苜蓿與無芒雀麥單混播后越冬期根系生理指標的變化及其與抗寒性的關(guān)系

申曉慧

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江佳木斯 154007)

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苜蓿與無芒雀麥單混播后越冬期根系生理指標的變化及其與抗寒性的關(guān)系

申曉慧

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江佳木斯 154007)

[目的]研究紫花苜蓿與無芒雀麥單混播后越冬期根系MDA含量及抗氧化酶活性的變化及其與抗寒性的關(guān)系。[方法]通過對4種抗寒性不同的紫花苜蓿品種與無芒雀麥單、混播處理后，測定苜蓿根系在整個越冬期間的丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性的變化。[結(jié)果]苜蓿單播及與無芒雀麥混播后根系MDA含量隨溫度的變化呈升高、降低、升高的變化趨勢；CAT活性隨著自然溫度的下降而增加，翌年春隨著溫度的回升而降低；SOD和POD的活性則隨溫度的大幅下降呈增加趨勢，隨著溫度繼續(xù)下降和寒冷時間的延長而有所下降，翌年又隨苜蓿返青而有所提高。同一品種不同處理酶活性表現(xiàn)為混播高于單播。運用隸屬函數(shù)法進行抗寒性綜合評判，發(fā)現(xiàn)各處理抗寒性從強到弱依次為：Wega7F+無芒雀麥、Wega7F、WL319HQ+無芒雀麥、WL319HQ、馴鹿+無芒雀麥、馴鹿、敖漢+無芒雀麥、敖漢。[結(jié)論]該研究結(jié)果對于我國北方干旱寒冷地區(qū)苜?？购N及栽培利用具有重要意義。

紫花苜蓿；無芒雀麥；混播；抗寒性

紫花苜蓿(Medicagosativa)是我國畜牧業(yè)生產(chǎn)中重要的豆科牧草，具有營養(yǎng)價值高、適應(yīng)區(qū)域廣、應(yīng)用年限長、適口性好等優(yōu)點，是目前我國乃至全世界播種面積最大的豆科牧草之一[1-3]。我國北方地區(qū)氣候干燥寒冷，冬日長，夏日短，苜蓿普遍存在不能安全越冬、翌年不能完全返青的問題。目前，國內(nèi)學(xué)者對苜蓿與禾草混播的研究主要集中在產(chǎn)量和生長動態(tài)方面，而對紫花苜蓿在低溫脅迫方面的研究較多[4-5]，主要集中在形態(tài)學(xué)指標、生理生化指標[6-8]等方面。其中，對丙二醛(MDA)含量及抗氧化酶活性的研究前人也得到了不同的結(jié)果。馬春平等[9]研究表明在正常溫度下不同品種苜蓿體內(nèi)MDA含量基本一致，低溫處理后不同品種的MDA含量會明顯上升。由繼紅等[10]認為不同品種的苜蓿MDA的生成量不同，抗寒性越強的品種的MDA積累量越低，而超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性強的品種和POD同工酶帶數(shù)多的品種抗寒性強。魏臻武等[11]認為在苜?？购憻捴蠸OD起到重要的保護作用，隨著苜?？购Φ奶岣撸琒OD活性下降。前人研究均是1種或2種氧化酶活性對苜蓿單播的研究，而通過苜蓿與禾草混播的栽培方式改變苜蓿根系微環(huán)境，研究苜蓿根系越冬期間MDA及三大抗氧化酶活性變化與苜蓿抗寒性關(guān)系的研究鮮見報道。筆者通過不同品種紫花苜蓿與禾草無芒雀麥單、混播處理，調(diào)查它們的越冬率，并對單播、混播處理的不同苜蓿根系MDA及酶促防御系統(tǒng)的三大保護性酶活性進行測定。利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對其生理生化指標進行抗寒性評價，研究不同品種間及混播與單播處理間MDA含量及三大抗氧化酶活性與抗寒性的關(guān)系，旨在為我國北方干旱寒冷地區(qū)苜?？购N及栽培利用提供技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1供試材料苜蓿種子選用 Wega7F(佳木斯分院提供)、馴鹿和敖漢(黑龍江省畜牧研究所提供)、WL319HQ(美國品種)、禾草無芒雀麥(BromusinnermisLeyss)均由北京正道生態(tài)科技有限公司提供。

1.2試驗設(shè)計苜蓿播種日期為2013年5月28日，出苗日期為6月14日。條播每個處理設(shè)置 3 m×4 m的小區(qū), 行間距30 cm， 播種深度3 cm，苜蓿單播播量為22.5 kg/hm2，與無芒雀麥混播播量為4.5 kg/hm2，無芒雀麥播量為15.75 kg/hm2，試驗重復(fù)3次。小區(qū)之間設(shè)置50 cm區(qū)道。大田采用正常管理。試驗設(shè)置8個處理，處理I為Wega7F單播，處理 Ⅱ為Wega 7F與無芒雀麥混播,處理Ⅲ為馴鹿單播，處理Ⅳ為馴鹿與無芒雀麥混播，處理Ⅴ為敖漢單播，處理Ⅵ為敖漢與無芒雀麥混播，處理Ⅶ為WL319HQ單播，處理Ⅷ為WL319HQ與無芒雀麥混播。

