_草业与畜牧2013 ̄2总第207 CAOYE YU XUMU 草业科学 9份野生老芒麦种质资源抗旱性综合评价 白史且,鄢家俊,曾怡,游明鸿,张玉,李达旭 (四川省草原科学研究院,四川 成都611731) 摘要:以9份采自川西北高原的野生老芒麦种质资源为试验材料,通过对苗期至开花期自然干旱胁迫处理下的生理生化、 生长特性、生物量等指标的观测,筛选出鉴定老芒麦抗旱性的重要指标,在此基础上对供试材料的抗旱性进行综合评价。结果 表明:可将干物质胁迫指数作为老芒麦抗旱性鉴定的初级指标,POD活性、株高、叶面积、生育期、分蘖数、地上部分鲜重等 作为次级指标;并筛选出抗旱性较强的SAG205190、SAG204059、SAG205164、SAG205171、SAG205118作为抗性育种中间材料 进一步研究。 关键词:老芒麦;干旱胁迫;评价指标;综合评价 中图分类号:¥543.034 文献标识码l A 文章编号:1673—8403(2013)02—0001—05 DOI:10.3969/j.issn.1673—8403.2013.02.001 老芒麦(Elymus sibiricus L.)抗寒性强,粗蛋白 含量高,适口性好,易栽培,可用于建植人工草地 和放牧草地,对退化草地改良、种草养畜都具有重 要意义[ 。但是受其抗旱性的影响,推广利用范围 不及同属的披碱草。 好的新品种选育提供基础。 1材料与方法 1.1试验材料 供试材料为四川I省草原科学研究院提供的9份 采自川I西北高原的野生老芒麦,以川I西北地区推广 目前国内外对牧草也较多针对牧草构建抗旱性 利用广泛的老芒麦品种“川草2号”,以及高寒草地 建设和退牧还草工程中大面积推广利用的抗旱性强 的“甘南垂穗披碱草”为对照材料,材料的编号及 生境情况见表1。 1.2试验方法 评价体系,评价抗旱等级或排序[4-7]的研究。近年 来对老芒麦的研究多集中在抗寒性、资源评价、栽 培技术、种子生产、生理等方面,抗旱性研究较少, 且主要集中在单个生长发育时期的不同种间的比 较[8-13]。但不同植物的萌发特性及干旱胁迫下的反映 都有自身的特点,尚无统一的评价方法和评价体系。 本文考察9份川西北野生老芒麦苗期至开花期 较为完整的生育时期对干旱胁迫的响应,结合产量 筛选出能用于评价老芒麦抗旱性的重要指标,在此 基础上初步选出抗性较强的材料,为老芒麦抗旱性 收稿日期:2012—12—09 1.2.1试验设计:生理指标的测定在四川农业大学, 盆栽自然干旱下测定。选取均匀饱满的种子在光照 培养箱内发芽后,移栽到大棚内花盆,塑料花盆直 径为25cm,深30cm,每盆装土16kg,30株/盆。三 叶期开始进行干旱处理,每份材料设对照(CK)和 胁迫(T)两组处理,不同处理各设3次重复。对照 处理每5天浇一次水。胁迫处理采用自然干旱,停 止浇水28天,第28天测定以下指标:超氧化物歧 化酶(SOD)活性、过氧化物歧化酶(POD)活性、 丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(SS)含量、叶绿 素含量(Ch1)等。 生长发育指标在四川红原基地内进行,盆栽自 基金项目:国家牧草产业技术体系阿坝综合试验站(编号: CARS一35—35) 作者简介:白史且(1964一),男(彝族),四川金阳人,博 士,研究员,博士生导师,主要从事草种质资源评价与品种 选育研究工作。 草业科学 CAOYE YU XUMU 2013 ̄2期总第207期草业与畜牧- 然干旱下测定。选取均匀饱满的种子播种于大棚内 料作为一个灰色系统,供试材料各性状指标值构成 的数列作为比较数列Xi。 按Xi=(Xi,_Xi)/Si,将数据标准化处理,并根 塑料花盆中,l6株/盆,于二叶期定苗,每盆8株。 塑料花盆直径为25cm,深30cm,每盆装土16kg。 拔节期开始进行干旱处理,每份材料设对照(CK) 和胁迫(T)两组处理,对照每l0天浇一次水,胁 据标准化处理结果求参考数列(Xi)与比较数列(Y) 标准。其中xi 为各指标原始数据,Xi为同一指标平 迫处理采取自然干旱,停止浇水至开花期,每个处 理设6个重复,其中3个重复用于测定生物量,另 外3个重复用于生长形态指标测定,每个材料共12 均值,Si为同一指标标准差,Xi为原始数据标准化 处理结果。 根据公式Ei=(minJi+p maxAi)/(Ai+p maxAi) 盆。 