禾本草本牧草干旱试验的结果与讨论

（一）模拟干旱试验对植物生长的影响

各时期土壤含水量的变化：4种牧草的土壤含水量均随着干旱胁迫时间的延长而下降，延长停水处理时间会导致土壤干旱强度增大，4种禾本科牧草的栽培基质含水量无显著差异，均由正常浇水时的24.6%～25.2%下降到干旱处理第20天的6%～8%。本试验土壤水分散失的主要途径有三个，分别为土壤下渗、蒸发和植物蒸腾。分析试验中土壤水分散失过程可以发现：在浇水后的5～10天内，土壤含水量较高，土壤通过以上三种途径散失水分，其中又以蒸发和渗漏为主，所以失水速率相对较高；当土壤水分下降到一定程度，水分散失以植物蒸腾和土壤蒸发为主，这保证了土壤水分以相对恒定的速率散失；20天以后土壤水分己不足以维持植株的正常生命活动，部分植物丧失了保水能力，从而加速了水分散失。干旱胁迫对植物造成的影响，既包括干旱的延续效应。也包括干旱程度的累加效应，此外，气温对干旱胁迫的影响也较大，高温下，土壤水分散失速度加快。在整个土壤水分散失过程中环境因子的变化会影响水分散失的速率，但本试验过程中温度、湿度、风等影响水分扩散的主要因子变化不大，所以在分析中忽略不计。

4种根茎型禾本科牧草植株生长率变化：从植物生长发育来看，在幼苗期和生殖发育期是对水分比较敏感的时期，选择植株的幼苗期进行干旱胁迫，比较能反映植株的抗旱性。4种牧草的生长规律基本相同，其日均生长率均随着干旱胁迫时间的延长呈先升高后降低的趋势。说明在干旱胁迫的前期，植物本身的生长没有受到抑制，但随着土壤含水率进一步的降低，日均生长率急剧下降，生长受到抑制。4种牧草的日均生长率有差异，表现为无芒雀麦＞羊草＞偃麦草＞草地早熟禾。干旱胁迫处理后，植株相对生长率随着干旱胁迫时间的延长而下降。在正常灌溉条件下，4种牧草生长普遍较好。由于干旱胁迫时间不同，4种牧草之间的相对生长率表现出较明显的差异。在干旱的前5天，4种牧草生长势虽然有所降低，但未表现出明显受状；到第20～15天时，相对生长率下降幅度较大；干旱20天时，因土壤水分含量非常小，4种牧草生长势急剧下降，个别牧草几乎停止生长，这可能是植物的一种避旱机制。试验表明，4种牧草相对生长率与土壤含水量呈显著正相关，相关系数为0.8754，说明土壤含水量对植株的相对生长率有明显的影响。分析结果表明4种牧草在干旱第20天之后，生长受到较大影响，相对生长率降低的幅度不同，反映出它们抗旱能力的不同，降低幅度越大则该牧草越不耐旱。4种牧草中，抗旱性较强的是无芒雀麦，耐旱性较弱的是草地早熟禾。4种牧草相对生长率降低幅度由大到小为草地早熟禾、偃麦草、羊草和无芒雀麦。

4种根茎型禾本科牧草植株叶片长度的变化：试验表明，对照组植株在水分供应充足的条件下，叶片仍继续生长，15天时羊草、无芒雀麦、偃麦草和草地早熟禾的叶片生长速率达到高峰。在干旱胁迫下4种牧草的叶片长度明显低于对照组。干旱胁迫5天时，因干旱时间较短，植株所受损伤较小，叶片增长幅度基本正常，处理与对照叶长几乎相等。随着胁迫强度加大，土壤含水量逐渐减少，叶片的生长速度逐渐降低，干旱10天时，生长速度呈明显下降趋势。此时，对照牧草的平均叶长比处理牧草多出0.31cm，处理牧草时发现有少量叶片发生对折，说明干旱胁迫10天对4种牧草叶片生长已经造成一定的影响，使其生长减慢。干旱胁迫20天时，土壤含水量为6.79%时，叶片几乎停止生长，并有收缩的现象。但只有少数叶片发生萎蔫。试验表明，干旱胁迫下羊草、无芒雀麦、偃麦草和草地早熟禾叶片长度与土壤含水量呈负相关，相关系数为-0.798，但相关不显著。说明土壤含水量对叶片长度的增长有影响，但影响不大。

4种根茎型禾本科牧草植株叶片宽度的变化：试验表明，无论是对照组还是处理组，叶片宽度都随植株的生长而增加，由于对照组土壤含水量相对稳定，叶片宽度表现为持续增长，但增长的幅度有减小的趋势。而在干旱胁迫条件下叶片宽度虽然在增加，但随着土壤含水量的减少，增长幅度小于对照。在干旱胁迫下4种牧草的叶宽增长速度明显低于对照组。在干旱胁迫的初期，即第5天时，4种牧草处理组的叶片宽度表现为比对照组宽，但增加的幅度很小。在干旱胁迫第10天时，处理组4种牧草的叶片宽度增加量开始小于对照组。说明胁迫己增大到一定程度，叶片发生萎缩，以减小蒸腾面积，减少水分损失。试验表明4种牧草的叶片宽度与土壤含水量呈显著负相关，相关系数为-0.814。说明土壤含水量对叶片宽度的增长有很大影响。

