蘇瑋娟， 趙桂琴， 琚澤亮， 宮文龍， 柴繼寬

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心， 甘肅 蘭州 730070)

飼用燕麥(AvenasativaL.)又稱皮燕麥，是禾本科燕麥屬一年生糧飼兼用作物[1]，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[2]，主要栽培于我國北方地區(qū)[3]。隨著全球氣候變暖，干旱成為該地區(qū)燕麥生產(chǎn)面臨的嚴(yán)重問題之一[4]。干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞膜脂過氧化，影響植株正常生長(zhǎng)發(fā)育，降低植株產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。因此，研究燕麥對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)、篩選耐旱性強(qiáng)的品種成為這類地區(qū)提高飼草產(chǎn)量和品質(zhì)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑[6]。張娜等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，燕麥幼苗葉片的過氧化酶活性顯著升高，當(dāng)細(xì)胞膜脂過氧化水平較低時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)酶可有效清除活性氧自由基，從而減輕干旱脅迫造成的傷害，而當(dāng)膜脂過氧化水平進(jìn)一步升高時(shí)，細(xì)胞膜透性增大，膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化甚至受損。劉景輝等[8]對(duì)燕麥各個(gè)生育期的葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)研究后發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下燕麥的脯氨酸(Proline，Pro)和可溶性蛋白(Soluble protein，SP)含量均顯著增加。Lawlor[9]發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫可導(dǎo)致燕麥的可溶性蛋白含量下降，細(xì)胞保水能力減弱，植株出現(xiàn)萎焉現(xiàn)象。

對(duì)植物萌發(fā)期耐旱性研究常采用聚乙二醇(Polyethyleneglycol，PEG-6000)、甘露醇等高滲溶液模擬干旱脅迫的方法[10]。PEG可使?jié)B透壓保持穩(wěn)定，具有不易被植物吸收、無毒等特點(diǎn)，常作為滲透脅迫劑[11]，在玉米(ZeamaysL.)[12-13]、小麥(TriticumaestivumL.)[14-15]等作物的耐旱性研究方面廣泛應(yīng)用。羅興雨等[16]發(fā)現(xiàn)，15% PEG脅迫使燕麥幼苗受到中度傷害，但燕麥不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)死亡，因而可將15% PEG作為模擬干旱脅迫的適宜濃度。

植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，影響其受損情況的除了脅迫強(qiáng)度外，更重要的是脅迫時(shí)間的長(zhǎng)短[17]。王力偉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下燕麥幼苗的Pro含量和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降的變化趨勢(shì)，脅迫48 h時(shí)Pro含量和SOD活性達(dá)到峰值。持續(xù)干旱脅迫 10 d，黑麥草(LoliumperenneL.)的SOD活性達(dá)到峰值，抗氧化酶活性較高[19]。雖有研究報(bào)道了植物各項(xiàng)生理指標(biāo)變化與逆境脅迫時(shí)間之間的關(guān)系[20-22]，但不同發(fā)育階段、不同脅迫時(shí)間下植物對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)有所不同，萌發(fā)期是植物適應(yīng)干旱脅迫的第一階段、也是最為關(guān)鍵的時(shí)期，影響著植物立苗和后期的生長(zhǎng)發(fā)育[23]。目前關(guān)于燕麥苗期耐旱性的研究已有報(bào)道[24-25]，但對(duì)萌發(fā)期不同脅迫時(shí)間下其生理生化變化的研究并不多見，而且不同供試材料在同一脅迫條件下的響應(yīng)也不盡相同。因此本試驗(yàn)擬采用15%PEG模擬干旱脅迫，對(duì)6份燕麥材料萌發(fā)期滲透調(diào)節(jié)、保護(hù)酶活性等的變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，并利用主成分及隸屬函數(shù)法對(duì)其耐旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)為揭示燕麥對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)和篩選耐旱品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

