不同 地理 种 群 羊 草在聚乙二醇胁迫下 含水量 和 游离 脯氨酸 含量 的 比较 * 摘要 本 文 将 1994年 从 内蒙古 不同 地区 和 吉林 采集到 的 羊 草 （ Leymus chinensis） 种子 进行 栽培 试验 ， 分析 了 5个 样 点 （ 阿旗 、 定位 站 、 西乌旗 、 谢尔塔 拉 、 吉林 ） 的 羊 草 在 不同 浓度 聚 乙 二 醇 （ PEG=0%、 15%、 30%） 的 胁迫下 ， 及 不同 胁迫 时间 （ 12h、 24h、 36h） 条件 下 ， 叶片 游离 脯氨酸 和 水份 的 含量 。 通过 聚类 分析 表明:不同 地理 种 群 的 羊 草 按 水份 胁迫 后 游离 脯氨酸 含量 和 水份 含量 都 可 划分成 三 类 ,而且 所得 的 结果 基本 相似 。 结果 还 证明 ， 抗 旱性 强 的 样品 游离 脯氨酸 积累 时间 长 ， 维持 积累 量 大 ； 羊 草 的 抗 旱性 与 脯氨酸 积累 特性 与其 生 境 有 相当 的 联系 。 COMPARATIVE STUDY OF LEYMUS CHINENSIS'S WATER CONTENT AND FREE PROLINE OF DIFFERENT GEOGRAPHIC POPULATIONS UNDER THE FORCE OF DIFFERENT CONSISTENCY PEG Ren Wenwei Qian ji Ma jun Zheng Shizhang (Department of Environment and Resource Biology, Fudan University, Shanghai 200433) Abstract In this experiment, we studied different geographic population's Leymus chinensis,which came from the seeds we got from different typical steppes of the Inner Mongolian Plateau in 1994. we selected the Leymus chinensis of five sampling point, analyses the free proline and water content of the leaf under the force of different consistency PEG (0%, 15% and 30%) and different force time (12 hrs, 24hrs, and 36hrs) Using UPGMA, we found that this five geographic population could be divided into three groups according to the changes of the free proline and water content of the leaf, which was also consistent to their natural habitats. It was also detected that the free proline of the strong drought resistance sample accumulated for a long time and maintained a large accumulation. The drought resistance of the Leymus chinensis was connected to a certain extent with the proline accumulation property and the habitat. Keyword: Leymus chinensis; different geographic population ;PEG; free proline; water content 羊草(Leymus chinensis),一 种 多 年生 根茎禾草,是 广幅旱生 草原 建 群 种 ,盐生 草甸 的 优势 种 [1] 。 同时 也 是 一 种 优良 的 牧草 ,广泛 分布 于 我国 东北,内蒙 和 新疆 等 地,我国 许多 科技 工作者 ,从 各 个 方面 已 做 过 大量 研究 工作 ,但大多 是 定点 研究 。 