沙生植物——冰草抗逆生理研究
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摘要
近些年来，由于人口激增，自然植被遭到严重破坏，我国北方地区沙化日渐严重，北京作为我国的首都，由于沙化问题引起的沙尘暴等现象严重困扰着人民的正常生活，大大降低了环境质量。因此，适合当地气候条件，具有防风固沙功能，且具有一定经济价值的植物的筛选，对于改善环境，提高环境质量，创造清新、幽雅的人居环境具有重要意义。
为科学选择适应干旱气候条件的沙生植物，需要对抗逆性强的植物的适应逆境条件的机制进行系统而深入地研究，以便为沙生植物的选择提供科学的依据。冰草属于寿命较长的多年生丛生牧草，抗寒、耐旱性强，营养丰富，是我国北方干旱和半干旱地区改良天然牧草和人工草地的适宜草种。冰草不仅是一种重要的牧草，而且由于它的抗旱、抗寒和耐荒漠的特性，又是一种具有重要生态和遗传价值的植物材料。
本文研究内容为国家科技部攻关项目：首都圈(环北京)防沙治沙应急技术研究与示范项目中的共性技术项目研究“防沙治沙适应植物新品种筛选、配套栽培技术及沙区植物病虫鼠害重大生物防治技术研究”的一部分，以两种冰草为材料，对其进行了抗旱和抗盐性研究。主要通过测定两种冰草植株在不同浓度胁迫下的一些生理指标，了解不同胁迫对植物造成的伤害以及植物对胁迫的反应，为完善植物抗逆机理提供理论依据，并比较两种冰草抗逆性，为内蒙古地区抗逆性强的沙生植物的筛选提供理论依据。
主要结论如下：
一、利用PEG—6000(聚乙二醇)模拟土壤干旱胁迫对两种冰草根部进行渗透胁迫，发现渗透胁迫会影响冰草植株一系列生理反应：相对含水量下降显著，渗透调节物质(包括脯氨酸、可溶性糖等)显著增加，保护酶活性在轻度胁迫下升高，而中度或重度胁迫下活性降低或者不变，细胞膜透性明显增大，MDA(丙二醛)含量增加显著，得出冰草植株之所以抗旱有三个原因：
1、冰草在轻度渗透胁迫下会提高保护酶活性以消除干旱胁迫产生的过多的氧自由基，维持植株正常的生理功能。
2、冰草植株在渗透胁迫条件下会增加渗透调节物质如脯氨酸、可溶性糖类以降低细胞渗透势，使其在高渗溶液中仍能够保持一定水分的吸收，植株能够维持生命活动。
3、冰草植株在干旱条件下关闭气孔，以减少水分散失，叶片萎蔫，以减少蒸腾面积。
二、用不同浓度的NaCl(氯化钠)溶液对冰草植株进行根际渗透胁迫发现，冰草在低盐浓度胁迫下能够保持正常的生理代谢，而高浓度盐胁迫下植株质膜透性增大，鲜重减少，生长明显受到抑制，有机渗透调节物质显著增加，长时间胁迫植株死亡。得出冰草植株耐盐有三个原因：
1、冰草植株能够增加可溶性渗透调节物质，以降低细胞渗透势，保持植株根系吸水。
2、冰草植株对地上部分生长的抑制大于对地下部分生长的抑制，这样可以增强根系吸水，较少叶片的蒸腾失水。
3、冰草植株通过将Na~+截留在根部，控制Na~+向地上部分的运输，以维持植株代谢旺盛部位的离子平衡。
三、通过研究两种冰草植物对两种胁迫的反应指出干旱胁迫和盐胁迫通过不同
的途径对植物进行伤害，主要表现在叶片的失水速率和保护酶活性的变化，干
旱胁迫短时间内叶片失水速率很快，叶片萎蔫，引起保护酶活性显著变化，表
明干旱胁迫主要是通过氧化胁迫对植株造成伤害，而盐胁迫下叶片相对含水量
几乎保持不变，表明盐胁迫对植物的伤害主要通过离子毒害和营养亏缺造成。
四、对抗旱和抗盐沙生植物在园林上的应用进行了简单的论述
In recent years, the vegetation was destroyed severely in north of China with population explosion. The quality of atmosphere in Beijing, the capital of China, was depressed seriously because of the sand storm. Ministry of Science and Technology decided to deal with this problem by building windbreak forest system, so some plants, which grew well in sand areas and defend people from the sand and the pollution, were selected to grow in sand areas.
Some plants which have strong resistance to adversity should be researched,. Mongolian wheatgrass is a long-lived perennial grass of the genus Agropyron. It is well adapted to the cold, arid conditions of the great plains and its leaves are rich in nutrition, so it is wide ranged in arid and semi-arid area of north of China. Not only is it an important forage grass, but also has an important ecological and genetic value because of its drought-resistant, cold-resistant and barren-tolerant traits.