6份供試燕麥材料分別為‘蒙燕1號(hào)’、‘青引1號(hào)’、‘定燕2號(hào)’、‘DA92-2F4’、‘加燕2號(hào)’和‘甜燕麥’，均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇大小均勻一致的燕麥種子，用75%乙醇浸泡1 min消毒后用蒸餾水沖洗干凈，進(jìn)行催芽。選露白一致的種子播種在裝有珍珠巖與石英砂(1∶1)的育苗杯(直徑10 cm，高16 cm)中，每杯15粒，澆足水后將育苗杯置于白色塑料方盒(35 cm×25 cm×15 cm)中，每盒6杯，置于生長(zhǎng)室(晝/夜溫度25℃/18℃，相對(duì)濕度65% ～ 75%，光照強(qiáng)度500 ～ 700 μmol·m-2·s-1)培養(yǎng)。以胚芽長(zhǎng)度≥1/2種子長(zhǎng)度、胚根長(zhǎng)度≥種子長(zhǎng)度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[18]，以第1粒種子的發(fā)芽日期開始計(jì)時(shí)，待發(fā)芽后第4 d對(duì)各品種進(jìn)行15% PEG處理，以不加PEG為對(duì)照，于0，24，48，72和96 h采樣測(cè)定生理指標(biāo)，每個(gè)處理4次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.3.1丙二醛 丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量采用硫代巴比妥酸方法測(cè)定[26]。

1.3.2滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 可溶性糖(Soluble sugar，SS)含量采用蒽酮比色法測(cè)定[26]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[26]，脯氨酸含量采用磺基水楊酸方法測(cè)定[26]。

1.3.3抗氧化酶系統(tǒng) SOD活性用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[26]，過氧化物酶(Peroxidase，POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[26]，過氧化氫酶(Catalase，CAT)活性采用紫外吸收法測(cè)定[26]。

1.4 耐旱性綜合評(píng)價(jià)

對(duì)萌發(fā)期6份燕麥材料進(jìn)行相關(guān)性分析后，根據(jù)主成分分析法[27]將測(cè)定的7項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行降維，并篩選出耐旱性綜合指標(biāo)，最后利用隸屬函數(shù)法[27]進(jìn)行耐旱性評(píng)價(jià)。

1.4.1各材料綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值 當(dāng)材料的耐旱性與所測(cè)指標(biāo)正相關(guān)時(shí)，其綜合隸屬函數(shù)計(jì)算公式為：

U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，3，…，n

(1)

當(dāng)材料的耐旱性與所測(cè)指標(biāo)負(fù)相關(guān)時(shí)，其綜合隸屬函數(shù)計(jì)算公式為：

U(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，3，…，n

(2)

式中：Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)；Xmin表示j第個(gè)綜合指標(biāo)最小值；Xmax表示第j個(gè)綜合指標(biāo)最大值。

1.4.2各材料綜合指標(biāo)權(quán)重

(3)

式中：Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中重要程度即權(quán)重；Pj為各基因型第j個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率。

1.4.3各材料耐旱性綜合評(píng)價(jià)

(4)

式中：D值為各指標(biāo)的耐旱性綜合評(píng)價(jià)值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用SPSS 20.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，利用主成分分析法、隸屬函數(shù)法對(duì)6個(gè)燕麥材料的耐旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥丙二醛(MDA)含量的影響

干旱脅迫對(duì)燕麥萌發(fā)期MDA含量有顯著影響。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量總體呈上升趨勢(shì)，脅迫96 h后MDA含量與對(duì)照(0 h)相比顯著增加(P<0.05)，但不同材料的變化動(dòng)態(tài)明顯不同。由表1可知，‘甜燕麥’的MDA含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，96 h達(dá)到最大值(9.61 μmol·g-1)，而其余材料均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后降低的變化趨勢(shì)。干旱脅迫24 h，‘DA92-2F4’的MDA含量達(dá)到最大值，較對(duì)照增加了209.38%，隨后其MDA含量穩(wěn)步下降，96 h時(shí)降至12.06 μmol·g-1。而‘青引1號(hào)’和‘蒙燕1號(hào)’的MDA含量在脅迫48 h時(shí)達(dá)到峰值(分別為23.78和22.56 μmol·g-1)?！ㄑ?號(hào)’和‘加燕2號(hào)’在干旱脅迫72 h時(shí)MDA含量達(dá)到最大，較對(duì)照增加77.66%和255.59%。

由表1可知，供試材料在未進(jìn)行干旱脅迫時(shí)(0 h)，MDA含量就有顯著差異，其中‘青引1號(hào)’和‘定燕2號(hào)’的較高，其次是‘蒙燕1號(hào)’、‘DA92-2F4’和‘加燕2號(hào)’，‘甜燕麥’的含量較低。干旱脅迫后6份材料的MDA含量不僅達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)不同，而且其峰值之間差異也非常顯著，‘青引1號(hào)’的最高，為23.78 μmol·g-1，‘甜燕麥’的峰值則最低(9.61 μmol·g-1)，較前者低59.59%。

