3個草地早熟禾品種分蘗期的生理特性變化

張鎖科，馬暉玲

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

草地早熟禾(Poapratensis)為禾本科早熟禾屬種質(zhì)資源之一，是我國草原與草甸植被重要的組成部分[1]。其不但是家畜優(yōu)良的牧草資源，而且具有質(zhì)地纖細(xì)、再生能力強(qiáng)、耐修剪性強(qiáng)、綠期長、坪質(zhì)優(yōu)美，適應(yīng)性良好等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于園林綠化和生態(tài)綠化，是寶貴的草坪植物種質(zhì)資源。

草地早熟禾分蘗主要受其基因的影響，而適宜的環(huán)境條件能提高草地早熟禾的分蘗能力。此外，內(nèi)源激素在其植株體內(nèi)的平衡直接影響分蘗的發(fā)生或分蘗能力的強(qiáng)弱。研究表明，隨著草地早熟禾的生長發(fā)育，草地早熟禾葉綠素[2-7]含量變化成單峰曲線。過氧化氫酶[8]是存在于草地早熟禾體內(nèi)末端的氧化酶，其分解植株體過氧化氫，起抑制氧化并保持植物生長活力的作用。植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)[9，10]大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，其含量的多寡是植物代謝旺盛與否的重要指標(biāo)；可溶性糖[11]被認(rèn)為是代謝的中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物，其調(diào)控植物生長發(fā)育及抗性形成等多個生理過程。因此，測定草地早熟禾體內(nèi)葉綠素含量、過氧化氫酶活性、可溶性糖以及可溶性蛋白含量意義深遠(yuǎn)。前人對于植物分蘗期生理指標(biāo)變化的報道較少，以往相關(guān)研究多集中在植物種子發(fā)芽時生理指標(biāo)變化中[12，13]。

以草地早熟禾午夜2號、巴潤和肯塔基為供試材料，在其分蘗期間測定葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白及過氧化氫酶4種生理指標(biāo)以及分蘗數(shù)的動態(tài)變化，分析生理指標(biāo)與其分蘗力的相關(guān)性，比較和評價不同品種分蘗能力的大小，以期為草坪適宜草種的選擇提供理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院植物組織培養(yǎng)室進(jìn)行。2013年3月12日將草地早熟禾品種午夜2號、肯塔基和巴潤播種于直徑為30 cm的花盆，種植土組成為有機(jī)質(zhì)∶砂子∶土壤(2∶1∶7)。每個品種設(shè)置3個重復(fù)。每7 d為一個時間段來取樣直到分蘗基本停止，每次取地上部分1 g，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存，待測。

1.2 測定指標(biāo)與方法

葉綠素含量測定采用丙酮提取法[14，15]；過氧化氫酶測定采用愈傷木酚法[16，17]；可溶性蛋白測定采用考馬斯亮藍(lán)法[18]；可溶性糖測定采用文獻(xiàn)[19]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以比較不同品種間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地早熟禾分蘗過程中葉綠素含量的變化

發(fā)芽時草地早熟禾品種葉綠素含量差異不明顯，隨著生長時間的延長各草地早熟禾品種均呈單峰曲線，與平均分蘗數(shù)變化趨勢相似。發(fā)芽后葉綠素含量隨生長時間的延長而上升，到第35 d午夜2號、肯塔基、巴潤分別為2.2145，2.0134和2.000 mg/g，達(dá)到峰值，此時平均分蘗數(shù)亦達(dá)到最大，分別是午夜2號2.45分蘗枝/株、巴潤2.15分蘗枝/株、肯塔基1.98分蘗枝/株，隨后葉綠素含量與平均分蘗數(shù)均下降。表明，草地早熟禾葉綠素含量與平均分蘗數(shù)呈正相關(guān)(圖1-A)。

2.2 草地早熟禾分蘗過程中過氧化氫酶活性的變化

草地早熟禾過氧化氫酶活性隨著生長時間的增加而增大(圖1-B)。發(fā)芽時各品種過氧化氫酶活性較低。發(fā)芽后14 d，隨著過氧化氫酶活性的升高，草地早熟禾分蘗開始。隨著過氧化氫酶活性的持續(xù)提高，在發(fā)芽后35 d，3個草地早熟禾品種分蘗力達(dá)到最大，平均分蘗最高，此后隨著過氧化氫酶含量升高平均分蘗數(shù)開始下降。

2.3 草地早熟禾分蘗過程中可溶性蛋白含量的變化

在草地早熟禾分蘗期內(nèi)，3個品種可溶性蛋白含量與平均分蘗數(shù)變化趨勢均呈單峰曲線。發(fā)芽后第35 d，午夜2號、肯塔基和巴潤可溶性蛋白含量達(dá)到最大值，分別為0.83,0.64和0.77 mg/g，與此同時，各品種分蘗力亦達(dá)到峰值。此后隨著可溶性蛋白含量的下降分蘗力減弱，平均分蘗數(shù)降低。表明可溶性蛋白含量與平均分蘗數(shù)呈正相關(guān)(圖1-C)。

