張玉霞，李 珍，朱愛民，郭 園

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程中心，內(nèi)蒙古 通遼028043；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）是禾本科一年生草本植物，在我國南北方地區(qū)均有種植，是重要的糧食及飼料作物，同時(shí)也是全球種植面積排名第五的谷類作物［1］.高粱具有很強(qiáng)的抗旱、抗鹽堿和抗病性以及耐澇、耐貧瘠、耐低溫、耐高溫、耐肥水等能力［2-5］，但其生長受干旱影響較大.內(nèi)蒙古通遼市位于自治區(qū)東部，氣候干旱少雨，是我國北方水資源短缺區(qū)，地處半干旱地帶，植物生長發(fā)育常年受到干旱的威脅.干旱脅迫是造成農(nóng)作物產(chǎn)量減少的主要因素之一［6］.據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，世界級(jí)干旱問題導(dǎo)致的農(nóng)作物產(chǎn)量減少超過了其他因素所引起的總和［7］.為了解決干旱地區(qū)水資源不足的問題，應(yīng)該積極發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、旱地農(nóng)業(yè)［8］.因此，選出抗旱性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)高粱品種至關(guān)重要.

本試驗(yàn)采用15%的聚乙二醇（PEG）溶液對(duì)8個(gè)飼用高粱品種進(jìn)行模擬干旱脅迫，研究干旱脅迫對(duì)高粱生理特性的影響，同時(shí)對(duì)不同品種的高粱作出抗旱評(píng)價(jià)，篩選具有較高抗旱性的高粱品種，為干旱地區(qū)及科爾沁沙地高粱品種的種植及選育提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取了8 個(gè)高粱品種，分別為1220，1230，2180，SU9002，N52K1009，N5212274，BJ0602，BJ0603.均由北京佰青源畜牧業(yè)科技發(fā)展有限公司提供.

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用盆栽方法.首先，選用規(guī)格大小一致的花盆（10 cm×10 cm）且標(biāo)好對(duì)應(yīng)名稱，套入保鮮袋，分別放入等量混合均勻的園土和蛭石，每盆加500 g沙土和蛭石按照容積比2∶1混合培養(yǎng)基質(zhì).選擇大小均一、飽滿無殘缺且品質(zhì)優(yōu)良的高粱種子，分別用70%的酒精消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈.每個(gè)品種設(shè)置正常水對(duì)照和15%PEG溶液模擬干旱脅迫2個(gè)處理，共18個(gè)處理，每個(gè)處理均設(shè)置3次重復(fù)，每次重復(fù)50粒種子.將種子均勻撒入花盆中，覆土厚度3 cm，每個(gè)花盆澆200 mL 溶液.將花盆放置于光照充足，通風(fēng)良好的環(huán)境中.每天定時(shí)觀察種子的發(fā)芽情況及生長狀況.

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

質(zhì)膜透性：采用相對(duì)電導(dǎo)率法測(cè)定.可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定［9］；游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定［10］.超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定［11］.丙二醛含量（MDA）：采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛含量［9］.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用抗旱系數(shù)（抗旱系數(shù)=不同濃度處理下測(cè)定數(shù)值/對(duì)照測(cè)定數(shù)值［12］）評(píng)價(jià)不同材料各性狀的抗旱性；用模糊數(shù)學(xué)隸屬法［13］對(duì)8個(gè)飼用高粱苗期抗旱性進(jìn)行綜合分析，在進(jìn)行抗旱隸屬值計(jì)算時(shí)，利用下列公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中，Xj表示第j個(gè)指標(biāo)值，Xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的最小值，Xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值；然后按照公式（1）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，按照公式（2）計(jì)算權(quán)重系數(shù)Wj，按照公式（3）計(jì)算隸屬函數(shù)值（D），最后再將每一品種各個(gè)指標(biāo)的隸屬值累加求其平均值.D值越大，表示抗旱性越強(qiáng).

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003分析，利用SAS 9.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)飼用高粱生物膜透性的影響

如圖1 所示，對(duì)照飼用高粱品種中相對(duì)電導(dǎo)率最大的是1220，為47.43%；相對(duì)電導(dǎo)率最小的是SU9002，為11.48%，2180、SU9002兩個(gè)品種與其他品種有顯著差異；經(jīng)過PEG脅迫處理后，高粱各品種相對(duì)電導(dǎo)率均比對(duì)照有所增加，其中最大的是BJ0603，為51.93%，較對(duì)照增加了13.55%；最小的是2180，為15.15%，2180、SU9002和N52K1009與其他品種有顯著差異；2180和N5212274兩個(gè)品種的高粱對(duì)照與處理間存在顯著差異.

