硅對干旱脅迫下草坪草葉片保護(hù)酶系統(tǒng)及丙二醛含量的影響

杜建雄 ，劉金榮

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，農(nóng)業(yè)部草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730020；3.貴州財(cái)經(jīng)學(xué)院資源與環(huán)境管理學(xué)院，貴州貴陽 550004)

在干旱環(huán)境下可利用水分的維持是植物體存活的關(guān)鍵。灌溉或降水量少影響草坪草的生長，在水分利用受限環(huán)境下利用耐干旱的草種是草坪管理的一個重要策略[1，2]。盡管耐旱植物有一定的抗旱能力，但有關(guān)冷季型草坪草對干旱脅迫反應(yīng)以及外施硅肥對草坪草抗旱能力影響的研究很有限。冷季型草坪草對干旱脅迫反應(yīng)及硅肥對干旱脅迫下的草坪草保護(hù)酶活性及膜脂過氧化產(chǎn)物含量影響的研究并不是很清楚，進(jìn)一步探究外源硅肥對草坪草在干旱脅迫下保護(hù)酶活性和過氧化產(chǎn)物含量影響的情況將對今后在水分限制環(huán)境提高草坪草抗旱性和草坪草施肥管理有很大的作用。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料是北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供的狗牙根品種百慕大(Bermudagrass)、草地早熟禾的優(yōu)美(Euromyth)、高羊茅的獵狗5號(Houndog 5)。

1.2 生長條件、試驗(yàn)處理及指標(biāo)測定

試驗(yàn)于2008年6月在貴州師范大學(xué)生命科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將提前盆栽并保持3個月正常生長的3個草種的草皮土洗干凈，然后分別移植到聚氯乙烯(PVC)管(直徑10 cm ，長40 cm)，每個PVC管底部鋪墊礫粒8 cm，然后在管中填充1∶3(v/v)滅菌的沙子和沙壤土的混合物。在PVC管的底部側(cè)面有一小孔以便讓多余的水從管底排除。將參試3個草種的草皮分別移栽于PVC管，置于溫室30 d以便長葉生根，自然光照條件，白天溫度21～28℃夜間濕度16～19℃，每隔2 d澆水1次，每次澆水直到水從管底流出為止。所有參試草種每7 d手工修剪至3～4 cm高，每14 d用Hoagland全功能營養(yǎng)液施肥，以便在處理前能使草坪草成坪。

試驗(yàn)為雙因素處理，即水分處理和硅肥處理，水分處理分為3個梯度，灌水量分別為田間最大持水量的FWC100，F(xiàn)WC75，F(xiàn)WC50，每 7 d 澆水 1次 ；硅肥處理分為4個梯度，即在試驗(yàn)處理開始時一次性分別施加0，28，56 ，112 mg/L 硅酸(分別簡稱 Si0，Si28，Si56 ，Si112)。試驗(yàn)共進(jìn)行45 d，最后測定SOD活性、CAT活性和MDA含量。SOD活性參照Giannopolis[3]的光化學(xué)方法略加修改測定。CAT活性參照 Chance and Maehly[4]方法略加修改后測定。MDA含量參照Zhang and Kirkham等[5]的方法略加修改后測定。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)為列區(qū)設(shè)計(jì)，4個重復(fù)。用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性

從灌水量產(chǎn)生的效應(yīng)分析，F(xiàn)WC100灌水條件下Si0，Si28，Si56和Si112處理下狗牙根、優(yōu)美和獵狗 5號的SOD活性明顯高于FWC75和FWC50灌水條件下對應(yīng)濃度硅肥處理下各自的SOD活性，F(xiàn)WC75灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自草種的SOD活性次之，而FWC50灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥水平處理下各自草種的SOD活性最低(圖 1A，1B，1C)。根據(jù)參試3個草種SOD活性在不同水分脅迫下變化結(jié)果可以看出，F(xiàn)WC75和FWC50灌水條件下3個草種受到不同程度的水分脅迫導(dǎo)致其SOD活性明顯降低，尤其FWC50灌水條件下3個草種的SOD活性下降最為明顯。草坪草受到一定水分脅迫時，葉片的SOD活性下降，且水分脅迫程度越高，植物體的SOD活性下降幅度越大，說明受到的傷害就越嚴(yán)重[6-8]。由于參試3個草種抗旱能力存在差異，因此，傷害程度也不同，獵狗5號抗旱性強(qiáng)受到傷害最輕，優(yōu)美次之，狗牙根抗旱性較弱受到傷害最重。

