， ，

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 呼和浩特 010031； 2.呼和浩特市環(huán)境保護局， 呼和浩特 010020)

不良非生物因素環(huán)境因子如干旱、鹽脅迫、冷害、氧脅迫、高溫、低光照等會影響植物生長發(fā)育。其中干旱在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的最重要非生物因素。干旱脅迫造成的損失是其它逆境脅迫的總和，成為了阻礙農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題[1]。糜子(PanicummiliaceumL.)又稱黍、稷，栽培歷史悠久，曾是人類最早的栽培谷物之一。其抗逆性強，耐旱、耐貧瘠、水分利用效率高，是干旱與半干旱地區(qū)的主要糧食作物。糜子是蒸騰最低、抗旱性最強的作物，具有較高的氣孔蒸騰阻力和高葉片水勢，形成每克干物質(zhì)所需消耗水(255.12 g)。較耐旱節(jié)水作物谷子低約3 g、低于高粱約20 g、低于玉米約80 g，約為小麥(513 g)、大麥(534 g)等大作物的一半[2]。糜子是C 4植物，光合速率較高，干物質(zhì)積累很快。C 3植物在低水分條件下完全停止生產(chǎn)干物質(zhì)時，糜子仍能進(jìn)行干物質(zhì)生產(chǎn)。因此研究和探索糜子抗旱生態(tài)生理機制，對糜子優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培具有重要的參考價值[3]。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料為內(nèi)糜5號、內(nèi)糜9號、伊糜5號、伊選黃糜、PY 2、PJ 1、PJ 2、205、242、247、248、259。種子來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院。

1.2 方 法

種子處理：選取飽滿均勻的種子，蒸餾水浸泡24 h。取萌動一致的種子，放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿，每培養(yǎng)皿50粒種子，加入50 mL配制好的PEG-6000溶液。設(shè)對照(蒸餾水)及PEG濃度15%、25% 3個處理，每處理3次重復(fù)。

幼苗處理：清水培養(yǎng)24 h露白后，取萌動一致的種子放入裝有沙壤土的花盆中，溫室培養(yǎng)。待幼苗長到40 d(3葉1心)時，進(jìn)行水分處理。分別繼續(xù)澆水和質(zhì)量濃度為25%的PEG-6000溶液5 d，干旱處理至葉片嚴(yán)重卷曲時，測定各生理指標(biāo)[4]。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 發(fā)芽率、發(fā)芽勢測定

在種子發(fā)芽第3天測定發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率及種子根長、芽長。

1.3.2 存活率測定

進(jìn)行干旱脅迫5 d后，統(tǒng)計糜子品種幼苗成活株數(shù)。

1.3.3 細(xì)胞膜透性測定

采用電導(dǎo)率法測定。取0.5 g糜子幼苗葉片，蒸餾水沖洗，用濾紙吸干表面水分，電導(dǎo)率儀測定初始電導(dǎo)率，再將其置于沸水浴中煮沸15 min，冷卻后測定其電導(dǎo)率。細(xì)胞膜透性以電導(dǎo)率表示。電導(dǎo)率(%)=處理電導(dǎo)率/煮沸后電導(dǎo)率×100%。

1.3.4 超氧化物歧化酶(SOD)活性測定

取糜子幼苗葉片0.2 g，加磷酸緩沖液研磨得10 mL勻漿，13 000 r/min下離心20 min，取上清液，按順序加入蛋氨酸緩沖液、乙二胺四乙酸溶液、核黃素溶液、藍(lán)四氮唑溶液，陽光下顯色15 min，蒸餾水為參比液，波長560 nm處測定光密度值[5]。

1.3.5 丙二醛含量測定

取材料葉片0.2 g，加磷酸緩沖液研磨得10 mL勻漿，13 000 r/min下離心20 min，取上清液，加入硫代巴妥酸溶液，沸水浴加熱15 min，冷卻后4 000 r/min下離心5 min，以硫代巴妥酸溶液為參比液，分別在波長532 nm和600 nm處測定光密度值[5]。

