李江艷， 張鮮花， 袁小強(qiáng)

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052）

近年來，災(zāi)害性氣候事件頻發(fā)，全球氣候變暖日趨嚴(yán)重，雨量季節(jié)性分布不均，一些環(huán)境因素限制了干旱和半干旱地區(qū)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育［1］，特別是水分脅迫作為一種多維脅迫，除了引起植物表型的變化，也能引起植物體內(nèi)生理生化以及分子水平的變化，從而產(chǎn)生一系列的影響［3-4］。目前，高溫、干旱已成為限制草牧業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，受到越來越多專家和學(xué)者的關(guān)注。研究干旱脅迫對(duì)牧草生理生化特性等方面的影響表明，野生牧草資源具有較強(qiáng)的抗旱能力［5-7］，具有極大的開發(fā)潛力，因此，研究牧草抗旱性對(duì)優(yōu)異種質(zhì)篩選及創(chuàng)新具有重要意義。

鴨茅（Dactylis glomerata）為多年生叢生禾草，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)性強(qiáng)、飼口性好等特點(diǎn)［8］。同時(shí)鴨茅還具有廣泛的氣候耐受性，主要表現(xiàn)為較好的抗寒性、耐熱性、抗旱性和生態(tài)適應(yīng)性，是世界廣泛分布的四大禾本科牧草之一［9］。我國(guó)是鴨茅的起源地之一，主要分布于四川、云南、新疆等地［10-11］。國(guó)內(nèi)外針對(duì)鴨茅逆境生理的研究主要集中于抗旱、耐熱、耐陰等方面。其中，抗旱性研究主要集中于種子萌發(fā)期或苗期通過抗旱性指標(biāo)的比較進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)。然而抗旱指標(biāo)較多，極大地增加了抗旱鑒定的工作量及重復(fù)度。但不同指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的敏感度不同，篩選對(duì)干旱脅迫敏感的指標(biāo)對(duì)抗旱性鑒定具有重要意義。因此，本研究選取7份來源不同的鴨茅材料，在苗期進(jìn)行干旱處理，對(duì)不同旱脅迫下葉片的相對(duì)含水量、葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、抗氧化酶活性等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，采用主成分分析、隸屬函數(shù)分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法，探討鴨茅苗期抗旱性并篩選抗旱指標(biāo)，以期為鴨茅抗旱品種選育及抗旱機(jī)制的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試?guó)喢┓N質(zhì)7份，其中，5份為野生種，均來自新疆；2份為育成品種，1份為四川育成品種寶興鴨茅，1份為美國(guó)育成品種俄勒岡鴨茅（表1）。

表1 材料編號(hào)及來源地Table 1 Material number and origin

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 育苗及移栽 每個(gè)供試材料均挑選飽滿種子300粒，均勻置于培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿100粒種子，放置光照培養(yǎng)箱內(nèi)（10 h光照，14 h黑暗）培養(yǎng)，定時(shí)補(bǔ)充水分。待幼苗長(zhǎng)至5 cm高度時(shí)，選取20株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽至裝有等量沙子（過2 mm篩）的花盆（底部無孔、上口徑10.8 cm、下口徑6.9 cm、高17.9 cm）中，每盆移栽1株，每份材料移栽20盆。移栽后的幼苗置于實(shí)驗(yàn)室（植物工廠）內(nèi)，溫度為（25±1）℃，濕度為46%±1%，每天保證10 h光照。

1.2.2 干旱處理 移栽后按照測(cè)定的土壤飽和持水量進(jìn)行正常灌溉，28 d后待鴨茅幼苗適應(yīng)移栽環(huán)境并正常生長(zhǎng)，將植株統(tǒng)一修剪至7 cm高度。設(shè)置適宜水分（CK，灌水量為飽和田間持水量的85%）、輕度脅迫（MD，灌水量為飽和田間持水量的60%）和重度脅迫（HD，灌水量為飽和田間持水量的35%）3個(gè)處理，處理時(shí)間持續(xù)30 d。期間，采用稱重法每周補(bǔ)充1次水分至設(shè)定水分梯度。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

