玉米素對(duì)高羊茅和多年生黑麥草抗旱性影響的研究

李林潔，郭蔚爾，常智慧

(北京林業(yè)大學(xué) 草坪研究所，北京 100083)

玉米素對(duì)高羊茅和多年生黑麥草抗旱性影響的研究

李林潔，郭蔚爾，常智慧

(北京林業(yè)大學(xué) 草坪研究所，北京 100083)

為研究干旱脅迫下玉米素對(duì)高羊茅(Festucaarundinacea)和多年生黑麥草(Loliumperenne)抗旱性的影響，試驗(yàn)在土壤含水量分別為90%、60%、40%、25%的干旱脅迫和土壤含水量始終為90%的充分澆水條件下，設(shè)4個(gè)玉米素濃度處理(0,10,50,100 μmol/L)，測(cè)定了兩種草坪草的坪觀質(zhì)量、葉片相對(duì)含水量、葉片萎焉、電導(dǎo)率、脯氨酸、丙二醛(MDA)和地下生物量等指標(biāo)變化。結(jié)果表明：與不施加玉米素處理相比 ，干旱脅迫下，施加玉米素能顯著提高兩種草坪草的草坪質(zhì)量和相對(duì)含水量(P<0.05)，減輕草坪草葉片細(xì)胞電解質(zhì)滲漏和萎蔫度(P<0.05)，降低脯氨酸和丙二醛(MDA)含量(P<0.05)，提高高羊茅和多年生黑麥草抗旱性。在干旱脅迫后期，高濃度玉米素處理(50 μmol/L或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出更加顯著的優(yōu)勢(shì)(P<0.05)，表明高濃度玉米素對(duì)草坪草抵御干旱脅迫的作用更大。

玉米素；抗旱性;高羊茅；多年生黑麥草

冷季型草坪草存在抗旱性不強(qiáng)、耗水量大的缺點(diǎn),干旱脅迫已成為影響草坪草生長(zhǎng)最主要的環(huán)境脅迫因子之一[1]。研究表明，選育抗旱性品種、合理施肥、抗旱鍛煉以及應(yīng)用真菌細(xì)菌等方法能增強(qiáng)草坪抗旱性，施加激素類物質(zhì)也取得了顯著成效[2]。化學(xué)調(diào)控中的植物激素在植物體內(nèi)的含量雖然少,但對(duì)植物抗逆生理至關(guān)重要[3]；細(xì)胞分裂素(CTK)在植物抗逆和抗病蟲害中有獨(dú)特的作用[4-7]。CTK在植物受到多種脅迫時(shí)起信息介質(zhì)的作用，通過控制生物膜電位，使得植物表達(dá)出對(duì)溫度逆境，水分虧缺，鹽脅迫等條件的適應(yīng)性[8]。已有大量研究表明，植物中最常見的細(xì)胞分裂素—玉米素能提高如小麥等植物的抗旱性[9]。玉米素可以促進(jìn)春小麥芽鞘呼吸速率的提高,誘導(dǎo)過氧化物同工酶的合成,促進(jìn)小麥芽鞘的生長(zhǎng)，而且過氧化物酶含量增加,有利于提高小麥的抗逆性[10]。但是能否提高草坪草的抗旱性鮮有報(bào)道。高羊茅和多年生黑麥草作為優(yōu)良的冷季型草坪草，被廣泛應(yīng)用于各種草坪的建植，是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的冷季型草坪草之一[11-12]。以高羊茅和多年生黑麥草兩種冷季型草種為材料，研究不同濃度玉米素對(duì)兩種草坪草抗旱性的影響,以便提供施用玉米素提高草坪抗旱性的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料及處理

試驗(yàn)草皮于2014年5月15取自北京市昌平白孚村備草區(qū)，每塊草皮直徑為15 cm，深度為5 cm。將供試草皮移栽于基質(zhì)體積比為草炭∶沙=1∶1的聚乙烯塑料盆內(nèi)。高羊茅和多年生黑麥草在試驗(yàn)前統(tǒng)一培養(yǎng)2周，每周修剪1次使其高度保持在3 cm以下。將草皮放置于北京林業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)溫室。溫室氣溫28 ℃，濕度50%～60%，光強(qiáng)1 600 lx。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)草種為高羊茅品種獵狗5和多年生黑麥草品種德比極品。