4种根茎型禾本科牧草植株根系长度的变化：试验观测得出，正常供水前提下，根系生长良好，根系长度逐渐增加。在试验进行的最初阶段根系增长的幅度较大，但随着生长期的延长，根系增长的幅度开始变小。4种牧草根系生长的规律不尽相同，但都表现为增加的趋势。在干旱胁迫下牧草的根系生长速度明显高于对照组。干旱胁迫下，根系也未停止生长，但生长没有一定规律。胁迫5天时，对种牧草根系进行测量，处理组根系生长速度加大，比对照组平均增加，处理比对照增加的百分数分别为10%、27.58%、22%和20%。强大的根系是植物抗旱性强的重要原因之一，干旱胁迫下4种牧草的根系长度增加，有利于植物在土壤水分匮乏时吸收更深层土壤中的水分。但随着胁迫时间的延长，土壤水分的进一步减少，植物所受伤害逐渐加大，根系增长幅度减小，对干旱胁迫的调节能力减弱。试验表明，干旱胁迫下根长与土壤含水量呈极显著负相关，相关系数为-0.953。说明土壤含水量对根长有很大的影响。4种牧草根系长度增长量的顺序为偃麦草＞草地早熟禾＞无芒雀麦＞羊草。

（二）模拟干旱试验对植物生理生化指标的影响

4种根茎型禾本科牧草叶片含水量的影响：叶片含水量反映植物体内的水分状况，是测定植物在干旱胁迫下生理变化的指标之一。在相同的干旱胁迫条件下，抗旱性强的植物叶片相对含水量下降慢，下降幅度小，能保持较好的水分平衡反之，则下降快，下降幅度大，水分平衡保持差。在干旱胁迫的各个时期分别测定4种根茎型禾草植株叶片含水量的变化。见表4。

表4　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草叶片含水量的方差分析

注：列间不同小写字母间差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）。

在干旱胁迫下，4种牧草叶片的含水量与对照相比明显降低，但它们之间差异不大。羊草的叶片含水量在干旱胁迫的各时期都明显低于其他3种牧草，且其减少的速率却大于其他牧草。干旱胁迫各时期，方差分析结果表明，4种牧草的叶片含水量随干旱胁迫的加剧而呈下降趋势，但下降的幅度有所不同。整个胁迫过程中，无芒雀麦下降的趋势较其他牧草平缓，幅度也较小。羊草最初的叶片含水量较低，其下降的幅度较大，说明羊草的叶片保水能力较差。试验表明，叶片含水量与土壤含水量呈极显著的正相关，相关系数为0.624，说明土壤含水量对植株叶片含水量有很大的影响。4种牧草叶片含水量下降幅度的大小顺序为：羊草＞草地早熟禾＞偃麦草＞无芒雀麦。

对叶绿素总含量的影响：叶绿素是光合作用中最重要的和最有效的色素，参与光合作用中光能的吸收、传递和转化其含量在一定程度能反映植物同化物质的能力。干旱胁迫使叶绿素的片层结构遭到破坏，使叶绿素的生物合成过程减弱，并且导致已经合成叶绿素分解加快，叶绿素总量减少，叶绿素和叶绿素含量下降，一般认为，叶绿素和叶绿素含量的变化幅度可以作为品种对干旱胁迫敏感性强弱的指标，变幅较大的抗旱性差。另据报道，在叶绿素中，叶绿素a对活性氧的反应较叶绿素b敏感，干旱胁迫下叶绿素a的破坏程度大于叶绿素b，所以叶绿素a/b也下降；植物在干旱条件下叶绿素a/b下降程度与品种抗旱性呈极显著负相关关系。所以说叶绿素总量的变化幅度和叶绿素a/b的变化幅度都是反映品种抗旱性强弱的生理指标。

干旱胁迫下叶绿素的总含量是呈下降趋势，4种牧草的下降幅度不同，偃麦草的降幅最小，仅为1.14mg/g·FW，而草地早熟禾的降幅则达1.67mg/g·FW。在干旱胁迫的初期，羊草、无芒雀麦和草地早熟禾的叶绿素含量下降的幅度都较大，而偃麦草的却较小。随着干旱胁迫的加剧，4种牧草都对干旱胁迫表现出一定的适应能力，其叶绿素总含量的下降趋势均变缓。但在干旱胁迫末期，叶绿素总含量降低的幅度加大，这说明干旱胁迫对植株造成了很大的伤害。试验表明，叶绿素总含量与土壤含水量呈极显著正相关，相关系数为0.842，说明土壤含水量对叶绿素含量有影响，且影响很大。

对叶绿素a和叶绿素b含量的影响：叶绿素a是由叶绿素b和叶绿素组成的。叶绿素总含量的下降与叶绿素a和叶绿素b含量下降有关。叶绿素a的功能是将汇集的光能转变为化学能进行光化学反应。叶绿素b主要是收集光能。分别在干旱胁迫的各个时期测定4种根茎型禾草植株的叶绿素a含量和叶绿素b含量变化。干旱胁迫下，叶绿素a、叶绿素b及叶绿素a与叶绿素b的比值都表现为下降的趋势。在干旱胁迫下，叶绿素a与叶绿素b反映是不一致的，表现在叶绿素b下降幅度较小，而叶绿素a下降幅度相对较大，使叶绿素a/b的值随胁迫的加剧而下降。