簇 物候期:包括播种时间、拔节期、开花期。以种帆拔节期、开花期。以 ( V分辩系数p” 取0… .5 关联系 “’…‘n1 L2 E儿i’' 再 上指标以50%出现为度。 株高、萎蔫叶片数、倒二叶叶夹角、倒二叶叶 面积、分蘖数测定:每个材料随机选1O株进行测 定,求平均数。 进行排序㈣。 综合评价 先求出用于鉴定的抗旱指标在各材料中的具体 隶属值:U(Xi)=(Xi—xmin)/(Xmax—Xmin)——(1) 或U (Xi)=l一(Xi—Xmin)/(Xmax—Xmin)——(2), 地上部分鲜重及干重:开花期测定。将用于测 生物量的所有材料齐土面剪下测定。并求抗旱指数: 抗旱指数=胁迫处理地上部分干重/对照处理地上部 Xmin和Xmax分别为所有材料中此指标值的最小和 最大值,若所用的指标与抗旱性呈正相关,用(1) 式,反之用(2)式。对本试验而言,Xi为某一材料 的某一指标DRI值。 计算各指标的权重,Wi_Pi/∑Pi,其中Wi为权 分干重×胁迫处理地上部分干重/所有材料胁迫处理 地上部分干重的平均值L5J。 1.2.2 分析方法:本文均采用干旱胁迫指数 (Drought response index,DRI)来反映各材料在干旱 重,即表示指标的重要程度,Pi为各指标的灰色关 联度。 胁迫处理下的生长情况,DRI=(干旱胁迫处理下测 定值/对照处理下测定值)x100%【5J。 指标筛选 计算综合评价值,D=∑UixWi,D值为各材料在 干旱胁迫条件下所得的抗旱性综合评价值,再排 序【堋。 2结果与分析 2.1 干旱胁迫对老芒麦各性状的影响 运用灰色关联度分析。根据老芒麦的利用特性, 栽培目标,确定参考数列,老芒麦抗旱性鉴定,最 终体现在产量方面,因此将反映干旱胁迫下生物量 状况的抗旱指数作为参考数列(Y),将所有供试材 2 干旱胁迫下各性状的DRI值(见表2)。 草业与畜牧2013年第2期总第207期 CAQYE YU XUMU 草业 注1):xl:SOD活性的DRI值,DRI of SOD activity(%);X2;POD活性的DRI值,DRI of POD activity(%);X3:MDA含量的DRI值,DR1 0f MDA content(%);X4:SS含量的DRI值,DRI of SS content(%);X5:Chl含量的DRI值,DRI of Chl content(%);X6:株高的DRI值,DRI of plant height(%);X7:蔫叶wilted leaves;X8:生育期development stages(d);X9:叶面积的DRI值,DRI ofleaf area(%);X10:叶夹角 的DRI值,DRI ofleaf angle(%);X11:分蘖数的DRI值,DRIofthe amount of stems(%);X12:鲜重的DRI值,DRI ofthe fresh weight of stems and leaves(%);下同。2):K1:SAG204059;K2:204081;K3:204155;K4:205l18;K5:205158;K6:205164;K7:205171;K8: 205172;K9:205190;K10: “川草2号”老芒麦(Elymus sibiricus CV Chuancao No.2);K11:甘南垂穗披碱草(Elymus nutans Gannan)。 苗期自然干旱胁迫达到第28天时,SOD活性的 降幅达69.82%~99.05%,POD活性的变化不同于 SOD的变化趋势,部分材料在胁迫下POD活性有所 下降,最大降幅58.56%,而另一部分供试材料胁迫 下的POD活性反而受到一定程度的促进,最大增幅 达54.12%。SOD和POD活性的这种差异可能是由于 作用于清除自由基的不同阶段,途径有所不同,也 说明老芒麦在遭遇干旱胁迫时,POD对逆境的承受 能力大于SOD。 胁迫下作为渗透调节物质的可溶性糖积累,材 料间干旱胁迫指数(DRI)的差异为119.24%~ 223.10%,达显著水平。各材料丙二醛含量也随着胁 角都有所减小,最大降幅58.39%。大部分材料缩短 生育期以避旱,SAG205171在胁迫下,拔节到开花 天数提前15天最为明显。