2.2 干旱脅迫對(duì)飼用高粱滲透調(diào)節(jié)的影響

2.2.1 干旱脅迫對(duì)飼用高粱可溶性糖含量的影響 如圖1 所示，經(jīng)過干旱脅迫后8 種飼用高粱的可溶性糖含量較未經(jīng)脅迫的高粱均有所增加.未經(jīng)干旱脅迫的高粱品種可溶性糖含量最大的是1230，為8.90 mg·g-1，最小的是N52K1009，為6.77 mg·g-1，1230、BJ0602與N52K1009有顯著差異，與其余品種無顯著差異.經(jīng)PEG 脅迫處理后，SU9002 品種的可溶性糖含量最大；BJ0603 變化最大，可溶性糖含量增加了4.80 mg·g-1，各品種間無顯著差異；經(jīng)過干旱脅迫后的8個(gè)高粱與對(duì)照間均存在顯著差異.

2.2.2 干旱脅迫對(duì)飼用高粱脯氨酸含量的影響 如圖1所示，干旱脅迫下8種高粱的脯氨酸含量較對(duì)照均有所增加.未處理的高粱品種脯氨酸含量最大的是N52K1009，為71.79 mg·g-1，最小的是2180，為28.87 mg·g-1；1230、N52K1009與2180有顯著差異，與其余品種無顯著差異；經(jīng)PEG脅迫處理后，SU9002品種的脯氨酸含量最大，同時(shí)也是變化最大的，比對(duì)照增加了6.57倍，且SU9002和BJ0603存在顯著差異，其余品種的高粱無顯著差異；經(jīng)干旱脅迫后，除N52K1009和BJ0603，其他品種與對(duì)照均有顯著差異.

2.2.3 干旱脅迫對(duì)飼用高粱可溶性蛋白含量的影響 如圖1所示，干旱脅迫下高粱的可溶性蛋白含量較對(duì)照均有所增加，個(gè)別品種變化不明顯.未經(jīng)過干旱脅迫的高粱品種可溶性蛋白含量最大的是1230為12.16 mg·g-1；最小的是SU9002，為1.29 mg·g-1；1220、2180與1230有顯著差異，SU9002和BJ0603與N5212274之間存在顯著差異；經(jīng)PEG脅迫處理后，1230品種的可溶性蛋白含量最大，SU9002可溶性蛋白含量最小，N52K1009變化最明顯，為6.27 mg·g-1，較對(duì)照增加了2.44倍，1220、1230、2180與SU9002、N52K1009存在顯著差異，其余3個(gè)品種無顯著差異；經(jīng)過干旱脅迫，僅N52K1009和BJ0603與對(duì)照間存在顯著差異，其他品種高粱無差異.

2.3 干旱脅迫對(duì)飼用高粱丙二醛含量的影響

如圖2 所示，干旱脅迫下高粱的丙二醛含量較對(duì)照均有所增加.未處理的高粱品種丙二醛含量最大 的 是N52K1009，為6.38 μmol·L-1；最 小 的 是BJ0603，為2.89 μmol·L-1；其中，1220、N52K1009 與N5212274、BJ0603有顯著差異，其他品種差異不顯著.經(jīng)PEG脅迫后，N52K1009的丙二醛含量仍然最大；N5212274的最小；1230的變化最大，較未處理增加了2.98 μmol·L-1；各品種間無顯著差異；經(jīng)過干旱脅迫后，僅N5212274與對(duì)照間存在顯著差異.

2.4 干旱脅迫對(duì)飼用高粱SOD酶活性的影響

根據(jù)圖2 可知，經(jīng)過干旱脅迫后，除1230 品種外，其他品種的SOD 酶活性均有所增加，但變化不大.未經(jīng)脅迫脅迫處理的SOD 酶活性最強(qiáng)的是N5212274；最弱的是SU9002；2180、SU9002 與N52K1009、N5212274、BJ0602存在顯著差異.經(jīng)過PEG脅迫后，2180品種的SOD酶活性變化最大，較對(duì)照增加34.73 U·g-1；N5212274與1230、1220、SU9002、BJ0803存在顯著差異；經(jīng)過干旱脅迫后，1220、2180、N5212274和BJ0602與對(duì)照間存在顯著差異.

表1 不同飼用高粱品種的隸屬函數(shù)Tab.1 Membership function of different feed sorghum varieties

2.5 不同飼用高粱品種抗旱性隸屬函數(shù)分析

通過對(duì)不同高粱品種的生理指標(biāo)的計(jì)算得出隸屬函數(shù)值，對(duì)8個(gè)飼用高粱進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià).由表1可知，不同品種的高粱表現(xiàn)出不同的抗旱性，綜合評(píng)價(jià)其抗旱性，SU9002的隸屬函數(shù)值最大，其抗旱性最強(qiáng)；BJ0603 的隸屬函數(shù)值最小，抗旱性最差.8 個(gè)飼用品種的抗旱性強(qiáng)弱為：SU9002＞2180＞N5212274＞1230＞1220＞N52K1009＞BJ0602＞BJ0603.

