干旱模擬條件下3種冷季型草坪草苗期抗旱性的比較

張亞楠 趙璐瑤

（滄州師范學院生命科學學院 河北 滄州 061000）

1 引言

干旱是限制中國乃至世界草坪草生長生產(chǎn)的主要環(huán)境因素之一[1,2]，我國地域廣闊，干旱及半干旱地區(qū)約占國土面積的一半[3]。近年來，隨著人們環(huán)境意識的不斷增強，草坪園林已成為城市規(guī)劃與社區(qū)建設中的主流內(nèi)容，草坪業(yè)的快速發(fā)展因此也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中降水量的減少、水資源的短缺給草坪業(yè)帶來的挑戰(zhàn)最大。如果用來建植草坪的草坪草是低需水型或抗旱型的，那么大約可以節(jié)水50%[4,5]。冷季型草坪草生長的最適溫度是15℃～25℃[6,7]，其生長主要受干旱環(huán)境的限制。這種制約情況在半干旱地區(qū)的河北乃至整個北方地區(qū)更加突出，并且隨著水資源的日益缺乏，要求篩選出具有較強抗旱能力的草種。

選取北方地區(qū)廣泛種植的且有一定代表性的多年生黑麥草(Loliumperenne)、高羊茅(Festucaelata)和草地早熟禾(Poaannua)這3種冷季型草坪草種，并用不同濃度的PEG-6000溶液對3個草種的幼苗模擬干旱脅迫，再對苗期的生理生化指標進行測定、分析，并綜合評價，從而探討出3種草坪草抗旱性的差異，同時在理論上為草坪草的育種培植提供數(shù)據(jù)參考。

2 材料與方法

2.1 試驗材料。選取籽粒飽滿、大小均勻、無種皮破損、無病蟲害的多年生黑麥草、高羊茅、草地早熟禾3種草坪草種子作為試驗材料。

2.2 試驗設計。將消毒好的蛭石置于直徑20 cm、高40 cm的帶孔花盆中備用。首先將經(jīng)過預處理的供試種子與蛭石混勻，并均勻撒播于花盆中，鎮(zhèn)壓后在其表面覆蓋約0.5 cm厚的蛭石，置于溫室內(nèi)培養(yǎng)，當幼苗長高到10 cm時，使用不同濃度的PEG-6000溶液處理48 h。PEG-6000質(zhì)量濃度梯度設定為0 g/L(對照)、50g/L、100g/L、150g/L、200g/L，每組重復3次。

2.3 測定方法。葉綠素含量采用分光光度法測定，可溶性糖含量采用蒽酮法測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法進行測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法進行測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法進行測定。

3 結果與分析

3.1 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗葉綠素含量的影響。葉綠素是綠色植物用來進行光合作用，合成有機物的一種重要光合色素，外界環(huán)境常會影響它的合成與降解。當PEG濃度持續(xù)增高時，3個草種葉綠素的含量呈先增加后減少趨勢。從表1可以得出，3種草坪草的葉綠素含量都有顯著的變化差異(P＜0.05)。從圖1可以看出，與對照相比，用50 g/L PEG處理的多年生黑麥草、草地早熟禾和高羊茅的葉綠素含量均顯著增加(P＜0.05)，3個草種在此濃度下均出現(xiàn)了最高值。隨著PEG濃度的再次升高，3個草種葉綠素含量均有不同程度的下降，其中草地早熟禾下降程度最大，可知草地早熟禾受傷害程度較大。

表1 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗葉綠素含量的影響

圖1 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗葉綠素含量的影響

3.2 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗可溶性糖含量的影響。在干旱、鹽堿等逆境條件下，植物體內(nèi)的可溶性糖含量升高，發(fā)生滲透調(diào)節(jié)，可抑制水分過度流失導致的細胞脫水。由表2可得出，3個草種的可溶性糖含量隨著PEG濃度的升高都顯著增加(P＜0.05)。從圖2可看出，3種草坪草在各個脅迫水平下的可溶性糖含量都比對照組的含量高。其中，高羊茅的上升幅度高于其它2個草種，而草地早熟禾上升幅度最小。