由试验结果可知，很显然叶绿素a下降是干旱胁迫下叶绿素含量下降的主要原因。而叶绿素a是光合反应的中心色素分子和天线色素分子，其含量大幅度降低必然影响到光合作用的正常运行。干旱对叶绿素a的破坏大于叶绿素b，叶绿素a的相对较快被破坏及叶绿素a/b的下降可能使叶内反应中心色素和集光色素的比例失调，从而诱发对植株的进一步伤害。叶绿素含量的高低直接影响叶片的光合能力，合理或较合理的叶绿素a/b可防止叶内因光能过剩而诱导自由基的产生和色素分子的光氧化，减轻干旱对植株的伤害，维持叶片较高的光合活性。对4种牧草的叶绿素a、叶绿素b含量作方差分析，结果表明，在干旱胁迫的各个阶段，4种禾本科牧草的叶绿素a含量及叶绿素b含量存在显著的差异。叶绿素a以第20天差异最大，而叶绿素b则是在第15天差异最大。同时也看出，叶绿素a和叶绿素b在干旱胁迫初期，下降的幅度较小，而在干旱胁迫后期下降幅度较大。试验表明，叶绿素a与土壤含水量呈极显著正相关，相关系数为0.8540，叶绿素b与土壤含水率呈显著正相关，相关系数为0.7532，说明在干旱胁迫下，叶绿素a、叶绿素b受土壤含水量的影响很大，干旱胁迫抑制了叶绿素a和叶绿素b的合成。4种牧草叶绿素a和叶绿素b下降幅度的顺序分别为：草地早熟禾＞偃麦草＞无芒雀麦＞羊草，草地早熟禾＞无芒雀麦＞羊草＞偃麦草。见表5和表6。

表5　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草叶绿素a（mG/G·FW）含水量的方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

表6　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草叶绿素b（mG/G·FW）含水量的方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

4种根茎型禾本科牧草叶片质膜相对透性的影响：细胞膜透性是反映细胞膜结构和功能的一个常用指标。质膜损伤和质膜相对透性的增加是干旱伤害的本质之一。在一定程度的干旱胁迫条件下，植物会受到伤害，其中细胞膜的反应最为敏感，其显著的特征是质膜的相对透性增加，干旱胁迫首先引起膜的过氧化作用，使细胞膜受伤害，导致膜透性增大，电解质外渗量增加。生物膜系统受害的重要生理指标是生物膜透性的变化，这种透性的变化将引起电解质的大量渗漏，质膜伤害愈重，外渗愈多，电导率的增加也愈大，因此测定电导率的大小能反映细胞损伤的程度。4种禾本科牧草叶片质膜相对透性与对照相比，在20天的各干旱胁迫阶段都表现为增加，在干旱的20天内，质膜相对透性随干旱胁迫时间的延长而增大，第20天时出现较大幅度的增加，其中处理比对照增加最多的是草地早熟禾，而增加最少的是羊草，偃麦草和无芒雀麦表现中等。说明质膜相对透性在干旱胁迫下会增大，相对透性越大，植物受到的伤害也越大，植物的抗旱性越弱。对4种牧草叶片质膜相对透性作方差分析，结果显示，在干旱胁迫的各个时期，4种牧草的叶片质膜相对透性差异显著。在干旱胁迫初期，叶片质膜相对透性增加的幅度较小，随着干旱胁迫时间的延长，其增加的趋势也较缓慢，但干旱胁迫的后期增幅较大。在轻度干旱胁迫下，细胞膜就已受到了破坏，重度干旱胁迫下4种牧草的电解质外渗率都达到较高值，原因是此时由于强烈脱水，使细胞膜机械损伤严重，导致电解质大量外渗。试验表明，叶片质膜相对透性与土壤含水量呈极显著正相关，相关系数为-0.7776，说明土壤含水量对叶片质膜透性有很大的影响，4种牧草叶片质膜相对透性增加的顺序为：草地早熟禾＞偃麦草＞无芒雀麦＞羊草。见表7。

表7　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草叶片质膜相对透性方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对茎叶游离脯氨酸含量的影响：脯氨酸是植物蛋白质的组成之一，并以游离状态广泛存在于植物体中。随着干旱胁迫的加重，叶片积累游离脯氨酸，这是植物对干旱胁迫的适应性反应。叶片内游离脯氨酸增加，有利于维持叶片水势，其积累量越大越有利于抗旱。脯氨酸是一种防脱水剂，与植物抗旱能力关系密切。脯氨酸增加的幅度越大，表明抗旱性越强。本试验表明，对照组4种牧草茎叶脯氨酸含量在水分充足的条件下，有缓慢增加的趋势。而处理组随着干旱胁迫的加剧，4种牧草茎叶中的脯氨酸含量上升的趋势则较为明显。结果表明，在干旱胁迫下，4种禾本科牧草的茎叶游离脯氨酸含量比对照显著增加，且随干旱时间的延长，积累量呈增加的趋势。处理组5天时，处理组比对照组增加的较少，第10天、15天和20天出现较大幅度的增加。其中干旱胁迫10天时增加最多的是偃麦草，比对照增加1219.63%，最少的则是羊草，为636.38%。而干旱胁迫20天时增加最多的为无芒雀麦，比对照增加1614.87%，最少的是草地早熟禾1134.58%，羊草、偃麦草也有很大幅度的增加。上述分析说明：4种多年生根茎型禾本科牧草都具有通过增加茎叶中脯氨酸含量的方式来抵御干旱的能力。干旱胁迫各时期，由种茎叶游离脯氨酸含量方差分析，结果可知，4种牧草的茎叶游离脯氨酸含量在干旱胁迫的各处理阶段存在着显著差异，且都有不同程度的增加。干旱胁迫初期，4种牧草的茎叶游离脯氨酸含量均有所增加，但增加的幅度较小，在干旱胁迫10天时，增加幅度变大，这说明植株开始受到干旱胁迫伤害时，通过茎叶游离脯氨酸的急剧增加来抵御干旱。这是植物体御旱的一种机制。试验表明，茎叶游离脯氨酸含量与土壤含水量呈极显著负相关，相关系数为-0.8633，说明土壤含水量对茎叶中的游离脯氨酸含量有显著的影响，随着土壤含水量的下降，茎叶游离脯氨酸含量呈增加的趋势。4种牧草游离脯氨酸含量上升幅度的大小顺序为：无芒雀麦＞偃麦草＞羊草＞草地早熟禾。见表8。

