生根劑GGR-6對(duì)紫羊茅和草地早熟禾響應(yīng)干旱脅迫的影響

王競(jìng)紅，陳 艾，張 雯，趙 藝，田靜瑤，王貞升，徐谷丹，藺吉祥

（1東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，哈爾濱 150040；2北方航空護(hù)林總站，哈爾濱 150040）

0 引言

干旱對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的影響。草坪草在城市生態(tài)系統(tǒng)中尤為重要，它們維持體內(nèi)水分平衡的途徑也多種多樣，且機(jī)制各不相同[1]。一般來說，草坪草的抗旱類型分為避旱性和耐旱性兩種[2]，避旱性是指草坪草在干旱脅迫下通過根系深層次扎根或在形態(tài)、內(nèi)部生理上低蒸散耗水等來避免組織的損害，呈現(xiàn)出矮生、葉肉質(zhì)化、表皮層角質(zhì)化的特征[3]。耐旱性是指草坪草通過生理代謝的過程來忍受干旱的能力[4]，耐旱性強(qiáng)的草坪草可以通過滲透調(diào)節(jié)來維持水分平衡，或者通過改變?cè)|(zhì)與細(xì)胞膜的狀態(tài)進(jìn)而提高抗旱性，還可以通過自身的生理生化調(diào)節(jié)作用來提高保護(hù)酶的活性，從而減輕逆境脅迫對(duì)植物細(xì)胞的傷害。當(dāng)草坪草處于干旱初、中期時(shí)，上述2種抵御干旱脅迫的方式會(huì)同時(shí)存在，而伴隨著干旱脅迫的進(jìn)一步加重，草坪草的根系增大、降低蒸散率則成了草坪草抗旱的主要方式[5-11]。

生根劑GGR-6是一種可以調(diào)控植物內(nèi)源激素含量和酶活性的復(fù)合型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，它可以促進(jìn)生物大分子的合成和植物根系的生長(zhǎng)，提高育苗成活率，改善植物根系形態(tài)特征，增強(qiáng)植物的抗性[12]。已有研究表明，施加GGR-6后，無憂花(Saracadives)葉片中葉綠素、可溶性糖及游離脯氨酸含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，超氧化物歧化酶(SOD)活性呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)[13]。另外，GGR-6還能夠顯著影響植物體的細(xì)胞增殖，并改善生根情況[14-15]。紫羊茅(Festuca rubra)抗寒、耐旱、耐蔭和耐貧瘠土壤能力都很強(qiáng)，葉片呈纖細(xì)的針狀，株叢致密。紫羊茅在逆境脅迫下，通過添加外源物質(zhì)可緩解其受害程度[16-17]。草坪草早熟禾(Poaannua)是多年生冷季型根莖疏叢型禾草，葉色濃綠、葉形和株型優(yōu)美，是世界公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)草種，因其形成的草皮結(jié)實(shí)而富有彈性，故廣泛應(yīng)用于城市綠地、公園、庭院等草坪綠化[18-19]。

本試驗(yàn)以紫羊茅和早熟禾為試驗(yàn)材料，分別于不同時(shí)期進(jìn)行澆灌不同濃度的生根劑GGR-6溶液，以期明確GGR-6施用后對(duì)草坪草耐旱能力的影響效應(yīng)，評(píng)價(jià)3個(gè)施用周期下不同濃度GGR-6處理對(duì)草坪草在干旱脅迫下的生理指標(biāo)的影響。從植物生理學(xué)角度探討在干旱脅迫下澆灌生根劑GGR-6后草坪草的生理適應(yīng)反應(yīng)，確定紫羊茅和早熟禾的GGR-6最佳澆灌周期和濃度。

1 材料方法

1.1 材料與設(shè)計(jì)

供試草坪草為哈爾濱碧豐草業(yè)有限公司提供的紫羊茅‘夢(mèng)神’(Festucarubra‘Rubra’)，草地早熟禾‘優(yōu)異’(Poapratensis‘Merit’)。供試藥劑為生根劑雙吉爾GGR-6號(hào)（中國(guó)林業(yè)科學(xué)院生產(chǎn)）。