從硅肥產(chǎn)生的效應(yīng)分析，F(xiàn)WC100灌水條件下，隨著硅肥濃度的增加，參試狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的SOD活性沒有出現(xiàn)明顯變化，SOD活性基本保持在45～55，經(jīng)差異顯著性分析，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號各自的SOD 活性在Si0，Si28，Si56，Si112處理間差異不顯著(P＞0.05)，表明在水分充足的條件下，硅肥對參試狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的SOD活性沒有顯著效應(yīng)；FWC75灌水條件下，隨著硅肥濃度的增加，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的SOD活性也隨之上升，但因草種不同，SOD活性上升幅度也不盡相同。狗牙根的SOD活性從Si0處理下的28上升到Si56處理下的44，優(yōu)美的SOD活性從Si0處理下的32上升到Si112處理下的38，獵狗5號的SOD活性從Si0處理下的33上升到Si56處理下的43，經(jīng)差異顯著性分析，狗牙根的SOD活性在Si0處理與Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，優(yōu)美的SOD活性只有在Si0與Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，獵狗5號的SOD活性在Si0與Si56處理間差異顯著(P＜0.05)；FWC50灌水條件下，隨著硅肥濃度的增加，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的SOD活性也隨之明顯上升，變化趨勢與FWC75灌水條件下的變化基本一致，經(jīng)差異顯著性分析，狗牙根、優(yōu)美和獵狗 5號的SOD活性均在 Si0處理與Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，而且優(yōu)美和獵狗5號的SOD活性在Si28與Si56，Si112處理間差異也顯著(P＜0.05)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫下，適量硅肥能明顯緩解干旱脅迫對草坪草造成的傷害，表現(xiàn)在參試的3個品種SOD活性顯著升高，尤其以Si56處理最為明顯。李清芳等[9]對玉米的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，施硅使干旱脅迫下玉米植株的SOD活性提高了17.8%～26.8%。Schmidt等[10]研究發(fā)現(xiàn)硅能提高2種肥料水平下翦股穎的SOD活性。就草種而言，獵狗5號抗旱性強(qiáng)，硅肥的緩解效應(yīng)最明顯，優(yōu)美次之，狗牙根抗旱性較弱，硅肥的緩解效應(yīng)較弱。

2.2 過氧化氫酶(CAT)活性

參試百慕大、優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性與各自SOD活性變化趨勢基本相似，從灌水量產(chǎn)生的效應(yīng)來看，F(xiàn)WC100灌水條件下Si0，Si56和 Si112處理下狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性明顯高于FWC75和FWC50灌水條件下對應(yīng)硅肥處理下各自的CAT活性，F(xiàn)WC75灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自草種的CAT活性居中，而FWC50灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自草種的CAT活性最低(圖 2A，2B，2C)。結(jié)果表明FWC75和FWC50灌水條件下參試草種受到不同程度干旱脅迫，導(dǎo)致其CAT活性明顯降低，灌水量越少，脅迫越重，CAT活性下降越明顯，尤其以FWC50灌水處理下CAT活性下降最為明顯。CAT活性的降低說明植物體受到了一定的干旱脅迫傷害，而且CAT活性隨著脅迫程度的加劇而明顯下降[11，12]。由于參試草種之間抗旱能力存在差異，因此受到的傷害也不相同，獵狗5號抗旱性強(qiáng)受到傷害較輕，優(yōu)美次之，狗牙根抗旱性較弱受到傷害最重。

圖1 不同水分和硅肥處理下S OD活性Fig.1 Changes of SODactivity under different water and silicon fertilizer treatments

圖2 不同水分和硅肥處理下CAT活性Fig.2 Changes of CAT activity under different water and silicon fertilizer treatments

圖3 不同水分和硅肥處理下MDA含量變化Fig.3 Changes of MDA content of three turfgrasses under different water and silicon fertilizer treatments

從硅肥產(chǎn)生的效應(yīng)來看，F(xiàn)WC100灌水條件下，隨著硅肥濃度的增加，百慕大，優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性沒有發(fā)生明顯變化，經(jīng)差異顯著性分析，百慕大，優(yōu)美和獵狗 5號的 CAT活性在Si0，Si28，Si56，Si112處理間差異不顯著(P＞0.05)；FWC75灌水條件下，百慕大、優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性在Si28、Si56、Si112處理下較Si0處理下有明顯的上升，尤其以Si56 CAT活性增幅明顯，經(jīng)差異顯著性分析，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性在Si0處理與Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)；FWC50灌水條件下，百慕大，優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性均隨著硅肥濃度的增加而明顯上升，以Si56處理下CAT活性上升最為明顯。經(jīng)差異顯著性分析，優(yōu)美和獵狗5號的CAT活性在Si0處理與 Si28，Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，而狗牙根的CAT活性在 Si0處理與Si28，Si56間差異顯著(P＜0.05)。試驗(yàn)結(jié)果表明，適量硅肥能明顯緩解干旱脅迫對草坪草造成的傷害。但是必須注意的是并非硅肥濃度越高緩解效應(yīng)越明顯，以Si56處理緩解效應(yīng)最為明顯。

2.3 丙二醛(MDA)含量

3種草坪草的MDA含量與SOD和CAT活性變化趨勢截然相反，從灌水量產(chǎn)生的效應(yīng)來看，F(xiàn)WC100灌水條件下，Si0，Si28，Si56，Si112 處理下的 MDA 含量較FWC75和FWC50灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自的MDA含量明顯的低，F(xiàn)WC75灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自的MDA含量次之，而FWC50灌水條件下相應(yīng)濃度硅肥處理下各自的MDA含量最高(圖3A，3B，3C)。MDA做為膜質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，其含量的多少能反應(yīng)植物體受傷害的程度[13，14]。試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)WC75和 FWC50灌水條件下參試狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號受到了不同程度的干旱脅迫，導(dǎo)致其膜質(zhì)過氧化程度加劇，尤其以FWC50灌水條件下3個草坪草的受害程度更大。

