（植物学专业论文）偃麦草属植物盐胁迫交叉适应特性的研究.pdf

摘要 为了揭示禾本科植物盐逆境补偿生长特性和逆境交叉适应的规律，选取国内外逆 境适应敏感的偃麦草属植物进行盐逆境补偿生长特性、盐逆境与干旱和低温逆境交叉 适应规律的研究。 补偿生长研究采用盐逆境预胁迫法处理，在补偿生长现象范围内测定生长指标和 不同生理指标相关性，研究结果表明植物生物量( 干重) 、可溶性糖与活力指数呈显著 或极显著正相关关系；过氧化物酶活性、可溶性蛋白含量与活力指数呈负相关，但均 未达到显著水平；而叶绿素含量与活力指数相关性不明显。 因此研究认为这类禾本科植物补偿生长主要表现在以碳水化合物为基础的物质 方面。干重、可溶性糖和活力指数可以作为评价禾本科牧草补偿生长能力指标。 盐预胁迫与干旱逆境交叉适应研究结果表明二者存在交叉适应现象；4 种材料在 不同盐浓度范围内，均能够增强耐早性；不同牧草发生交叉适应盐胁迫浓度范围不同； 单盐预胁迫与复盐差异不显著。不同牧草增加耐旱性强度也不同，耐早性评价结果表 明中间偃麦草和泰瑞长穗偃麦草交叉适应效果高于埃克长穗偃麦草和焦斯长穗偃麦 草。交叉适应生理基础研究表明，5 项生理指标中细胞膜透性，可溶性糖、丙二醛含 量、过氧化物酶活性种间差异显著，脯氨酸含量种间差异不显著。 盐预胁迫与低温逆境交叉适应研究结果表明二者也存在交叉适应现象，4 种材料 在不同盐浓度范围内，均能增强耐寒性；不同牧草发生交叉适应盐胁迫浓度范围也不 同；单盐预胁迫效果较复盐显著。不同牧草增加耐寒性强度也不同，耐寒性评价结果 表明埃克长穗偃麦草和焦斯长穗偃麦草的交叉适应效果高于中间偃麦草和泰瑞长穗 偃麦草。交叉适应生理基础研究表明，5 项生理指标种间差异均显著。 干旱与低温胁迫后，可溶性糖的含量明显高于游离脯氨酸含量，说明四种牧草遭 受逆境时的渗透调节物质为可溶性糖。 关键词：补偿生长；胁迫：交叉适应；生理指标 s t u d i e so ns a l ts t r e s sc r o s s a d a p t a t i o no fe l y t r i g i as p e c i e s a b s t r a c t i no r d e rt or e v e a lc o m p e n s a t o r yg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fs a l ts t r e s sa n dr e g u l a r i t yo f a d v e r s i t yc r o s sa d a p t a t i o n e l y t r i g i ar e p e n sm a t e r i a l sw i t hs e n s i t i v es t r e s sa d a p t a t i o nw a s c o n d u c t e do nc o m p e n s a t o r yg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fs a l t s t r e s s ，r e g u l a r i t yo fc r o s s a d a p t a t i o nb e t w e e ns a l ts t r e s sa n dd r o u g h ts t r e s s ，r e g u l a r i t yo fc r o s sa d a p t a t i o nb e t w e e n s a l ts t r e s sa n dl o w t e m p e r a t u r es t r e s sa th o m ea n da b r o a d c o m p e n s a t o r yg r o w t hw a ss t u d i e db ys a l ts t r e s so fp r e t r e a t m e n t c o r r e l a t i o nb e t w e e n g r o w t hi n d e x a n dp h y s i o l o g i c a li n d e x e sw a ss t u d i e dw i t h i nt h ep h e n o m e n o no f c o m p e n s a t o r yg r o w t h t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tp h ) 1 0 m a s s ( d r yw e i g h t ) ，s o l u b l es u g a ra n d v i t a l i t yi n d e xh a ds i g n i f i c a n to rm a x i m u ms i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o n p e r o x i d a s e a c t i v i t y , s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n ta n dv i t a l i t yi n d e xw e r en e g a t i v e l yc o r r e l a t e d ，b u tt h a tw e r e n o ts i g n i f i c a n t t h ec h l o r o p h y l lc o n t e n ta n dv i t a l i t yi n d e xw a sn o ts i g n i f i c a n t l y s ot h i s k i n do fg r a s s e sc o m p e n s a t i o ng r o w t hw a sm a i n l ym a n i f e s t e di nc a r b o h y d r a t e s 嬲b a s i c m a t e r i a l p h y t o m a s s ( d r yw e i g h t ) ，s o l u b l es u g a r a n d v i t a l i t y i n d e xc a l le v a l u a t e c o m p e n s a t o r yg r o w t ha b i l i t y t h ec r o s sr e s e a r c hr e s u l ti n d i c a t e dt h a ts a l tp r e t r e a t m e n ta d v e r s i t ya n dd r o u g h t a d v e r s i t ya l s oe x i s t e dt h ec r o s sa d a p t i v ep h e n o m e n o n f o u rk i n d so fm a t e r i a l si nd i f f e r e n t s a l tc o n s i s t e n c yr a n g ec a ne n h a n c ed r o u g h tt o l e r a n c e d i f f e r e n tg r a s s e sw e r ed i f f e r e n c e s a m o n gs a l ts t r e s sc o n c e n t r a t i o no fc r o s sa d a p t a t i o n s i m p l es a l tw a sn o ts i g n i f i c a n tt h a n c o m p l e xs a l t d i f f e r e n tg r a s si n c r e a s i n gs t r e n g t hw a sd i f f e r e n ti nd r o u g h tt o l e r a n c e d r o u g h tt o l e r a n c ee v a l u a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a ta d a p t a t i o ne f f e c to fe l y t r i g i ai n t e r m e d i a a n de l y t r i g i ae l o n g a t ac v t y r e l lw e r eh i g h e rt h a ne l y t r i g i ae l o n g a t ac v a l k e ra n d e l y t r i g i ae l o n g a t ac v j o s e p h y s i o l o g i c a lb a s i so fc r o s sa d a p t a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h e m e m b r a n ep e r m e a b i l i t y , s o l u b l es u g a r , m a l o n a l d e h y d ea n dp e r o x i d a s ea c t i v i t yo ff i v e p h y s i o l o g i c a li n d e x e sh a ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gd i f f e r e n tg r a s s ，b u tp r o l i n ew a s n o t s i g n i f i c a n ta m o n gd i f f e r e n tg r a s s t h ec r o s sr e s e a r c hr e s u l ti n d i c a t e dt l a ts a l t p r e t r e a t m e n ta d v e r s i