表8　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草茎叶游离脯氨酸含量（μG/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系游离脯氨酸含量的影响：在干旱胁迫下，4种禾本科根茎型牧草根系内游离脯氨酸含量相比对照显著增加，且随干旱胁迫的加剧，积累量呈增加的趋势，这与叶片游离脯氨酸含量的变化趋势相一致。但根系内游离脯氨酸含量的增加幅度较小，在干旱胁迫10天时，处理比对照增加的百分数分别为羊草79.52%、无芒雀麦124.10%、偃麦草66.85%和草地早熟禾88.68%，明显低于叶片。在干旱胁迫最严重的时期也只比对照分别增加了156.32%、207.06%、126.10%和117.51%。上述分析证明，4种多年生根茎型禾本科牧草都具有通过增加根系中脯氨酸含量的方式来抵御干旱的能力，这是植物御旱的一种生理机制。由4种禾本科牧草根系游离脯氨酸含量的方差分析，结果表明，随着干旱胁迫根系脯氨酸有明显增加的趋势。干旱胁迫的各个时期，4种牧草根系内游离脯氨酸含量的差异显著，有的达到了极显著水平，说明干旱胁迫对不同牧草的影响有很大差异。无芒雀麦在干旱10天和20天时根系脯氨酸的含量都有较大幅度的增加，而草地早熟禾的增加幅度较其他3种牧草要小。试验表明，根系内游离脯氨酸与土壤含水量呈极显著负相关，相关系数为-0.9131，说明土壤含水量对根系内游离脯氨酸含量有很大的影响，且随着土壤含水量的减少，根系内游离脯氨酸含量呈增加的趋势。4种牧草根系内游离脯氨酸含量增加幅度的顺序为：无芒雀麦＞偃麦草＞羊草＞草地早熟禾。见表9。

表9　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草根系游离脯氨酸含量（μG/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对茎叶丙二醛含量的影响：本试验表明，在水分充足的条件下，对照组4种牧草茎叶丙二醛含量的变化较小。而处理组随着干旱胁迫的加剧，4种牧草茎叶中的丙二醛的含量上升的趋势较为明显。结果显示，在干旱胁迫下，4种禾本科牧草的茎叶丙二醛含量的变化趋势基本一致，表现为处理组含量比对照组显著增加，且随干旱时间的延长，积累量呈增加的趋势。干旱胁迫下茎叶丙二醛含量增加最明显的为草地早熟禾，从第5天的114.36%上升到第20天的357.88%，明显高于其他3种牧草。丙二醛含量增加最不明显的为偃麦草，从第5天的126.42%到第20天的153.76%。上述分析证明，在干旱胁迫下，丙二醛的积累程度在4种牧草中不同，其积累量的高低标志针对细胞膜损伤程度的大小，偃麦草茎叶丙二醛细胞膜损伤程度较小，有较强的膜质抗氧化能力。无芒雀麦和羊草表现中等，草地早熟禾表现最差。干旱胁迫各时期，对4种禾本科牧草茎叶丙二醛含量方差进行分析。结果表明，正常供水条件下，4种牧草的茎叶丙二醛含量存在着一定的差异，其中羊草和偃麦草基础含量比其他牧草高。干旱胁迫后茎叶丙二醛含量增加，差异也更加明显。干旱胁迫期间，偃麦草茎叶丙二醛含量的积累速度低于其他品种牧草，表现出较强的细胞膜系统的稳定性。干旱胁迫20天时羊草比对照增加4.45μmol/G·FW，无芒雀麦比对照增加3.63μmol/G·FW，偃麦草比对照增加林2.58μmol/G·FW，草地早熟禾比对照增加5.63μmol/G·FW。试验表明，4种牧草的茎叶丙二醛含量与土壤含水量呈显著负相关，相关系数为-0.8449，这说明土壤含水量对茎叶中丙二醛含量影响较大，随着土壤含水率的降低，丙二醛含量呈增加的趋势。4种牧草茎叶中丙二醛含量增加幅度的顺序为：草地早熟禾＞羊草＞无芒雀麦＞偃麦草。见表10。

表10　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草茎叶丙二醛含量（μmol/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系丙二醛含量的影响：干旱胁迫期间，4种牧草根系丙二醛含量的变化趋势基本一致，都呈上升的趋势，表现为处理组比对照组显著增加，且随干旱时间的延长，积累量呈增加的趋势。这与茎叶中丙二醛的积累量的变化规律是相同的，但根系中丙二醛的增加的幅度小于茎叶。干旱胁迫下根系丙二醛含量增加最明显的为偃麦草，从第5天的32.59%上升到第20天134.35%的，明显高于其他3种牧草。增加最不明显的为草地早熟禾，从第5天的16.36%到第20天的52.67%。羊草增加的速度较为平缓。干旱胁迫各时期，4种牧草根系内丙二醛含量变化方差分析结果可以看出，干旱胁迫下，4种禾本科牧草根系内丙二醛含量存在显著差异。在水分充足的条件下，4种牧草根系内的丙二醛含量差异不显著，随着干旱胁迫时间的延长，它们之间的差异显现出来。干旱胁迫20天时羊草比对照增加1.21μmol/G·FW，无芒雀麦比对照增加1.19μmol/G·FW，偃麦草比对照增加2.85μmol/G·FW，草地早熟禾比对照增加0.76μmol/G·FW。试验表明，4种牧草的根系丙二醛含量与土壤含水量呈显著负相关，相关系数为-0.5780，这说明土壤含水量对叶片中丙二醛含量影响较大，随着土壤含水率的降低，根系内丙二醛含量呈增加的趋势。4种牧草根系丙二醛含量增加幅度的大小顺序为：偃麦草＞无芒雀麦＞羊草＞草地早熟禾。见表11。