處理30 d后，測(cè)定供試材料葉片的生理生化指標(biāo)。其中，葉片相對(duì)含水量（relative water content，RWC）、相對(duì)電導(dǎo)率（relative electrical conductivity，REL） 、可 溶 性 糖 （soluble carbohydrate，SC）含量分別采用飽和稱重法、電導(dǎo)法 及 蒽 酮 比 色 法 測(cè) 定［12］；丙 二 醛（malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定［13］；葉綠素（chlorophyll，Chl）含量采用二甲基亞砜法測(cè)定［14］；脯氨酸（proline，Pro）含量采用茚三酮法測(cè)定［15］；可溶性蛋白（soluble protein，SP）含量采用Bradford改進(jìn)的 Lowry 法測(cè)定［16］；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性參照Giannopolitis的氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定［17］；過 氧 化 物 酶（peroxidase，POD）活 性 參 照Hernandez的愈創(chuàng)木酚法測(cè)定［18］；過氧化氫酶（catalase，CAT）活性采用紫外分光光度法測(cè)定［19］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2012整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析?？购迪禂?shù)（drought coefficient，DC）計(jì)算公式如下。

計(jì)算后得到的DC值用于相關(guān)性分析以及主成分分析。因子權(quán)重系數(shù)（Vi）、各材料各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值μ（xi）、抗旱性度量值（D）及綜合抗旱系數(shù)值（comprehensive drought-resistance coefficient，CDC）的計(jì)算公式如下。

式中，Pi為第i個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率，表示第i個(gè)指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度，xi、ximax和ximin分別表示第i個(gè)綜合指標(biāo)及第i個(gè)綜合指標(biāo)的最大值和最小值。

將各指標(biāo)DC值作為母序列，以D值為參考序列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出各指標(biāo)DC值與D值間的關(guān)聯(lián)度（λD），按以下公式分別計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)Ti（λ）和加權(quán)抗旱系數(shù)（weighted droughtresistance coefficient，WDC）。

將各指標(biāo)DC值作為母序列，以WDC值為參考序列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出各指標(biāo)DC值與WDC值間的關(guān)聯(lián)度（λWDC）。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)鴨茅生理生化指標(biāo)的影響

對(duì)7份供試材料在不同程度干旱脅迫下的生理生化性狀進(jìn)行鑒定，結(jié)果（表2）表明，各測(cè)定指標(biāo)隨干旱程度的增強(qiáng)呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。RWC和Chl含量隨脅迫程度的增強(qiáng)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，即CK＞MD＞HD；其中，Chl含量在不同處理間存在顯著差異，而除YM-1及YM-3外其他材料RWC在不同處理間也存在顯著差異。REL隨脅迫程度的增強(qiáng)逐漸增大，不同處理間存在顯著差異。MDA、SC、Pro和SP含量隨脅迫程度增強(qiáng)逐漸增加，即HD＞MD＞CK，且不同處理間均存在顯著差異；僅YM-5葉片MDA含量在CK和MD處理間差異不顯著，YM-2葉片SP含量在CK和MD處理間差異不顯著。POD和CAT活性隨脅迫程度增強(qiáng)呈上升趨勢(shì)，表現(xiàn)出HD＞MD＞CK；僅YM-4葉片CAT活性在CK和MD處理間差異不顯著，其余材料在不同處理間均存在顯著差異。SOD活性隨脅迫增強(qiáng)呈先降低后升高的趨勢(shì)，各材料均表現(xiàn)為在輕度脅迫下SOD活性最低；僅YM-5和YM-6在HD處理下葉片SOD活性顯著高于CK，而YM-3、YM-4和YM-7葉片SOD活性在HD和CK處理間差異不顯著，其余材料均表現(xiàn)為脅迫處理后SOD活性顯著降低?？傮w來看，隨著脅迫程度的增強(qiáng)，對(duì)各生理生化指標(biāo)的影響逐漸增大。各材料間不同指標(biāo)變異系數(shù)為2.19%～31.98%，除RWC外，其余均大于10%，說明各材料受干旱影響后不同指標(biāo)間差異較大。因此，上述生理生化指標(biāo)對(duì)鴨茅種質(zhì)的抗旱性評(píng)價(jià)具有重要意義。