反式-玉米素核苷，由北京科百奧生物科技有限責(zé)任公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用含有玉米素的反式-玉米素核苷，濃度分別設(shè)為0、10、50、100 μmol/L，對(duì)高羊茅和多年生黑麥草在干旱處理的第0 d和第15 d進(jìn)行噴施，CK為對(duì)照不施玉米素和正常澆水。試驗(yàn)采用稱量法控制澆水，并結(jié)合土壤水分測(cè)定儀(ML2,Delta-T Devices,Cambridge,UK)來控制土壤水分。土壤含水量為90%、60%、40%、25%以及土壤含水量達(dá)到25%時(shí)3 d后進(jìn)行復(fù)水處理，對(duì)以上干旱處理的草坪草葉尖采用分區(qū)域取樣的方式在土壤含水量為90%(6月20日)，60%(6月28日)，40%(7月5日)，25%(7月11日)，復(fù)水(7月14日)時(shí)進(jìn)行采樣并測(cè)量指標(biāo)，每次采集0.5 g，同時(shí)觀測(cè)草坪坪觀質(zhì)量。草樣置于-20℃冰箱保存，最后1次采樣收集全部草坪地下部分根。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

草坪坪觀質(zhì)量采用9分制的方法測(cè)定[13]；葉片萎焉度是主觀目測(cè)草坪葉片的指標(biāo)，范圍從0%～100%，100%代表葉冠完全，永久萎焉[14]；電導(dǎo)率采用DDS-307電導(dǎo)率儀測(cè)定葉片細(xì)胞膜的相對(duì)透性[15]；MDA的含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[16]的方法；脯氨酸的含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[17]的方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 21,Sigmaplot和Excel 2013分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 草坪評(píng)觀質(zhì)量

與充分澆水處理相比，干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的坪觀質(zhì)量顯著下降(P<0.05)。隨著干旱脅迫處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草坪觀質(zhì)量顯著好于對(duì)照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)多年生黑麥草坪觀質(zhì)量有顯著影響(P<0.05)(表1)。

表1 草坪坪觀質(zhì)量

注：同列不同小寫字母之間差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母之間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 草坪抗旱生理指標(biāo)的測(cè)定

2.2.1 葉片萎焉程度 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的葉片萎焉度顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草萎焉度顯著低于對(duì)照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)多年生黑麥草萎焉度才有顯著影響(P<0.05)(表2)。

2.2.2 葉片相對(duì)含水量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的葉片相對(duì)含水量顯著下降(P<0.05)。隨著干旱處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草葉片相對(duì)含水量顯著高于對(duì)照(P<0.05)。復(fù)水后,用玉米素處理的3組高羊茅與土壤含水量為25%時(shí)均有明顯差異(P<0.05)，而CK確沒有明顯差異；而用玉米素處理的濃度為100 μmol/L多年生黑麥草才與土壤含水量為25%有明顯差異。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)高羊茅及多年生黑麥草葉片萎焉度均有顯著影響(P<0.05)(表3)。

表2 葉片萎焉度

表3 不同玉米素施用量下高羊茅和多年生黑麥草葉片相對(duì)含水量Table 3 The leaf relative water content of tall fescue and perennial ryegrass under different treatments %

2.2.3 電導(dǎo)率 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的電導(dǎo)率顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草電導(dǎo)率顯著低于對(duì)照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)多年生黑麥草電導(dǎo)率才有顯著影響(P<0.05)，而在整個(gè)試驗(yàn)期限內(nèi)，對(duì)高羊茅電導(dǎo)率無(wú)明顯影響(P>0.05)(表4)。

2.3 草坪生化指標(biāo)(MDA，脯氨酸含量)

2.3.1 MDA含量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的MDA含量顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草MDA含量顯著低于對(duì)照(P<0.05)。在整個(gè)試驗(yàn)期限內(nèi)，低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)高羊茅和多年生黑麥草MDA含量基本均無(wú)顯著影響(P>0.05)(表5)。

表5 高羊茅和多年生黑麥草MDA含量

2.3.2 脯氨酸含量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的脯氨酸含量顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續(xù)，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草MDA含量顯著低于對(duì)照(P<0.05)。在干旱末期，低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對(duì)高羊茅和多年生黑麥草MDA含量基本均有顯著影響(P<0.05)(表6)。

2.4 地下生物量

高羊茅的地下生物量在玉米素使用濃度為0時(shí)最小，當(dāng)濃度為50 μmol/L時(shí)最大，且與CK差別不顯著(P>0.05)。多年生黑麥草隨著玉米素施用濃度的增加地下生物量逐漸增大，但是與正常灌溉條件下的黑麥草地下生物量有差異顯著(P<0.05)(圖1)。

