r e a s eＧd e c r e a s et r e n d s．T h e M D A c o n t e n t ss h o w e da si n c r e a s eＧd e c r e a s eＧi n c r e a s e
∗收稿日期:２０１７Ｇ１０Ｇ０９㊀㊀接受日期:２０１８Ｇ０１Ｇ０５
基金项目：国家林业公益性行业科研专项资助项目(２０１３０４３１１)；宁夏高等学校一流学科建设资助项目[草业科学(N X Y L X K２０１７A０１)]
第一作者：刘金龙(１９９５Ｇ)，男，宁夏固原人，在读硕士生，研究方向为草地生态㊁资源与环境.EＧm a i l:l j l o n g_m v p＠１６３．c o m
通信作者：许冬梅(１９７０Ｇ)，女，宁夏中卫人，教授，硕导，博士，研究方向为草地生态与管理.EＧm a i l:n x x u d o n g m e i＠１６３．c o m
第５期刘金龙㊀等：干旱胁迫下５种禾本科牧草幼苗期的生理特性
t r e n d s．T h em e a nv a l u e o fm e m b e r s h i p f u n c t i o n so f t h e f i v e g r a s s e s r a n g e d f r o m０．３５１０t o０．６８８１,a n dt h e d r o u g h t r e s i s t a n c eo f t h es e e d l i n gp e r i o ds h o w e da s:A g r o p y r o nd e s e r t o r u m＞P s a t h y r o s t a c h y s j u n c e a＞A．c r i s t a t u mˑA．d e s e r t o r u m＞A．m o n g o l i c u m＞B r o m u s i n e r m i s．
K e y w o r d s:f o r a g e g r a s s;s e e d i n g s t a g e;d r o u g h t s t r e s s;d r o u g h t r e s i s t a n c e
C o r r e s p o n d i n g a u t h o r:X u
D o n gＧm e i㊀EＧm a i l:n x x u d o n g m e i＠１６３．c o m
㊀㊀禾本科(G r a m i n e a e)植物是天然草地植被的重要组成成分，也是栽培草地建植的重要资源，在植被恢复㊁土壤改良㊁水土保持以及草牧业发展中扮演重要角.我国北方旱区地处欧亚大陆腹地，水资源匮乏，生态环境脆弱，微小的降水变化都可能引起气候系统和生态环境的剧烈变化[１]，是对全球气候变化响应最敏感的地区之一[２]，夏季高温干旱缺水往往会导致牧草出苗困难或死苗，造成植物产量下降，越冬困难.
水分是维持植物正常生命活动的重要保障，水分缺乏对植物生理指标㊁新陈代谢和光合作用等均会产生
不利影响[３Ｇ４]，这种影响会作用于植物的整个生长发育期.植物幼苗期对水分变化尤为敏感，水分缺乏往往会导致植物叶片萎蔫㊁卷曲，植株矮小，更甚者造成植株死亡[５].因此，明晰不同牧草幼苗期抗逆性对干旱胁迫的响应规律，有助于筛选出适宜干旱半干旱区种植的抗旱性强的牧草.
目前，国内外对牧草苗期抗逆性的研究主要集中在形态学㊁农艺性状㊁光合特性㊁生理生化指标等方面[６Ｇ９].崔婷茹等[１０]通过研究土壤干旱胁迫及复水条件下狼尾草(P e n n i s e t u ma l o p e c u r o i d e s)的根冠比㊁可溶性糖含量㊁抗氧化酶活性等生理指标的变化，发现干旱胁迫能促进狼尾草根系保护酶活性和渗透调节物质含量的提高；李晓娜等[１１]通过生物量㊁生长速率㊁叶片含水量㊁茎秆强度等指标评价了狼尾草㊁黑麦草(L o l iＧu m p e r e n n e)㊁柳枝稷(P a n i c u m v i r g a t u m)等９种禾本科草本植物的耐旱能力，结果表明狼尾草和细叶芒(M i s c a n t h u ss i n e n s i s)较其他材料更为耐旱；刘新等[１２]依据水分胁迫条件下相对含水量㊁相对电导率㊁脯氨酸含量等７个生理指标的变化，并结合隶属函数对６份川西北短芒披碱草(E l y m u s b r e v i a r i s t a t u s)种质苗期的抗旱性进行了评价.本研究采用盆栽控水法模拟干旱胁迫，研究５种北方常见禾本科牧草幼苗期体内物质调节及保护酶系统的变化，并采用隶属函数法对其抗旱性进行综合评价，以期为干旱半干旱地区栽培草地建植和退化草地恢复重建过程中草种的选择
提供依据.