對(duì)不同性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表2）表明，不同脅迫程度下各指標(biāo)表現(xiàn)出的敏感程度具有差異性。與CK處理比較，MD處理下各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)為0.238～1.000；HD處理下為-0.116～1.000。

表2 干旱脅迫各個(gè)供試種質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值、均值及差異性分析Table 2 Analysis of the mean value and difference analysis of the measured values of each germplasm under drought stress

2.2 抗旱系數(shù)分析

為消除量綱差異，進(jìn)一步分析不同材料的抗旱性系數(shù)，結(jié)果（表3）表明，各材料不同指標(biāo)均呈現(xiàn)重度脅迫下的抗旱系數(shù)大于輕度脅迫，但抗旱系數(shù)的變異幅度差異不大。輕度脅迫下，各指標(biāo)抗旱系數(shù)均值為0.64～1.33，變異系數(shù)為1.44%～24.70%。材料間SOD、POD、CAT活性的變異系數(shù)達(dá)20%以上，即材料間表現(xiàn)出較大差異；其余指標(biāo)的變異系數(shù)較小。重度脅迫下，各指標(biāo)抗旱系數(shù)均值為 0.72～1.69，變異系數(shù)為 1.86%～24.57%。其中，材料間抗氧化酶活性的變異系數(shù)較高。隨脅迫程度的增強(qiáng)，除SC、SP及抗氧化酶活性的變異系數(shù)降低外，其余指標(biāo)均表現(xiàn)出隨脅迫增強(qiáng)材料間差異變大的趨勢(shì)。對(duì)不同材料的抗旱系數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，各指標(biāo)抗旱系數(shù)在材料間表現(xiàn)出不同程度的差異（表3）。其中，葉片相對(duì)含水量在材料間無顯著差異；過氧化氫酶活性在不同材料間存在顯著差異。

表3 供試種質(zhì)各測(cè)試指標(biāo)的抗旱系數(shù)Table3Droughtresistancecoefficientofdifferentindexin7testedgermplasm

對(duì)各指標(biāo)抗旱系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表4）表明，不同脅迫程度下各指標(biāo)間均具有一定的相關(guān)性。輕度干旱脅迫下，RWC與Chl含量、CAT活性呈顯著負(fù)相關(guān)，EL與MDA含量呈顯著負(fù)相關(guān)；重度干旱脅迫下，Pro含量與CAT活性呈顯著負(fù)相關(guān)。

表4 干旱脅迫下主成分分析的特征向量及貢獻(xiàn)率Table 4 Correlation analysis of different traits under drought resistance

2.3 供試種質(zhì)抗旱性綜合評(píng)價(jià)

對(duì)不同干旱脅迫處理下10個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果（表5）表明，均提取出5個(gè)主成分因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為98.375%（MD）和99.213%（HD）。將信息重疊的10個(gè)指標(biāo)最終轉(zhuǎn)換為5個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)（F1～F5）。輕度干旱脅迫下，F(xiàn)1中RWC和SC具有較高載荷量；F2中MDA載荷量最高；F3中Pro載荷量最高；F4中POD和Pro載荷量較高；F5中MDA載荷量最高。重度干旱脅迫下，F(xiàn)1中為POD及CAT載荷量較高，F(xiàn)2中為SP載荷量最高，F(xiàn)3中為CHL和MDA載荷量較高，F(xiàn)4中為SC載荷量最高，F(xiàn)5為POD和SP載荷量較高。