1.3樣品采集與保存試驗取樣時間分別為2013年10月15日、10月30日、11月15日及2014年3月30日、4月15日、4月30日，在各試驗小區(qū)隨機挖取紫花苜蓿的根，實驗室內(nèi)將根洗凈，液氮固定，于-80 ℃冰箱中保存，試驗時取根系靠近根頸處5 cm根長進行各項生理生化指標的測定。

1.4生理指標的測定MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法；SOD活性的測定采用氮藍四唑法；POD活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外吸收法[12]。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析試驗原始數(shù)據(jù)使用Excel 2013錄入并進行數(shù)據(jù)處理與繪圖，使用SAS 8.0統(tǒng)計軟件進行顯著性分析，采用Duncan’s法進行多重比較。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法進行抗寒性綜合評價[13]。

2　結(jié)果與分析

2.1MDA 含量的變化由表1可知，10月15日至30日，隨著外界環(huán)境溫度的逐漸降低，MDA含量迅速升高，平均含量由27.8 μmol/g 上升到39.6 μmol/g，平均增加29.9%。Wega7F苜蓿單播、混播處理MDA含量增加最少，敖漢苜蓿單播處理MDA含量增加最多，說明在低溫脅迫條件下不同品種苜蓿對低溫脅迫的耐受能力不同。11月15日，由于外界自然環(huán)境溫度的持續(xù)下降，MDA含量也隨之大幅度下降，此時，Wega7F單播、混播處理MDA含量下降幅度最大，MDA含量越低，說明其抗氧化能力越強。MDA含量在整個越冬期保持在較低水平。翌年苜蓿返青后，各種能量代謝開始加速，MDA含量略有升高，逐漸恢復(fù)到正常水平。

表1　不同處理紫花苜蓿根系MDA含量的變化

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters in each row indicated significant difference at the level of 0.05.

2.2SOD 活性的變化由表2可知，不同品種紫花苜蓿單、混播根系SOD活性的變化趨勢為先升高后下降再升高，隨著外界環(huán)境溫度的下降，各處理根系SOD活性呈持續(xù)的增加趨勢；除了敖漢苜蓿單播在10月30日SOD活性達到最大值外，其他處理均在11月15日達到最大值，其中抗寒性較強的品種Wega7F的混播處理及WL319HQ單播處理的SOD活性顯著高于其他品種(P<0.05)。究其原因，可能是在外界低溫脅迫條件下大量的活性氧蓄積在細胞內(nèi)，為了適應(yīng)脅迫環(huán)境，植物本能地啟動了自我保護機制，通過SOD活性的提升來防御活性氧損害。2014年3月30日SOD活性較2013年11月15日下降，說明在持續(xù)寒冷的季節(jié)SOD活性一直保持在較高水平。2014年4月15日至30日，隨著氣溫持續(xù)不斷回升，除Wega7F混播及馴鹿單、混播SOD活性有所下降外，其他品種及處理SOD活性均呈升高趨勢，且整個越冬前后同一品種混播處理的SOD活性高于單播處理。

表2　不同處理紫花苜蓿根系SOD活性的變化

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters in each row indicated significant difference at the level of 0.05.

2.3POD 活性的變化由表3可知，POD與SOD活性的變化趨勢基本一致，但不同品種及處理POD活性均在11月15日達到最大值，與10月30日處理差異達到顯著水平(P<0.05)。此外，不同品種及處理間POD活性的增加幅度也不同，Wega7F POD活性增加最多，說明此時其抗氧化能力最強，其次是WL319HQ和馴鹿，敖漢苜蓿單播處理最低。從2013年10月30日至2014年4月15日，POD活性呈下降趨勢。4月30日，氣溫逐漸上升，苜蓿返青，脅迫解除，苜蓿代謝能力逐漸旺盛，POD活性又有所增強。此時，除敖漢苜蓿單播處理POD活性略低外，其他品種及處理POD活性基本一致。

表3　不同處理紫花苜蓿根系POD活性的變化

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters in each row indicated significant difference at the level of 0.05.

2.4CAT 活性的變化由表4可知，不同品種及處理紫花苜蓿根系CAT 活性的變化隨著外界環(huán)境氣溫的變化先上升后下降。10月15日至11月15日，隨著外界環(huán)境溫度的不斷下降，各根系CAT活性普遍升高，變化幅度較大。Wega7F、引進品種WL319HQ單、混播及馴鹿混播處理根系組織的CAT活性在11月15日達到最高值，其他品種及處理在10月30日出現(xiàn)最大值，翌年隨著季節(jié)氣溫的逐漸回暖，CAT活性顯著下降(P<0.05)，其中敖漢苜蓿下降最快。

表4　不同處理紫花苜蓿根系CAT活性的變化

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters in each row indicated significant difference at the level of 0.05.