2.6 不同飼用高粱品種抗旱性聚類分析

對(duì)8個(gè)飼用高粱品種的抗旱系數(shù)進(jìn)行聚類分析，可將8個(gè)飼用高粱品種劃分為3個(gè)類群，第一類：抗旱能力強(qiáng)的高粱品種為2180、SU9002、N5212274，占37.5%；第二類：抗旱能力中等的高粱品種為1220、1230、N52K1009、BJ0602，占50%；第三類：抗旱能力弱的高粱品種為BJ0603，占12.5%.

3 討論與結(jié)論

植物在逆境時(shí)，會(huì)影響體內(nèi)各項(xiàng)生理指標(biāo).大量試驗(yàn)證明，在干旱脅迫條件下，植物體內(nèi)會(huì)積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，脯氨酸（Pro）、可溶性糖、可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)劑，可以使細(xì)胞保持適當(dāng)?shù)臐B透勢(shì)［14-16］.可溶性蛋白質(zhì)和可溶性多糖作為小分子的有機(jī)化合物，在植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)參與細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)，能有效彌補(bǔ)植物對(duì)于外界環(huán)境水分的需求［17］.本試驗(yàn)中，干旱脅迫后可溶性蛋白、可溶性糖和Pro的含量均較對(duì)照有所增加，這可能與三者作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和信號(hào)物質(zhì)的雙重功能相關(guān)；可溶性糖和可溶性蛋白含量在未經(jīng)處理時(shí)，最多的均為1230品種的高粱.

相對(duì)電導(dǎo)率是研究生物膜透性的重要指標(biāo)，電導(dǎo)率之間的差異大小反映出高粱不同品種在逆境脅迫下細(xì)胞膜受到損傷的程度，從而表現(xiàn)出不同的耐旱能力.在植物面臨干旱脅迫時(shí)，測(cè)定的數(shù)值越大，表明電解質(zhì)外滲的量越多，生物膜受損害的程度越深.因此，可以通過測(cè)量相對(duì)電導(dǎo)率來鑒定干旱脅迫的強(qiáng)弱.經(jīng)過干旱脅迫后，高粱的相對(duì)電導(dǎo)率有所增加，但不同品種間存在差異；經(jīng)干旱脅迫的8個(gè)飼用高粱的相對(duì)電導(dǎo)率均較對(duì)照有所增加，說明在干旱脅迫下，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)等出現(xiàn)了外滲的情況，細(xì)胞受到的傷害逐漸增大，這與辛慧慧等［18］對(duì)披堿草屬3種牧草耐鹽能力研究結(jié)果相一致.未經(jīng)處理的高粱品種中相對(duì)電導(dǎo)率最大的是1220，最小的是SU9002.經(jīng)過PEG脅迫處理后，相對(duì)電導(dǎo)率最大的是BJ0603，最小的是2180.

通常丙二醛含量的高低可以反映出細(xì)胞膜過氧化損傷的程度和植物對(duì)逆境條件的抵抗能力［19］.本試驗(yàn)中，干旱脅迫下高粱的丙二醛含量均較對(duì)照有所增加.N5212274丙二醛含量增加較快，有顯著差異，其原因是該品種在經(jīng)過干旱脅迫后，體內(nèi)的丙二醛含量迅速積累，導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化，損傷生物膜結(jié)構(gòu)，改變膜的通透性，使細(xì)胞內(nèi)的離子平衡失調(diào)，生長受到抑制，N5212274的丙二醛能夠大量積累，說明高粱苗期細(xì)胞膜傷害程度大；其余各品種葉片中丙二醛含量增加較緩慢，說明此時(shí)葉片中的膜脂過氧化程度較弱.

植物處于干旱脅迫條件下，會(huì)產(chǎn)生如SOD、POD、CAT等內(nèi)源酶保護(hù)系統(tǒng)防止受活性氧傷害，而SOD酶處于核心地位［20］.本研究中，SOD在干旱脅迫下，除1230品種外，其他品種較對(duì)照均有所提高，但總體變化不大，這使抗旱品種在脅迫下減少對(duì)膜系統(tǒng)傷害，8種飼用高粱產(chǎn)生了抗旱機(jī)制，能夠保持保護(hù)酶活性，使活性氧的代謝處于一定水平，從而減少了逆境條件給植物本身帶來的傷害［21］.1230品種的幼苗酶的活性出現(xiàn)下降的情況，說明高粱在干旱脅迫條件下可能通過調(diào)動(dòng)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，維持生物膜的穩(wěn)定性，使自己能夠適應(yīng)逆境.

通過對(duì)品種間抗旱系數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)知，SU9002的隸屬函數(shù)值最大，其抗旱性最強(qiáng)；BJ0603的隸屬函數(shù)值最小，抗旱性最差.本試驗(yàn)結(jié)果表明，8 個(gè)飼用品種高粱的抗旱性強(qiáng)弱為：SU9002＞2180＞N5212274＞1230＞1220＞N52K1009＞BJ0602＞BJ0603.