表1 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥丙二醛含量的影響Table 1 Effect of drought stress time on MDA content of oats 單位：μmol·g-1

2.2 干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥滲透調(diào)節(jié)特性的影響

2.2.1干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥萌發(fā)期可溶性糖含量的影響 干旱脅迫顯著影響了燕麥可溶性糖含量的變化。由表2可知，未進(jìn)行干旱脅迫時(shí)(0 h)，6份材料的可溶性糖含量無顯著差異。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性糖含量總體呈上升趨勢(shì)，在脅迫72 h時(shí)達(dá)到峰值，這時(shí)‘青引1號(hào)’和‘定燕2號(hào)’的可溶性糖含量較高(分別為7.36和7.30 mg·g-1，P<0.05)，‘甜燕麥’的含量最低(4.28 mg·g-1)。隨著脅迫時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，可溶性糖含量有所下降，脅迫96 h時(shí)‘蒙燕1號(hào)’和‘青引1號(hào)’的可溶性糖含量較72 h時(shí)分別下降了11.64%和15.08%；‘加燕2號(hào)’和‘甜燕麥’降幅最小，分別為1.47%和2.80%，但‘甜燕麥’的含量仍然最低。

表2 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥可溶性糖含量的影響Table 2 Effect of drought stress time on soluble sugar content of oats 單位：mg·g-1

2.2.2干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥脯氨酸含量的影響 隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥的脯氨酸含量總體呈上升趨勢(shì)，但各材料的脯氨酸含量在不同時(shí)間點(diǎn)的變化明顯不同(P<0.05)。由表3可知，‘甜燕麥’和‘定燕2號(hào)’的脯氨酸含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)穩(wěn)步上升，在96 h達(dá)到最大(601.03 mg·g-1和433.53 mg·g-1)，而其余材料均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降的變化趨勢(shì)。干旱脅迫48 h時(shí)，‘DA92-2F4’，‘蒙燕1號(hào)’和‘青引1號(hào)’的脯氨酸含量達(dá)最大值(分別為434.70 mg·g-1、229.20 mg·g-1和310.13 mg·g-1)，而‘加燕2號(hào)’的脯氨酸含量在脅迫72 h時(shí)才達(dá)到峰值，較對(duì)照增加847.21%。

表3 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥脯氨酸(Pro)含量的影響Table 3 Effect of drought stress time on proline (Pro) content of oats 單位：mg·g-1

另外，在干旱脅迫前(0 h)各材料的脯氨酸含量就存在顯著差異(P<0.05)，‘甜燕麥’和‘DA92-2F4’的脯氨酸含量較高(224.83和213.30 mg·g-1)，‘加燕2號(hào)’的最低(22.90 mg·g-1)。干旱脅迫后，6份材料的脯氨酸含量達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)不同，且其峰值之間也差異顯著，‘甜燕麥’的最高，‘加燕2號(hào)’的最低。

2.2.3干旱脅迫時(shí)間下對(duì)燕麥可溶性蛋白含量的影響 由表4可知，干旱脅迫處理前‘甜燕麥’的可溶性蛋白含量最高，‘DA92-2F4’的最低。干旱脅迫增加了燕麥的可溶性蛋白含量，但不同材料的變化動(dòng)態(tài)各異。脅迫48 h時(shí)‘DA92-2F4’的可溶性蛋白含量即達(dá)到最大(41.07 mg·g-1)，隨后迅速下降，至96 h時(shí)降至20.57 mg·g-1?！友?號(hào)’的可溶性蛋白含量在脅迫24 h時(shí)即顯著高于其他材料，在72 h時(shí)達(dá)到峰值(38.80 mg·g-1)，隨后無明顯變化，96 h時(shí)仍為所有材料中最高(P<0.05)?！鹧帑湣目扇苄缘鞍自诟珊得{迫下最高為26.83 mg·g-1，較對(duì)照增加了7.88%。

表4 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥可溶性蛋白含量的變化Table 4 Effect of drought stress time on soluble protein content of oats 單位：mg·g-1