而 羊 草 草原 分布区 ， 东西 横跨 东 经92o～132o， 南北 跨 于 北纬36o～62o之间 。 在 这样 广阔 的 范围 内 ， 水份 、 温度 及 土壤 等 生态 因子 都 有 着 明显 的 差别 ， 这 为 羊 草 形成 不同 生态型 提供 了 极 大 的 可能性 。 通过 对 内蒙古 不同 类型 草原 的 实地 调查 和 研究 以及 大量 文献 报导 ， 表明 ： 水 因子 是 众多 生态 因子 中 影响 羊 草 生长 发育 的 一 个 关键 因子 和 限制 因子 [2～7] 。 所以 在 众多 的 生态 因子 中 本 文着重 研究 水 因子 对 羊 草性 状 的 影响 。 在 逆境 条件 下,许多 植物 表现 为 体 内 游离 脯氨酸 含量 迅速 提高 ,近年 来 关于 植物体 内 游离 脯氨酸 含量 与 抗 旱性 的 关系 已 有 许多 报导 。 植物体 内 游离 脯氨酸 的 积累 现象 最初 是 由 Kemble和Macpherson 在 受 水份 胁迫 的 黑 麦草 的 叶子 中 发现 的 。 后来 在 许多 植物 中 也 观察到 同样 的 情形 [8～10] ; 并且 有 越来越 多 的 实验 证明 ， 水份 胁迫下 植物体 内 游离 脯氨酸 的 积累 是 个 普遍 现象 。 脯氨酸 积累 主要 发生 在 植株 的 叶片 和茎 内 ， 根部 的 脯氨酸 是 从 叶 和 茎 运输 过去 的 。 植物 在 水份 胁迫下 脯氨酸 含量 的 变化 十分 敏感 且 变化 幅度 大 ； 而且 在 一定 的 外界渗透 势 或 植物 水势 范围 内 ， 随 时间 的 延长 脯氨酸 含量 可 逐步 稳定 或 有所 下降 ， 据 推测 可能 与 植物 对 逆境 条件 的 适应 及 在 适应 后 对 脯氨酸 的 再 利用 有关 [ 11] 。 马宗仁 等 认为 抗 旱性 强 的 品种 维持 积累 量 大 ， 维持 积累 时间 长 ； 脯氨酸 的 积累 进程 有 两 个 明显 的 临界值 ： 即 脯氨酸 积累 初始 临界值 和 脯氨酸 积累 显著 □ '7b界值 。 这 两 个 值 与 气孔 运动 过程 同步 。 所以 脯氨酸 积累 速度 和 数量 决定 了 植物 对 乾旱□财□的 调控 适应性 [ 12～13] 。 但是 ， 丁文 江 等 则 与 上述 观点 有 不同 意见 ， 认为 抗 旱性 强 的 牧草 其 受 胁迫 后 脯氨酸 含量 少 ， 反之 脯氨酸 含量 多[14～15] 。 Hanson 等 人 也 认为 ， 抗 旱 能力 弱 的 品□指 □彼□积累 速度 快 于 抗 旱 能力 强 的 品种 。 本 实验 通过 不同 浓度 的 聚 乙 二 醇 （ PEG） 浸泡 羊 草根部 ， 模拟 不同 程度 的 水份 胁迫 ， 测定 羊 草叶 中 游离 脯氨酸 含量 及 失 水 程度 ， 以 研究 不同 地理 种 群 羊 草 抗 旱 能力 的 差异 。 1. 材料 与 方法 ： 1. 1 实验 材料 不同 种 源 的 羊 草采 自于 内蒙古 和 吉林 的 不同 地区 ： 阿旗/aq（ 阿巴□缕□） 、 定位 站/dwz（ 中科院 草原 定位 站 ） 、 西乌旗/xwq（ 西乌珠穆沁旗 ） 、 谢尔塔拉/xetl（海 拉尔市 谢尔塔 拉 风景区 ） 、 吉林/jl（吉林省长 岭 县腰井子 羊 草 草原 自然 保护区 ） 。 （ 以下 均 用 简称 ） ， 这些 地区 水份 ， 温度 及 土壤 等 生态 因子 有 明显 差别 。 本 实验 所 取的5个 样 点 的 生 境 资料 见 表1。 表1 几 个 主要 考察 地点 的 生 境 资料 Table 1 The data of environment in the main investigated plot 样 点 Sample 纬度(0N) Latitude 经度(0E) Longitude 海拔 （ m） Altitude >=100C的 积温Total Temperature 年 降 水(ml) Annual Per_ cipitation 湿润 系数 Moisture coefficient 土壤 类型 Soil Type 阿旗Aqi N44. 0 E115. 0 1100～1300 2000 200～250 0. 13 栗钙土Chestnut soil 定位 站Dingweizhan N43.6 E116.7 1000～1300 2200 350 0. 3 典型 栗钙土Typical chestnut soil 西乌旗Xiwuqi N44.6 E117.6 1000～1300 2000 300～350 0. 