1.3.6 游離脯氨酸含量測定

采用茚三酮法測定。取同位同色葉片0.1 g，分別置于20 mL試管中，加入5 mL 3%磺基水楊酸溶液，沸水中浸提10 min，取出試管，冷卻至室溫后，吸取上清液2 mL加入2 mL冰乙酸和3 mL顯色液，于沸水中加熱40 min，冷卻后加甲苯5 mL萃取后在520 nm下比色，并通過脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到脯氨酸的值。從標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到脯氨酸的濃度，按以下公式計算脯氨酸含量的百分?jǐn)?shù)：

脯氨酸[μg/g]=(C×V/a)/W。

式中：C為提取液中脯氨酸的濃度(μg)，由標(biāo)準(zhǔn)曲線中求得；V為提取液總體積(mL)；a為測定時所吸取的體積(mL)；W為樣品重(g)[5]。

2 研究結(jié)果

2.1 水分脅迫對不同糜子品種種子發(fā)芽特性的影響

干旱脅迫程度隨PEG-6000濃度的增加而增加，不同糜子品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢均呈下降趨勢。其中，內(nèi)糜9號發(fā)芽率、發(fā)芽勢下降幅度最小。在25%濃度下，仍可保持95%以上的發(fā)芽率。伊選黃糜發(fā)芽率、發(fā)芽勢下降幅度最大，在25%濃度下，發(fā)芽率僅為7%，干旱脅迫對種子造成很大傷害。PJ 2發(fā)芽率、發(fā)芽勢在對照及處理情況下均不高，但其較對照下降幅度較低。重度干旱脅迫延遲了各品種種子發(fā)芽進(jìn)程。

隨著干旱脅迫程度的增加，各品種根長、芽長比均有顯著上升。干旱脅迫刺激了根部的生長，利于水分的吸收，是糜子品種適應(yīng)干旱脅迫的一種響應(yīng)方式。

綜合以上指標(biāo)，在不同水分脅迫下種子發(fā)芽率較高的糜子品種有：內(nèi)糜9號、內(nèi)糜5號、242、247、259。PJ 1，伊選黃糜發(fā)芽率最低。

2.2 水分脅迫對糜子幼苗存活率的影響

存活率是反映作物抗逆性的重要指標(biāo)。在干旱脅迫下，各糜子品種的存活率均呈下降趨勢，不同品種間差異顯著(表2)。其中存活率高于80%的品種有：PJ 1、內(nèi)糜5號、242、PJ 2；存活率低于50%的品種有：內(nèi)糜9號、伊選黃糜、205。

表1 不同糜子品種在干旱處理下的發(fā)芽特性

品種 發(fā)芽率(%) 發(fā)芽勢(%) 根長/芽長比 ck15%25%ck15%25%ck15%25%內(nèi)糜5號100.0100.072.6100.098.086.6143.0179.0325.0內(nèi)糜9號100.099.096.798.097.096.767.283.9128.0伊選黃糜96.095.07.095.070.03.066.7105.0158.8伊糜5號99.094.034.095.094.034.080.0164.0249.0PJ199.098.043.397.386.739.362.966.066.7PJ220.719.315.320.017.316.057.875.6116.7PY297.397.063.396.796.754.766.5186.1158.820599.099.092.399.097.086.673.0129.3269.0242100.098.085.798.091.390.757.193.1195.024799.094.091.398.091.390.384.6105.6135.7248100.096.587.397.094.784.061.485.7252.925999.096.091.397.094.082.488.3185.0241.4

表2 干旱脅迫下糜子品種存活率及生理指標(biāo)的相對變化

品種存活率相對電導(dǎo)率(%)相對SOD活性(%)相對Pro含量(%)相對MDA含量(%)排序內(nèi)糜5號89.7b163.2231.5200.9152.12內(nèi)糜9號47.3j313.5110.7107.7323.710伊選黃糜41.7k351.7107.8107.3338.211伊糜5號75.8f232.9150.6132.4223.76PJ192.3a150.3245.7207.5124.51PJ280.5d203.4195.9165.7182.14PY251.9i291.6125.8110.6293.1920530.5l382.897.5101.7358.91224288.4c180.7213.9182.3179.2324760.7h267.6139.3119.2267.9824869.1g253.5143.6127.1259.8725977.3e215.3172.7148.7201.55