This paper selected two different species of wheatgrasses to research In order to find out the damage and the responses of plants at different stress, some physiological indexes were determined. These results would provide some information to geneticist and breeder who coud make better used of Agropyron.
The main results were described as follows:
Firstly, this paper pointed out that effect of PEG(polyethylene glycols) on some indexes of wheatgrass seedlings. The content of relative water decreased dramatically, the osmoregulatory substance increased notably, including proline and the soluble sugar. The defensive enzymes activity increased at light stress and decreased at middle or severe stress, the membrane penetrability and the content of MDA(malondialdehyde) increased notably. From the change of these indexes, the paper concluded that the wheatgrass had strong drought resistance. The reasons of strong resistance had three aspects. (1)Wheatgrass could remove the active oxygen by heightening the activity of the
enzymes and protect the plants from damage at light stress. (2)Wheatgrass could keep turgor pressure by osmoregulation and flexibility of
cells to maintain plants developing in drought stress, some osmregulatory
substance, such as the proline and the soluble sugar, increased.
(3) Wheatgrass could reduce water dissipation by shutting up stoma and let some leaves wither.
Secondly, this paper studied the effect of different concentration NaCl on wheatgrass and pointed out that the wheatgrass could maintain well-balanced physiology at light salt stress, but at high salt stress, the membrane penetrability increased, fresh weight reduced, the development was restrained distinctly, and the osmoregulatory substance increased notably, at last the plants perished. From these results, this paper concluded that the wheatgrass had strong salt resistance. The reasons of strong salt resistance had three aspects:
(1) Wheatgrass could reduce the potentiality penetration in cell by increasing the osmoregulatotory substance, so the plants could absorb more water by roots.
(2) Wheatgrass could restrain the growth of upground of plants more than that of underground, so the plant could absorb more water and reduced transpiration.
(3) Wheatgrass could control Na+ transport to upground by withholding Na+ in root which can keep the balance of ion of upground.
Thirdly, this paper compared the different responses of plants to these two
stresses, the change of the defensive enzyme activity and the rate of losing water of leaves was different at two different stresses. The rate of losing water of leaves at drought stress was more rapid than that at salt stress, the leaves would wither and the change of activity of enzymes notably at drought stress, these results showed that the damage to plants was result from the oxidation at drought stress. At salt stress, the content of relative water of leaves changed slightly as well as did the activity of enzymes, these results showed that the damage to plants was caused by poison of ion and lack of nutrition .
为科学选择适应干旱气候条件的沙生植物，需要对抗逆性强的植物的适应逆境条件的机制进行系统而深入地研究，以便为沙生植物的选择提供科学的依据。冰草属于寿命较长的多年生丛生牧草，抗寒、耐旱性强，营养丰富，是我国北方干旱和半干旱地区改良天然牧草和人工草地的适宜草种。冰草不仅是一种重要的牧草，而且由于它的抗旱、抗寒和耐荒漠的特性，又是一种具有重要生态和遗传价值的植物材料。
本文研究内容为国家科技部攻关项目：首都圈(环北京)防沙治沙应急技术研究与示范项目中的共性技术项目研究“防沙治沙适应植物新品种筛选、配套栽培技术及沙区植物病虫鼠害重大生物防治技术研究”的一部分，以两种冰草为材料，对其进行了抗旱和抗盐性研究。主要通过测定两种冰草植株在不同浓度胁迫下的一些生理指标，了解不同胁迫对植物造成的伤害以及植物对胁迫的反应，为完善植物抗逆机理提供理论依据，并比较两种冰草抗逆性，为内蒙古地区抗逆性强的沙生植物的筛选提供理论依据。
主要结论如下：
一、利用PEG—6000(聚乙二醇)模拟土壤干旱胁迫对两种冰草根部进行渗透胁迫，发现渗透胁迫会影响冰草植株一系列生理反应：相对含水量下降显著，渗透调节物质(包括脯氨酸、可溶性糖等)显著增加，保护酶活性在轻度胁迫下升高，而中度或重度胁迫下活性降低或者不变，细胞膜透性明显增大，MDA(丙二醛)含量增加显著，得出冰草植株之所以抗旱有三个原因：
1、冰草在轻度渗透胁迫下会提高保护酶活性以消除干旱胁迫产生的过多的氧自由基，维持植株正常的生理功能。
2、冰草植株在渗透胁迫条件下会增加渗透调节物质如脯氨酸、可溶性糖类以降低细胞渗透势，使其在高渗溶液中仍能够保持一定水分的吸收，植株能够维持生命活动。
3、冰草植株在干旱条件下关闭气孔，以减少水分散失，叶片萎蔫，以减少蒸腾面积。
二、用不同浓度的NaCl(氯化钠)溶液对冰草植株进行根际渗透胁迫发现，冰草在低盐浓度胁迫下能够保持正常的生理代谢，而高浓度盐胁迫下植株质膜透性增大，鲜重减少，生长明显受到抑制，有机渗透调节物质显著增加，长时间胁迫植株死亡。得出冰草植株耐盐有三个原因：
1、冰草植株能够增加可溶性渗透调节物质，以降低细胞渗透势，保持植株根系吸水。
2、冰草植株对地上部分生长的抑制大于对地下部分生长的抑制，这样可以增强根系吸水，较少叶片的蒸腾失水。
3、冰草植株通过将Na~+截留在根部，控制Na~+向地上部分的运输，以维持植株代谢旺盛部位的离子平衡。
三、通过研究两种冰草植物对两种胁迫的反应指出干旱胁迫和盐胁迫通过不同
的途径对植物进行伤害，主要表现在叶片的失水速率和保护酶活性的变化，干
旱胁迫短时间内叶片失水速率很快，叶片萎蔫，引起保护酶活性显著变化，表
明干旱胁迫主要是通过氧化胁迫对植株造成伤害，而盐胁迫下叶片相对含水量
几乎保持不变，表明盐胁迫对植物的伤害主要通过离子毒害和营养亏缺造成。
四、对抗旱和抗盐沙生植物在园林上的应用进行了简单的论述