表2 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗可溶性糖含量的影響

圖2 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗可溶性糖含量的影響

3.3 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗丙二醛(MDA)含量的影響。MDA作為膜脂過氧化產(chǎn)物之一，其含量與膜系統(tǒng)損傷程度直接相關。MDA含量越高，它受到的傷害就越大。從表3及圖3可以看出，3種草坪草的MDA含量隨PEG濃度的增加而逐漸增加。當PEG溶液濃度在50～100 g/L時，多年生黑麥草與高羊茅有所上升但并不顯著(P＞0.05)，而草地早熟禾顯著上升(P＜0.05)。當PEG濃度從150 g/L上升到200 g/L時，3個草種的MDA含量均上升顯著(P＜0.05)，其中草地早熟禾的上升最明顯，其MDA含量在各個濃度下都最高。說明草地早熟禾受干旱脅迫傷害最大，高羊茅受傷害最小。

表3 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗丙二醛含量的影響

圖3 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗丙二醛含量的影響

3.4 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗脯氨酸(Pro)含量的影響。在正常情況下，Pro含量很低，但草坪草體內(nèi)的Pro會隨著干旱脅迫程度的加深而大量積累，并進行滲透調(diào)節(jié)，維持葉片水勢。Pro積累量越多，對幼苗的損害程度越低。從表4及圖4可得出，3個草種均受到模擬干旱脅迫的影響，Pro含量明顯高于對照組，證實了干旱脅迫可導致Pro積累。但是，同一模擬干旱脅迫下3種草Pro增長的幅度卻不同，但無論在哪個水平下，高羊茅的Pro含量都增長顯著(P＜0.05)。當PEG濃度達到200 g/L時，3個草種Pro含量均達到最大值，草地早熟禾和高羊茅的Pro含量依舊顯著增加(P＜0.05)，而多年生黑麥草有所增長但并不顯著(P＞0.05)。所以，多年生黑麥草的Pro積累量最少，損傷程度最大；高羊茅受傷害最小。

表4 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗脯氨酸含量的影響

圖4 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗脯氨酸含量的影響

3.5 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化氫酶(CAT)活性的影響。CAT作為草坪草體內(nèi)重要的保護酶之一，可使H2O2分解成分子氧和水，從而使H2O2不發(fā)揮其毒害作用，保護草坪草免受傷害[10]。從圖5及表5可以看出，隨著模擬干旱脅迫的加劇，3種草坪草的CAT活性先上升后下降。當PEG濃度為50g/L時，高羊茅和草地早熟禾的CAT活性上升，而多年生黑麥草的CAT活性呈下降趨勢。在100 g/L的PEG處理下，3個草種的CAT活性均顯著上升并呈現(xiàn)出了最大值(P＜0.05)。隨著PEG濃度的不斷升高，CAT活性開始出現(xiàn)明顯下降(P＜0.05)；當PEG濃度為200 g/L時，CAT活性都低于對照。高羊茅的CAT活性在各水平都高于其它2個草種，同時增幅最大，降幅最小。

表5 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化氫酶活性的影響

圖5 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化氫酶活性的影響

3.6 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化物酶(POD)活性的影響。干旱模擬條件會破壞草坪草酶系統(tǒng)的平衡，造成活性氧的積累，加重了膜脂過氧化，進而使膜受損，使POD活性下降。由表6可知，3個草種的POD活性變化有顯著差異(P＜0.05)。從圖6可以看出，低脅迫水平的POD活性明顯升高(P＜0.05)，高脅迫水平下POD活性表現(xiàn)出明顯下降趨勢(P＜0.05)。當PEG濃度為50 g/L時，3種草坪草的POD活性均呈現(xiàn)上升趨勢。當PEG濃度為100 g/L時，3個草種葉片POD活性都增加并達到了最高峰。隨PEG濃度持續(xù)增加，3個草種的POD活性出現(xiàn)下降，但始終高于對照水平。另外，高羊茅的POD活性在不同干旱處理下均高于其它2個草種。