注：SOD為超氧化物歧化酶；Pro為游離脯氨酸；MDA為丙二醛(p<0.01)。

2.3 水分脅迫對糜子幼苗電導(dǎo)率的影響

水分脅迫傷害了植物葉片細(xì)胞，使得細(xì)胞膜相對透性增加，相對電導(dǎo)率是反映細(xì)胞膜受損的重要指標(biāo)，在干旱脅迫下，糜子品種電導(dǎo)率均呈上升的趨勢(圖1)。其中205電導(dǎo)率最大，伊選黃糜次之；PJ 1電導(dǎo)率最小，其次為內(nèi)糜5號。各材料間差異顯著(p<0.01)，與存活率呈顯著負(fù)相關(guān)。在干旱脅迫下，PJ 1細(xì)胞膜受損程度較重，抵御干旱脅迫能力較強；205最重。

2.4 水分脅迫對糜子幼苗SOD活性的影響

在水分脅迫下，各材料間SOD活性變化差異顯著(p<0.01)。其中，PJ 1的SOD活性最高，205的SOD活性最低。從表2可知，水分脅迫下糜子幼苗SOD活性與存活率呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1 不同糜子品種在水分脅迫下電導(dǎo)率的變化

圖2 不同糜子品種在水分脅迫下SOD活性的變化

2.5 水分脅迫對糜子幼苗MDA含量的影響

水分脅迫下各材料丙二醛含量變化均呈顯著差異(p<0.01)。PJ 1的MDA含量最低，內(nèi)糜5號次之；205的MDA含量最高。各材料的丙二醛含量表明在水分脅迫下205受到的傷害最大，PJ 1最小。

圖3 不同糜子品種在水分脅迫下丙二醛含量的變化

2.6 水分脅迫對糜子幼苗Pro含量的影響

水分脅迫下各材料Pro含量呈現(xiàn)差異顯著(p<0.01)。PJ 1的Pro含量最高，內(nèi)糜5號次之，205的Pro含量最低。

圖4 不同糜子品種在水分脅迫下游離脯氨酸含量的變化

3 討 論

PEG模擬干旱脅迫減緩了糜子種子萌發(fā)進(jìn)程，并降低了發(fā)芽率。較抗旱品種在干旱脅迫下表現(xiàn)出較高的根長、芽長比。干旱脅迫在一定程度上促進(jìn)了根的生長以利于吸收水分，其具體生理機制有待進(jìn)一步的研究。

干旱脅迫下，植物細(xì)胞電導(dǎo)率可反映植株受傷害程度。逆境脅迫使植物細(xì)胞膜受到傷害，細(xì)胞膜透性增大使得細(xì)胞電解質(zhì)外滲量增加，其增幅的大小在一定程度上能夠反映植物抵御逆境脅迫能力的強弱[6]。PEG模擬干旱脅迫下，PJ 1、內(nèi)糜5號電導(dǎo)率較低；205電導(dǎo)率最高。干旱脅迫對PJ 1、內(nèi)糜5號細(xì)胞膜傷害程度較小。

植物體內(nèi)部分水解酶或與水解相關(guān)的酶包括一些氧化酶的活性，在逆境脅迫下，其活性會在一定程度上升，幫助植物抵御逆境脅迫。SOD對防止自由基活性氧的毒害至關(guān)重要，是植物體內(nèi)清除活性氧的第一道防線[7]?？购敌詮姷钠贩N保護酶活性在逆境條件下可維持較高水平，有利于降低細(xì)胞膜受到傷害的程度[7]。植物細(xì)胞清除自由基能力隨SOD活性維持上升的時間增加而加強。PEG模擬干旱脅迫下，供試材料PJ 1、內(nèi)糜5號SOD維持高活性時間較長，其清除自由基能力較強，抗性較強；205的SOD活性最低。

