施肥、刈割對短尖苔草生理生化特征的影響

楊燦鑫，吳耀文，劉文勝

（中南林業(yè)科技大學(xué)湖南省環(huán)境資源植物開發(fā)與利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410018）

近年我國畜牧業(yè)快速發(fā)展的同時，飼料（特別是冬季青飼料）短缺的問題越來越嚴(yán)重［1］，因此，開發(fā)具有產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良、生態(tài)效益好的牧草是當(dāng)前畜牧業(yè)發(fā)展的迫切需求。短尖苔草（Carex brevicuspis）已被用作牛、羊、鵝等畜禽的飼料，該植物為莎草科多年生草本植物，主要分布在我國大陸東部和臺灣省，具有分布廣泛［2-3］、營養(yǎng)價值高［4］、生物量大等特點。該植物在每年11月洞庭湖退水后迅速萌芽生長，至翌年5月停止生長［5］，可有效補(bǔ)充畜牧業(yè)冬季青飼料的不足。因而，短尖苔草是一種值得開發(fā)的冬季青牧草資源。

施肥、刈割是提高牧草產(chǎn)量與品質(zhì)的常用措施，在生產(chǎn)中廣泛采用。合理施肥與刈割均可促進(jìn)植物生長、提高牧草產(chǎn)量，過量施肥與刈割則對牧草產(chǎn)生脅迫［6-7］，為適應(yīng)該脅迫，植物將產(chǎn)生相應(yīng)的生理適應(yīng)機(jī)制［8］。例如，施肥可調(diào)節(jié)冬油菜（Brassica campestri）［9］、多花黑麥草（Lolium multif l orum）［10］越冬期的相關(guān)生理指標(biāo)，從而提高其抗寒和抗旱能力。刈割可增加冬小麥（Triticum aestivum）可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性，為其恢復(fù)生長提供生理基礎(chǔ)［11］。因而，施肥與刈割后植物生理特征的響應(yīng)是其適應(yīng)脅迫的重要機(jī)制，揭示該生理機(jī)制是有效開發(fā)牧草資源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在盆栽實驗基礎(chǔ)上，對短尖苔草進(jìn)行施肥、刈割處理，測定其生理生化特征，探明施肥、刈割與生理生化特征的關(guān)系，為該植物栽培管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

2016年11月短尖苔草部分植株開花時在洞庭湖的岳陽市岳陽縣麻塘鎮(zhèn)區(qū)段（113°06′E，29°26′N）采集。樣品采集時，選擇人為干擾少、長勢良好、生長高度基本一致的地段為樣地。在樣地內(nèi)設(shè)置10條相距10 m、長度為100 m的樣線。在樣線上每隔10 m挖取短尖苔草的根莖，采集土壤深度為30 cm。10條樣線共采集100個根莖，采集完成后帶回實驗室培養(yǎng)。

1.2 盆栽實驗

盆栽實驗于2017年1月開始。選取大小一致、根莖完整的植株進(jìn)行移栽，移栽時將大的植物體區(qū)分為帶根莖帶單株，每個單株大小一致。栽植于石英沙與蛭石均勻混合為基質(zhì)的花盆內(nèi)（高13 cm、直徑20 cm），每盆1株，共計90株90盆。實驗在溫室進(jìn)行，溫度控制在25℃左右，平均相對濕度控制在60%。移栽14 d后進(jìn)行施肥、刈割處理。

施肥處理：施肥量參照楊晴等［12］的方法，以建植人工草地的中等施肥量225 kg/km2為依據(jù)。分別以尿素（N 46.2%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 50%）為氮、磷、鉀肥按1∶1∶1混合，設(shè)3個施肥梯度（0、20、30 g/m2）。

刈割處理：參照顧夢鶴等［13］的方法，移栽成活后，初花期統(tǒng)一刈割1次，留茬2 cm，待其恢復(fù)后實施刈割，以模擬該群落冬春季節(jié)自然放牧活動結(jié)束時的重度、中度和不放牧采食強(qiáng)度。刈割時留茬高度為2 cm（留此高度以免破壞生長點）。設(shè)3個刈割強(qiáng)度處理，分別為不刈割、1年刈割2次、1年刈割4次。