叶面积的DRI因材料不同 而变化趋势不同,SAG204081上升为157.53%, SAG204158却降为75%,叶面积的减少能在一定程 度上降低蒸腾作用,但对于叶面积增加的部分老芒 麦材料来说,其调节蒸腾可能主要通过其他途径, 如气孑L导度等。 分蘖数因材料不同对干旱的响应也有差异,干 旱处理后SAG205171分蘖增加最多,达22.22%,而 甘南垂穗披碱草的降幅达46.15%,分蘖数增加的材 料由于在这一指标上表现出较强的抗旱性,胁迫未 迫而增加,胁迫后期高于各自正常浇水处理10.62%~ 129.02%,MDA含量越高,植株受伤害程度越深。 Chl含量仅较正常浇水下降了15.10%~0.3%,说 明对老芒麦来说,叶绿素的合成受到的影响并不大。 能达到使其受害的程度。 干旱胁迫对上述生理生化及生长发育过程中各 项指标的影响,综合反映在地上生物量上,胁迫下 地上生物量下降1.23%一33.73%,抗旱性好的材料相 对受影响较小,地上部分鲜重和干重都是SAG2o4059 生长速率和萎蔫叶片数受影响较大,生长速率 降幅25.56%~87.41%,单株萎蔫叶片数相对于正常 浇水处理增加5 ̄17叶。 受抑制最小,仅比其CK处理低1.23%和19.3%。 2.2指标筛选 植物在干旱逆境下会通过减小叶夹角、叶面积, 缩短生育期以降低蒸腾,所有供试老芒麦材料叶夹 灰色关联度分析,得出各指标与抗旱指数的关 联度系数及排序(见表3)。 3 草业科学 CAOYE Yu XUMU 2013年第 , ̄207 些 壹 _ 注:Y抗旱指数Drought-resistance;下同。 根据各比较数列与参考数列的关联度及排序, 可以得出与干物质抗旱指数关联度较大的有地上部 分鲜重(0.825),分蘖数(0.819),生育期(0.751), POD活性(0.751),株高(0.734),叶面积(0.724)。 首先将老芒麦干物质抗旱指数定义为老芒麦抗 高、叶面积、生育期、分蘖数、地上部分鲜重等指 标作为老芒麦抗旱性鉴定的次级指标。 2.3抗旱性综合评价 根据筛选出的老芒麦抗旱性鉴定的初级和次级 指标,采用隶属函数法对供试材料的苗期至开花期 进行初步评价(见表4)。 旱性鉴定的初级指标;其次可将用灰色关联度筛选 出的同初级指标关联度较大的指标,POD活性、株 由表4可知,苗期至开花期供试材料抗旱性的 表4各指标的抗旱隶属函数和综合评价值 排序为:SAG20519O>SAG204059>“川草2号”老芒 麦>SAG205164>SAG205171>SAG205ll8>sAG205172> 3讨论 本文对各项指标均采用胁迫处理值与同时期对 照处理观测值的比值来进行分析,避免了各材料自 身生长特性以及生育进程的影响,从而很好的说明 材料对干旱的忍耐性[41。 甘南垂穗披碱草>SAG204081>SAG205158> SAG204155。排在甘南垂穗披碱草之前的分别是 SAG205190,SAG2o4059, “JIl草2号”老芒麦, SAG205l64,SAG205171,SAG205118,SAG205172, 灰色关联度分析的关键在参考数列的选择,而 对牧草来说其抗性育种及栽培的目标之一就是产量。 其隶属函数综合评价值分别为0.860,0.833, 0.763,0.731,0.708,0.682,0.556。 本文选用地上生物量指标作为参考数列,分析其余 形状指标和他的关联度大小,以此来筛选胁迫下抗 旱性评价指标,具有较强的实用性。 由于时间的限制,本文只研究了老芒麦一个生 将综合评价值进行聚类分析,供试材料按抗旱等 级分为三类。 (见图1),由图可知,抗旱性较强的是 SAG2O5 190,SAG204059,SAG205 164。SAG205 17 1, SAG205118,抗旱性中等的是SAG205172,抗旱性较 弱的是SAG20408l,SAG204155,SAG205158。因此 SAG205190,SAG204059,SAG205164,SAG205171, 育周期的抗旱性,但老芒麦是多年生牧草,其不同 利用年限在生长发育上有一定差异,因此在后续研 究中还可针对老芒麦不同年限的抗旱性进行研究, SAG205118可首选进一步研究。 4 进一步筛选优异种质资源。 _草业与畜牧2013年第2期总第207期 CAOYE YU XUMU 草业科学 C A S E 0 5 10 15 20 25 Label Num 4-.