2.3 干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥抗氧化特性的影響

2.3.1干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥SOD活性的影響 隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥SOD活性總體呈上升趨勢(shì)，脅迫96 h后SOD活性高于對(duì)照(0 h)，但各材料的變化不盡相同。由圖1可知，‘甜燕麥’的SOD活性在干旱脅迫96 h達(dá)到最大值(168.73 U·g-1)，且顯著高于其他材料(P<0.05)，而其余材料的SOD活性均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后降低的變化趨勢(shì)?！瓺A92-2F4’和‘加燕2號(hào)’在脅迫48 h時(shí)SOD活性達(dá)到最大，分別較對(duì)照顯著增加88.76%和49.93%?！嘁?號(hào)’和‘定燕2號(hào)’的SOD活性在72 h時(shí)達(dá)到峰值(123.13和122.83 U·g-1)，但其增長(zhǎng)幅度相對(duì)較小，分別比對(duì)照增加38.77%和38.63%。

如圖1所示，6份材料在處理前(0 h)，其SOD活性便存在顯著差異(P<0.05)，其中‘加燕2號(hào)’的SOD活性最高(109.83 U·g-1)，‘定燕2號(hào)’的最低(88.60 U·g-1)。干旱脅迫后各材料的SOD活性不僅增幅不一，且其峰值之間也存在顯著差異，‘DA92-2F4’峰值最高，‘定燕2號(hào)’的峰值最低。

圖1 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥SOD酶活性的變化Fig.1 Effect of drought stress time on SOD activity of oats

2.3.2干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥POD活性的影響 由圖2可知，脅迫96 h后各材料的POD活性較對(duì)照(0 h)顯著增加。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，POD活性總體呈上升趨勢(shì)，但供試材料間差異顯著。‘DA92-2F4’的POD活性在干旱脅迫24 h時(shí)達(dá)到最大(81.60 U·min-1·g-1)，隨后急劇下降，96 h時(shí)降至37.57 U·min-1·g-1，顯著低于其他材料(P<0.05)?！裳?號(hào)’和‘青引1號(hào)’的POD活性在脅迫48 h達(dá)到最大，較對(duì)照分別增加237.64%和202.13%?！鹧帑湣瘎t在72 h時(shí)POD活性達(dá)到最大(44.40 U·min-1·g-1)。另外，干旱脅迫之前各材料的POD活性差異不大，但脅迫后其POD活性不僅達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)不同，而且峰值之間差異顯著。

圖2 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥POD酶活性的變化Fig.2 Effect of drought stress time on POD activity of oats

2.3.3干旱脅迫時(shí)間對(duì)燕麥的CAT活性的影響 6份材料的CAT活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì)。由圖3可知，脅迫96 h后各材料的CAT活性高于對(duì)照(0 h)，但不同材料的CAT活性變化存在顯著差異?！瓺A92-2F4’在脅迫24 h時(shí)CAT活性達(dá)到最大(86.98 U·mol-1·g-1)，但96 h時(shí)其CAT值僅為50.83 U·mol-1·g-1，顯著低于其他材料(P<0.05)?！友?號(hào)’和‘甜燕麥’在脅迫72 h時(shí)CAT活性達(dá)到峰值，分別比對(duì)照增加32.49%和31.04%。另外，干旱脅迫前各材料的CAT活性就有顯著差異(P<0.05)，其中‘加燕2號(hào)’的最高(52.72 U·mol-1·g-1)，‘定燕2號(hào)’的最低(41.33 U·mol-1·g-1)。干旱脅迫后6份材料的CAT活性分別在不同時(shí)間點(diǎn)達(dá)到峰值，其中‘DA92-2F4’的最高(86.98 U·mol-1·g-1，24 h)，其次為‘蒙燕1號(hào)’(71.88 U·mol-1·g-1，72 h)，‘青引1號(hào)’的峰值最低(67.75 U·mol-1·g-1,24 h)。

圖3 干旱脅迫時(shí)間對(duì)供試燕麥CAT酶活性的變化Fig.3 Effect of drought stress time on CAT activity of oats

2.4 不同燕麥材料萌發(fā)期耐旱性評(píng)價(jià)

2.4.1干旱脅迫下各生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析 為了了解各生理生化指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)程度[28]，對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化特性和膜脂過氧化的7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)，發(fā)現(xiàn)Pro含量與POD，CAT活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.632和0.693，且POD活性與CAT活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(0.732，P<0.01)。MDA含量與Pro含量、POD和CAT活性極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為—0.668，—0.893和—0.668。SP含量與SOD活性顯著正相關(guān)(P<0.05)，SS含量與POD活性也呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。因此，僅采用單一或個(gè)別幾個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)燕麥萌發(fā)期的耐旱性不太可靠，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合分析。