表11　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草根系丙二醛含量（μmol/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对茎叶超氧化物歧化酶活性的影响：本试验表明，对照组种牧草茎叶超氧化物歧化酶（SOD）活性在水分充足的条件下，变化较为平缓。干旱胁迫下，4种牧草茎叶SOD活性的变化趋势为先升高后降低。胁迫10天时，茎叶SOD活性达到最大值，羊草、无芒雀麦、偃麦草和草地早熟禾处理组比对照组分别增加了245.27%、164.97%、166.55%、214.49%。羊草增加的幅度最大，草地早熟禾次之，偃麦草第三，无芒雀麦最小。说明在受到干旱时清除氧自由基的能力最强是羊草，最差是无芒雀麦。胁迫15天后，SOD活性开始下降，表现为处理比对照增加的量减小。说明在干旱胁迫初期植物以茎叶中SOD活性升高的方式来抵御干旱，但随着干旱的加剧，SOD活性被破坏。干旱胁迫各时期，4种牧草茎叶超氧化物歧化酶活性变化方差分析结果可以看出，在水分充足的条件下，只有羊草茎叶SOD的活性与其他3种牧草差异显著。随着干旱胁迫时间的延长，4种牧草SOD活性的差异变大，达到极显著水平。干旱胁迫10天时，茎叶SOD的活性达到最大值，分别为羊草747.4354unit/G·FW，无芒雀麦285.3079unit/G·FW，偃麦草316.6797unit/G·FW，草地早熟禾424.6589unit/G·FW。干旱胁迫15天、20天，茎叶SOD的活性持续下降，但其活性仍高于对照。试验表明，4种牧草的茎叶SOD活性与土壤含水量相关不显著，相关系数为-0.2453，这说明土壤含水量对茎叶SOD活性影响较为复杂，随着土壤含水率的降低，SOD活性呈先增加后减小的趋势。4种牧草茎叶活性增加幅度的大小顺序为：羊草＞草地早熟禾＞偃麦草＞无芒雀麦。见表12。

表12　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草茎叶超氧化物歧化酶活性（unit/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系超氧化物歧化酶活性的影响：干旱胁迫下，4种牧草在干旱胁迫期间，根系超氧化物歧化酶（SOD）的活性变化趋势基本相同，均为先升高后降低，这与茎叶中的SOD活性变化规律是相同的。在干旱胁迫的5、10、15天三个时间点处理中，根系中SOD的活性比对照显著增加，其活性的最高峰出现在干旱胁迫的第15天，羊草、无芒雀麦、偃麦草和草地早熟禾处理比对照分别升高了484.10%、401.73%、310.53%、467.81%。干旱胁迫15天以后，根系SOD活性开始下降，下降幅度较大。干旱胁迫的整个过程中处理组SOD活性一直高于对照组。干旱胁迫各时期，4种牧草根系超氧化物歧化酶活性变化方差分析结果可以看出，4种牧草根系超氧化物歧化酶（SOD）基础活性就有一定的差别，这可能与牧草的种类有关。随着干旱胁迫的加剧，4种牧草根系活性变化的差异变小。在干旱胁迫10天和15天时根系SOD活性升高的幅度较大，而5天时幅度较小。干旱胁迫末期，根系活性开始变小。根系内SOD活性始终低于叶片，但其变化的幅度却大于叶片。试验表明，4种牧草根系SOD活性变化与土壤含水量相关不显著，相关系数为-0.4501，这说明土壤含水量对根系SOD活性影响较为复杂，随着土壤含水率的降低，SOD活性呈先增加后减小的趋势。4种牧草根系活性增加幅度的大小顺序为：羊草＞草地早熟禾＞无芒雀麦＞偃麦草。见表13。(www.xing528.com)

表13　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草根系超氧化物歧化酶活性（unit/G·FW）方差分析

续表

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对茎叶过氧化物酶活性的影响：过氧化物酶（POD）是广泛存在于植物细胞内的氧化还原酶类，它主要催化H2 O2与底物发生的氧化还原反应，与超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）一起组成保护酶系统，协同清除干旱等逆境产生的活性氧，减轻逆境对质膜的伤害。干旱胁迫下，POD活性越大，植物抗旱性越强。在整个干旱胁迫持续过程中，4种根茎型禾本科牧草茎叶过氧化物酶（POD）活性的变化呈现先升高后降低的趋势。在干旱胁迫的早期，处理组比对照组增加的百分数小，说明茎叶POD活性升高的幅度小。干旱胁迫10天后茎叶活性显著增加，处理组比对照组增加的百分比分别为：羊草124.63%，无芒雀麦160.79%，偃麦草85.24%，草地早熟禾125.45%。4种牧草在干旱15天时，茎叶POD活性达到最大值，其中无芒雀麦增加得最多，草地早熟禾次之，羊草第三，偃麦草最少。干旱胁迫15天后茎叶活性开始下降，4种牧草下降的幅度差异很大，草地早熟禾下降速度最快，羊草和偃麦草表现中等，无芒雀麦下降的较缓慢。随着干旱胁迫的加剧，处理组茎叶POD活性始终高于对照组。干旱胁迫各时期，4种牧草叶片过氧化物酶（POD）少活性变化方差分析可以看出，4种牧草茎叶过氧化物酶活性在水分供应充足时就有一定的差异，干旱胁迫初期，茎叶活性都有升高，但升高的幅度不同。在干旱胁迫15天时，4种牧草茎叶活性均达到最大值。干旱胁迫15天后，茎叶POD活性开始明显下降。试验表明，干旱胁迫下，茎叶活性随土壤含水量的下降呈先升高后降低的趋势，与土壤含水率呈负相关，但相关不显著。4种牧草茎叶活性上升幅度的大小顺序为：无芒雀麦＞草地＞早熟禾羊草＞偃麦草。见表14。