表5 干旱脅迫下主成分分析的特征向量及貢獻(xiàn)率Table 5 Feature vector and contribution rate of principal component analysis under mild drought stress

基于新提取的5個(gè)因子，對(duì)供試材料進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)（表6）。輕度脅迫下，各供試材料CDC、D與WDC值的分別為0.267～0.693、0.217～0.697和1.082～1.208，其均值分別為0.432、0.498和1.121，變異系數(shù)為36.12%、35.27%和3.73%（表6）。將材料按照CDC、D和WDC值進(jìn)行排序，YM-1和YM-4的綜合排名較高，表明具有較強(qiáng)的抗旱性；YM-2和YM-5綜合排名較低，表明抗旱性較弱。重度干旱脅迫下，CDC、D與WDC值的分別為0.200～0.596、0.144～0.634和1.307～1.445，均值分別為0.452、0.480和1.370，變異系數(shù)為33.50%、34.86%和3.77%（表6）。綜合排序后，YM-3和YM-5的綜合排名較高，抗旱性較強(qiáng)；YM-4的綜合排名最后，即抗旱性較弱，與輕度干旱脅迫下排名結(jié)果存在較大差異。

表6 干旱脅迫下不同種質(zhì)的抗旱性評(píng)價(jià)Table 6 Drought resistance evaluation of tested germplasm under different drought stress

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

為選擇適宜的生理生化指標(biāo)進(jìn)行抗旱性鑒定，采用灰色關(guān)聯(lián)度方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析（表7）。輕度干旱脅迫下，各材料測(cè)定指標(biāo)DC與D值的關(guān)聯(lián)程度為0.570～0.722，從高到低進(jìn)行排序依次為MDA、SOD、POD、CHL、CAT、RWC、SP、EL、SC和Pro；DC與WDC值的關(guān)聯(lián)程度為0.587～0.837，從高到低進(jìn)行排序依次為CHL、RWC、MDA、SP、SC、SOD、EL、CAT、Pro、POD。由此可見，在輕度干旱脅迫下，MDA、EL、RWC與抗旱性密切相關(guān)，對(duì)抗旱性鑒定影響較大。重度水分脅迫下，各材料測(cè)定指標(biāo)DC與D值的關(guān)聯(lián)程度為0.671～0.781；DC與WDC值的關(guān)聯(lián)程度為0.530～0.844；排序結(jié)果與輕度干旱脅迫下存在差異，SP、SC、RWC為前3位，說明其在重度干旱脅迫下與抗旱性密切相關(guān)，對(duì)抗旱性鑒定影響較大。

表7 干旱脅迫下供試材料各指標(biāo)DC值與D和WDC值的關(guān)聯(lián)度及權(quán)重Table 7 Weight and correlation degree between DC value and D，WDC value of each index under drought stress

續(xù)表Continued

3 討論

土壤水分是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，水分缺失對(duì)于植物正常生理活動(dòng)的進(jìn)行有顯著影響，如干旱脅迫會(huì)影響植物蒸騰、表型、細(xì)胞活性、器官和組織功能等［20］。鄒苗等［21］發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫程度的增加，酸棗幼苗葉片RWC呈下降趨勢(shì)，而滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)Pro含量和膜質(zhì)過氧化物MDA含量逐漸增加，除此之外，葉片SOD、POD和CAT活性逐漸增強(qiáng)。田莉華等［22］和郭郁頻［23］等對(duì)不同品種早熟禾干旱脅迫下生理響應(yīng)進(jìn)行研究得出相同的結(jié)論。晁漫寧等［24］對(duì)灌漿期小麥（Triticeae）進(jìn)行持續(xù)干旱脅迫，發(fā)現(xiàn)葉片SP含量和抗氧化酶活性逐漸升高。黃海霞等［25］研究裸果木葉片抗氧化酶活性對(duì)干旱的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，葉片POD和CAT活性在嚴(yán)重干旱脅迫下顯著增強(qiáng)。本研究表明，隨著干旱程度的加劇，不同來源鴨茅材料均表現(xiàn)為葉片RWC及Chl含量逐漸降低，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量逐漸升高，細(xì)胞膜透性發(fā)生改變，主要體現(xiàn)在EL和MDA含量的升高，抗氧化酶活性總體呈升高趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果相一致。