-……-卜~….._I ……・卜……--・卜……-・+ 2cl4081 205158 204155 205172 1 —卜————__1 J —广————__J J 1—] 甘南垂穗披碱草 204059 205190 J I 1 205164 2【】5171 205118 2 5 3 8”,9 6 7 4 1 I 斗—__J J “川蕈二 老芒麦 图1聚类分析 4结论 r 业大学学报,1999,O5(1O):7—14. r【r}r【r}q 各项指标对胁迫的反应,因代表不同的生理生 化,生长发育过程而有差异,同时也因材料的差异, 王贺正,马均,李旭毅,等.水稻种质芽期抗旱性和抗旱鉴定 指标的筛选研究Ⅱ】.西南农业科学,2004,17(5):594—599. 孙铁军,苏日古嘎,马万里,等.1O种禾草苗期抗旱性的比较 呈现出不同的变化趋势,但他们的变化综合作用而 影响最后的生物量,使胁迫下的生物量都有所下降, 说明各材料在胁迫下均受到一定程度的伤害。 灰色关联度分析结果认为,可将老芒麦干物质 抗旱指数作为抗旱性鉴定的初级指标;与初级指标 研究U1.草业学报,2008,(17):42—49. 王柳英,周青平,颜红波,等.多年生禾本科牧草栽培比较试 验Ⅱ】.草业科学,2005,22(4):18—21. 李连芳,王培,王警龙,相翠萍,宋国兴.老芒麦(Elymus sibiric ̄L.)种群地上生物量空间分布格局研究Ⅱ】.生态学 报,2001,21(7):1208—1211. 韩建国,毛培胜.老芒麦种子发育过程中的生理生化变化 关联密切的POD活性、株高、叶面积、生育期、分 蘖数、地上部分鲜重等指标作为老芒麦苗期至开花 期抗旱性鉴定的次级指标。 U].草地学报,2000,8(4):237—244. 张锦华,李青丰,李显利.氮、磷肥对旱作老芒麦种子生产 性能作用的研究U】.中国草地,2001,23(2):38—41. 董昭林,卞志高,邓红华.川草一号老芒麦高产栽培技术Ⅱ】. 四川草原,2003,(1):29. 综合评价得出抗旱性较强的材料是SAG205190, SAG204059,SAG205164,SAG20517l,SAG205118, 可进行进一步研究。 参考文献 [1】王忠彦.不同利用年限老芒麦草地水分循环规律及节水灌 溉制度【D】.北京:中国农业大学,2004. 【2】 郭本兆.中国植物志(第九卷第三分册)[M】.北京:科学出 版社.1987. 何文兴,徐莺,唐琳,等.川草2号老芒麦(Elymus sibiricus L.)atpA基因的克隆及其调控表达O】.生物化学与生物物 理进展,2005,32(1):67—74. 王秀萍,等.灰色关联度分析法综合评价水稻新品系Ⅱ】.中 国农学通报,2006,22(8):557—559. 孙彩霞.玉米抗旱性鉴定指标体系及抗旱鉴定指标遗传特 【3】 贾慎修,史德宽.中国饲用植物志【M].北京:中国农业出版 社.1997. 【4】 安永平.水稻抗旱性指标筛选及主要抗旱性状的遗传分析 【D】.北京:中国农业科学院硕士学位论文,2006. 性的研究【D】.沈阳农业大学,2001. 张国珍.四川野生狗牙根抗旱性研究及评价【D】.四川:四 川农业大学,2005. 【5】 莫庭辉.柱花草苗期抗旱性鉴定方法的研究ⅡJ.华南热带农 (下转第9页) 5 -草业与畜牧2013年第2期总第207期 CAOYE YU XUMU 草业科学 et Mey.) 主治:食积腹痛,风湿瘫痪,疟疾等症。 2.13 细叶景天(Sedum elatinoides Franch.) 分布于西藏、青海、新疆、甘肃、四川甘孜、 阿坝海拔3 200-4 400m山区。生于高山岩石缝中。 以根状茎及根人药,具清肺,止咳,补虚,抗氧化, 别名:疣果景天、小鹅儿肠、崖松。 分布于陕西、山西、湖北、云南、四川甘孜、 抗癌,抗疲劳等功效。 主治:肺热咳嗽,吐血,腰痛,痢疾等症。 2.10石莲(Sinocrassula indica(Fecne)Berger.) 阿坝、凉山海拔1 200~3 400m丘陵高山地带。生于 丘陵山间草地、山坡草丛草地荒坡岩石上。以草根 全草入药,具清热解毒、止痢之功效。 别名:山瓦松、瓦指甲、堆山花、石莲花。 主治:小儿丹毒,细菌性痢疾,阿米巴痢疾, 睾丸炎;外用治烧烫伤等症。 2.14景天(Sedum erythrostictum Mig.) 