試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)溫室中于2018年進(jìn)行，選用170×150×125 mm規(guī)格的塑料花盆進(jìn)行育苗培養(yǎng)。培養(yǎng)基質(zhì)選用全蛭石高溫滅菌消毒后，統(tǒng)一稱取蛭石重量430 g。實(shí)驗(yàn)用草坪草種子經(jīng)過篩選后，用1%高錳酸鉀溶液進(jìn)行消毒，晾干后，稱取種子3.5 g/盆，浸種3 h后進(jìn)行播種，出苗前的培育期內(nèi)每隔3天用300 mL水澆灌。每次澆水后稱量盆重，保證土壤水分質(zhì)量相同。生根劑噴施時(shí)間于播種后1周[4月2日(W1)]、播種后2周[4月9日(W2)]、播種后3周[4月16日(W3)]分批處理，處理時(shí)每隔3天澆生根劑300 mL，滲出液4 h后回倒入盆內(nèi)。處理3次后正常澆水生長(zhǎng)，每周施加1次100 mL Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液。干旱脅迫實(shí)驗(yàn)組各組處理時(shí)間見表1，GGR-6濃度梯度設(shè)置為0(A)、0.1 g/L(B)、0.2 g/L(C)和0.3 g/L(D)，每個(gè)處理5次重復(fù)。

表1 干旱脅迫實(shí)驗(yàn)組各組處理時(shí)間

1.2 指標(biāo)測(cè)定方法

干旱結(jié)束統(tǒng)一取樣，采用硫酸巴比妥酸(TBA)顯色法測(cè)定丙二醛(MDA)含量，采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性[20]，參照李合生的愈創(chuàng)木酚法[21]測(cè)定過氧化物酶(POD)活性，參照李龍等[22]的方法測(cè)定游離脯氨酸(Pro)的含量。各處理每次測(cè)定重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 GGR-6對(duì)不同干旱脅迫周期下紫羊茅和早熟禾葉片丙二醛(MDA)含量的影響

隨著干旱脅迫的進(jìn)行，紫羊茅和早熟禾葉片MDA含量均呈逐漸上升趨勢(shì)。紫羊茅、早熟禾葉片的MDA含量在干旱處理6天時(shí)與對(duì)照組相比出現(xiàn)顯著上升(P＜0.05)。隨干旱脅迫的繼續(xù)進(jìn)行，2種草坪草的MDA積累量差異逐步擴(kuò)大。與對(duì)照組相比，干旱脅迫15天時(shí)，紫羊茅的MDA含量增幅2.19%，早熟禾的MDA含量增幅1.45%，表明隨著干旱脅迫程度的加劇，早熟禾的MDA含量增幅較小。

紫羊茅的MDA含量隨干旱的進(jìn)行呈上升趨勢(shì)，均顯著大于對(duì)照(P＜0.05)，在GGR-6濃度0、0.1、0.2、0.3 g/L下，W1施用周期的MDA含量分別是對(duì)照的2.37、1.64、1.63、1.96倍；W2下分別是對(duì)照的 2.46、1.94、1.82、2.83倍；W3下分別是對(duì)照的 3.26、3.29、2.26、3.17倍。W3時(shí)期施用GGR-6產(chǎn)生的MDA積累均大于2倍，紫羊茅需要較早的施用GGR-6。未施加GGR-6時(shí)MDA積累量均為對(duì)照的2倍以上，表明GGR-6的處理延緩了干旱導(dǎo)致的紫羊茅葉片膜脂的過氧化，在GGR-6濃度為0.1 g/L、0.2 g/L時(shí)MDA積累量增幅較小，表明此濃度的GGR-6能較好地緩釋干旱造成的紫羊茅代謝紊亂（表2）。早熟禾MDA含量同樣隨干旱的進(jìn)行呈上升趨勢(shì)，均顯著大于對(duì)照(P＜0.05)，但相對(duì)紫羊茅而言，早熟禾MDA含量相較于對(duì)照的上升幅度較低，表明其抗旱性較強(qiáng)。W1、W2下施加低濃度GGR-6(0.1 g/L)有效緩解了早熟禾葉片的膜系統(tǒng)損傷，而W3下，高濃度GGR-6(0.3 g/L)的作用效果更為顯著（表3）。

