紫花苜蓿不同品種低溫脅迫反應(yīng)及適應(yīng)性的研究.pdf

1、在飼料作物中，紫花苜蓿是當(dāng)之無愧的“牧草之王”，適口性好，蛋白質(zhì)含量高，營養(yǎng)價值全面，是世界范圍內(nèi)種植面積最大、應(yīng)用最廣的牧草之一。紫花苜蓿具有耐干旱、耐貧瘠、耐鹽堿，地面覆蓋率大，固氮、根系入土深，改善和防止土壤沙化等優(yōu)點，能有效治理生態(tài)環(huán)境，做到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一，因此也成為世界范圍內(nèi)發(fā)展草業(yè)和改善生態(tài)環(huán)境的首推品種，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。我國隨著加入世界貿(mào)易組織(WTO)和市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的

2、提高，帶動了種植業(yè)結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的“糧食作物—經(jīng)濟(jì)作物”二元種植結(jié)構(gòu)方式向“糧食作物—經(jīng)濟(jì)作物—飼料作物”三元種植結(jié)構(gòu)方式的轉(zhuǎn)變，為牧草及紫花苜蓿種植和草產(chǎn)品開發(fā)帶來了極為廣闊的前景，紫花苜蓿種植面積也在逐年增加。近年來，我國北方，尤其東北地區(qū)，紫花苜蓿生產(chǎn)中也暴露出許多突出問題，其中低溫是限制紫花苜蓿生產(chǎn)的主要環(huán)境因子之一，一些引進(jìn)品種，由于沒有確切了解生物學(xué)特性，生產(chǎn)中遭受凍害而大量死亡，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；國內(nèi)已有品種隨著大面積生產(chǎn)應(yīng)用

3、，又普遍暴露出產(chǎn)量低、再生能力差等缺點，嚴(yán)重制約了苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。要很好的解決這一問題，就需要了解紫花苜蓿抵抗低溫的特點和規(guī)律，開展紫花苜蓿抗寒品種篩選培育和抗寒適應(yīng)性及抗寒機(jī)制的研究，從形態(tài)結(jié)構(gòu)，生理特征，分子水平等方面揭示紫花苜蓿適應(yīng)寒冷的特點，對進(jìn)一步的品種資源改良和生產(chǎn)應(yīng)用，提供抗寒種質(zhì)資源具有重要的現(xiàn)實意義。本研究通過田間試驗，溫室盆栽試驗和人工控溫等試驗方法，利用形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和分子生物學(xué)等技術(shù)手段，測定了5種不同紫花苜蓿品

4、種的抗寒反應(yīng)及適應(yīng)性，主要結(jié)果如下：1.5個紫花苜蓿品種的主要形態(tài)特征中，國產(chǎn)品種肇東、敖漢和中牧一號的植株高度低于進(jìn)口品種阿爾岡金和馴鹿，株高順序為阿爾岡金＞馴鹿＞中牧一號＞敖漢＞肇東，而國產(chǎn)品種根頸長度長于進(jìn)口品種，根頸長，越冬芽生長位置低，有利于苜蓿越冬，表明國產(chǎn)品種抗寒性強(qiáng)于引進(jìn)品種。 2.5個紫花苜蓿品種的田間越冬率與植株高度和葉片寬度成高度負(fù)相關(guān)，與根頸長度成正相關(guān)，表明葉片寬度低，株高矮的品種有較好的抗寒性。

5、 3.子葉至第1片真葉節(jié)間距與紫花苜蓿的秋眠性有極顯著的關(guān)系，回歸分析計算出子葉至第1片真葉節(jié)間距與秋眠級數(shù)的回歸方程為：y=2.67x-3.68，且回歸方程達(dá)顯著水平(t＞t0.05)，該方程可為引種苜蓿的抗寒性能的確定提供理論依據(jù)。不同品種的單株鮮重和單株干重與秋眠級數(shù)成顯著正相關(guān)，說明紫花苜蓿的秋眠性與生長性能有顯著關(guān)系。 4.葉脈突起度以國產(chǎn)品種大于進(jìn)口品種，葉脈突起度排列順序為：肇東＞敖漢＞中牧一號＞阿爾岡金＞馴鹿，

6、葉脈突起度大，品種抗寒性越強(qiáng)。 5.5個品種的細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度表現(xiàn)為：肇東＞敖漢＞中牧一號＞馴鹿＞阿爾岡金，國產(chǎn)品種普遍高于進(jìn)口品種。細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度表現(xiàn)為：阿爾岡金＞馴鹿＞中牧一號＞敖漢＞肇東，進(jìn)口品種普遍高于國產(chǎn)品種，表明進(jìn)口品種葉肉細(xì)胞有更大的表面積接受陽光，進(jìn)行光合作用，也是高度和產(chǎn)量高于國產(chǎn)品種的一個原因，但國產(chǎn)品種細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度相對較高，抗寒性強(qiáng)。 6.不同品種不同生長時期(包括種子萌發(fā)期、苗期、田間越冬期)、不

