暖季型草坪草不同營(yíng)養(yǎng)器官耐寒力的動(dòng)態(tài)變化

王丹,宣繼萍,郭海林,劉建秀

(江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所 南京中山植物園,江蘇 南京 210014)

暖季型草坪草廣泛分布在溫暖濕潤(rùn)的熱帶及亞熱帶地區(qū),具有耐高溫、養(yǎng)護(hù)水平低、耐貧瘠、病蟲害少等優(yōu)良特性,常被應(yīng)用于建植運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪、水土保持、庭院草坪及休憩草坪等許多方面。但暖季型草坪草是冷敏感的C4植物,冬季都存在一定的枯黃休眠期,導(dǎo)致其觀賞價(jià)值和使用價(jià)值降低。長(zhǎng)期以來,抗寒性差、在過渡帶地區(qū)無法避免冬季枯黃休眠等問題,大大限制了暖季型草坪草的廣泛應(yīng)用。

近年來,許多學(xué)者開展了低溫對(duì)暖季型草坪草膜結(jié)構(gòu)、酶活性、蛋白合成、光合和呼吸等生理生化過程的影響[1-3]以及植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與暖季型草坪草抗寒性關(guān)系[4-5]等方面研究,表明生物膜結(jié)構(gòu)是細(xì)胞感受環(huán)境脅迫最敏感的部位,也是低溫傷害尤其是冷害發(fā)生的最初場(chǎng)所,膜結(jié)構(gòu)的改變與適應(yīng)寒冷的過程相關(guān)。李亞等[6]、郭海林等[7-8]、王榕楷等[9]、宣繼萍等[10-11]、鄭玉紅等[12]通過測(cè)定冷凍處理后葉片或匍匐莖電解質(zhì)的外滲率分別鑒定了結(jié)縷草Zoysia spp.、假儉草Eremochloaophiuroides和狗牙根Cynodon spp.幾種暖季型草坪草的種內(nèi)抗寒性差異。魏臻武等[13]、杜永吉等[14]分別研究了秋冬季節(jié)自然降溫過程中結(jié)縷草、草地早熟禾Poa pretensis的葉片、莖或是根莖電解質(zhì)外滲率的變化。但是前人的研究多集中在一個(gè)屬或一個(gè)種內(nèi)的差異研究,并僅以葉片、莖、根莖中的某一種或2種器官為研究對(duì)象。本研究在前人工作的基礎(chǔ)上以3種典型的暖季型草坪草蘭引 3號(hào)結(jié)縷草 Z.japonica Lanyin No.3、陽(yáng)江狗牙根C.dactylon Yangjiang、假儉草E126為供試材料,通過測(cè)定2008年10月-2009年5月自然溫度變化的條件下,葉片、地上莖、地下莖電解質(zhì)滲透率的月變化,并擬合Logistic方程得到半致死溫度(LT50),并結(jié)合田間物候期觀測(cè),比較分析3種暖季型草坪草LT50季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化以及不同營(yíng)養(yǎng)器官間的抗寒差異,旨在通過此研究了解3種典型的暖季型草坪草在抗寒鍛煉中的特性,尋求提高暖季型草坪草抗寒性的有效途徑,為改善和提高其抗寒力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況 試驗(yàn)材料種植于江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所試驗(yàn)苗圃地,位于江蘇省南京市紫 金山南麓(北 緯 32°02′,東經(jīng)118°28′),海拔55 m,屬北亞熱帶季風(fēng)溫暖濕潤(rùn)氣候,年均氣溫15.3℃,7月和1月平均氣溫27.7和2.2℃,土壤為砂壤土,pH值 7.70,全氮0.05%,速效磷 12.46 mg/kg,速效鉀 24.78 mg/kg,有機(jī)質(zhì)0.19%。試驗(yàn)期間日溫度變化見圖1。

圖1 2008年10月-2009年5月田間日氣溫變化

1.2 試驗(yàn)材料 以3種典型的暖季型草坪草蘭引3號(hào)結(jié)縷草、陽(yáng)江狗牙根、假儉草E126為試驗(yàn)材料,均于2004年種植于江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所草業(yè)中心試驗(yàn)苗圃地。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 電解質(zhì)滲透率的測(cè)定 在2008年10月-2009年5月,每月14日從試驗(yàn)地中隨機(jī)挖取30 cm×30 cm樣方大小的草皮塊,應(yīng)用改良電導(dǎo)法分別對(duì)葉片、地上莖和地下莖的電解質(zhì)透出率(EL)進(jìn)行測(cè)定,4次重復(fù)。

參照朱根海等[15]的方法,取健康植株材料,自來水沖洗干凈,去離子水漂洗3次,吸干表面水分,將葉片、地上莖和地下莖剪短(約2 cm 長(zhǎng))分成5份,每份1 g,用紗布包好后置于試管中,在4℃冰箱中過夜,第2天在低溫循環(huán)儀(Polyscience公司,Model:9610)中進(jìn)行模擬低溫處理。溫度梯度為-2、-6、-10、-14和-18 ℃,處理1.5 h,勻速降溫1 h,處理后置于4℃的冰箱解凍,第3天將每處理分成4等份(4個(gè)重復(fù)),置于試管中,加入去離子水20 mL,用抽氣泵真空抽氣20 min,振蕩后室溫下過夜浸提。第4天用電導(dǎo)儀(上海雷磁儀器,Model:DDS-307)測(cè)定電導(dǎo)率,然后置于沸水浴中15 min,冷卻至室溫后測(cè)其煮沸電導(dǎo)率。