１　材料与方法
１．１㊀试验材料
供试草种为５种禾本科牧草，包括蒙古冰草(A g r o p y r o nm o n g o l i c u m)㊁蒙农冰草(A．c r i s t aＧt u mˑA．d e s e r t o r u m)㊁沙生冰草(A．d e s e r t o r u m)㊁新麦草(P s a t h y r o s t a c h y s j u n c e a)和无芒雀麦(B r o m u s i n e r m i s).其中，蒙古冰草㊁新麦草和蒙农冰草种子由内蒙古农业大学草地资源教育部重点实验室提供，沙生冰草和无芒雀麦种子由北京克劳沃草业技术开发中心提供.
１．２㊀试验方法
采用盆栽控水法，取质量和湿度一致的沙壤土过筛并拌入适量有机肥，同时取样测定土壤含水率以保证花盆中干土重量一致.按照每盆２k g干土称取土壤，装入无孔塑料花盆(高１２．５c m㊁底径１２．０c m㊁口径１５．５c m).每盆播种５０粒经过消毒的㊁成熟饱满的供试禾本科牧草种子，出苗期间按田间最大持水量的８０％左右定时浇水[１３].每盆保留３０株健壮幼苗，待长出４~５片真叶时统一停止浇水.分别在胁迫开始后的０㊁５㊁１０㊁１５㊁２０d时采集植物叶片带回实验室测定各项生理生化指标，胁迫期间观察并记录牧草生长状况，每个处理重复３次.
１．３㊀测定指标及方法
叶片相对含水量(r e l a t i v ew a t e rc o n t e n t,RW C)和水分饱和亏缺(w a t e r s a t u r a t i o nd e f i c i t,W S D)采用烘干法测定[１４]；叶绿素含量采用９５％乙醇提取法测定[１５]；细胞膜透性采用电导率法测定，以细胞膜外渗来表示细胞膜透性的变化[１６]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定[１７]；超氧化物歧化酶(s u p e r o x i d ed i sＧm u t a s e,S O D)活性采用氮蓝四唑光还原法测定[１６]；过氧化物酶(p e r o x i d a s e,P O D)活性采用愈创木酚法测定[１６]；过氧化氢酶(c a t a l a s e,C A T)活性采用紫外吸收法测定[１７]；丙二醛(m a l o n d i a l d e h y d e,M D A)含量采用三－硫代酸显法测定[１８].
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草㊀业㊀科㊀学
第３５卷
１．４㊀抗旱性综合评价
采用隶属函数法对５种禾本科牧草幼苗期的抗旱
性进行综合评价.计算公式为:
μ(X i j )＝X i j －X j m
i n X j m a x －X j m i n
;(１
)μ(X i j )＝１－X i j －X j m i n X j m a x －X j m i n ＝X j m a x －X i j
X j m a x －X j m i n
.(２)式中:μ(X i j )为i 品种的j 指标的隶属函数值,X i j 为i 品种的j 指标的平均值,X j m i n 为各品种j 指标均值的
最小值,X j m a x 为各品种j 指标均值的最大值.当j 指标与抗旱性正相关时用公式(１)；当j 指标与抗旱性负相关时用公式(２
).１．５㊀数据分析
采用M i c r o s o f tE x c e l ２０１０进行基础数据处理和
制图，采用D P S７．０５软件进行单因素方差分析，采用最小显著差数法进行多重比较.２　结果与分析
２．１㊀干旱胁迫对５种禾本科牧草苗期生长速率的影响
随着干旱胁迫时间的延长,５种牧草的生长速率
均呈先升高后下降的趋势(图１).干旱胁迫前期(０－１０d )，牧草生长速度较快,５种牧草形态特征未表现