圖1 草地早熟禾各項生理指標(biāo)與平均分蘗數(shù)的變化

注：圖中0 d表示發(fā)芽時間，下同

2.4 草地早熟禾分蘗過程中可溶性糖含量的變化

各草地早熟禾品種可溶性糖隨著時間的延長呈上升趨勢(圖1-D)。而在發(fā)芽開始至發(fā)芽后35 d，草地早熟禾平均分蘗數(shù)隨著可溶性糖含量的升高而增加，此時午夜2號、肯塔基和巴潤可溶性糖分別為4.32，4.12和3.93 mg/g。此后隨著可溶性糖含量的繼續(xù)升高平均分蘗數(shù)下降。發(fā)芽后第63 d，午夜2號、肯塔基和巴潤可溶性糖含量達(dá)到最大，分別為6.79，6.49和6.18 mg/g，而分蘗力最差，平均分蘗數(shù)達(dá)到最小。

3 討論

生理指標(biāo)是植物生長狀況的最直接體現(xiàn)，在不同生長環(huán)境下植物的生理指標(biāo)各異。草地早熟禾分蘗是多因素作用的結(jié)果。研究表明，隨著分蘗的發(fā)生，草地早熟禾葉綠素、可溶性蛋白、可溶性糖含量及過氧化氫酶活性差異明顯。當(dāng)葉綠素含量處于高水平時草地早熟禾分蘗能力增強(qiáng)，相反，分蘗能力減弱或受到抑制，即草地早熟禾體內(nèi)葉綠素含量與分蘗力呈正相關(guān)。過氧化氫酶在某些特定的情況下是植物必不可少的，這主要是因為草地早熟禾細(xì)胞中的過氧化氫酶參與光呼吸以及生物固氮。

試驗表明，隨著草地早熟禾分蘗的發(fā)生，過氧化氫酶活性呈升高趨勢，即在分蘗開始至分蘗高峰過氧化氫酶與分蘗力呈正比，此后呈反比。過氧化氫酶濃度在小于4 mg/g有利于草地早熟禾分蘗的發(fā)生，而濃度大于4 mg/g時則不利。因此，當(dāng)過氧化氫酶活性較低時，能有效的清除草地早熟禾植株體內(nèi)的代謝產(chǎn)物過氧化氫，當(dāng)其活性較高時，過氧化氫的清除受阻，從而草地早熟禾抗逆性減弱，分蘗力開始下降。這個推斷需進(jìn)一步去研究和驗證。

研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，草地早熟禾分蘗的進(jìn)行與體內(nèi)可溶性蛋白含量呈正相關(guān)。分蘗發(fā)生時頂端優(yōu)勢被打破，植株生長旺盛，可溶性糖較高。分蘗達(dá)到峰值后開始減弱，此時可溶性蛋白含量隨之下降。而草地早熟禾品種午夜2號、肯塔基和巴潤可溶性糖含量分別為4.32，4.12和3.93 mg/g時分蘗力達(dá)到峰值，表明適宜的可溶性糖有利于分蘗的增強(qiáng)。

草地早熟禾作為冷季型草坪主體草種，其品種繁多。各品種之間對于生長環(huán)境適應(yīng)性不同，表現(xiàn)出不同的分蘗力。試驗分析，3種草地早熟禾品種之間存在著分蘗能力的差異。在不同的生長時期，午夜2號可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素含量以及過氧化氫酶含量均高于巴潤和肯塔基，分蘗能力最強(qiáng)，平均分蘗數(shù)最大。表明午夜2號分蘗能力強(qiáng)于其他2個品種；肯塔基在不同生長時期可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素含量以及過氧化氫酶含量均低于其他品種，且分蘗能力較弱，平均分蘗數(shù)最小。表明在同等生長環(huán)境下，肯塔基分蘗能力最弱；巴潤可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素含量以及過氧化氫酶含量處于兩者之間，分蘗能力、平均分蘗數(shù)居中。即午夜2號分蘗能力最強(qiáng)，巴潤次之，肯塔基分蘗能力相對較差。

草地早熟禾的分蘗受其基因的影響，不同品種分蘗高峰出現(xiàn)的時間不同。孫建華等[21]研究表明，大多數(shù)草地早熟禾品種的分蘗高峰期在春季(4～5月)，少數(shù)品種延遲至6月中旬，分蘗速度快品種的分蘗高峰出現(xiàn)在4月24日前后。研究表明，各品種在出苗后第35 d (4月22日)平均分蘗數(shù)達(dá)到高峰，與孫建華研究基本一致。此階段各品種的平均分蘗數(shù)達(dá)到總分蘗數(shù)的25%(午夜2號)、26%(巴潤)、27%(肯塔基)。

各品種葉綠素含量與可溶性蛋白含量與分蘗力呈正相關(guān)，可溶性糖和過氧化氫酶與分蘗力相關(guān)性不明顯。3個草地早熟禾品種分蘗力大小為：午夜2號>巴潤>肯塔基。

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