植物器官在遭到逆境脅迫或衰老時，細(xì)胞發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛含量增加。作為膜脂過氧化最終產(chǎn)物，丙二醛的積累在一定程度上傷害植物細(xì)胞，與電導(dǎo)率表現(xiàn)一致。丙二醛含量可以作為反映植物遭到逆境脅迫程度的重要指標(biāo)之一[8]。植物細(xì)胞受傷害程度越大，丙二醛含量增幅越大[9]。PEG模擬干旱脅迫下，供試材料PJ 1、內(nèi)糜5號丙二醛含量最低，其膜系統(tǒng)受傷害程度最輕；205的丙二醛含量最高。

游離脯氨酸在植物體中起到滲透調(diào)節(jié)作用，在一定程度逆境脅迫下其活性被激發(fā)，含量增加。游離脯氨酸親水性可防止逆境脅迫時植物組織細(xì)胞的脫水，反應(yīng)或與酶調(diào)控有密切的關(guān)系[10]。植物在逆境脅迫下通過游離脯氨酸含量的增加協(xié)助抵御逆境，消除蛋白質(zhì)分解初期產(chǎn)生的氨，并防止其它有毒物質(zhì)的積累[11]。本試驗結(jié)果顯示，干旱脅迫下，PJ 1、內(nèi)糜5號游離脯氨酸含量最高，205最少。

4 結(jié) 論

干旱脅迫下，各糜子品種發(fā)芽率、發(fā)芽勢均呈下降趨勢，根長、芽長比上升。各品種間作為清除自由基重要物質(zhì)的SOD活性，調(diào)節(jié)滲透物質(zhì)Pro含量變化顯著不同?？购敌詮姷钠贩NSOD活性及Pro含量顯著高于抗旱性弱的品種，且與存活率呈顯著正相關(guān)。MDA作為傷害積累物質(zhì)，在干旱脅迫下其含量顯著增加。抗旱性弱的品種MDA含量高于抗旱性強的品種，與存活率呈顯著負(fù)相關(guān)。綜合分析存活率及生理指標(biāo)相對值的變化，初步得出供試品種的抗旱能力強弱依次為PJ 1>內(nèi)糜5號>242>PJ 2>259>伊糜5號>248>247>PY 2>內(nèi)糜9號>伊選黃糜>205。

[1]劉錦川.加拿大披堿草與老芒麥親緣關(guān)系及抗性生理研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[2]胡銀崗,林凡云,王士強,等.糜子抗旱節(jié)水相關(guān)基因PmMYB的克隆及表達(dá)分析[J].遺傳,2008,10(3):373-379.

[3]高俊山,魏仰浩.我國糜子的抗旱適應(yīng)性及其在干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位[J].粟類作物,1990(4):30-33.

[4]華東師范大學(xué)生物系.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,1980.

[5]張盼盼.糜子抗旱性鑒定與抗旱指標(biāo)篩選[D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.

[6]劉錦川,云錦鳳,張磊.氯化鈉脅迫下3種披堿草屬牧草生理特性的研究[J].草地學(xué)報,2010(5):694-697.

[7]劉錦川,云錦鳳.披堿草屬3種牧草幼苗對水分脅迫的影響[J].種子,2010,29(9):17-20.

[8]倪郁,郭彥軍,呂俊,等.水分脅迫下豆科牧草的生理生化變化[J].土壤通報,2004(6):275-278.

[9]易津,王學(xué)敏,谷安琳,等.駝絨藜屬牧草種苗耐鹽性評價及生理基礎(chǔ)研究[J].草地學(xué)報,2003,11(2):110-116.

[10]盧少云,陳斯平,陳斯曼.三種暖季型草坪草在干旱條件下脯氨酸含量和抗氧化酶活的變化[J].園藝學(xué)報,2003,30(3):303-306.

[11]裴真明,賀道耀,湯章城.質(zhì)膜氧化還原系統(tǒng)中的抑制物及其特性[J].植物學(xué)報,1995(10):116-121.

[12]路貴和,安海潤.作物抗旱性鑒定方法與指標(biāo)研究進(jìn)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),1999,27(4):39-43.