3 討論

3.1 施用玉米素能顯著提高高羊茅和多年生黑麥草草坪的坪觀質(zhì)量

施用玉米素能夠顯著提高高羊茅和多年生黑麥草的坪觀質(zhì)量，當(dāng)玉米素處理濃度為50 μmol/L時(shí)，其坪觀質(zhì)量與其他處理組有差異，葉片整體生長(zhǎng)水平與干旱脅迫開始前的差異最不明顯。對(duì)于多年生黑麥草，玉米素處理濃度為100 μmol/L的試驗(yàn)組坪觀質(zhì)量與其他3組有顯著差異，證明玉米素在這個(gè)濃度時(shí)對(duì)多年生黑麥草的外觀質(zhì)量有一定的改良作用。

表6 不同玉米素施用量下高羊茅脯氨酸含量Table 6 The proline contents of tall fescue and perennial ryegrass under different treatments μg/g

圖1 高羊茅與多年生黑麥草地下生物量Fig.1 The underground biomass of tall fescue and perennial ryegrass

3.2 施用玉米素能顯著提高高羊茅和多年生黑麥草抗旱性

兩種草坪草的生理指標(biāo)在不同濃度的玉米素處理下都有差異性。研究表明，玉米素可促進(jìn)小麥胚芽鞘的滲透調(diào)節(jié)作用，在細(xì)胞缺水條件下，維持細(xì)胞膜的正常滲透壓。試驗(yàn)結(jié)果表明，葉片的水分含量與萎蔫度的不同，以及細(xì)胞膜透性的改變，均證明經(jīng)過玉米素處理的草坪草的葉片水分比沒有經(jīng)過玉米素處理的對(duì)照缺失速度緩慢，同樣條件下所得到的葉片水分含量更多，且差異顯著。同樣，細(xì)胞膜透性更小，破壞程度不顯著。已經(jīng)有部分研究顯示，細(xì)胞分裂素對(duì)禾本科的抗旱能力有一定的提高作用，它可以增強(qiáng)逆境條件下植物抗氧化酶(SOD，POD 和CAT 等) 的活性，提高抗氧化物質(zhì)(如谷胱苷肽和抗壞血酸等)的含量，維持生物膜功能的相對(duì)穩(wěn)定性[18-21]。玉米素的使用也對(duì)于丙二醛和脯氨酸的含量有一定影響作用。MDA是植物組織在逆境下遭受氧化脅迫發(fā)生膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量的高低反映膜受損程度。而脯氨酸作為植物細(xì)胞質(zhì)中的滲透物質(zhì)，其積累量的上升可以一定程度降低水勢(shì)，從而增強(qiáng)植物的吸水能力，提高其自身的抵抗逆境的能力。施用了玉米素的草坪草的MDA含量變化趨勢(shì)不大，說明細(xì)胞膜的受損程度不顯著，在一定條件下得到保護(hù)，從而降低了干旱惡劣條件對(duì)植物的損傷。

4 結(jié)論

高羊茅在玉米素施用濃度為50 μmol/L時(shí)，抗干旱脅迫能力最強(qiáng)，而當(dāng)濃度達(dá)到100 μmol/L時(shí)，抗旱能力有所下降，是由于玉米素作為細(xì)胞分裂素的一種，會(huì)增強(qiáng)植物細(xì)胞的呼吸，從而使得氧含量升高，新生代謝旺盛，導(dǎo)致水分蒸騰加快，使得抗旱能力減弱。也有由于因?yàn)橛衩姿卦斐闪嗣撀渌岷肯陆?，從而使得抗旱能力下降。具體原因依然需要進(jìn)一步的研究探索。

隨著玉米素施用量的不斷增加，多年生黑麥草抗旱能力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。玉米素濃度為100或100 μmol/L以上，對(duì)草坪草的抗旱能力影響比較大。具體的最佳施用濃度，還需要進(jìn)一步的研究。

[1] 應(yīng)朝陽(yáng),呂亮雪,翁伯琦.草坪草干旱脅迫研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,21(3):262.

[2] 應(yīng)朝陽(yáng),呂亮雪,劉國(guó)道.草坪草對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)概述[J].熱帶作物,2006(3):116-122.

[3] 師晨娟,劉勇,荊濤,植物激素抗逆性研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究，2006,19(5)：21.