表14　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草根系超氧化物歧化酶活性（unit/G·FW）方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系过氧化物酶活性的影响：在干旱胁迫的各时期，4种牧草根系过氧化物酶（POD）活性呈先升高后下降的趋势，处理组比对照组增加的量在干旱15天时达到最高。无芒雀麦在整个干旱过程中根系POD活性都保持较大的变化幅度，处理组比对照组增加的百分数分别为5天的281.92%、10天的397.59%、15天的750.60%和20天的111.80%，但其在干旱15天后下降的幅度也较大。羊草、偃麦草和草地早熟禾根系POD活性变化的幅度均比无芒雀麦小。随着干旱胁迫的加剧，4种牧草处理组根系POD活性始终高于对照组。干旱胁迫各时期，4种牧草根系过氧化物酶（POD）活性变化方差分析可以看出，无论是充足供水还是干旱胁迫的各个时期，4种牧草的根系过氧化物酶（POD）活性都存在显著的差异，尤其是在干旱15天时最为明显，差异达极显著水平水平。羊草的根系POD活性在干旱胁迫的前4个时期始终高于其他3种牧草，在胁迫20天时下降的幅度也最大；而无芒雀麦干旱胁迫的前4个时期上升的幅度最大；草地早熟禾的POD活性在整个干旱胁迫过程中均低于其他3种牧草。试验表明，4种牧草根系POD活性变化与土壤含水量呈负相关，相关系数为-0.3111，相关不显著，POD活性随着土壤含水量的降低，呈现先升高后降低的趋势。4种牧草根系POD活性上升幅度的大小顺序为：无芒雀麦＞羊草＞偃麦草＞草地早熟禾。见表15。

表15　干旱胁迫下4种根茎型禾本科牧草根系超氧化物歧化酶活性（OD470/min/G·FW）方差分析

续表

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

迫对茎叶可溶性糖含量的影响：可溶性糖也是植物体内一种重要的渗透调节物质，所以植物在受到干旱胁迫时可溶性糖含量的变化在一定程度上也能反映其对干旱环境的适应能力。在干旱条件下增强细胞渗透调节能力的关键是细胞内渗透调节物质的主动积累。已有研究证明，在细胞的几种渗透调节物质中，对稳定渗透调节能力的相对贡献是K+＞可溶性糖＞其他游离氨基酸＞Ca2+＞MG+＞脯氨酸（Pro）。所以有人指出在干旱条件下，细胞内渗透调节物质特别是K+和可溶性糖的积累是反映抗旱性强弱的有效指标之一（霍仕平等，1995）。

对茎叶可溶性糖含量的影响：干旱胁迫期间，4种根茎型禾本科牧草茎叶可溶性糖含量变化趋势基本一致，都呈现升高的趋势，但变化的幅度差异很大，偃麦草和无芒雀麦处理比对照增加的幅度明显高于羊草和草地早熟禾，变化没有一定规律。干旱开始阶段，羊草和草地早熟禾处理比对照增加的百分数是缓慢上升，而偃麦草和无芒雀麦则上升很快。4种牧草叶片可溶性糖含量处理比对照增加的百分数均在干旱胁迫20天时达到最大值，其大小顺序为：偃麦草＞无芒雀麦＞羊草＞草地早熟禾。干旱胁迫各时期，4种牧草叶片可溶性糖含量变化方差分析可以看出，4种牧草茎叶可溶性糖含量在正常生长情况下有所不同，可能是牧草种类不同形成的差异。干旱胁迫5天时，4种牧草茎叶可溶性糖增加的速度较慢，他们之间差异也不大，但随着土壤含水量的降低，茎叶可溶性糖含量增加的速度也变快。草地早熟禾在干旱的各时期，茎叶可溶性糖含量显著高于其他牧草。研究结果表明，在干旱胁迫下，4种牧草细胞内可溶性糖含量增加的程度不同，但积累的水平和方式基本一致，在干旱期间，抗旱性强的牧草可溶性糖含量持续增加且增加时间较长，表现出较强的干旱适应性。试验表明，干旱胁迫下，4种牧草茎叶可溶性糖含量与土壤含水量呈极显著负相关，相关系数为-06979，说明干旱胁迫对可溶性糖含量有极大的影响。4种牧草茎叶可溶性糖含量增加幅度的大小顺序为：偃麦草＞无芒雀麦＞羊草＞草地早熟禾。见表16。

