末次刈割时间调控苜蓿越冬的生理机制及抗寒性综合评价

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为探究不同末次刈割时间对科尔沁沙地生境下紫花苜蓿(Medicago sativa)的抗寒性及其生理机制。以‘公农1号’紫花苜蓿为材料,于翌年秋季进行不同末次刈割时间处理,越冬前期(11月13日)挖取越冬器官并进行-10、-15、-20、-25和-30℃人工模拟低温处理,以4℃处理为对照,测定紫花苜蓿根颈的抗氧化特性,碳氮保护物质含量,相对电导率等生理指标。主要研究结果如下:未刈割、8月25日、9月5日、9月15日、9月25日、10月5日、10月15日,10月25日和11月5日末次刈割的紫花苜蓿半致死温度分别为-18.03、-17.61、-17.03、-16.59、-15.80、-15.82、-16.83、-16.34和-17.12℃。随着温度的降低,紫花苜蓿根颈的相对电导率(relative conductivity,REC)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)呈上升的趋势,过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和可溶性糖(soluble sugar,SS)含量呈先升高后下降的变化趋势,蔗糖(sucrose,Su)、果糖(fructose,Fr)、可溶性蛋白(soluble protein,SP)含量呈先升高后降低的变化趋势,淀粉(starch,St)含量呈下降的趋势,脯氨酸(proline,Pr)和游离氨基酸(free amino acids,FAA)含量与对照(4℃)相比均有所增加,根颈活力(root neck vitality,RNV)与对照(4℃)相比均有所下降,可溶性蛋白含量呈升高-降低-升高的双峰型变化趋势。紫花苜蓿根颈的半致死温度(L50)与-10℃下的POD活性、SS和Pr含量、RNV呈显著或极显著负相关(P<0.05),与-15℃下的POD活性、Su含量、Fr含量、SS含量、RNV呈显著或极显著负相关(P<0.05),与-20℃下的CAT活性、SOD活性、SS含量、Su含量、Fr含量、FAA含量、SP含量呈显著或极显著负相关(P<0.05),与-15和-20℃下MDA和St含量呈显著或极显著正相关(P<0.05)。将9个末次刈割时间处理下苜蓿划分为3种抗寒类型,分别为高度抗寒(8月25日之前刈割和10月25日之后刈割)、中度抗寒(8月25日-9月15日刈割和9月25日-10月25日刈割)和低度抗寒(9月15日-9月25日刈割)。不同末次刈割时间苜蓿抗寒性评价回归模型:D=-2.79+1.63RNV+0.37MDA+0.39SS+0.88Su(R~2=0.9996),筛选出RNV、MDA、SS和Su显著影响不同末次刈割时间苜蓿抗寒能力的4个单项生理指标。主要结论:在科尔沁沙地地区,显著影响不同末次刈割时间苜蓿抗寒能力的4个单项生理指标为RNV、MDA、SS和Su;本地区建议8月25日之前或10月25日之后进行苜蓿末次刈割。
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