3 暗□醺仆□ark chestnut soil 谢尔塔拉Xieertala N50.5 E120. 2 700～800 1700 350～400 0.6～0.9 黑钙土Chernozem 吉林Jilin N44.6 E122 500 2545-3374 313-581 0. 8 盐硷地saline-alkali soil 1. 2 实验 方法 1.2. 1 水份 胁迫 取 各 个 地理 种 群 羊 草植株 ， 小心 洗去 根部 土壤 ， 尽量 勿 损伤 根 系 。 分成 3份 ， 分别 置于 0%PEG、 15%PEG和30%PEG（质量 百分比 ） 的 烧杯 内 ， 室 温 ， 柔和 光线 下 胁迫 处理 。 1.2. 2 叶片 含 水量 测定 分别胁迫12h、 24h、 36h后 ， , 每 个 样 点 均 剪取2～3片 叶 ， 用 分析 天平 精确 称 重 ， 尔后 于 60(C烘箱 中 烘乾 ， 取出 再 精确 称 重 。 之后 进行 含 水量 的 计算 （ 重复 3次 ， 取 平均值 ） 。 1.2. 3 叶片 脯氨酸 含量 测定 分别胁迫12h、 24h、 36h后 ， 称 取 3～5g各样 点 羊 草 的 叶片 。 进行 脯氨酸 含量 测定 （ 重复 3次 ， 取 平均值 ） ,测定 方法 采用 茚 三 酮染色 法[16] , 并 参照 欧仕益 等 的 方法 进行 了 改进 [ 17] 。 1. 3 数据 处理 聚类 分析 采用 胡嘉琪 等 开发 的 可 在 IBM-PC及 其 兼容机 上 使用 的 “数值 分类软件”(NTS) [ 18] , 用 不 加权 的 组 平均 方法 (GROUP)对5个 样 点 的 羊 草 进行 聚类 分析 (UPGMA)。 2. 实验 结果 ： 通过 以上 测定 得到 不同 地理 种 群 羊 草在PEG胁迫下 含 水量 和 游离 脯氨酸 含量 的 数据 ,并 计算出 含 水量 和 游离 脯氨酸随着PEG浓度 及 胁迫 时间 的 增加 而 随之 产生 的 增量 。 （ 结果 见 表 2、 3） 表2 不同 地理 种 群 羊 草在PEG胁迫下 含 水量 及 增量表 （ 单位 ： 百分 含量 ） Table 2. ;The table of water content and its change of different geographic population of Leymus chinensis`s under force of PEG（Unit: per cent） 样 点 Sample PEG浓度 consistency of PEG 12h 浓度 增量 change with consistency 24h 浓度 增量 change with consistency 时间 增量 change with time 36h 浓度 增量 change with consistency 时间 增量 change with time 阿旗 0% 67. 1477 71. 7237 4. 57594 73.0535 1. 32985 15% 65.7835 -1. 3642 66. 1593 -5. 5643 0. 37579 67.6681 -5. 3854 1. 50876 30% 35. 488 -30. 296 49.7222 -16.437 14. 2343 37.8871 -29. 781 -11.835 定位 站 0% 72.9957 76. 3859 3. 39025 78. 0211 1.63518 15% 62.5671 -10. 429 45. 5976 -30. 788 -16.97 59. 5894 -18. 432 13.9919 30% 62.2544 -0. 3128 46.9929 1. 39536 -15. 261 35.6596 -23.93 -11.333 西乌旗 0% 73. 3606 75.9868 2.62623 73. 1228 -2. 864 15% 62. 2006 -11.16 55. 849 -20. 138 -6. 3516 55.978 -17. 145 0. 12898 30% 63. 5915 1. 39092 59. 8445 3.99547 -3. 747 44. 1063 -11. 872 -15.738 谢尔塔拉 0% 73.0631 76.6586 3. 59554 71.633 -5. 0256 15% 63.9173 -9. 