t ya n dl o w t e m p e r a t u r ea d v e r s i t ya l s oe x i s t e dt h ec r o s sa d a p t i v ep h e n o m e n o n f o u rk i n d so fm a t e r i a l s i nd i f f e r e n ts a l tc o n s i s t e n c yr a n g ec a l le n h a n c ec o l dt o l e r a n c e d i f f e r e n tg r a s s e sw e r e d i f f e r e n c e sa m o n gs a l ts t r e s sc o n c e n t r a t i o no fc r o s sa d a p t a t i o n s i m p l es a l tw a sm o r e s i g n i f i c a n tt h a nc o m p l e xs a l t d i f f e r e n tg r a s si n c r e a s i n gs t r e n g t ha r ed i f f e r e n ti nc o l d t o l e r a n c e ，c o l dt o l e r a n c ee v a l u a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a ta d a p t a t i o ne f f e c to fe l y t r i g i a 色1 0 r i g at qc v a l k e rn n de l y t r i g i ae l o n g a t ac v j o s e w e r eh i g h e rt h a ne b t ri g j qj n t e r m e d i a a 1 1 de 涉驴辔妇e 肠御搬c v t y r e l l p h y s i o l o g i c a lb a s i so f c r o s sa d a p t a t i o nr e s u l t s1 n d i c a t e d t h ef i v ep l a y s i o l o g i c a li n d e x e sa m o n g d i f f e r e n tg la s sh a ds i g n i f i c 觚t d i i j f e r e n c e t h es o l u b l es u g a rc o n t e n tw a sh i g h e rt h a n f r e ep r o l i n ec o n t e n to b v i o u s l ya f t e rd r o u g h t 弧dc o l ds 仃e s s t h er e s u l t ss h o w e dt h a to s m o t i cr e g u l a t i o n s u b s t a n c e so f4g r 嬲s e sw 8 5 s 0 1 u b l es u g a ri ns t r e s s k e yw 。r d s ：c o m p e n s a t 。r yg r 。w t h ；s t r e s s ；c r o s s a d a p t a t i 。n ：p h y s i o l o g i c a li n d e x e s d ir e c t e db y ：p r o f y i j i n a p p i ic a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：l ef e i ( b 。t a n ) ) i a g r o n o m yc 。1 1 e g e 1 n n e rm o n g o l i a a m i c u l t u r a lu n i v e r s i 阱h u h h 。t0 l o o l9 c h i n a ) 内蒙古农业大学研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 括为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 盔挺 日 期： 迎2 ：兰 导师指导研究生学位论文的承诺 本人承诺：我的研究生 乏垒耋匡 所呈交的学位论文是在 我指导下独立开展研究工作及取得的研究结果，属于我现任岗位职务 工作的结果，并严格按照国家及学校有关学术道德规范的规定要求而 获得的研究结果。如果违反，我必须接受按国家及学校有关规定的处 罚处理并承担相 指导教师签名： 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手 论文作者签名：奎耋篷指导教师签名： 日 期： 华弓 内蒙古农业大学硕士学位论文1 1引言 在自然条件下生长的生物，经常会遇到干旱、高温、低温以及盐渍等不良环境。 