2.5不同品種苜蓿單、混播后抗寒的評價通過對越冬率、MDA及植物防御系統(tǒng)的三大抗氧化酶活性的測定，利用隸屬函數(shù)法對4種不同紫花苜蓿品種單播及與無芒雀麥混播進行綜合分析。隸屬函數(shù)值越高，說明品種的抗寒性越強，反之，其抗寒性越差。隸屬函數(shù)綜合評價結(jié)果表明，同一品種混播處理的抗寒性略高于苜蓿單播，抗寒性高的單播品種，與無芒雀麥混播后其抗寒性仍然較高。各處理抗寒性從強到弱依序為：Wega7F+無芒雀麥、Wega7F、WL319HQ+無芒雀麥、WL319HQ、馴鹿+無芒雀麥、馴鹿、敖漢+無芒雀麥、敖漢(表5)。

3　結(jié)論與討論

MDA是植物細胞膜脂過氧化的重要指標之一，其含量反映植物組織的抗氧化能力的強弱。目前，王運濤等[14]研究表明植物在遭受低溫脅迫時體內(nèi)MDA含量會有所升高，這與該試驗結(jié)果相吻合。在一定的低溫范圍內(nèi)，SOD、CAT、POD等保護酶活性的提高有利于保持植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除之間的平衡，減輕活性氧對植物的損害，增強植物的耐寒性。該試驗結(jié)果表明，田間越冬初期，各品種及處理的抗氧化酶迅速增加，敖漢苜蓿的SOD和CAT酶活性在10月末達到最大值，其他品種的酶活性均在11月中旬升至最高，各品種及處理根系POD酶活性均在11月中旬達到最大

表5不同苜蓿品種單播及與無芒雀麥混播根系生理指標的隸屬函數(shù)值
Table 5Subordinate function values of physical indices in root ofM.sativaunder single and mixed sowing treatments

處理TreatmentMDA含量MDAcontentSOD活性SODactivityPOD活性PODactivityCAT活性CATactivity均值A(chǔ)verageⅠ0.5960.6950.6850.4670.611Ⅱ0.5510.7410.6740.3150.570Ⅲ0.4850.6450.5970.4710.550Ⅳ0.5110.5240.6150.2310.470Ⅴ0.3970.4120.4010.2990.377Ⅵ0.4160.4320.4130.3010.391Ⅶ0.3890.4790.3480.2160.358Ⅷ0.3520.4120.4090.3140.372

值，且同一品種抗寒性較強的苜蓿單、混播處理間差異也較大。這與Gerloff[15]提出抗寒性強的苜蓿品種POD和CAT的活性及2種新同工酶的合成能力要比抗寒性弱的品種高以及南麗麗等[16]報道隨著秋冬溫度的降低，苜蓿過氧化物酶活性明顯增加，有利于提高苜?？购缘难芯拷Y(jié)果相一致。

筆者采用隸屬函數(shù)法對各處理的MDA、SOD、POD及CAT指標進行了綜合評判，得出其抗寒性從強到弱依次為：Wega7F+無芒雀麥、Wega7F、WL319HQ+無芒雀麥、WL319HQ、馴鹿+無芒雀麥、馴鹿、敖漢+無芒雀麥、敖漢。

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Study on the Changes of Physical Indices of Root in Wintering Period with Single Sowing ofMedicagosativaand Its Mixed-sowing Treatment withBromusinermisand Their Relations with Cold Resistance

SHEN Xiao-hui

(Jiamusi Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Jiamusi, Heilongjiang 154007)

[Objective] To study the changes of MDA content and anti-oxidative enzyme activity of root in wintering period with single sowing ofM.sativaand its mixed-sowing treatment with B. inermis and their relations with cold resistance. [Method] Taking four kinds ofM.sativa(Wega7F, Xunlu, Aohan and WL319HQ) and one kind ofB.inermisas experimental materials, the changes of MDA, SOD, POD and CAT contents in roots of M. sativa during whole wintering period were measured. [Result] The content of MDA change showed up-down-up change trend with temperature by single sowing ofM.sativaand its mixed-sowing treatment with B. inermis. The CAT activity of root increased with air temperature decline, and decreased with air temperature rise in next spring. The SOD and POD activities firstly increased then decreased at lower temperature, and finally increased again in the following spring. Enzymes activities by mixed sowing were all higher than single sowing.Membershipfunction analysis showed the order of cold-resistance ofM.sativavarieties were Wega7F+B.inermis>Wega7F>WL319HQ+B.inermis>WL319HQ>Xunlu+B.inermis>Xunlu>Aohan+B.inermis>Aohan. [Conclusion] It had important significance for cold resistance breeding and cultivation ofM.sativain cold region of North China.

M.sativa;B.inermis; Mixed-sowing; Cold resistance

申曉慧(1979- )，女，吉林扶余人，助理研究員，在讀博士，從事牧草栽培方面的研究。

2016-07-10

S 54

A

0517-6611(2016)26-0013-03