7、同生長部位組織可溶性糖和淀粉含量與低溫脅迫反應(yīng)關(guān)系密切，但不同時期，不同生長部位又各有其特點，體現(xiàn)不同組織和不同部位抗寒性的差異。 7.低溫脅迫下，種子萌發(fā)期，苗期的地上和地下部位，游離脯氨酸含量的變化趨勢一致。低溫脅迫初期，各品種游離脯氨酸積累量顯著增加，肇東、敖漢和中牧一號的積累量顯著高于其他兩個品種，細(xì)胞內(nèi)游離脯氨酸的增加是適應(yīng)寒冷的特定生理反應(yīng)，積累量越多，積累持續(xù)時間越長，越有利于品種的抗寒。成株越冬期間，各品種根系積

8、累游離脯氨酸的動態(tài)變化趨勢也成先升高后降低，并且在越冬期間抗寒品種的積累速度和積累量都小于不抗寒品種。 8.不同生長時期，紫花苜蓿體內(nèi)可溶性蛋白含量的變化與低溫脅迫關(guān)系密切，但變化各有其特點，種子萌發(fā)期可溶性蛋白一直持續(xù)上升，苗期和田間越冬期可溶性蛋白含量先上升后降低。國產(chǎn)品種肇東、敖漢和中牧一號能在較大降溫幅度內(nèi)積累更多的可溶性蛋白，具有較好的寒冷適應(yīng)性。田間越冬期間春季溫度上升階段，各品種可溶性蛋白開始下降，品種之間差異表現(xiàn)

9、為肇東、敖漢和中牧一號下降的較快，積累量也少于不抗寒的品種，說明國產(chǎn)品種能較快適應(yīng)春季返青，體內(nèi)降解速度增加，導(dǎo)致可溶性蛋白含量下降速度高于其他品種。 9.不同品種細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲量的變化規(guī)律呈S型曲線，隨著低溫脅迫加重，細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲量增加，質(zhì)膜透性增大，品種肇東和敖漢表現(xiàn)出較低的膜透性，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性，在-5℃處理時，品種間質(zhì)膜透性差異達(dá)到極顯著水平，在-10℃低溫處理時，品種間的膜透性都達(dá)到峰值，但品種間質(zhì)膜透性差異已不存

10、在，表明紫花苜蓿苗期細(xì)胞膜忍受低溫的最大程度在-5℃左右。相對電導(dǎo)率增大和丙二醛含量增加的發(fā)生溫度范圍不一致，丙二醛的積累先于膜透性的增加，只有丙二醛積累到一定程度才能使膜氧化損傷達(dá)到一定程度，引起透性增大。10.紫花苜蓿苗期品種間過氧化物酶(POD)基礎(chǔ)活力沒有顯著差異，而超氧化物岐化酶(SOD)的基礎(chǔ)活力有差別。酶活性的大小與品種的特性有關(guān)，活力的持久性才能更體現(xiàn)品種的抗寒性。兩種保護(hù)酶在低溫脅迫下能以各自的適應(yīng)方式協(xié)同作用使自由基

11、維持在一個較低水平，保護(hù)膜系統(tǒng)減少傷害。 11.5個品種葉片膜質(zhì)脂肪酸成分主要是棕櫚酸(16∶0)、棕櫚稀酸(16∶1)、硬脂酸(18∶0)、油酸(18∶1)、亞麻酸(18∶2)和亞油酸(18∶3)。ZD、AO的不飽和脂肪酸總和∑U與飽和脂肪酸總和∑S比值較大，其中尤以不飽和脂肪酸亞麻酸(18∶2)占的比重最大，另3個品種比值較接近。脂肪酸不飽和度IUFA與各品種不飽和脂肪酸總和∑U與飽和脂肪酸總和∑S比值成正比，說明ZD、AO

12、具有較低的飽和脂肪酸含量，具有較好的抗寒能力。低溫脅迫下，不飽和脂肪酸總的含量5品種都有升高，ZD、AO和ZM上升的幅度最大，其他2種上升的幅度較小。三種不飽和脂肪酸油酸(18∶1)、亞麻酸(18∶2)和亞油酸(18∶3)含量高，變率大，表現(xiàn)出對低溫環(huán)境的敏感，為紫花苜蓿抗寒指示性脂肪酸。 12.低溫脅迫下，紫花苜蓿中cas18基因的表達(dá)量在5個品種間存在顯著的差異，肇東和敖漢該基因的表達(dá)量最高，中牧一號次之，阿爾岡金和馴鹿最低