h a l ehb 根据动物及人体对环境的抗性规律，于1 9 6 9 年指出有机体在遭受某种菲致 死不良环境作用后( 持续的或间歇的) ，不仅会增加抵抗这种特定环境的能力，而且能 够产生抵抗其它不良环境的能力。这就是有机体对不良环境的“交叉适应”( c r o s s a d a p t a t i o n ) 。植物体也有这种现象，b o u s s i b as 等发现缺水、矿质缺乏、盐渍等预 处理后，均能够提高烟草植株对零下低温和缺氧的抵抗能力，因此于1 9 7 5 年正式把 植物对不良环境的反应之间的相互作用称为植物的交叉适应( c r o s sa d a p t a t i o ni n p l a n t s ) 射。 目前对交叉适应的现象的发生、可能的作用机理及其相关方面都进行了较多的研 究，积累了一定的资料。本文就近期国内外有关植物交叉适应方面的研究进展作一综 述。 1 1 植物交叉适应现象的普遍性和研究意义 现在越来越多的人认为环境胁迫具有交叉性，植物生长在多变的环境中，往往会 同时或相继遭受多种非生物逆境的影响。同时植物也具有交叉适应的能力。 g o n g 等的研究表明，热激预处理可诱导玉米幼苗对热、冷、干旱和盐胁迫的交叉适 应性铷。热激诱导的s h s p l 7 7 的表达可提高玉米植株抵抗高温和紫外辐射( u v b ) 的能 力。干旱预处理也可增强玉米幼苗的耐冷性和天竺葵叶片的耐热性h 副。盐胁迫可诱 导马铃薯和菠菜幼苗、机械擦伤可提高番茄叶片、紫外辐射( u v b ) 与热预处理可增强 黄瓜的耐冷性；盐、冷和热预处理也可不同程度增强水稻幼苗耐低温的能力1 。 由此可见，交叉适应现象在多种植物中普遍存在n 町。现在人们已经从各方面证 实交叉适应现象的普遍存在性，而且交叉适应在农业生产上具有非常深远的利用价 值。通过人为地控制环境中便于调节的温度、光照或水分等的某一项来提高植物对其 它不易控制恶劣坏境的抗性；或者通过外源施用a b a 、s a 等与植物交叉适应有密切关 系的物质，来提高植物对周围环境的广泛抗性；此外，外源施用生长抑制剂如c c c 、 b 9 、p ：等，从而抑制植物体内赤霉素( g a s ) 的生成，提高a b a 的相对含量，增强植物 的抗逆性等n 1 1 。 1 2 植物逆境锻炼交叉适应的生理基础 温度逆境锻炼是提高植物抗逆性的一种有效手段。以往的众多研究表明，高温锻 炼可大大提高多种植物的抗高温能力，低温锻炼可明显增强植物的抗寒性n 2 “引。而近 几年的研究发现，温度逆境锻炼中也存在交叉适应现象。对黑麦进行冷锻炼后，其耐 热性有明显提高n 町。马德华等在黄瓜上的研究表明，高温锻炼和低温锻炼均可提高 黄瓜幼苗在高温条件下的水杨酸和可溶性蛋白含量，提高或保 誓膜。果护酶的活一r 办 2 偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 能减轻高温对光合作用的危害。7 1 。高温锻炼和低温锻炼在提高黄瓜幼苗抗热性方面具 有相似的作用。目自i 交叉适应的生理基础研究在植物逆境锻炼方面已经有大量的研究 成果。 1 2 1 植物交叉适应的细胞学基础 1 2 1 1 植物细胞膜结构变化 植物细胞有着精细的内在结构。众多研究表明，细胞结构特别是膜结构的稳定性 与植物的抗逆性有着密切关系n 町。抗逆性强的植物，在逆境下其细胞膜保持稳定状 态，膜结构和组分的变化向着有利于提高抗性的方向发展，如膜n 膜蛋白的比值增 加n 钔。细胞的超微结构也有明显变化，主要表现在叶绿体、线粒体和液泡的结构与 组分的变化上。l e v i t t 研究表明，在冷锻炼期间，抗寒性强的冬小麦品种的叶绿体 内的贮存淀粉粒消失，叶绿体膜转变成波浪形，以增强光合效能。在冷锻炼期间， 冬小麦幼叶细胞内线粒体的数量增加，体积增大，内嵴增多，以保证逆境条件下的能 量供应；液泡内可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，大液泡被分隔成许多小液泡，同时 液泡膜产生a t p 酶的活性渺埘。v a n i 等研究发现了高温对叶绿体被膜的破坏1 。高 温锻炼可减轻高温对葡萄叶片细胞超微结构的破坏汹1 。由此认为，细胞膜结构的变 化可能是交叉适应产生的结构基础。 1 2 1 2 生物自由基胁迫对植物细胞膜的影响 b o w l e r 等认为各种逆境胁追对植物的效应在细胞水平上是相似的，其中之一即 为氧化胁迫妲阳。氧化胁迫通过活性氧对膜系统的损伤而对植物造成伤害汹2 w 。自由基 伤害学说认为，在正常情况下，植物细胞中存在着活性氧的产生和消除两个过程汹1 。 逆境胁迫会促进活性氧的产生，损伤膜系统汹一。而植物在长期进化过程中己形成了 抵抗氧化胁迫的机制，包括酶促和非酶促系统来清除体内过多的活性氧。酶促清除系 统在植物抵抗氧化胁迫中具有重要作用，其主要包括过氧化氢酶( c a t ) 、过氧化物酶 ( p o d ) 和超氧化物歧化酶( s 0 1 ) ) 等抗氧化酶类。