表5 6份燕麥材料各指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of various indicators of 6 forage oats under drught stress

2.4.26份燕麥材料各指標(biāo)間的主成分分析 相關(guān)性分析表明，各指標(biāo)間存在一定的信息重疊現(xiàn)象，因此采用主成分對(duì)表6中的7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)一步分析，結(jié)果表明，前3個(gè)綜合指標(biāo)的主成分貢獻(xiàn)率分別為55.945%，24.934%和13.328%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)94.207%(表6)。綜合各指標(biāo)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，主成分1中MDA含量、SS含量和POD活性的系數(shù)較高，分別為0.921，0.953和0.925，這3個(gè)系數(shù)可作為判斷燕麥?zhǔn)艿礁珊得{迫后膜脂過氧化變化的依據(jù)；主成分2中SP含量、SOD活性、CAT活性和主成分3中SOD活性的系數(shù)較大，分別為0.760，0.566，0.385和0.553，反映出燕麥在干旱脅迫條件下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和過氧化氫酶活性的變化情況。由此可知，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、膜脂過氧化特性、抗氧化酶活性受干旱脅迫的影響最為顯著，可將其作為燕麥萌發(fā)期應(yīng)對(duì)干旱脅迫的主要生理響應(yīng)指標(biāo)。

表6 各綜合指標(biāo)系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 6 coefficient and contribution rate of various comprehensive indicators

2.4.36份燕麥材料的耐旱性綜合評(píng)價(jià) 隸屬函數(shù)作為綜合評(píng)價(jià)作物抗逆性的方法，可有效反映供試材料的抗性強(qiáng)弱[27]。根據(jù)公式(1) (2)計(jì)算出各燕麥材料的3個(gè)主成分的隸屬函數(shù)值，然后根據(jù)公式(3)計(jì)算出3個(gè)主成分的權(quán)重值分別為0.594，0.265和0.141，最后根據(jù)公式(4)計(jì)算出各燕麥材料萌發(fā)期耐旱性的綜合評(píng)價(jià)值(D)，根據(jù)D值大小進(jìn)行排序，耐旱性強(qiáng)弱依次為:‘DA92-2F4’>‘蒙燕1號(hào)’>‘加燕2號(hào)’>‘青引1號(hào)’>‘定燕2號(hào)’>‘甜燕麥’。

表7 供試燕麥萌發(fā)期各綜合指標(biāo)值、權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及綜合評(píng)價(jià)Table 7 The comprehensive indicator values,indiex weight,membership function value,D value and comprehensive evaluation of oat materials at germination stage

3 討論

植物在受到逆境脅迫時(shí)，會(huì)通過一系列生理代謝調(diào)節(jié)來適應(yīng)脅迫環(huán)境，典型的調(diào)節(jié)方式主要有滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成和抗氧化物質(zhì)的變化[29]?？扇苄蕴强赏ㄟ^降低細(xì)胞滲透勢(shì)、保護(hù)細(xì)胞膜的完整、維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定而對(duì)植物起一定的保護(hù)作用[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)干旱脅迫72 h時(shí)，6份燕麥材料的可溶性糖含量均達(dá)到最大，且材料間差異顯著；‘DA92-2F4’和‘青引1號(hào)’的可溶性糖含量顯著高于其他材料，而‘加燕2號(hào)’和‘甜燕麥’的最低。脯氨酸作為植物中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，在植物受到干旱脅迫時(shí)，它不僅降低細(xì)胞水勢(shì)，還可調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)pH以防止細(xì)胞質(zhì)酸化，對(duì)細(xì)胞膜的完整性有保護(hù)作用[30]。本試驗(yàn)中脯氨酸含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì)，但不同材料間差異也非常明顯。‘定燕2號(hào)’的脯氨酸含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)一直增加，96 h達(dá)到峰值；而‘DA92-2F4’在脅迫24 h即達(dá)到與‘定燕2號(hào)’96 h相似的含量，且隨后未見明顯增加；‘青引1號(hào)’在48 h達(dá)到峰值后迅速下降。尤海洋[31]在羊草(Leymuschinensis)上也得到了類似結(jié)果，隨著脅迫天數(shù)從1 d延長(zhǎng)至5 d，羊草葉片脯氨酸含量顯著上升，且在脅迫后期也保持著較高水平。在干旱脅迫過程中，酶類抗氧化系統(tǒng)中的SOD會(huì)與CAT或者POD相互協(xié)作，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)從而維持細(xì)胞正常的生理功能[32]。本研究中，除‘甜燕麥’的SOD活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)一直上升外，其余材料的SOD，POD和CAT活性均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降趨勢(shì)。在短時(shí)間干旱脅迫下，抗氧化酶系統(tǒng)可有效清除過量的活性氧，維持植物正常的生理活動(dòng)，但長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)脅迫會(huì)導(dǎo)致抗氧化酶系統(tǒng)的調(diào)控能力降低，植物受損加重。趙春程等[19]在多年生黑麥草(LoliumperenneLinn.)上也得到了類似結(jié)果，用不同濃度(0，10%，15%，20%) PEG模擬干旱脅迫程度，發(fā)現(xiàn)在10%或15%的PEG濃度下，多年生黑麥草葉片的抗氧化酶活性最強(qiáng)，之后隨著脅迫程度的加劇顯著下降，抗氧化酶對(duì)活性氧的調(diào)控能力減弱。