相對(duì)電導(dǎo)率按下列公式計(jì)算:

相對(duì)電導(dǎo)率=(處理的電導(dǎo)率/煮沸電導(dǎo)率)×100%。

1.3.2 返青期和枯萎期觀察

返青期:早春草坪綠度達(dá)50%的日期;

枯萎期:秋季草坪50%枯萎的日期。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析 用Microsoft Office Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并對(duì)試驗(yàn)期間的氣溫作圖。根據(jù)朱根海等[15]的方法,應(yīng)用南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王紹華教授編寫的統(tǒng)計(jì)軟件Rcpsys進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將電導(dǎo)率擬合Logistic方程并得出模擬曲線:y=k/(1+ae-bx)。求該Logistic方程的二階導(dǎo)數(shù),并令其等于零,即可獲得曲線的拐點(diǎn),x=-ln(a/b),即為半致死溫度(LT50),以對(duì)其抗寒性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間物候期觀測(cè)及氣溫變化

2.1.1 試驗(yàn)期間田間氣溫變化 2008年10月-2009年5月,田間氣溫變化總體趨勢(shì)呈現(xiàn)出日最低溫和最高溫伴隨季節(jié)變化先降低至1月下旬達(dá)到最低溫(降至-10℃)后又升高的趨勢(shì)。從圖1可以看出,試驗(yàn)期間日最低溫度和最高溫度出現(xiàn)幾次大的波動(dòng),在2008年11月上旬、12月上旬及下旬、2009年1月下旬及3月中旬均出現(xiàn)快速大幅降溫,而在2009年2月上旬、3月下旬分別出現(xiàn)快速大幅升溫。

2.1.2 田間物候期觀測(cè) 如表1所示,3種暖季型草坪草中,蘭引3號(hào)結(jié)縷草最晚枯黃且最早返青。假儉草E126最早枯黃最晚返青,在11月末達(dá)到50%枯萎,次年5月初開始逐漸返青。

表1 田間物候期觀測(cè)

2.2 抗寒性

2.2.1 低溫處理下供試材料不同器官電解質(zhì)滲出率的變化規(guī)律 對(duì)3種供試材料的葉片、地上莖和地下莖分別進(jìn)行5個(gè)溫度梯度的冷凍處理,結(jié)果表明,供試材料不同營(yíng)養(yǎng)器官的電解質(zhì)滲出率都隨處理溫度下降而上升,且呈明顯的S型曲線,即溫度開始下降時(shí),電解質(zhì)滲出率較緩慢上升,隨著溫度繼續(xù)下降電解質(zhì)滲出率快速增加,降到一定溫度時(shí),電解質(zhì)滲出率緩慢上升且趨于穩(wěn)定。根據(jù)莫惠棟[16]的計(jì)算方法,將電解質(zhì)滲出率配合Logistic方程擬合的S型曲線拐點(diǎn)溫度即為半致死溫度。

2.2.2 不同暖季型草坪草LT50季節(jié)性變化比較2008年10月-2009年5月,伴隨田間氣溫逐漸下降次年春季又回升的變化趨勢(shì),3種暖季型草坪草葉片、地上莖和地下莖LT50(表2)也呈現(xiàn)出先降低又升高的季節(jié)變化趨勢(shì)。結(jié)合溫度變化曲線(圖1)可以看出,經(jīng)過11月上旬和12月上旬快速大幅降溫的低溫訓(xùn)練以后,至12月中旬3種暖季型草坪草地上莖、地下莖的抗寒性明顯增強(qiáng)(LT50大幅下降),而后在2008年12月中旬-2009年1月末伴隨田間氣溫繼續(xù)下降,3種暖季型草坪草的越冬器官(蘭引3號(hào)結(jié)縷草地下莖、陽(yáng)江狗牙根地下莖、假儉草E126地上莖)逐步適應(yīng)田間低溫,其LT50緩慢下降,至2008年12月或2009年1月降至最低值,而2009年3月末4月初伴隨氣溫的明顯平穩(wěn)回升,草坪草開始逐漸返青,3種暖季型草坪草越冬器官的抗寒性明顯降低(LT50大幅上升);自然越冬期間,3種暖季型草坪草葉片對(duì)低溫較為敏感,在11月末或12月初開始枯黃,次年4月末或5月初開始逐步返青,越冬前后LT50變化并不明顯。