一般而言，抗氧化酶活性的高低与植物 的抗逆性强弱有关，抗逆性强的植物其抗氧化酶活性也相应较高，反之抗逆性弱的植 物其抗氧化酶的活性也相应较低口卜捌。 而f o y e r 等研究指出，一种逆境引起的氧化胁迫在一定程度上可以激发或诱导植 物体内对活性氧清除能力的提高，从而增强植物对该种或其它逆境造成的氧化胁迫的 抗性m 1 。氧化胁迫诱导编码拟南芥s h s p 的a t - h s p l7 6 a 基因的表达增加，从而增强 植株的渗透胁迫耐性心乱。姜述君等在对番茄低温和高温锻炼后，通过m d h 的含量发现 未经锻炼的幼苗膜受伤害较重，锻炼的幼苗受伤害较轻。同时高温锻炼后，c a t 、 s o d 和p o d 活性均高于对照：低温锻炼后，s o d 和p o d 活性高于对照。曾韶西等在以 盐渍、低温、热激等处理诱导水稻抗寒性过程中发现，其酶促和非酶促膜保护系统及 内蒙吉农业大学硕士学位论文 3 同工酶的变化有一定的相似之处。洲。由此可见，交叉抗性与植物体内膜保护系统对 活性氧的清除能力密切相关。 1 2 2 植物交叉适应的生物化学基础 1 2 2 1 植物交叉适应与渗透调节物质的关系 交叉适应的产生还可能与逆境下某些低分子化合物的积累有关。在一种逆境下引 起的特殊低分子物质如多胺、脯氨酸、谷胱甘肽和渗透蛋白等的积累，可以增强多种 植物对其它逆境的抵抗能力汹1 。刘明池研究表明，低温锻炼、干旱锻炼都可使黄瓜幼 苗可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸和a b a 含量显著提高，从而提高幼苗抗冷性，并 因此认为这些共同的变化都是植物具有抗性交叉适应的基础，并非a b a 单方面的作用 c l o 脯氨酸是一种起渗透调节作用的物质，在逆境条件下普遍增加h “蜘。由于脯氨酸 是一种水溶性最大的氨基酸，具有较强的水合能力，在遇到逆境时可阻止细胞由于脱 水而引起的伤害1 。转基因烟草中脯氨酸的积累可以减轻渗透胁迫造成的活性氧伤害 m 1 。可溶性糖和可溶性蛋白在逆境下积累的重要意义是保护膜免受脱水造成的伤害 汹1 。多胺可促进多种酶活性功能，与谷胱甘肽和膜保护酶等一起维持清除自由基的能 力，从而保护膜系统。烟草中转入拟南芥的编码脯氨酸合成酶的基因( a t p s c s ， v a c p s c s ) 、果糖或甜菜碱合成基因( s a c b 或c o d a ) 都有利于保持其在冷冻胁迫下细胞 膜的完整性h 刀。 转入脯氨酸合成酶基因( o s p 5 c s 2 ) 同样可提高水稻幼苗的抗盐和低温耐性。脯 氨酸类似物( a z e t i d i n e 一2 一c a r b o x y l i ca c i s ，a z e ) 同4 0 0 c 热激一样可诱导胞质i 类 s h s p s 的积累，进而增强大豆幼苗的耐热性m 1 。由此认为，多胺、脯氨酸、谷胱甘肽 以及可溶性糖等这些小分子物质在逆境条件下的积累，可能是植物产生交叉适应能力 的重要物质基础。 1 2 2 2 植物交叉适应与植物激素的关系 ( 1 ) 脱落酸( a b a ) ：a s a 与多种逆境胁迫有关，是植物感受环境胁迫、引导环境胁 迫信号传递的重要因子。l i 等研究指出，在水分逆境下黄瓜叶片光合器官耐热性的 提高可能是由水分胁迫诱导的内源a b a 水平的提高而介导的1 。在低温和水分胁迫条 件下诱导的a b a 水平的升高，被认为对于启动与抗性有关的基因的表达起类似“扳机” 的作用抬。驼1 。郭确和潘瑞炽研究表明，干旱预处理或盐预处理都可提高水稻幼苗的抗 冷性，低温预处理也能提高水稻幼苗的抗旱性，这些预处理都能减少植株水分的丧失 和增加内源a b a 的含量提高对其它胁迫的抵抗能力，并因此认为a b a 在交叉适应中 具有重要的调节作用1 。 ( 2 ) 水杨酸( s a l i c j 。l i c ：t c j d ，s a ) ：s a 是高等植物体内产生的种麓单的酚类化 4 偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 合物，参与植物的许多生理过程，因而r a s k i b 提出s a 是一类新的植物激素泓1 。近年 来研究发现，s a 可提高植物对多种生物胁迫和非生物胁迫的抵抗能力。九十年代以 后，s a 被作为一种植物对胁迫反应所需的信号分子来研究嘲一。s a 的作用是通过抑制 过氧化氢酶活力而引起h ：o ：水平上升而实现的，h ：0 。或源于它的其它活性氧可能作为 第二信使激活有关抗性基因强7 堋。 马德华研究表明，在通过低温锻炼和高温锻炼后，黄瓜幼苗的耐高温能力明显提 高，同时，内源s a 含量均明显增加，并由此认为s a 可能是植物对逆境胁迫的转导信 使b 钔。d a t 等对芥子苗进行高温锻炼时，内源结合态和自由态s a 含量都会增加，王 利军在葡萄上的实验也得出相似的结论，并初步认为s a 是响应高温锻炼的信号分子 【6 1 ) 。 1 2 2 3 植物交叉适应与c a p 离子的关系 c a 信使系统和c a p - a t p a s 的调节： 以c a 和c a m 为核心的钙信使系统在植物对外界信号的感受、传递和响应过程中 起着重要的作用。