出明显变化；至胁迫１０d 时生长速率最快，其中无芒雀麦生长速率高达０．９５c m  d －１
；自胁迫１０d 开始,５
种牧草生长速率迅速降低，至胁迫１５d 时,
蒙农冰草㊁沙生冰草和无芒雀麦生长速率已不足０．１
０
图１㊀干旱胁迫对牧草生长速率的影响
F i g ．１㊀E f f e c t o f d r o u g h t s t r e s s o n g r o w t h r a t e o f h e r b a g
e c m  d －１
，且叶片开始出现枯黄㊁倒伏.胁迫２０d 时,５
种牧草均停止生长，大部分植株已经死亡.方差分析表明，胁迫５㊁１０和１５d 时牧草的生长速率存在显著差异(P ＜０．０５).２．２㊀干旱胁迫对５种禾本科牧草苗期生理生化指标的影响
mvp２．２．１㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草苗期叶片水分状况的变化㊀随干旱胁迫时间的延长,５种牧草的RW C
逐渐下降，而W S D 逐渐上升(图２).在胁迫初期(０－
５d ),５种牧草RW C 和W S D 的变化幅度较小；胁迫５－１５d ，不同牧草的RW C 和W S D 变化较快，尤其蒙古冰草㊁蒙农冰草和新麦草变幅在６０％以上；至胁迫２０d 时,５种牧草的RW C 和W S D 均达到极值；干旱胁迫期间沙生冰草RW C 和W S D 变幅最小,
胁迫１５d 时，蒙古冰草和蒙农冰草的W S D 值显著高于其他３种牧草(P ＜０．０５
).２．２．２㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草苗期叶片叶绿素含量的变化㊀随着胁迫时间的延长,５种牧草叶片叶绿素含量表现为先增加后减少(图３).胁迫初期，幼苗受干旱胁迫影响较小，仍能保持较快生长，体内叶绿素含量增加，说明轻度胁迫能够促进植物体内叶绿素含量的积累.除新麦草外，其他４种牧草叶绿素含量在胁迫１０d 时均达到峰值，胁迫１０d 后，由于干旱胁迫加重，牧草正常生理功能受限，叶绿素分解加快，至胁迫２０d 时５种牧草叶绿素含量均降至最低.在胁迫的不同时期，牧草叶绿素含量以无芒雀麦较高，在胁迫５和１５d 时，显著高于除新麦草外的其他３种牧草(P ＜０．０５)；整个胁迫期间，胁迫０和５d 时，蒙农冰草的叶绿素含量在５种牧草中最低，胁迫１５和２０d 时，蒙古冰草的叶绿素含量在５种牧草中最低.２．２．３㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草幼苗叶片细胞膜透性的变化㊀５种牧草叶片相对电导率随胁迫时间的延长而上升(图４).在胁迫初期(０－５d ),５种牧草叶片相对电导率增幅缓慢；胁迫１０d 时，各牧草相对电导率显著增加，此阶段以无芒雀麦相对电导率最高，显著高于新麦草和沙生冰草，新麦草电导率值最低，显著低于其他４种牧草(P ＜０．０５)；胁迫２０d 时,５种牧草电导率值都增至最大.这表明，和另外４种牧草品种相比，新麦草具有更强的抗旱性.
２．２．４㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草脯氨酸含量的变化㊀５种牧草的脯氨酸含量在干旱胁迫的前１０d 增加缓慢(图５)，其中，蒙古冰草和新麦草在胁迫的前５d
８
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第５期
刘金龙㊀等：干旱胁迫下５种禾本科牧草幼苗期的生理特性
较其他３种牧草增加幅度大；胁迫１０d 后,５种牧草叶片脯氨酸含量急剧增加，除新麦草外，其他４种牧草至胁迫１５d 时达峰值，此阶段蒙古冰草脯氨酸含量显著高于其他牧草(P ＜０．０５)；胁迫２０d 时,
新麦草脯氨酸含量达到峰值，其他牧草则较胁迫１５d 时有所下降，但均高于胁迫１０d 时的脯氨酸含量.