1458 65.5944 -11.064 1.67712 21.6974 -49.936 -43.897 30% 46.9066 -17. 011 47. 5304 -18. 064 0.62377 27. 8757 6. 17839 -19.655 吉林 0% 70.9545 75. 0978 4. 14332 70. 1351 -4.9627 15% 68. 5783 -2. 3762 30.69 -44. 408 -37.888 42.9656 -27. 17 12. 2756 30% 69. 1346 0. 55625 67. 4395 36.7495 -1.6951 52. 1745 9. 20899 -15. 265 表3 不同 地理 种 群 羊 草在PEG胁迫下 脯氨酸 含量 及 增量表 （ 单位 ： 微克/克干 重 ） Table 3. ;The table of free proline content and its change of different geographic population of Leymus chinensis`s under force of PEG (Unit:(g/gDW) 样 点 Sample PEG浓度 consistency of PEG 12h 浓度 增量 change with consistency 24h 浓度 增量 change with consistency 时间 增量 change with time 36h 浓度 增量 change with consistency 时间 增量 change with time 阿旗 0% 587.756 2897.9 2310. 14 2631. 05 -266. 843 15% 1413.71 825.954 6201.88 3303.98 4788. 17 8044. 1 5413.05 1842. 23 30% 961. 285 -452. 425 5428. 87 -773.006 4467. 59 5325. 12 -2718.99 -103.753 定位 站 0% 198.825 4399. 84 4201.02 4558. 64 158. 803 15% 596.018 397. 194 1806. 18 -2593.66 1210. 16 2383.6 -2175. 04 577. 427 30% 1670.65 1074.63 5424.92 3618.75 3754. 27 4795. 74 2412. 14 -629. 179 西乌旗 0% 442. 125 909. 225 467. 1 303. 301 -605.924 15% 235. 463 -206.662 2002. 35 1093. 13 1766. 89 1338. 8 1035. 5 -663. 554 30% 1031. 86 796. 396 2401. 36 399. 007 1369.5 4236.89 2898.09 1835. 53 谢尔塔拉 0% 159. 474 1178. 24 1018.76 828. 648 -349. 588 15% 450. 389 290.914 3739.33 2561. 1 3288.95 2622.4 1793.75 -1116.93 30% 7816. 11 7365.72 2093.7 -1645.63 -5722. 41 5943. 15 3320.75 3849. 45 吉林 0% 85. 0604 867. 433 782. 373 741. 257 -126. 176 15% 955. 641 870. 58 2830.69 1963. 26 1875. 05 3258. 46 2517. 2 427.763 30% 5058.73 4103.08 7617. 37 4786.68 2558.65 4404. 59 1146. 13 -3212. 78 图1. 羊 草 含 水量 及 增量 聚类 树状图 Fig. 1 The map of group agglomerative classification of water content and its change of leymus chinensis 图 2. 羊 草 游离 脯氨酸 含量 及 增量 聚类 树状图 Fig. 2 The map of group agglomerative classification of free proline and its change of leymus chinensis 对 各样 点 羊 草 在 不同 PEG浓度 胁迫下,其 叶片 含 水量 和 游离 脯氨酸 含量 以及 它们 浓度 、 时间 差 量 进行 聚类 分析 。 