k i t a g a w a 等研究指出，水分胁迫可启动根中钙信使系统从而诱导 水稻耐冷性表达。郭丽红等研究表明热激能提高玉米幼苗的抗冷性，而c a 斗对上述 热激处理有加强作用。k n i g h t 等也发现了植物的交叉保护与钙信使有关泓1 。c a ：与 a b a 的协同调节：c a 信使参与a b a 的信号转导m 一。宗会等提出了a b a 的可能调控模 式：a b a 诱导植物体内环a d p - 核糖( c a d p r ) 增加，c a d p r 是一种细胞c a 调节剂，可释 放胞内钙库中的c a 扣而使胞质中c a 斗水平增加，从而调节基因表达。 c a ，与c a ： - a t p a s e 的协同调节：c a “+ 在植物细胞内的信使功能已被确认，其作用 的中心环节是细胞内c 水平的变化阳7 1 。当植物细胞受到环境刺激后，胞质内c a 水 平产生瞬间升高，然后恢复到刺激前的低水平，这种调控依赖于质膜及细胞器膜上的 c a 转运系统，在高等植物上目前己确认的主动c a 斗转运系统只有c a ，- a t p a s e 。酩剐。陈 秉初和苏维埃研究表明，水稻幼苗在对干旱和盐胁迫的交叉适应中，根系质膜a t p 酶活力显著提高，并因此认为该酶活力的提高可能是植物交叉适应中除a b a 调节作用 外的又一个重要调节因子删。曾韶西和李美茹在水稻幼苗的抗寒性实验中，用冷和盐 预处理水稻幼苗，可提高根系质膜、液泡膜和叶绿体的c a ：- _ a t p a s e 的活性，从而诱 导水稻幼苗抗寒性的提高p ”。c a - a t p a s e 在植物热锻炼中的作用还未见报道，其在 交叉适应中的作用仍有待于进一步的试验研究。 1 3 存在的问题与展望 交叉适应的研究无疑对植物抗逆性有着重要意义，但目前的研究还缺乏系统性， 对于交叉适应的原理没有进一步的深入研究，对于逆境蛋白的作用机理也还不清楚。 所以今后的研究应注重逆境信号的传递过程以及不同逆境信号之间传递过程是否 内蒙古农业大学硕士学位论文5 致；逆境蛋白的表达调控是如何进行的，逆境蛋白之间是否具有同源性；如何将现有 的理论成果应用到生产实践。 1 4 本试验目的意义 内蒙古处于我国最北部的高原地区，属于典型的中温带季风气候，降水量少而不 均且大部分地区的昼夜温差较大，植物容易受到干旱和低温的逆境胁迫。本项研究基 于此，并在内蒙古农业大学牧草生理研究室对于牧草耐盐评价及牧草盐补偿生长的科 研基础上提出了研究课题。 本研究以我国本来固有的偃麦草属耐盐禾本科牧草一中间偃麦草以及从国外引 进耐盐禾本科牧草品种为研究材料，进行赫补偿生长与交叉适应规律的研究。本项研 究为深入进行植物补偿生长机理提供基础性研究及种子盐处理提供实验依据，并为植 物交叉适应的机理提供基础研究。 2 材料与方法 2 1 实验材料 本实验于2 0 0 7 年9 月到2 0 0 8 年1 1 月在呼和浩特市内蒙古农业大学牧草生理研 究室的温室和实验室完成的。研究材料选取偃麦草属不同来源的4 种材料( 表1 ) 。 表1 候麦草属不同来源的4 种材料 t a blf o u rk i n d so fd i f f e r e n ts o u l c e so fe l y t r i g i am a t e r i a l s 注：奉文中长穗似麦草a l k e r 品种简称为埃克( a 1 k e r ) ，长德候麦草j o s e 品种简称为焦斯( 乃s 由， 长穗似麦草t y r e l l 盎种简称为泰瑞( 7 = i ) 。 2 2 试验方法 2 2 1逆境胁迫盐溶液的配置方法 1 0 的复盐母液：按照内蒙地区赫碱地盐成分配制，比例为：n a c l 7 1 ，c a c i ：3 ， m g s o 。4 ，k ：s o 2 2 ；使用时稀释为不同浓度的复盐溶液。 1 0 的单盐溶液：单盐为x a c l ，将l o gn a c l 溶于l o o m l 水中，然后稀释，得到 不同浓度的单盐溶液。 6偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 2 2 2 耐盐补偿生长生理实验方法 2 2 2 1 盐逆境处理方法( 培养皿法) ： 根据前期试验结果m 1 ，种子耐单赫补偿生长n a c l 处理盐浓度处理梯度为：o 、0 2 、 0 4 、0 8 、1 0 ；将种子放入不同浓度的盐溶液浸泡2 4 h r ，然后发芽盒纸上发芽，每 处理4 个重复，每个重复5 0 粒种子。1 5 d 后测定生长和生理指标。 2 2 2 2 生长指标的测定 种子发芽率( ) ：发芽1 0 d 后测定； 苗高( 锄) ：1 5 d 后随机选取1 0 株幼苗，测量幼苗高度； 发芽指数( g i ) - g 1 = ( 在时间t 内的发芽种子数相对应的发芽天数) ； 活力指数( v i ) ：v i = 发芽指数( g i ) x 平均苗长( 锄) 。 2 2 2 3 逆境生理指标的测定方法 ( 1 )叶绿素含量的测定：分光光度法 ( 2 ) 生物量的测定：选取1 0 株长势一致的幼苗，8 0 烘干至恒重，测定其重量。 ( 3 )过氧化物酶活性测定：愈创木酚氧化比色法 ( 4 )可溶性蛋白含量的测定：考马斯亮蓝法 ( 5 ) 可溶性糖含量测定：蒽酮法 2 2 34 种偃麦草属牧草盐逆境交叉适应研究方法 2 2 3 1 盐逆境与干旱逆境的交叉适应处理方法( 盆栽法) 加1 5 培的土壤于花盆中( 土壤：土与沙的比例为2 ：1 ) ，播种实验材料。设单 盐及复盐胁迫处理浓度为：o 、0 4 、0 6 、1 o ；将牧草种子放在所设浓度的盐溶 液中浸泡2 4 h ，每个处理4 个重复，每个重复5 0 粒种子。每盆播种5 0 粒，出苗后待 苗高为1 0 a m 左右时，对其干旱胁迫1 0 d 后测定其生理指标，如下： ( 1 )细胞膜透性的测定：采用电导法 ( 2 )过氧化物酶活性测定：愈创木酚氧化比色法 ( 3 )游离脯氨酸含量测定：采用磺基水杨酸法 ( 4 ) 可溶性糖含量测定：蒽酮法 ( 5 )丙二醛含量的测定：用硫代巴比妥酸测定 2 2 3 2盐逆境与低温逆境的交叉适应处理方法( 发芽盒法) 单盐及复盐盐胁迫处理梯度分别为o 、o 4 、0 6 、1 o ；将种子放入不同浓 度的盐溶液浸泡2 4 个小时，每个处理4 个重复，每个重复5 0 粒种子。然后放入发芽 盒，待其发芽且高度约为1 0 c m 时，放入冰箱给与4 。c 的低温处理2 d ，测定生理指标 与方法同2 2 3 1 ： 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 2 2 4 数据处理方法 实验数据用e x c e l 软件进行处理和制图，用s a s 软件对数据进行方差分析，用 s p s s 软件进行相关分析。 3 结果与分析 3 1 偃麦草属植物补偿生长生理特性的测定结果 3 1 1 生长特性测定结果 表2 根茎禾草补偿生长生长指标的测定结果 t a b 2 r e s u l t so fc o m p e n s a t o o g r o w t ho ff o w t hi n d e x s 由表2 可知，四种牧草在0 2 1 单盐浓度处理下，均发生了补偿生长。埃克 的耐盐补偿点为o 8 ，中间的耐盐补偿点为0 6 ，而焦斯和泰瑞的耐盐补偿点鄙为 0 2 。 8 偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 3 1 2 生理特性测定结果 表3 为4 份处理盐胁迫补偿生长生理特性的测定结果。 表3根茎汞草补偿生长生理特性的测定结果 t a b 3 r e s u l t so fc o m p e n s a t o r 3 。g r o w t ho fp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 3 1 2 1 补偿生长对生物量的影响 由图3 一l 可以看出，在不同浓度盐溶液处理下，四种牧草的生物量变化相对平缓。 中间偃麦草和埃克幼苗的生物量的变化基本上是上升的趋势。焦斯和泰瑞幼苗的生物 量变化趋势是先升高然后降低。 方差分析显示，中间偃麦草在o 6 、o 8 、1 盐溶液处理下，幼苗的生物量与 对照差异显著( p 0 0 5 ) ：埃克在0 8 盐溶液处理下，幼苗的生物量与对照差异显著 内蒙吉农业大学硕士学位论文9 ( p 0 0 5 ) ；焦斯和泰瑞幼苗的生物量与对照差异均不显著。同时不同品种问的差异比 较明显，四条曲线分层排列。方差分析显示，四种牧草幼苗的生物量差异极显著 ( p 0 0 1 ) 。 0 0 4 0 0 3 5 30 0 ：3 + 焦斯- 1 泰瑞+ i l - i 间偃麦草+ 埃克 暑o 0 2 s - = 二了戈二 o 0 2 + 卜。唪1 o 0 1 5 0 o 0 2 0 4 0 6 0 8 1 o 盐浓度 图3 - 1不同盐处理对生物量的影响 f i g 3 l e f f e c to f d i f f e r e n ts a l to nb i o m a s s 3 1 2 2 补偿生长对可溶性糖含量的影响 3 5 3 2 5 2 一 l - 5 l o 5 一 - - - o - - 焦斯一泰瑞一中间偃麦草十埃克 o 一。一一一一一一 0 0 0 2 0 4 0 6 o 8 1 o 盐浓度 图：3 - 2 不同盐浓度处理对可溶性糖含量的影响 f i g 3 - 2 e f l k to fd i f f e r e n ts a l to f fs o l u b l es u g a rc o n t e n t 如图3 - 2 所示，焦斯和泰瑞随着处理盐浓度的增加，幼苗可溶性糖含量先升高然 后降低；埃克幼苗可溶性糖含量随着处理盐浓度的增加基本上为增加；而中间偃麦草 幼苗可溶性糖含量随着处理音是浓度的增加，表现为先降低然后升高。泰瑞和埃克在所 拿一鲻把(一jj毒兰襄il 1 0偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 有浓度赫溶液处理下，幼苗的可溶性糖含量均高于对照，但泰瑞幼苗的可溶性糖含量 与对照差异不显著，而埃克在0 2 、0 4 、0 6 、0 8 豁溶液处理下，幼苗可溶性 糖含量与对照及1 盐溶液处理下的幼苗可溶性糖含量差异显著( p o 0 5 ) 。