表2 GGR-6和時(shí)間變化對(duì)紫羊茅‘夢(mèng)神’不同干旱脅迫時(shí)期丙二醛含量的影響

表3 GGR-6和時(shí)間變化對(duì)早熟禾‘優(yōu)異’不同干旱脅迫時(shí)期丙二醛含量的影響

2.2 不同GGR-6濃度和干旱脅迫周期對(duì)紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸的影響

干旱脅迫下，紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸含量逐漸升高，與對(duì)照組相比顯著上升(P＜0.05)。隨干旱脅迫的進(jìn)行，游離脯氨酸含量差異逐步擴(kuò)大。與對(duì)照組相比，紫羊茅、早熟禾的游離脯氨酸活性分別增加了0.21、0.59倍，其中紫羊茅的游離脯氨酸活性增幅較小。

與對(duì)照相比，干旱脅迫下，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量顯著提升(P＜0.05)，GGR-6濃度為0、0.1、0.2、0.3 g/L時(shí)，W1施用周期的游離脯氨酸含量分別是對(duì)照的1.11、1.19、1.52、1.23倍；W2下分別是對(duì)照的 1.30、1.36、1.15、1.39倍；W3下分別是對(duì)照的 1.43、1.21、1.36、1.42倍；隨施用周期的后移，其葉片積累的游離脯氨酸含量不斷升高。施用較低濃度GGR-6時(shí)(0.1 g/L、0.2 g/L)，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量積累速率較快，而在0.3 g/L濃度處理下，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量仍隨著脅迫的增加而持續(xù)增大（表4）。

表4 GGR-6和時(shí)間變化對(duì)紫羊茅‘夢(mèng)神’不同干旱脅迫時(shí)期游離脯氨酸含量的影響

干旱脅迫下，早熟禾葉片游離脯氨酸含量與對(duì)照相比顯著上升(P＜0.05)，在W1下，早熟禾葉片游離脯氨酸含量隨GGR-6施加濃度的提高而不斷升高，且較高濃度(0.3 g/L)的GGR-6并未影響早熟禾葉片游離脯氨酸的積累，而在W2、W3下，高濃度(0.3 g/L)的GGR-6施加使得早熟禾葉片游離脯氨酸積累速度放緩（表5）。

表5 施用GGR-6濃度和時(shí)間變化對(duì)早熟禾‘優(yōu)異’不同干旱脅迫時(shí)期游離脯氨酸含量的影響

2.3 不同GGR-6濃度和干旱脅迫周期對(duì)紫羊茅和早熟禾葉片超氧化物歧化酶含量的影響

與對(duì)照相比，在施加GGR-6后，紫羊茅和早熟禾葉片SOD活性均高于對(duì)照(P＜0.05)，葉片的SOD活性隨著干旱脅迫的進(jìn)行，均呈先升后降趨勢(shì)，早熟禾葉片的SOD活性峰值集中出現(xiàn)在干旱10天，SOD活性是對(duì)照的1.44倍，而紫羊茅葉片的SOD活性峰值則在8、10、12天均有分布，其SOD活性的峰值是對(duì)照的1.36倍，并未顯著高于早熟禾葉片的SOD活性。

紫羊茅葉片在不同處理周期下，施加GGR-6后其SOD活性，均顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，與對(duì)照相比，在W1、W2、W3期施加GGR-6，紫羊茅葉片SOD活性均呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，在W1、W2、W3期下，其SOD活性分別增加了1.44、1.25、1.35倍，且其峰值在8、10、12天均有分布，而后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在各不同處理周期較低濃度(0.1 g/L、0.2 g/L)的GGR-6的處理紫羊茅葉片SOD活性較高（表6）。

表6 GGR-6濃度和時(shí)間變化對(duì)紫羊茅‘夢(mèng)神’不同干旱脅迫時(shí)期超氧化物歧化酶含量的影響

與紫羊茅相比，早熟禾葉片對(duì)輕度的干旱脅迫有較強(qiáng)的適應(yīng)性，施加GGR-6后，早熟禾葉片的SOD活性顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，在 W1、W2、W3 期施加GGR-6，早熟禾葉片SOD活性均呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，在W1、W2、W3下SOD活性分別增加了1.36、1.18、1.27倍，其SOD活性峰值出現(xiàn)在10、12天，其后隨著干旱脅迫程度的加重，早熟禾葉片受到較重的逆境傷害，SOD活性降低，但仍顯著高于對(duì)照，在各不同周期處理組間，濃度0.2 g/L的GGR-6的處理下，早熟禾葉片SOD活性高于施加其他濃度的GGR-6處理組（表7）。