作物抗旱性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，抗旱性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于選擇適宜的鑒定指標(biāo)［26］。近年來，許多學(xué)者利用多元分析方法對(duì)不同植物進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)及抗旱指標(biāo)篩選，王瑞霞等［27］采用隸屬函數(shù)法和主成分分析法對(duì)芥菜型油菜的抗旱性進(jìn)行綜合 評(píng) 價(jià) 。 Xu 等［28］對(duì) 沙 冬 青（Ammopiptanthus mongolicus）的研究發(fā)現(xiàn)，葉片Pro含量的大量積累可能對(duì)植物的滲透調(diào)節(jié)起著重要作用，因此，該性狀對(duì)抗旱性評(píng)價(jià)具有重要意義。曾令霜等［29］對(duì)43份狗牙根（Cynodon dactylon）進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)EL、Chl和MDA含量可作為評(píng)估狗牙根抗旱性的有效指標(biāo)。易津等［30］研究賴草屬牧草耐旱生理發(fā)現(xiàn)，幼苗存活率、苗高、根冠比、Chl含量和POD活性可以作為評(píng)價(jià)禾本科牧草抗旱性的生理指標(biāo)。

本研究對(duì)不同來源鴨茅種質(zhì)苗期與抗旱相關(guān)的10個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行鑒定，利用主成分分析法、隸屬函數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)分析得到綜合抗旱系數(shù)（CDC）、抗旱性度量值（D）和加權(quán)抗旱系數(shù)（WDC），發(fā)現(xiàn)不同干旱脅迫下，評(píng)價(jià)鴨茅苗期抗旱性的有效指標(biāo)存在差異。輕度干旱脅迫下，葉片RWC、Chl和MDA含量與抗旱性密切相關(guān)；重度干旱脅迫下，除RWC外，SP和SC含量對(duì)抗旱性評(píng)價(jià)影響較大。由此表明，鴨茅苗期對(duì)于不同程度的干旱脅迫其生理指標(biāo)的相應(yīng)存在差異，因此，進(jìn)行抗旱性鑒定時(shí)，應(yīng)考慮脅迫程度，選取適宜的指標(biāo)進(jìn)行鑒定。

許多研究表明，野生種較栽培種具有更優(yōu)的抗逆性，曾令霜等［29］對(duì)43種狗牙根進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)新疆野生狗牙根種質(zhì)的抗旱性顯著優(yōu)于狗牙根栽培品種；王平等［6］對(duì)8份披堿草屬牧草進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)野外采集材料的抗旱性顯著高于審定品種。本研究顯示，野生種與栽培種的抗旱性在不同干旱脅迫下存在差異；輕度干旱脅迫下，7份種質(zhì)的抗旱性排序依次為YM-4＞YM-1＞YM-3＞YM-6＞YM-7＞YM-5＞YM-2；重度干旱脅迫下，7份種質(zhì)的抗旱性依次為YM-3＞YM-5＞YM-1＞YM-7＞YM-6＞YM-2＞YM-4，即不同材料隨干旱脅迫程度的加劇，抗旱性表現(xiàn)不同，可能與源產(chǎn)地生境不同有關(guān)。綜合來看，來自新疆的野生鴨茅具有較強(qiáng)的抗旱性，具有極大的挖掘及鑒定價(jià)值，可作為優(yōu)良種質(zhì)潛力資源。