表2 3種草坪草葉片、地上莖和地下莖LT50的季節(jié)性變化

從不同供試材料來看,蘭引3號(hào)結(jié)縷草葉片LT50從10月的-6.02℃下降到11月的-6.98℃,到次年5月回升到-6.22℃;地上莖LT50從10月的-3.89℃下降到12月的-16.15℃,次年5月回升到-6.90℃;地下莖 LT50從-6.78℃下降到-16.10℃,次年5月回升到-8.97℃。

陽(yáng)江狗牙根葉片LT5010月為-1.40℃,到了11月下降到 -2.77℃,次年 5月回升到-1.49℃;地上莖 LT5010月為-2.70℃,到 12月下降為-3.32℃,次年5月回升到-3.39℃,地下莖LT50從最初10月-4.62℃下降到-6.21℃,次年5月回升到-4.67℃。從抗寒鍛煉期間陽(yáng)江狗牙根各器官LT50的季節(jié)性變化結(jié)合田間日氣溫變化(圖1)可以看出,這份材料對(duì)外界氣溫變化較為敏感,空氣溫度突然下降,使 LT50迅速降低,期間天氣回暖又會(huì)使其較快的脫鍛煉,LT50升高。這可能是其適應(yīng)低溫的一種表現(xiàn)。

假儉草E126葉片LT50從10月的-1.85℃下降到11月的-3.96℃,到次年5月又回升到-2.62℃;而地上莖 LT50從-3.70℃下降到-10.16℃,次年5月回升到-4.30℃。

分析LT50的測(cè)定結(jié)果,結(jié)合田間物候期觀測(cè)可以看出,3種暖季型草坪草中蘭引3號(hào)結(jié)縷草抗寒性最強(qiáng),假儉草E126次之,陽(yáng)江狗牙根最差。

2.2.3 不同暖季型草坪草不同營(yíng)養(yǎng)器官LT50變化比較 除了種間存在抗寒性差異外,不同營(yíng)養(yǎng)器官間抗寒性也存在差異。如表2所示,3種暖季型草坪草不同營(yíng)養(yǎng)器官間抗寒性不同,蘭引3號(hào)結(jié)縷草表現(xiàn)為地下莖＞葉片＞地上莖,陽(yáng)江狗牙根各營(yíng)養(yǎng)器官的抗寒性呈現(xiàn)出地下莖＞地上莖＞葉片,而假儉草E126表現(xiàn)為地上莖＞葉片。

3 討論與結(jié)論

隨著田間氣溫季節(jié)性變化,3種暖季型草坪草的葉片、地上莖和地下莖的LT50發(fā)生季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化,呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì),在1月前后南京氣溫降到最低值(圖1),3種暖季型草坪草的地上莖或地下莖的 LT50也降至最低值。這與國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者的結(jié)論相一致。Rogers等[17]發(fā)現(xiàn)結(jié)縷草Mayer初冬季抗寒性明顯增加,其LT50由9月的-5.6℃降到次年1月的-11.1℃。狗牙根的LT50亦從9月的-2.2℃降到來年2月的-8.1℃[18]。普通狗牙根11月初時(shí)的 LT50為-5～-7℃,而到隆冬時(shí)則達(dá)到了-11℃[19]。Cai等[20]在假儉草上也得到相同的結(jié)論。魏臻武等[13]在草地早熟禾和溝葉結(jié)縷草中也發(fā)現(xiàn)經(jīng)過自然降溫鍛煉后2種草LT50明顯降低。

草坪草的不同營(yíng)養(yǎng)器官具有不同的抗寒性。Dunn等[21]發(fā)現(xiàn)狗牙根根狀莖的抗寒性較匍匐莖差,而Rogers等[16]的結(jié)果指出結(jié)縷草Mayer的匍匐莖和根狀莖的抗寒性相當(dāng)。魏臻武等[13]對(duì)草地早熟禾和溝葉結(jié)縷草,杜永吉等[14]對(duì)3份結(jié)縷草的研究結(jié)果均顯示供試草坪草根莖或莖在低溫處理下電解質(zhì)透出率的變化趨勢(shì)同葉片的變化趨勢(shì)大致相同,但是根莖或莖電解質(zhì)透出率變化較緩慢。本試驗(yàn)結(jié)果表明3種暖季型草坪草蘭引3號(hào)結(jié)縷草、陽(yáng)江狗牙根和假儉草E126均在其越冬器官(蘭引3號(hào)結(jié)縷草地下莖、陽(yáng)江狗牙根地下莖、假儉草E126地上莖)表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受低溫的能力。

2008年10-2009年5月伴隨田間自然溫度變化過程,3種暖季型草坪草蘭引3號(hào)結(jié)縷草、陽(yáng)江狗牙根和假儉草E126的LT50均發(fā)生規(guī)律性變化,結(jié)合田間物候期觀測(cè),可以得出3種暖季型草坪草中蘭引3號(hào)結(jié)縷草抗寒性最強(qiáng),其次為假儉草E126,陽(yáng)江狗牙根最差。研究中每個(gè)種僅選用了1份具有代表性的材料,因此所得結(jié)論并不能應(yīng)用于種間的評(píng)價(jià),而只能作為評(píng)價(jià)這3種暖季型草坪草抗寒性差別的依據(jù)。

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