表7 GGR-6和時(shí)間變化對(duì)早熟禾‘優(yōu)異’不同干旱脅迫時(shí)期超氧化物歧化酶含量的影響

2.4 GGR-6和干旱脅迫周期對(duì)紫羊茅和早熟禾葉片過氧化物酶(POD)含量的影響

與對(duì)照相比，兩種草坪草葉片在施加GGR-6后POD活性均高于對(duì)照(P＜0.05)，隨著干旱脅迫的進(jìn)行，總體均呈先升后降趨勢(shì)，早熟禾的POD活性峰值集中出現(xiàn)在干旱10天，比對(duì)照增加了0.6倍，而紫羊茅的POD活性峰值在8、10、12天均有出現(xiàn)，表明較低程度的干旱即可誘導(dǎo)紫羊茅葉片POD活性的增強(qiáng)，其峰值較對(duì)照增加了0.85倍，稍高于早熟禾的POD活性增加程度。

紫羊茅葉片在不同處理周期下，施加GGR-6后其POD活性，顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，與對(duì)照相比，在W1、W2、W3期施加GGR-6，紫羊茅葉片均在0.1 g/L、0.2 g/L濃度下呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，在W1、W2、W3期下POD活性分別增加了0.16、0.19、0.84倍，施用GGR-6對(duì)紫羊茅葉片POD活性的變化相比早熟禾并不顯著，且其峰值在8、10、12天均有分布，而后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，部分處理組的POD活性并未高于對(duì)照（表8）。

表8 GGR-6和時(shí)間變化對(duì)紫羊茅‘夢(mèng)神’不同干旱脅迫時(shí)期過氧化物酶含量的影響

與紫羊茅相比，在對(duì)照下，早熟禾葉片的POD活性即呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，表明早熟禾對(duì)輕度的干旱脅迫有較強(qiáng)的適應(yīng)性。施加GGR-6后，早熟禾葉片的POD活性顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，在W1、W2、W3期施加GGR-6，早熟禾均在0.1 g/L、0.2 g/L濃度下呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，在W1、W2、W3期下POD活性分別增加了0.22、0.94、0.21倍，與W1、W3期相比，于W2期施加GGR-6提升早熟禾葉片POD活性更為顯著，其POD活性峰值出現(xiàn)在8、10天，其后隨著干旱脅迫的進(jìn)行，早熟禾葉片受到較重的逆境傷害，POD活性降低，但仍顯著高于對(duì)照（表9）。

表9 施用GGR-6濃度和時(shí)間變化對(duì)早熟禾‘優(yōu)異’不同干旱脅迫時(shí)期過氧化物酶含量的影響

3 討論

3.1 GGR-6對(duì)干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片MDA含量的影響

植物抗旱性越強(qiáng)其處于干旱條件下葉片膜系統(tǒng)的損傷則越低[23]，植株葉片MDA含量反映了葉片細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)，而GGR-6作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，能夠促進(jìn)處于逆境的植物體的生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物體內(nèi)酶活性，以提升植物對(duì)逆境的抗性。在本研究中，2種草坪草葉片的MDA含量均在干旱脅迫下顯著增加，表明2種草坪草由于干旱逆境導(dǎo)致了細(xì)胞膜損傷，造成葉片MDA含量增加，進(jìn)而損傷了其葉片膜系統(tǒng)。施用GGR-6后，3種草坪草葉片MDA含量顯著低于對(duì)照，表明不同施用周期、不同濃度GGR-6對(duì)干旱逆境下的植物體細(xì)胞膜損傷有不同程度的緩解。另外，2種草坪草在干旱脅迫下對(duì)于GGR6的反應(yīng)有所差異，紫羊茅需要較早的施用GGR6。對(duì)于早熟禾來說，W1、W2下施加低濃度GGR-6(0.1 g/L)有效緩解了早熟禾葉片的膜系統(tǒng)損傷，而W3下，高濃度GGR-6(0.3 g/L)的作用效果更為顯著。表明GGR6的施用依賴于植物種類和脅迫程度。對(duì)于此類研究，前人往往僅關(guān)注不同濃度GGR-6的生理效應(yīng)，忽視了不同生育期對(duì)生根劑的響應(yīng)，因此本研究結(jié)合兩者綜合預(yù)測(cè)GGR-6的生理效應(yīng)更具實(shí)際意義。