表16　干旱胁迫下4中根茎型禾本科牧草根系可溶性糖含量（*10-3μG/G·FW）的方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系可溶性糖含量的影响：干旱胁迫期间，4种根茎型禾本科牧草根系可溶性糖含量，变化趋势基本一致，都呈现增加的趋势，表现为处理比对照增加的百分数增加，这与茎叶中可溶性糖含量的变化趋势是一致的。干旱胁迫前期（5天、10天），可溶性糖含量都有上升，但处理组比对照组增加的幅度小，随着干旱时间的延长，增加的幅度增大，偃麦草上升的幅度开始高于其他3种草。干旱胁迫后期（15天、20天），4种牧草可溶性糖含量都快速升高，以偃麦草增加的速度较快，无芒雀麦、羊草次之，草地早熟禾较缓慢。干旱胁迫各时期，4种牧草根系可溶性糖含量变化方差分析可以看出，4种牧草根系细胞内可溶性糖含量在水分充足情况下有所不同，但没有显著差异。干旱胁迫初期，根系细胞内可溶性糖含量增加的速度较慢，随着胁迫的加剧，增加的速度变快。在干旱胁迫各时期，偃麦草根系细胞内可溶性糖含量均高于其他3种牧草。研究结果表明，在干旱胁迫下，4种牧草根系细胞内可溶性糖含量增加的程度不同，但积累的水平和方式基本一致。在干旱期间，抗旱性强的牧草可溶性糖含量持续增加且增加时间较长，表现出较强的干旱适应性。试验表明，干旱胁迫下，种牧草根系可溶性糖含量与土壤含水量呈极显著负相关，相关系数为-0.6928。说明干旱胁迫对可溶性糖含量有极大的影响。4种牧草根系可溶性糖含量增加的幅度大小顺序为：偃麦草＞无芒雀麦＞羊草＞草地早熟禾。见表17。

表17　干旱胁迫下4中根茎型禾本科牧草根系可溶性蛋白含量（mG/G）的方差分析

续表

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对茎叶可溶性蛋白质含量的影响：己有大量研究证实干旱抑制蛋白质的合成并诱导蛋白质的降解，从而使植株体内的总蛋白质含量降低。蛋白质含量的降低与植物的衰老密切相关，这也是逆境对植物的一种伤害作用。但有研究表明，干旱胁迫下可溶性蛋白的含量呈增加趋势，所以蛋白质的代谢变化在植物逆境生理中的意义尚不明确。其他植物研究证明，植物在干旱胁迫下，可溶性蛋白会部分转化为氨基酸，从而增加渗透性物质，所以可溶性蛋白随着水分胁迫的加强会呈现出降低的趋势。在相同生育期同等干旱条件下，抗旱性弱的品种可溶性蛋白含量下降的幅度大于抗旱性强的品种，而且前者的绝对含量低于后者表明后者保持正常的蛋白质合成的能力较强，以控制植物体内蛋白质代谢平衡。本试验对4种禾本科牧草在干旱胁迫下可溶性蛋白的含量的变化进行了测定。随着干旱胁迫的加强，4种牧草茎叶细胞可溶性蛋白质含量的变化趋势基本一致，随着土壤含水量的降低，呈现降低的趋势。干旱胁迫初期，茎叶可溶性蛋白含量的变化幅度较小，4种牧草变化的差异也不大，处理比对照下降的百分数都在-10%左右。随着干旱胁迫时间的延长，茎叶可溶性蛋白含量的变化幅度增大，4种牧草差异也较为明显，处理比对照增加的百分数分别为羊草-63.933%、无芒雀麦-93.193%、偃麦草-79.753%、草地早熟禾-59.27%。茎叶可溶性蛋白质含量降低幅度的大小顺序为：无芒雀麦＞偃麦草＞羊草＞草地早熟禾。干旱胁迫各时期，4种牧草茎叶可溶性蛋白含量变化方差分析可以看出，在水分充足的条件下，4种牧草的茎叶可溶性蛋白含量有差异，无芒雀麦的含量明显低于其他3种牧草。随着干旱的加剧，4种牧草茎叶可溶性蛋白含量都有不同程度的减少，干旱胁迫前期变化不大，到干旱15天、20天时下降比较明显。胁迫期间，无芒雀麦茎叶可溶性蛋白含量始终低于其他3种牧草，其下降的幅度也较其他牧草大。干旱胁迫各时期，4种牧草茎叶可溶性蛋白含量差异显著。试验表明，干旱胁迫下，4种牧草茎叶可溶性蛋白含量与土壤含水量呈极显著正相关，相关系数为0.8021。说明干旱胁迫对茎叶可溶性蛋白含量有极大的影响。4种牧草茎叶可溶性蛋白含量下降的幅度大小的顺序为：无芒雀麦＞偃麦草＞羊草＞草地早熟禾。见表18。

表18　干旱胁迫下4中根茎型禾本科牧草根系可溶性蛋白含量（mG/G）的方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

对根系可溶性蛋白质含量的影响：在干旱胁迫下，4种禾本科牧草根系可溶性蛋白含量的变化趋势基本一致，均随着土壤含水量的降低而下降，这与茎叶中可溶性蛋白含量的变化趋势是一致的。干旱胁迫初期，根系可溶性蛋白含量的变化幅度较小，4种牧草变化的差异也不大，处理比对照下降的百分数较小，说明这时的干旱胁迫对根系可溶性蛋白含量的影响不大。随着干旱胁迫的加剧，4种牧草变化的差异比较明显。干旱10d～15d时，4种牧草根系可溶性蛋白含量下降的速度不同，但都较为平缓，干旱20天时则下降的相对较快，羊草-63.62%，无芒雀麦-64.95%，偃麦草-58.85%，草地早熟禾-51.39%。干旱胁迫各时期，4种牧草地下部根系可溶性蛋白含量变化方差分析可以看出，正常生长条件下，4种牧草根系细胞中可溶性蛋白质含量基本一致，无显著差别。随着土壤含水量的降低，在干旱胁迫5～20天之间，4种牧草根系细胞内可溶性蛋白质含量虽然缓慢降低，也没出现明显差异。4种牧草细胞内可溶性蛋白质含量根系明显低于茎叶，这也是茎叶营养价值高于根部的主要原因。试验表明，干旱胁迫下，4种牧草根系可溶性蛋白含量与土壤含水量呈极显著正相关，相关系数为0.8523，说明干旱胁迫对根系可溶性蛋白含量有极大的影响。4种牧草根系可溶性蛋白含量下降的幅度大小顺序为：无芒雀麦＞羊草＞偃麦草＞草地早熟禾。见表19。