最后一次刈割時，取留茬的新鮮葉片進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測定。

1.3 生理生化指標(biāo)測定

可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法，游離脯氨酸含量的測定采用茚三酮顯色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用羚胺法，過氧化物酶（POD）活性的測定采用比色法，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用紫外吸收法，丙二醛（MDA）含量的測定采用TBA法，葉綠素含量的測定采用分光光度法［14］。

采用SPSS 16軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-wayANOVA），使用最小顯著差異法（LSD法）對每個指標(biāo)不同處理間的差異顯著性進(jìn)行多重比較，用Sigma Plot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥、刈割處理短尖苔草葉綠素含量變化

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要色素，是植物生長的重要指標(biāo)。表1顯示，隨著施肥量的增加，短尖苔草葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。施肥量對短尖苔草葉綠素含量影響不顯著，20 g/m2施肥處理短尖苔草葉綠素含量最高，較對照提高10.42%。隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草葉綠素含量呈現(xiàn)下降的趨勢。刈割與不刈割對短尖苔草葉綠素含量影響顯著，但刈割2次與刈割4次處理間差異不顯著。刈割4次短尖苔草葉綠素含量最低，較對照下降21.30%。

表1 施肥、刈割處理對短尖苔草葉綠素含量的影響（mg/g）

2.2 施肥、刈割處理短尖苔草可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量變化

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸既是組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要物質(zhì)，也是增加滲透物質(zhì)的重要組成成分。表2顯示，短尖苔草可溶性糖含量隨著施肥量及刈割次數(shù)的增加，均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。不同施肥與刈割處理短尖苔草可溶性糖含量差異均不顯著。

表2顯示，短尖苔草可溶性蛋白含量隨施肥濃度及刈割次數(shù)的增加，均表現(xiàn)先下降后上升的趨勢，30 g/m2施肥處理可溶性蛋白含量最高為0.24 g/L，顯著高于短尖苔草可溶性蛋白含量對照。其含量比對照增加140.01%。刈割2次處理顯著低于不刈割對照。其含量比對照減少37.50%。

表2顯示，短尖苔草脯氨酸含量隨施肥濃度及刈割次數(shù)的增加，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。20 g/m2施肥處理短尖苔草可溶性蛋白含量顯著高于其他施肥處理，較對照增加55.77%。刈割2次處理短尖苔草可溶性蛋白含量顯著高于其他刈割處理，較不刈割對照增加71.49%。

表2 施肥、刈割處理對短尖苔草可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影響

2.3 施肥、刈割處理短尖苔草抗氧化酶活性和MDA含量的變化

SOD、POD、CAT為植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，其活性是反映植物抗逆性高低的主要指標(biāo)。表3顯示，短尖苔草SOD活性隨著施肥量及刈割次數(shù)的增加，均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。20 g/m2施肥處理SOD活性顯著高于其他施肥處理，較對照增加24.85%；刈割2次處理SOD活性顯著高于其他刈割處理，較不刈割對照增加11.96%。

表3顯示，短尖苔草POD活性隨著施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，隨著刈割次數(shù)的增加，呈現(xiàn)降低的趨勢。20 g/m2施肥處理POD活性顯著高于其他施肥處理，較對照增加23.96%；刈割4次處理POD活性顯著高于其他刈割處理，較不刈割對照增加137.96%。

表3顯示，CAT活性隨施肥量增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草CAT活性呈現(xiàn)遞增的趨勢。20 g/m2施肥處理CAT活性顯著高于其他施肥處理，較對照增加27.85%；刈割4次處理CAT活性顯著高于其他刈割處理，較不刈割對照增加211.77%。