MDA為膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量的高低是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)[33-34]。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥MDA含量總體呈上升趨勢(shì)，但不同材料的響應(yīng)明顯不同。‘DA92-2F4’在干旱脅迫24 h時(shí)MDA含量即達(dá)到峰值，隨后穩(wěn)步下降，到96 h時(shí)顯著低于其他材料，說明其在脅迫前期反應(yīng)較大，但很快適應(yīng)了干旱環(huán)境，脅迫48 h時(shí)其脯氨酸、可溶性蛋白含量和SOD活性即達(dá)到峰值且顯著高于其他材料，表明其滲透調(diào)節(jié)能力和清除過量活性氧的能力增強(qiáng)，膜脂過氧化程度下降，耐旱性增強(qiáng)。而‘甜燕麥’的MDA含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，到96 h時(shí)達(dá)到最大，表明在干旱脅迫過程中其細(xì)胞膜脂過氧化程度逐漸加劇，質(zhì)膜受損程度加大；同時(shí)其SP，SS含量和其他材料相比隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)增幅最小，盡管SOD活性較高，但仍不足以抵御MDA含量增加帶來的損傷，因此耐旱性較弱。干旱脅迫破壞了酶保護(hù)反應(yīng)和自由基生成的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致耐旱能力減弱[18]。

干旱脅迫下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)累積越多、MDA含量越低、抗氧化酶活性越強(qiáng)，則抗旱性越強(qiáng)[35-36]。本試驗(yàn)中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、膜脂過氧化特性和抗氧化酶活性3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)94.207%，可以用于反映燕麥萌發(fā)期耐旱性強(qiáng)弱。在整個(gè)干旱脅迫過程中，‘DA92-2F4’和‘蒙燕1號(hào)’的SS含量和CAT活性較對(duì)照分別增加了150.27%，99.68%和124.92%，52.97%；而‘甜燕麥’的SS含量、CAT活性與對(duì)照相比僅增加了32.09%和31.04%，這可能是其耐旱性較差的原因之一。裴帥帥等[37]也發(fā)現(xiàn)4個(gè)谷子(Setariaitalica)品種的SP，Pro含量，SOD，POD活性和MDA含量等指標(biāo)在同一脅迫條件下的變化差異非常顯著，導(dǎo)致其耐旱性各異。不同品種的遺傳特性不同，對(duì)逆境脅迫的防御反應(yīng)也不盡相同[35]，很難通過單一或個(gè)別幾個(gè)指標(biāo)來評(píng)判其抗性強(qiáng)弱，必須綜合各類指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，方能得出較為可靠的結(jié)果。

4 結(jié)論

干旱脅迫對(duì)燕麥萌發(fā)期生理生化特性有顯著影響。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥的抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和MDA含量均顯著高于對(duì)照，其變化趨勢(shì)因供試材料不同而異；7個(gè)指標(biāo)間具有較高相關(guān)性，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、膜脂過氧化特性、抗氧化酶活性可作為燕麥萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)；6份供試材料中，‘DA92-2F4’和‘蒙燕1號(hào)’的萌發(fā)期耐旱性較強(qiáng)，‘甜燕麥’耐旱性最弱。