不同禾本科牧草在干旱胁迫和低温胁迫下的生理响应

摘要

为解决我国西北地区在实施保护性耕作技术体系和退耕还林还草战略中抗逆、高产、优良牧草资源短缺问题，本研究采用从美国风蚀研究中心(USDA-ARS，Wind Erosion Research Unit，KSU)引进的猫尾草(Phleum Pratense)、扁穗冰草(Agropyron desertorum)、苇状羊茅(Festuca arundinacea)、无芒雀麦(Bromus Inermis)、披碱草(Elymus dahuricus)、细茎披碱草(Elymus junceus)、高冰草(Agropyron elongatum)和新麦草(Agropyron trachycaulum)八种禾本科牧草为试验材料，为便于叙述，我们分别编号为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ。 利用盆栽控水法，在拔节期测定不同水分胁迫下各草种叶片中叶绿素、脯氨酸、可溶性糖、叶绿素荧光、MDA、SOD、CAT和POD等相关生理生化参数的动态变化，得出如下结论：叶绿素相对含量变化的总体趋势是随水分胁迫的加剧而降低，在严重水分胁迫下降到最低；在轻微水分胁迫下各牧草脯氨酸含量增加缓慢，随水分胁迫的进一步加剧而急骤升高；可溶性糖含量随水分胁迫的加剧而持续增加：Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSII随水分胁迫加剧先升高，后降低，在轻微水分胁迫下达到最大；SOD、CAT和POD活性随水分胁迫加剧先升高后降低，轻微和中度水分胁迫对保护酶的动态平衡影响较小，变化平缓；严重水分胁迫打破了保护酶的动态平衡，酶活性急剧降低，其中SOD最为突出；MDA含量随水分胁迫加深而持续增加。运用隶属函数法对各草种的抗旱性进行综合评价得其抗旱性强弱顺序为：Ⅳ>Ⅰ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅱ>Ⅷ>Ⅶ。 采用人工控温法对各草种进行低温抗寒锻炼、冷冻处理和解冻恢复生长，分别在抗寒锻炼前(白天/夜间：25/20℃)、抗寒锻炼后(2℃)、冷冻处理后(-25℃)和返青恢复生长(白天/夜间：25/20℃)15d后取根进行测定脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质、MDA、SOD、CAT和POD等相关生理生化指标的动态变化，得出以下结论：可溶性糖的含量在抗寒锻炼和冷冻处理后增加，返青后降低；脯氨酸含量随处理的变化发生了显著变化(P<0.05)，在冷冻处理后积累量达到最大，返青后显著降低，其中Ⅰ、Ⅵ、Ⅷ积累变化最为显著；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号草种的可溶性蛋白质含量呈升．降．升的变化趋势，在冷冻处理后降到最低，Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ则呈先持续升高，返青后降低的变化趋势；不同温度处理下SOD、CAT和POD的活性的变化因种而异，大部分草种均是在冷冻处理后降到最低，返青后又有所回升，其中SOD受温度变化最敏感。运用隶属函数法对各生理参数的动态变化进行综合评价得其耐寒性顺序为：Ⅷ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅳ>Ⅶ>Ⅴ>Ⅱ。 水分和温度胁迫下都有：脯氨酸、可溶性糖和SOD受处理变化反应最敏感，规律性最强，在抗旱耐寒性综合评价中所占权重较大；因子分析表明：对抗旱性和耐寒性的主因子起主要作用的几乎都是渗透调节物质和保护酶，部分主因子间存在一定的间接作用。综合抗旱性和耐寒性的评价结果得出：Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有较强的抗旱耐寒性。

目录

文摘

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声明

第一章导言

1.1研究背景

1.2研究的目的及意义

1.3研究的理论依据

1.4植物的抗旱性研究

1.4.1渗透调节物质与植物抗旱性

1.4.2保护酶活性及膜质过氧化与植物的抗旱性

1.4.3叶绿素及叶绿素荧光与植物的抗旱性研究

1.5植物的耐寒性

1.5.1根系渗透调节物质、营养物质与植物的耐寒性

1.5.2保护酶活性及膜质过氧化与植物的耐寒性

1.6研究内容及创新点

1.6.1研究内容

1.6.2研究的创新点

1.7研究思路与技术路线

1.7.1研究思路

1.7.2技术路线

第二章试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试验设计

2.2.1抗旱试验设计

2.2.2耐寒性试验设计

2.3测定方法

2.3.1萎蔫系数测定

2.3.2叶绿素相对含量测定

2.3.3叶绿素荧光参数测定

2.3.4植物叶片保水力和失水率的测定

2.3.5酶液的制备

2.3.6 SOD活性的测定

2.3.7 CAT活性的测定

2.3.8 POD活性的测定

2.3.9 MDA及可溶性糖含量的测定

2.3.10可溶性蛋白质含量的测定

2.3.11脯氨酸含量的测定

2.4综合评价

2.4.1变异系数

2.4.2隶属函数评价

2.4.3因子分析评价

2.5数据处理

第三章牧草抗旱性结果与分析

3.1牧草抗旱性各参数的结果与分析

3.1.1不同草种叶片保水力分析

3.1.2不同草种的表征永久萎蔫系数(APWI)

3.1.3干旱胁迫下对叶绿素相对含量的影响

3.1.4干旱胁迫下对叶绿素荧光参数的影响

3.1.5干旱胁迫下对脯氨酸和可溶性糖的影响

3.1.6干旱胁迫下MDA含量的变化

3.1.7干旱胁迫下SOD活性的变化

3.1.8干旱胁迫下CAT的变化

3.1.9干旱胁迫POD的变化

3.2牧草抗旱性的综合评价

3.2.1各抗旱指标的权重系数

3.2.2运用隶属函数法对抗旱性的综合评价

3.3牧草抗旱性的因子分析

3.4小结

第四章牧草耐寒性结果与分析

4.1牧草耐寒性各参数的结果与分析

4.1.1不同草种的返青率

4.1.2低温胁迫下各草种根系中MDA含量的动态变化

4.1.3低温胁迫下各草种根系中SOD活性的动态变化

4.1.4低温胁迫下各草种根系中POD活性的动态变化

4.1.5低温胁迫下各草种根系中CAT活性的动态变化

4.1.6低温胁迫下各草种根系中脯氨酸含量的动态变化

4.1.7低温胁迫下各草种根系中可溶性蛋白质含量的动态变化

4.1.8低温胁迫下各草种根系中可溶性糖含量的动态变化

4.2牧草耐寒性的综合评价

4.2.1各耐寒指标的权重系数

4.2.2运用隶属函数法对牧草耐寒性的评价

4.3牧草耐寒性的因子分析

4.4小结

第五章牧草抗旱耐寒性综合分析

5.1渗透调节物质与牧草抗旱耐寒性的关系

5.2 MDA含量与牧草抗旱耐寒性的关系

5.3保护酶活性与牧草抗旱耐寒性的关系

5.4小结

第六章结果与讨论

6.1讨论

6.2结论

参考文献

致谢

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