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，其含量的變化可作為檢測逆境條件下膜系統(tǒng)受損程度的指標(biāo)［15］。表3顯示，短尖苔草MDA含量隨著施肥量及刈割次數(shù)的增加，均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。20 g/m2施肥處理MDA含量顯著高于其他施肥處理，刈割處理對短尖苔草MDA含量影響不顯著。

3 結(jié)論與討論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，是植物生長的重要指標(biāo)［16］。本研究結(jié)果表明，隨著施肥濃度的增加，短尖苔草葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與錢永生等［17］對溝葉結(jié)縷草進(jìn)行施肥處理研究結(jié)果一致，說明適度施肥可提高植物的光合作用能力。本研究結(jié)果還表明，隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草的葉綠素含量呈現(xiàn)下降的趨勢，其原因可能是刈割干擾后，植物的光合葉面積大幅減少、光合效率降低，葉綠素含量隨之下降。因而，弄清適合的刈割頻次是提高短尖苔草產(chǎn)量的關(guān)鍵。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物受到脅迫時維持細(xì)胞正常代謝環(huán)境、減輕傷害的措施，可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸均為常見的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。本研究結(jié)果表明，隨著施肥濃度的增加，短尖苔草的可溶性糖、脯氨酸含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與孫常青等［18］、張婷婷等［19］的研究結(jié)果一致。其原因可能是適當(dāng)?shù)氖┓蕰龠M(jìn)光合作用，從而增加可溶性糖等光合產(chǎn)物含量；當(dāng)施肥過多，光合作用被抑制，可溶性糖含量則隨之減少。本研究顯示隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草可溶性糖含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。其原因可能是低頻率刈割脅迫下，植物的自我保護(hù)機(jī)制可促進(jìn)糖的合成，以滿足植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)；高頻率刈割脅迫則直接破壞了可溶性糖分子結(jié)構(gòu)或抑制其合成，導(dǎo)致其含量降低［20］。本研究還顯示短尖苔草脯氨酸含量隨刈割次數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。其原因可能是低頻率刈割脅迫，短尖苔草為抵抗外界傷害，植物體積累脯氨酸；隨著刈割脅迫的增加，滲透調(diào)節(jié)平衡被打破，細(xì)胞無法修復(fù)，導(dǎo)致脯氨酸含量下降。

SOD、CAT、POD均為抗氧化酶，可有效阻止氧自由基在植物細(xì)胞內(nèi)的積累，以減輕其毒害作用［21-22］。本研究結(jié)果表明，隨著施肥濃度的增加，短尖苔草的SOD、POD、CAT活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與秦夢等［23］對板藍(lán)根配方施肥生理生化指標(biāo)及生長指標(biāo)的研究結(jié)果一致。其原因可能是由于光合和呼吸過程引發(fā)氧自由基積累，導(dǎo)致細(xì)胞氧自由基積累［24］?？寡趸笧檎T導(dǎo)酶，細(xì)胞中積累的氧自由基激活了抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)，使SOD和CAT活提高而抑制膜脂過氧化。本研究顯示隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草的POD、CAT活性呈現(xiàn)上升趨勢，SOD活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，這與遲文峰等［25］對不同刈割次數(shù)紫花苜蓿根系中保護(hù)酶活性的研究結(jié)果一致，說明在刈割條件下植物可通過增加抗氧化酶活性減輕氧化脅迫。

MDA是植物在脅迫下脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的一種具有細(xì)胞毒性的物質(zhì)，是細(xì)胞膜脂受傷害程度的指標(biāo)［24］。本研究中，隨著施肥濃度的增加，短尖苔草MDA含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。其原因可能是低施肥量條件下植物體內(nèi)過氧化作用較強(qiáng)；而較高施肥量條件下植物抗氧化機(jī)制起作用，從而導(dǎo)致MDA含量下降。

總體而言，隨著施肥量 的增加，短尖苔草滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性等均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，說明低施肥量可促進(jìn)植物抗逆性。隨著刈割次數(shù)的增加，短尖苔草滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，抗氧化酶活性呈上升趨勢，說明低刈割頻率可促進(jìn)植物抗逆性。