3.2 GGR-6對(duì)干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸含量的影響

由于植物對(duì)逆境的自我保護(hù)機(jī)制，在其膜上積累大量活性氧的同時(shí)，植株葉片會(huì)通過滲透調(diào)節(jié)來維持其體內(nèi)的代謝平衡[24]。植物在干旱脅迫下，游離脯氨酸會(huì)幫助維持植物體的滲透平衡，降低其滲透勢(shì)，避免植物葉片細(xì)胞脫水[25]。在本研究中，2種草坪草葉片游離脯氨酸含量均隨干旱脅迫的持續(xù)而顯著升高，且施加GGR-6顯著提高了草坪草葉片游離脯氨酸含量，表明GGR-6幫助2種草坪草在逆境下通過積累溶質(zhì)來主動(dòng)降低其植株體內(nèi)滲透勢(shì)，維持細(xì)胞膨壓。隨著干旱脅迫的持續(xù)，紫羊茅的游離脯氨酸活性增幅較小，表明其生理代謝對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)較弱，抗旱能力較差。

3.3 GGR-6對(duì)干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片抗氧化酶的影響

干旱條件下，植物體內(nèi)抗氧化酶會(huì)清除由于植株細(xì)胞膜受損產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)，而SOD和POD是該系統(tǒng)的2個(gè)重要的酶[26]。在本研究中，施加GGR-6顯著提高了2種草坪草葉片SOD和POD活性，且2種草坪草葉片SOD、POD活性隨干旱脅迫的加劇呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。表明GGR-6影響了2種草坪草的活性氧防御系統(tǒng)，響應(yīng)了植物體的干旱脅迫，提升了2種草坪草的抗旱性。

在植物體的抗氧化酶系統(tǒng)中，SOD在歧化反應(yīng)中催化超氧陰離子自由基形成氧分子和過氧化氫，降低了植物體由于自由基的攻擊而產(chǎn)生的毒性[27]。本研究中，施加GGR-6的早熟禾在干旱脅迫10天時(shí)到達(dá)最大值，隨后逐漸降低，而紫羊茅在干旱脅迫8天時(shí)即到達(dá)最大值。SOD通過歧化反應(yīng)在植物體內(nèi)生成氧分子和過氧化氫后，POD進(jìn)一步將低毒性的過氧化氫分解為水，進(jìn)一步緩解了干旱對(duì)于植物的逆境影響。在本研究中，干旱條件下，紫羊茅的POD活性下降更為明顯表明紫羊茅對(duì)于干旱脅迫較為敏感，抗旱能力較低。

4 結(jié)論

干旱脅迫下，施加GGR-6可以幫助2種草坪草維持細(xì)胞膜透性、積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、啟動(dòng)保護(hù)酶系統(tǒng)來更好地保證其植物體的正常生長(zhǎng)，緩解干旱對(duì)生長(zhǎng)的抑制，澆灌GGR-6能顯著提升2種草坪草抵御干旱逆境的能力，但是2種草坪草對(duì)不同濃度GGR-6以及澆灌時(shí)期有著不同的響應(yīng)，其中，紫羊茅于播種后1周澆灌0.1 g/L、0.2 g/L的GGR-6的效果最好。早熟禾播種2周后澆灌低濃度(0.1 g/L、0.2 g/L)的GGR-6，播種后3周澆灌高濃度(0.3g/L)的GGR-6效果較好。2種草坪草幼苗的抗旱性差異較大，早熟禾抗旱能力高于紫羊茅，對(duì)于GGR-6深層次的提高植物耐旱分子機(jī)理有待于今后進(jìn)一步研究。