從硅肥產(chǎn)生的效應(yīng)來看，F(xiàn)WC100灌水條件下，隨著硅肥濃度的增加，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的MDA含量基本保持不變，經(jīng)差異顯著性分析MDA含量在Si0，Si28，Si56，Si112處理間差異不顯著(P ＞0.05)，說明在水分充足條件下，硅肥對草坪草MDA含量的變化沒有產(chǎn)生顯著效應(yīng)；FWC75灌水條件下，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的MDA含量在Si28，Si56，Si112處理下較Si0處理下發(fā)生了明顯的下降，經(jīng)差異顯著性分析，優(yōu)美和獵狗 5號的MDA含量在Si0處理與 Si28，Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，而狗牙根的MDA含量在Si0處理與Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)；FWC50灌水條件下，狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的MDA含量在Si28，Si56，Si112處理下較 Si0處理下也發(fā)生了明顯的下降，經(jīng)差異顯著性分析，狗牙根和優(yōu)美的MDA含量在Si0處理與Si28，Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)，而獵狗5號的MDA含量在Si0處理與Si56，Si112處理間差異顯著(P＜0.05)。參試3個草坪草的MDA含量在Si56處理下下降最為明顯，而且MDA含量與SOD，CAT活性的變化相呼應(yīng)，再次表明適量硅肥能明顯緩解干旱脅迫對草坪草造成的傷害。

3 結(jié)論

FWC75和FWC50灌水處理對參試狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號造成了一定的干旱脅迫傷害，表現(xiàn)為狗牙根、優(yōu)美和獵狗5號的SOD，CAT活性降低和MDA含量升高。而且水分脅迫程度越高，3個草種的SOD，CAT活性下降和MDA含量上升幅度越大。

硅肥不同程度地提高了干旱脅迫下參試3個草種葉片的SOD和CAT活性，抑制了自由基的積累，降低了MDA含量，緩解了干旱脅迫對植物體造成的傷害，從而增強(qiáng)了草坪草的抗旱能力。參試3個草坪草抗旱性存在差異，硅肥對干旱脅迫下3個草種SOD，CAT活性升高及MDA含量下降存在差異。

[1] 周興元，曹福亮，劉國華.兩種暖季型草坪草對土壤持續(xù)干旱脅迫的生理反應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報，2004，13(1):84-88.

[2] 杜繼瓊，曹社會.二種冷季型草坪草對土壤干旱脅迫的生理反應(yīng)[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，16(3):60-63.

[3] Giannopolitis C N，Ries S K.Superoxide dismutase I Occurrence in higher plants[J].Plant Physiology，1977，59:309-314.

[4] Chance B，M aehly A C.Assay of catalase and peroxidase[J].Methods Enzymology，1955 ，2:764-775.

[5] Zhang J X，Kirkham M B.Drought-Stress-Induced Changes in Activities of Superoxide Dismutase，Catalase，and Peroxidase in Wheat Species[J].Plant Cell Physiology，1997 ，35(2):785-791.

[6] 金忠民.干旱脅迫對三種冷季型草坪草保護(hù)酶的影響[J].北方園藝，2008(9):120-122.

[7] 趙艷，孫吉雄，王兆龍.不同抗旱性結(jié)縷草品種在土壤干旱及復(fù)水過程中的生理差異[J].草原與草坪，2006(6):46-48.

[8] 溫洋，孫吉雄，王代軍.干旱脅迫對冷地型草坪草生理特性影響的研究[J].草原與草坪，2005，(1):43-45.

[9] 李清芳，馬成倉，尚啟亮.干旱脅迫下硅對玉米光合作用和保護(hù)酶的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18(3):531-536.

[10] Schmidt R E ，Zhang X，Chalmers D R.Response of photosynthesis and superoxide dismutase to silica applied to creeping bentgrass grown under two fertility levels[J].Plant Nutrition ，1999，22:1763-1773.

[11] 段碧華，尹偉倫，韓寶平，等.模擬干旱脅迫下幾種冷季型草坪草抗旱性比較研究[J].草原與草坪，2005(5):38-42.

[12] 杜建雄，孫吉雄，劉金榮，等.5個草地早熟禾品種在干熱脅迫下的生理響應(yīng)[J].草原與草坪，2007(3):41-44.

[13] 周興元，曹福亮，陳國慶.四種暖季型草坪草幾種生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系研究[J].草原與草坪，2003，103(4):29-32.

[14] 張巖，李會彬，邊秀舉，等.水分脅迫條件下幾種狗牙根草坪草抗旱性比較研究[J].華北農(nóng)學(xué)報，2008，23(增刊):150-152.