[4] Xunzhong Zhang,Ervin E H.Cytokinin-Containing Seaweed and Humic Acid Extracts Associated with Creeping Bentgrass Leaf Cytokinins and Drought Resistance[J].Crop Science,2004,44(5):1737-1745.

[5] Mizrahi Y.The role of plant hormones in plant adaption to stress conditions[M]∥15thColloquium of International Potash Institute.Switzerlant：Worblaufen-Bern:International Poltash Institute,1980：75-86.

[6] 李振國(guó)，倪君蒂,余叔文.乙烯消減鹽潰脅迫對(duì)首落種子萌發(fā)的抑制作用[J].植物生理學(xué)報(bào),1995(21):50-56.

[7] 廖祥儒,賀普超,朱新產(chǎn).玉米素對(duì)鹽漬下葡萄葉圓片H2O2清除系統(tǒng)的影響[J].植物學(xué)報(bào)，1997，39(7):641-646.

[8] Silverman F P,Assiamah A A,Douglas S B.Membrane transport,and cytokine action in root hairs ofMedicagosativa[J].Planta,1998,205:23-31.

[9] 顧者珉，沈曾佑，張志良，等.細(xì)胞分裂素對(duì)水分脅迫中小麥胚芽鞘生長(zhǎng)的影響[J].植物生理學(xué)報(bào),1984,10(4):15-19.

[10] 潘鼎元,肖璐,錢良智.玉米素對(duì)春小麥幼苗呼吸代謝的影響[J].石河子農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1990(3)：34.

[11] 王祺,姚澤.重鹽堿土草坪地被植物引種栽培研究——以阿拉善右旗額肯呼都格鎮(zhèn)為例[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(3):102-107.

[12] 馬博英.多年生黑麥草的逆境生理研究進(jìn)展[J].生物學(xué)雜志,2010,27(2):5861.

[13] 楊燕，楊曉華，孫彥，不同遮陰強(qiáng)度對(duì)草地早熟禾草坪質(zhì)量的影響[J].草原與草坪，2010,18(3)：447-451.

[14] 禚來強(qiáng)，常智慧，干旱條件下污泥中生物活性物質(zhì)對(duì)草地早熟禾生長(zhǎng)的影響[J].草地學(xué)報(bào)，2013,21(2):346-352..

[15] 湯章城，現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[16] 章秀福，王丹英，儲(chǔ)開富,鎘脅迫下水稻SOD活性和MDA含量的變化及其基因型差異[J].中國(guó)水稻科學(xué),2006，20(2):194-198.

[17] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[18] 王三根．細(xì)胞分裂素在植物抗逆和延衰中的作用[J].植物學(xué)通報(bào),2000,17(2):121-126.

[19] 楊艷華，陳國(guó)祥，劉少華,外源6-BA 對(duì)缺鎂脅迫下兩優(yōu)培九幼苗的緩解效應(yīng)[J].廣西植物,2003，23(4):347-352.

[20] 湯日圣，張大棟，童紅玉．高溫脅迫對(duì)稻苗某些生理指標(biāo)的影響及ABA 和6-BA 對(duì)其的調(diào)節(jié)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2005，21(3):145-149.

[21] 梁瑞霞，李春儉，宋建蘭．6-BA 對(duì)缺磷白羽扇豆排根的形成和有機(jī)酸分泌的影響[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào),2004，30(6):619-624.

Effect of zeatin on drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass

LI Lin-jie ,GUO Wei-er,CHANG Zhi-hui

(TurfgrassResearchInstitute,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

The effect of zeatin with 4 concentrations (0,10,50 and 100 μmol/L) on drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass under 2 drought tress treatments and full watering treatment.The turf appearance,leaf relative water content,leaf wilting,electric conductivity,proline,malondialdehyde and underground biomass were measured.The results showed that zeatin increased the turf quality and leaf relative water content,alleviated the leaf wilting and electric conductivity,and reduced the contents of proline and malondialdehyde of two turfgrasses compared to the controls under the drought stress.During late stress stage,the higher concentration of zeatin (50 μmol/L or 100 μmol/L) significantly promoted the drought resistant of two turfgrasses.In conclusion,the higher concentration of zeatin performed better on improving the drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass.

zeatin；cytokinin；drought resistance；tall fescue；perennial ryegrass

2015-10-27；

2016-01-04

北京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(X201410022006)資助

李林潔(1994-)，四川人。 E-mail：15311794795@163.com

S 688.4；Q 945.28

A

1009-5500(2017)01-0061-06