In recent years, the vegetation was destroyed severely in north of China with population explosion. The quality of atmosphere in Beijing, the capital of China, was depressed seriously because of the sand storm. Ministry of Science and Technology decided to deal with this problem by building windbreak forest system, so some plants, which grew well in sand areas and defend people from the sand and the pollution, were selected to grow in sand areas.
Some plants which have strong resistance to adversity should be researched,. Mongolian wheatgrass is a long-lived perennial grass of the genus Agropyron. It is well adapted to the cold, arid conditions of the great plains and its leaves are rich in nutrition, so it is wide ranged in arid and semi-arid area of north of China. Not only is it an important forage grass, but also has an important ecological and genetic value because of its drought-resistant, cold-resistant and barren-tolerant traits.
This paper selected two different species of wheatgrasses to research In order to find out the damage and the responses of plants at different stress, some physiological indexes were determined. These results would provide some information to geneticist and breeder who coud make better used of Agropyron.
The main results were described as follows:
Firstly, this paper pointed out that effect of PEG(polyethylene glycols) on some indexes of wheatgrass seedlings. The content of relative water decreased dramatically, the osmoregulatory substance increased notably, including proline and the soluble sugar. The defensive enzymes activity increased at light stress and decreased at middle or severe stress, the membrane penetrability and the content of MDA(malondialdehyde) increased notably. From the change of these indexes, the paper concluded that the wheatgrass had strong drought resistance. The reasons of strong resistance had three aspects. (1)Wheatgrass could remove the active oxygen by heightening the activity of the
enzymes and protect the plants from damage at light stress. (2)Wheatgrass could keep turgor pressure by osmoregulation and flexibility of
cells to maintain plants developing in drought stress, some osmregulatory
substance, such as the proline and the soluble sugar, increased.
(3) Wheatgrass could reduce water dissipation by shutting up stoma and let some leaves wither.
Secondly, this paper studied the effect of different concentration NaCl on wheatgrass and pointed out that the wheatgrass could maintain well-balanced physiology at light salt stress, but at high salt stress, the membrane penetrability increased, fresh weight reduced, the development was restrained distinctly, and the osmoregulatory substance increased notably, at last the plants perished. From these results, this paper concluded that the wheatgrass had strong salt resistance. The reasons of strong salt resistance had three aspects:
(1) Wheatgrass could reduce the potentiality penetration in cell by increasing the osmoregulatotory substance, so the plants could absorb more water by roots.
(2) Wheatgrass could restrain the growth of upground of plants more than that of underground, so the plant could absorb more water and reduced transpiration.
(3) Wheatgrass could control Na+ transport to upground by withholding Na+ in root which can keep the balance of ion of upground.
Thirdly, this paper compared the different responses of plants to these two
stresses, the change of the defensive enzyme activity and the rate of losing water of leaves was different at two different stresses. The rate of losing water of leaves at drought stress was more rapid than that at salt stress, the leaves would wither and the change of activity of enzymes notably at drought stress, these results showed that the damage to plants was result from the oxidation at drought stress. At salt stress, the content of relative water of leaves changed slightly as well as did the activity of enzymes, these results showed that the damage to plants was caused by poison of ion and lack of nutrition .
引文
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2．解新明，云锦凤，尹俊，张艳如，赵冰，卢小良，2002，蒙古冰草遗传多样性的RAPD分析，西北植物学报，22(1)：56—62。
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8．李景生，黄韵珠，1995，浅述植物的耐盐生理．植物学通报，12(3)：15-19．
9．王霞，侯平，2001，植物对干旱胁迫的适应机理，干旱区研究，18(2)：42—46。
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