表6 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化物酶活性的影響

圖6 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗過氧化物酶活性的影響

3.7 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響。SOD是草坪草中重要的保護酶，其活性變化可以顯示出植物修復氧化損傷的能力。SOD能夠使植物膜質(zhì)不發(fā)生過氧化作用而受損，從而提高其抗旱性。由表7及圖7可知，隨著PEG濃度的升高，3個草種的SOD活性先上升后下降且變化趨勢顯著(P＜0.05)。當PEG濃度達到100 g/L時，多年生黑麥草和草地早熟禾SOD活性達到最大值。當PEG濃度為150 g/L時，高羊茅的SOD活性才達到最高值，而此時其它2個草種的SOD活性開始顯著下降(P＜0.05)。隨著PEG濃度的再次升高，多年生黑麥草、草地早熟禾及高羊茅均顯著下降(P＜0.05)，但高羊茅在每個脅迫水平下的SOD活性均最高。

表7 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗超氧化物歧化酶活性的影響

圖7 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草幼苗超氧化物歧化酶活性的影響

3.8 PEG模擬干旱脅迫對3種冷季型草坪草的耐受性評價。利用隸屬函數(shù)法綜合評價7個指標的抗旱性，得出每個草種的隸屬函數(shù)平均值，抗旱性越強的草種平均值越大。結果表明，多年生黑麥草、高羊茅和草地早熟禾的平均值分別為0.482，0.547和0.469，表明3個草種的抗旱性為高羊茅＞多年生黑麥草＞草地早熟禾。

表8 3種冷季型草坪草對模擬干旱脅迫的耐受性綜合評價

4 結論與討論

試驗以多年生黑麥草、高羊茅、草地早熟禾為研究對象，探討其在PEG模擬干旱脅迫下各項指標變化的差異，進而對其進行綜合評價，得出以下結果：

4.1 PEG模擬干旱脅迫能使草坪草的葉綠素含量減少，其中高羊茅的葉綠素含量受影響較小，而草地早熟禾的葉綠素含量受影響較大。

4.2 可溶性糖含量的升高可以更好地保護草坪草，3個草種的可溶性糖含量隨脅迫強度的加劇而升高，草地早熟禾可溶性糖含量低于其他2個草種，說明受到的保護最小，而高羊茅的上升幅度較大，說明高羊茅的可溶性糖調(diào)節(jié)作用逐漸增強，這有利于植株維持正常的水分代謝。

4.3 MDA積累的越多代表著植物受到的傷害越大，3種草坪草中草地早熟禾MDA含量最多，受傷害最大，高羊茅受傷害程度最小。

4.4 在試驗中，Pro積累量最高的草種是高羊茅，表明其抗旱能力相對較強；草地早熟禾和多年生黑麥草的積累量雖低于高羊茅，但均高于對照水平，表明這2種草坪草也具有一定的抗旱性。

4.5 CAT、POD、SOD活性隨PEG濃度的升高均先上升后下降，其中，高羊茅的CAT、POD、SOD三種酶的活性最高，抗氧化能力最強，同時受到干旱脅迫的傷害就越小。通過隸屬函數(shù)法，綜合分析3種冷季型草坪草的抗旱性，可得出抗旱性強弱為高羊茅＞多年生黑麥草＞草地早熟禾。

采用不同濃度PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，對3種冷季型草坪草苗期的抗旱性進行了評定，彌補了只在種子萌發(fā)期試驗的不足，同時為草坪草種的抗旱研究、節(jié)水灌溉、綜合管理提供了理論支持。