泰瑞在 0 2 盐溶液处理下可溶性糖含量达到最大。埃克在0 8 盐溶液处理下可溶性糖含量 达到最大。焦斯在l 盐溶液处理下可溶性糖含量低于对照，其他均高于对照且在0 4 盐溶液处理下可溶性糖含量达到最大，但与对照差异不显著；中间偃麦草在o 2 盐 溶液处理下可溶性糖含量低于对照，其他均高于对照且在0 6 盐溶液处理下可溶性 糖含量达到最大，但与对照差异不显著。 3 1 2 3 补偿生长对可溶性蛋白含量的影响 x = 西荽 _ 乞 瞄 ：一 连 6 - - o - - 焦斯一泰瑞一中间偃麦草十埃克 o o 0 2 0 4 0 6 o 8 1 o 盐浓度 图3 - 3 不同盐浓度处理对可溶性蛋白含量的影响 f i g 3 - 3 e f f e c to fd i f f e r e n ts a l to ns o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t 如图3 3 所示，四种牧草的变化趋势可以明显的分为两类。一类为焦斯和泰瑞， 基本上都是降低的趋势，且值较大。另一类为中间偃麦草和埃克，趋势基本上是降低 然后上升，相对于第一类值较小。中间偃麦草在0 6 、0 8 盐溶液处理下，幼苗的 可溶性蛋白含量高于对照，且在0 6 盐溶液处理下可溶性蛋白含量达到最大，但与 对照的差异不显著。埃克在0 6 、0 8 、1 盐溶液处理下，幼苗的可溶性蛋白含量 高于对照，且在0 8 盐溶液处理下可溶性蛋白含量达到最大。方差分析显示，焦斯 和泰瑞盐溶液处理下幼苗的可溶性蛋白含量均低于对照。焦斯和埃克在o 8 、1 盐 溶液处理下幼苗的可溶性蛋白含量与对照差异显著( p o 0 5 ) ；泰瑞在0 6 、0 8 盐 一 一 一 一 2 l 0 9 8 7 l，1l 内蒙古农业大学硕士学位论文 溶液处理下幼苗的可溶性蛋白含量与对照差异显著( p o 0 5 ) 。 3 1 2 4 补偿生长对叶绿素含量的影响 叶绿素色素是植物吸收太阳光能进行光合作用的重要物质，对于植物的生长非常 重要。不同盐浓度处理下，幼苗叶绿素含量的变化见图3 4 。 由图3 - 4 可以看出随着盐浓度的增加，中间偃麦草幼苗的叶绿素含量是先增加然 后降低，在o 2 、o 4 、0 6 盐溶液处理下叶绿素含量超过对照，在0 6 盐溶液处 理下叶绿素含量达到最大。埃克的叶绿素含量是先降低然后升高然后再降低，同时在 0 4 、0 6 、o 8 盐溶液处理下叶绿素含量超过对照，在0 6 盐溶液处理下叶绿素 含量达到最大。而焦斯和泰瑞的变化趋势基本一致，都是先升高然后降低然后再升高， 在o 2 盐溶液处理下叶绿素含量超过对照且达到最大。方差分析显示，各牧草在不 同浓度盐溶液处理下幼苗叶绿素含量差异不显著。 b c 螺 把 躲 意 二 2 7 0 2 6 0 2 1 0 2 0 0 卜焦斯一泰瑞十中间偃麦草+ 埃克 o 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 o 盐浓度 图3 _ 4 不同盐处理对叶绿素含量的影响 f i g 3 - 4 e f f e c to fd i f f e r e n ts a l to nc h l o r o p h y l lc o n t e n t 3 1 2 5 补偿生长对p o d 活性的影响 不同浓度盐溶液处理下，4 种牧草的p o d 活性变化见图3 - 4 。 由图可知，焦斯和泰瑞随着处理盐浓度的增大，幼苗p o d 活性随之降低。而中间 偃麦草幼苗p o d 活性的变化是先升高然后降低，在所有浓度盐溶液处理下，幼苗的 p o d 活性均高于对照，在0 6 盐溶液处理下p o d 活性达到最高。埃克幼苗的p o d 活性 变化是先降低然后升高，在0 8 枯溶液处理下p o d 活性达到最高。方差分析显示， 中间偃麦草在0 6 、0 8 、1 盐溶液处理下幼苗的p o d 活性与对照差异显著( p o 0 5 ) 。 12偃麦草属植物盐补偿生长与逆境交叉适应规律的研究 且在0 6 盐溶液处理下幼苗的p o d 活性与对照差异极显著( p o 0 1 ) 。埃克在各浓度 盐浓度处理下，幼苗的p o d 活性与对照无显著差异。泰瑞在0 4 、o 6 、0 8 、1 ! i ； ：溶液处理下幼苗的p o d 活性与对照差异显著( p o 0 5 ) ，且在1 盐溶液处理下幼苗 的p o d 活性与对照差异极显著( p o 0 1 ) 。焦斯在1 盐溶液处理下幼苗的p o d 活性与 对照差异显著( p 慕 、 蕊 匿 。夏 罢 羹 盘 耋 兰 要 聂 窭 雾 雾 睦 受 匿 蓁 蕊 苦 ：二 至 鬟 蕊 至 套 鍪 耋 。 垒 中间偃麦革埃克 焦斯泰瑞 图3 - 1 2 盐与低温交叉处理对过氧化物酶活性的影响 f i 够- 1 2 e f f e c t so f s a l ta n d l o wt e m p e r a t u r ec r o s s p r o c e s s i n go np