首先 对 数据 进行 中心化 （ centralization）,然后 求出 它们 的 欧氏 距离 （ euclidean） 相似 系数 , 最后 用 不 加权组 平均 法 （ UPGMA） 对 数据 进行 聚类,得到 羊 草 含 水量 及 增量 聚类 树状图 和 羊 草 游离 脯氨酸 含量 及 增量 聚类图 （ 见图1、 2） 。 3. 讨论 分析 从含水量 聚类 分析 图 和 游离 脯氨酸 含量 的 聚类 分析 图 中 我们 可以 发现 : 这 两 组 数据 聚类 的 结果 基本 一致 。 即 在 水份 胁迫 情况 下 ， 随着胁迫 浓度 和 胁迫 时间 的 变化 ， 羊 草 叶片 的 水份 含量 和 游离 脯氨酸 含量 的 变化 基本 成 正 相关 。 两 者 的 聚类 都 可以 把 不同 地理 种 群 羊 草分成 三 大 类 ， 即 ： :定位 站 、 西乌旗 一 类 ;谢尔塔拉为 一 类 ; 剩下 的 阿旗 、 吉林 为 一 类 。 其中 ， 在 两 张 树状图 上 阿旗 和 吉林 的 位置 稍 有 变动 。 结合 这些 羊 草 的 各自 生 境 进行 分析 ,发现 定位 站 和 西乌旗同 属于 典型 草原 ,经纬度 、 海拔 高度 、 土壤 湿润 系数 等 都 比较 接近 ,且 在 考察 样 点 中 这 两 者 的 距离 是 最 接近 的 ,故聚类 结果 是 在一起 的 ， 是 属于 比较 抗 旱 的 一 类 ;而 谢尔塔拉羊草 的 生 境 是 在 内蒙古 最 东面 ,与 内蒙古 的 其它 样 点 相比 ,其 经 度 偏东 ， 纬度 偏北 、 年 降 水量 、 土壤 湿润 系数 较 大, 特别 是 生长 在 一 个 四面 环水 的 小岛 上 ,故单独 聚 在一起 ， 属于 不耐 旱 的 一 类 ;至于 吉林 、 阿旗 的 羊 草 就 比较 复杂 , 因为 吉林 羊 草 生长 在 吉林 的 盐 硷地 上 ,影响 其 的 环境 因子 相对 较多 ,其 自身 的 结构 生理 较 复杂 ,而 阿旗羊 草按理 说 是 生长 在 乾旱荒漠 草原 , 但是 我们 采集 种子时, 由于 野外 羊 草 普遍 抽穗较少 ,难以 采集 ,故 是 在 阿旗牧民 家 的 围栏 里 采集到 的 ,但 由于 该 羊 草 的 各 方面性 状 和 阿旗 野外 羊 草 相比 都 比较 特别 ,所以 该 羊 草 有 可能 是 由 牧民 引 种 而 来 ， 不能 代表 阿旗 野生 种 。 该 羊 草 的 种 源 不明 造成 其 原生 境 的 各 种 环境 因子 不得而知 。 所以 阿旗 、 吉林 聚为 一 类 ,表明 这 两 个 地理 种 群 的 情况 比较 复杂 ， 更 具体 的 情况 ， 有待 于 进一步 研究 。 总之 ,含水量 聚类 分析 和 游离 脯氨酸 含量 的 聚类 分析 得出 的 结果 基本 一致 ,和 马宗仁 等 的 观点 比较 一致 。 近年 来 通过 提高 植物体 内 游离 脯氨酸 含量 以 增强 植物 抗逆性 以及 改变 营养 品质 的 研究 已 有 许多 报导 。 中科院 植物所 陈晖 等 在 离 体 培养 条件 下,用脯氨酸类似 物□歉□彼□（ HYP）作 选择 压力 ,筛选出羊草抗HYP细胞 变异 系,其体 内 游离 脯氨酸 含量 比 供体 提高 6.6倍,且抗NaCl、PEG及 低温 的 能力 也 较 供体 增强 [ 19] 。 这 和 本 文 的 观点 较为 一致 。 参 考 文 献 1 刘书润 等 ， 内蒙古 锡林 河 流域 植物区 纲要 ， 草原 生态 系统 研究 ， 1988， （ . 3） ： 261 2 任 文伟 、 郑师章,内蒙古 高原 不同 生 境 下 羊 草性 状 的 比较 研究 ,生态学 杂志 ,1996,15（2）:60～63 3 白□婪□等 , 羊 草 草原 群落 生物 量 季节 动态 研究 ， 中国 草地 ， 1994 ,（. 3），1～5 4 李 月 树 ， 羊 草群落 地 上部 生产量 的 动态 与 降 水 、 气温 的 关系 ， 东北 师大学报 （ 自然 科学版 ） ， 1983 ， （ 4） ， 19～22 5 赵 喜印 等 ， 气象 因素 对 羊 草草 场 生产力 的 影响 ， 中国 草地 ， 1993 ， （ .6） ， 26～29 6 刘庚 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