表19　干旱胁迫下4中根茎型禾本科牧草根系可溶性蛋白含量（mG/G）的方差分析

注：列间不同小写字母差异显著（p＜0.05），不同大写字母间差异极显著（p＜0.01）

（三）讨论

通过对干旱胁迫期间，4种牧草叶片含水量、叶绿素、叶片质膜相对透性，茎叶和根系中脯氨酸含量、丙二醛含量、超氧化物酶活性、过氧化物酶活性、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的变化的研究，主要结果如下：

干旱胁迫下，4种牧草的叶片含水量、叶绿素a、叶绿素b及叶绿素a与叶绿素b的比值和细胞可溶性蛋白质含量与对照相比均表现为明显减少；叶片质膜相对透性、脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量都随干旱胁迫时间的延长而增多；超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性的变化趋势为先升高后降低。

植物抗旱性是一个受多基因控制的复杂的数量性状，植物通过多种途径来抵御或忍耐干旱胁迫的影响，因此，单一的抗旱性鉴定指标难以反映出植物对干旱的适应能力，此外，不同品种就某一具体抗旱指标而言，对干旱胁迫的反应也不一定相同，抗旱性综合评价就是按品种的抗旱能力大小进行筛选、评价和归类的过程，通过抗旱性鉴定，能很好地掌握品种特性，从而应用于生产。抗旱性综合评价既需要合适的研究方法，也需要合适的研究方法上建立起来的数量化指标体系，来进行抗旱性综合评价。

本试验的研究中，主要采用数学分析法——隶属函数法（模糊数学隶属函数和反隶属函数），对4种根茎型禾本科牧草进行多项指标（叶片含水量、游离脯氨酸含量、叶绿素含量、叶片质膜相对透性、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量等生理生化指标和相对生长率等形态指标）的综合分析评价，从而全面、准确地反映出4种牧草抗旱性强弱。指标的选择去除外界环境因素土壤含水量，并以叶绿素总量为代表。首先应用以下公式对不同干旱胁迫时期的隶属值进行计算，模糊隶属法计算标准。

采用模糊数学中隶属函数的方法，对4种牧草各个抗旱指标的隶属值进行累加，求取平均数，并进行比较，以评定抗旱性，计算方法为：分别用所测的抗旱指标求每种牧草各指标的具体隶属值，公式如下：

式中X为4种牧草的某一指标测定值，Xmax为所用品种某一指标测定值内的最大值，Xmix为该指标中最小值；如某一指标与抗旱性为正相关，可用隶属函数计算其抗旱隶属函数值，见式（1），如某一指标与抗旱性为负相关，可用反隶属函数计算其抗旱隶属函数值，见式（2）；把每一种牧草各指标的抗旱隶属值进行累加，并求其平均数，平均数越大，抗旱性就越强。4种多年生根茎型禾本科牧草抗旱性综合评价的具体计算结果见表20（4种根茎型禾本牧草抗旱性的综合评价）。通过4种根茎型禾本牧草抗旱性的综合评价可以看出，4种牧草的隶属函数值总平均值大小为：无芒雀麦（0.508）＞偃麦草（0.461）＞羊草（0.415）＞草地早熟禾（0.403），由此可初步得出种根茎型禾本科牧草的抗旱性顺序为：无芒雀麦＞偃麦草＞羊草＞草地早熟禾。见表20。

表20　4种根茎型禾本牧草抗旱性的综合评价

大量资料表明，评价和鉴定牧草抗旱性强弱的理化指标可归纳为以下几类：地上部分的鉴定指标中植株相对生长率、组织相对含水量和持水率、组织相对电导率和膜质过氧化产物MDA、组织游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量以及保护酶系统的变化等。地下部分鉴定指标中根电导率、根膨压、根系活性、根脯氨酸含量和可溶性蛋白质含量以及可溶性糖含量、淀粉、保护酶类等。本实验研究中在干旱胁迫下，对羊草、无芒雀麦、偃麦草和草地早熟禾4种根茎型禾本科牧草的植株生长、叶片含水量、叶绿素、叶片质膜透性、游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量及保护酶活性的变化等方面进行了研究。

本试验确定干旱胁迫的方法是盆栽模拟干旱试验，这种方法简单、方便，便于操作，但是精确度低。谢寅峰等对银杏、刺槐等七个树种干旱胁迫的方法是采用根际渗透胁迫方法（辛国荣，1997）：1/2HoaGland营养液和一定浓度的PEG的水培法，这样能保证相同的供水基础和相同的干旱胁迫强度，有着更为可靠的指标评价基础。这种方法比较精确，但是溶液的水势和有效含水量是一个瞬间平衡，需要不断地进行监控和不断的平衡，需要投入的较大的人力物力，所以今后在控制干旱胁迫强度方法的领域有着很大的研究空间。