２．２．５㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草保护酶活性的变化㊀５种牧草３种抗氧化酶活性变化趋势均为先升
高
图２㊀干旱胁迫对牧草叶片水分状况的影响
F i g ．２㊀E f f e c t o f d r o u g h t s t r e s s o nw a t e r s t a t u s o f h e r b a g
e l e a v e s ㊀G P Ｇ１：蒙古冰草A g r o p y r o nm o n g o l i c u m ;G P Ｇ２：蒙农冰草A ．c r i s t a t u m ˑA ．d e s e r t o r u m ;G P Ｇ３：沙生冰草A ．d e s e r t o r u m ;G P Ｇ４：新麦草P s a Ｇt h y r o s t a c h y s j u n c e a ;G P Ｇ５：无芒雀麦B r o m u s i n e r m i s .不同小写字母表示同一胁迫时期不同牧草之间差异显著(P ＜０．０５)，下同.㊀D i
f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s f o r t h e s a m e s t r e s s d a y s i n d i c a t e s i
g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a m o n g d i f f e r e n t f o r a g e g r a s s a t t
h e ０．０５l e v e l ;s
i m i l a r l y
f o r t h e f o l Ｇl o w i n
g f i g
u r e s
．图３㊀干旱胁迫对牧草叶绿素含量的影响
F i g ．３㊀E f f e c t o f d r o u g h t s t r e s s o n c h l o r o p h y l l c o n t e n t i nh e r b a g
e ９
０１１
草㊀业㊀科㊀学第３５卷
图４㊀干旱胁迫对牧草叶片相对电导率的影响
F i g ．４㊀E f f e c t s o f d r o u g h t s t r e s s o n r e l a t i v e c o n d u c t i v i t y i n l e a v e s o f h e r b a g
e 图５㊀干旱胁迫对牧草脯氨酸含量的影响
F i g ．５㊀E f f e c t o f d r o u g h t s t r e s s o n p r o l i n e c o n t e n t i nh e r b a g
e 后降低，但趋势不完全相同(图６).在干旱胁迫初期,５种牧草S O D 活性变化较为平稳；胁迫１０d 时,
除沙生冰草和新麦草外，其他３种牧草S O D 活性增幅较大且达到整个胁迫期的最大值，沙生冰草和新麦草S O D 活性峰值出现在胁迫１５d 时.P O D 活性,
除蒙古冰草峰值出现在胁迫１０d 外，其他牧草均出现在胁迫１５d 时，胁迫５和１０d 时，无芒雀麦P O D 活性显著低于
其他４种牧草(P ＜０．０５).C A T 活性，蒙古冰草在整个胁迫过程中逐渐下降，新麦草变化较平稳，其他３种牧草至胁迫１０d 或１５d 时增至最大，之后又有所降低.在干旱胁迫前１５d 内,５种牧草的C A T 活性均达到显著水平(P ＜０．０５
).２．２．６㊀干旱胁迫下５种禾本科牧草丙二醛含量的变化㊀M D A 含量是衡量膜透性发生胁迫性变化的重要生理指标之一，当M D A 含量大量增加时,
表明植物体内细胞受到较严重的破坏[３
].５种牧草M D A 含量随
干旱胁迫时间的增加呈先上升后下降再上升的趋势(图７).在胁迫０－５d ，蒙农冰草和沙生冰草M D A 含量基本不变，其他３种牧草M D A 含量明显增加；胁迫５－１０d 时，除蒙古冰草M D A 含量明显降低外，其他４种牧草变化平稳，此阶段，无芒雀麦M D A 含量显著高于其他４种牧草(P ＜０．０５)；胁迫１５d 时,
除蒙农冰草外，其他牧草均降至整个胁迫期的最低水平.无芒雀麦在整个胁迫期内变化幅度最大，新
麦草次之.
２．３㊀５种禾本科牧草幼苗期抗旱性综合评价
以相对含水量㊁水分饱和亏缺㊁叶绿素㊁脯氨酸㊁丙二醛含量㊁细胞膜透性及３种保护酶活性９个生理生化指标，借助隶属函数法对５种禾本科牧草幼苗期的抗旱性进行综合评价(表１)，其隶属函数平均值介于
０．３５１０~０．６８８１,５种牧草抗旱性由强到弱依次为沙生冰草㊁新麦草㊁蒙农冰草㊁蒙古冰草㊁无芒雀麦.０
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