分布于陕西、湖南、湖北、云南、贵州、西藏、 四川I甘孜、阿坝海拔低山至高山地带。生于低山丘 陵山坡岩石上至高山、亚高山阴湿岩石上。以全草 人药,具清热解毒,止血止痢之功效。 主治:咽喉肿痛,痢疾,崩漏,便血;外用治 疱疡,烧烫伤等症。 2.11 齿叶景天(Sedum odontophyllum Ford.) 别名:八宝、活血三七、胡豆七、大打不死。 分布于吉林、辽宁、河北、陕西、山西、浙江、 湖北、云南、贵州、四川I甘孜、阿坝、凉山海拔 500~2 000m山区。生于丘陵山坡草地、沟边草丛草 地。以全要人药,具祛风、清热、活血、化瘀、止 血、止痛等功效。 主治:咽喉炎,荨麻疹,吐血,小儿丹毒,乳 腺炎;外用治疗疮痈肿,跌打损伤,鸡腿,烧烫伤 等症。 2.15多花景天三七(Sedum aizoon L.rar lforibundum 别名:红胡豆七、红三七、石凤丹、打不死。 分布:四川甘孜、阿坝低海拔丘陵山区。生于 丘陵山坡岩石草地,山坡石缝中。以全草入药,具 止血,消肿,止痛之功效。 主治:咳嗽,吐血,腰痛;外用治痈疖肿毒等 症。 Nakai) 2.12珠芽景天(Sedum bulbiferum Makina) 别名:马屎花、珠芽佛甲草、箭草。 分布于四川甘孜、阿坝、凉山2 O00m以下丘陵 山区。生于丘陵山坡草丛草地、山坡阴湿岩石上。 以全草,根状茎及根人药,具活血散瘀,止血之功 效。 分布于安徽、江苏、浙江、江西、湖南、湖北、 福建、广东、广西、四川甘孜、阿坝凉山低海拔丘 陵山区。生于丘陵山坡岩石上、田野等阴湿处。以 全草入药,具散寒、理气、止痛、截疟之功效。 主治:吐血,咯血;外用治跌打损伤,烧烫伤 等症。 (上接第5页) Comprehensive Evaluation on Drought-resistance of 9 Native Elymus sibiricus Germplasms Resources BAI Shi-qie,YAN Jia-jun,ZENG Yi,YOU Ming—hong,ZHANG Yu,LI Da—XU (Siehuan Academy ofGrassland Science,Chengdu 611731,China) Abstract:Based on observation of physiology and biochemistry,growth characteristics,biomass,drought—resistance of 9 native Elymus sibiricus accessions from northwest plateau of Sichuan province for the test materials were studied under drought stress in the seedling stage to flowering stage.On the basis of identification important indicator of drought resistance for E.sibiricus,a comprehensive evaluation was carried out.Results showed that,drought response index could be optimized as primary indicators;and POD activity,height of plant,leaf area,days of sowing to anthesis,amount of stems,fresh weight of stems and leaves could be optimized as the sub—indicators. SAG205190,SAG204059,SAG205164,SAG205171,SAG205118 were much tolerant to dreugt in this stages,and could be used as important breeding materials in further study. Key words:Elymus sibiricus L.;Droughtstress;Identiifcation index;Comprehensive asse 9