不同抗旱性狗牙根地上地下表型特征及內(nèi)源激素對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

張一龍，喻啟坤，李雯，李培英，2，3，孫宗玖，2，3

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆草地資源與生態(tài)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052；3. 西部干旱區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052）

水分是限制植物生長(zhǎng)最重要的非生物因子之一，參與植物體內(nèi)一切生理代謝過(guò)程和植株的形態(tài)建成，影響著植物的生存、生長(zhǎng)發(fā)育乃至地理分布［1］。在干旱脅迫下，植物能夠通過(guò)形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的可塑性來(lái)獲取自身正常生長(zhǎng)和發(fā)育所需的水分含量［2］，并通過(guò)改變其形態(tài)建成以適應(yīng)脅迫環(huán)境或者在脅迫壓力下出現(xiàn)死亡［3］。葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)主要朝著降低蒸騰和貯藏水分兩方面發(fā)展［4］，而根系則變得更加發(fā)達(dá)，根系分布較深，功能根的數(shù)目和長(zhǎng)度增加，根冠比增大，這有利于根系吸取土壤深層的水分并提高利用率，保持體內(nèi)水分平衡［5］。

內(nèi)源激素是植物新陳代謝的調(diào)控者，干旱脅迫下，植物體內(nèi)激素的形成、比值及運(yùn)輸?shù)劝l(fā)生了相應(yīng)的變化，這些變化將直接影響植物生長(zhǎng)與代謝［6］。且內(nèi)源激素和植物的應(yīng)激反應(yīng)與形態(tài)學(xué)的適應(yīng)性變化關(guān)系相關(guān)。陳曉娜等［7］、張海燕等［8］研究表明，干旱脅迫下，葉片赤霉素（gibberellin A，GA）、吲哚乙酸（indole acetic acid，IAA）和玉米素核苷（zeatin riboside，ZR）含量下降，脫落酸（abscisic acid，ABA）含量增加導(dǎo)致葉片和莖生長(zhǎng)減弱，使細(xì)胞代謝緩慢，從而減少水分過(guò)度消耗。王金強(qiáng)等［9］則研究表示ZR 通過(guò)直接控制根系分生組織的分化速度來(lái)影響根系的平均直徑和根體積，ABA 通過(guò)影響IAA 的運(yùn)輸和信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)影響根的形成和分化，ZR 的下降和ABA 的增加導(dǎo)致甘薯（Dioscorea esculenta）根平均直徑和總體積下降。另外干旱脅迫可誘導(dǎo)根中IAA/ABA 和ZR/ABA 降低，導(dǎo)致根系長(zhǎng)度和體積減小，進(jìn)而抑制根系的發(fā)育。Xu 等［10］研究也表明，干旱脅迫下積累在水稻（Oryza sativa）根尖的ABA 會(huì)調(diào)控生長(zhǎng)素在根尖的運(yùn)輸，進(jìn)而維持或促進(jìn)主根的伸長(zhǎng)。而番茄（Lycopersicon esculentum）根中獨(dú)腳金內(nèi)酯（strigolactone，SL）的合成降低可作為其地上和地下系統(tǒng)交通信號(hào)，導(dǎo)致地上部對(duì)ABA 敏感性增強(qiáng)，從而使氣孔更快地關(guān)閉［11］。

目前，針對(duì)植物形態(tài)特征、內(nèi)源激素水平響應(yīng)干旱脅迫的研究較多［12-13］，而對(duì)干旱下狗牙根（Cynodon dactylon）地上地下形態(tài)特征、內(nèi)源激素協(xié)同適應(yīng)的研究還較少，因此，本研究以不同抗旱性的狗牙根為材料，開(kāi)展地上地下表型特征與內(nèi)源激素響應(yīng)干旱研究，旨在探討干旱脅迫下不同抗旱性狗牙根形態(tài)特征、內(nèi)源激素響應(yīng)干旱的差異，挖掘狗牙根響應(yīng)干旱的關(guān)鍵形態(tài)特征及內(nèi)源激素，豐富狗牙根抗旱理論以及為生產(chǎn)實(shí)踐中利用外源激素調(diào)控其抗旱性提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以本課題組前期研究［14］篩選出的2 份抗旱和2 份敏旱狗牙根為供試材料、育成品種Tifway 為對(duì)照。采用單株擴(kuò)繁，每周進(jìn)行修剪，留茬高度4 cm，每周施等量尿素、除雜草等養(yǎng)護(hù)管理，促進(jìn)其不斷分蘗、擴(kuò)繁，形成試驗(yàn)原始材料（表1）。

表1 供試材料基因型及相關(guān)信息Table 1 Genotype and related information of test materials

1.2 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

從原始試驗(yàn)群體中移取直徑5 cm 的草坪塞栽植至PVC 管（直徑10 cm，深40 cm）中，地下保留5 cm 根系層，每個(gè)種質(zhì)移栽16 根PVC 管，管內(nèi)裝入花土、蛭石和過(guò)2 mm 篩沙子的混合物（體積比=2∶1∶1），每管裝土5.8 kg，進(jìn)行育苗，混合土壤有機(jī)質(zhì)含量為71.86 mg·kg-1，堿解氮含量為191.73 mg·kg-1，速效磷含量為10.54 mg·kg-1，速效鉀含量為184.87 mg·kg-1，適應(yīng)生長(zhǎng)30 d 后開(kāi)始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。

1.3 干旱處理

2021年8 月15 日在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院室外試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)處理，即正常灌溉（土壤相對(duì)含水量為田間持水量的75%～80%，CK）、中度干旱脅迫（土壤相對(duì)含水量為田間持水量的45%～50%，MD）及重度干旱脅迫（土壤相對(duì)含水量為田間持水量的20%～30%，SD），每個(gè)水平3 次重復(fù)。對(duì)每管進(jìn)行充分灌溉使其達(dá)到田間飽和持水量，使管內(nèi)水分自然蒸散，待達(dá)到設(shè)定水分梯度時(shí)，每天稱重補(bǔ)充損失的水分，使土壤含水量控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。待重度干旱處理達(dá)到其設(shè)定值后，維持10 d 后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

體積土壤含水量（volume water content，VWC）采用MP508 土壤水分傳感器測(cè)定，參考黃昌勇［15］的方法，利用土壤含水量（soil water content，SWC）與VWC 的擬合方程進(jìn)行SWC 的計(jì)算。相對(duì)電導(dǎo)率（relative conductivity，REC）采用電導(dǎo)法［16］測(cè)定，相對(duì)含水量（relative water content，RWC）采用飽和稱重法［16］測(cè)定，葉長(zhǎng)（leaf length）、葉寬（leaf width）、葉面積（leaf area）采用智能葉面積測(cè)量?jī)x（YMJ-CH，浙江），對(duì)狗牙根植株頂部向下第一片成熟完全展開(kāi)葉進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)6 次。采用根系掃描儀（中晶MICROTEK Scan Maker i800plus，杭州）對(duì)供試狗牙根根部特征（總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根平均直徑）進(jìn)行掃描，重復(fù)3 次。根系干重采用烘干法測(cè)定。最長(zhǎng)根長(zhǎng)采用精度為1 mm 的卷尺測(cè)量。根系活力（root activity）采用三苯基氯化四氮唑（triphenyte-trazoliumchloride，TTC）法［16］進(jìn)行測(cè)定。選取本試驗(yàn)中抗旱差異較大的兩份材料（抗旱C138、敏旱C32）進(jìn)行ABA、IAA、ZR、GA3、油菜素內(nèi)酯（brassinolide，Br）含量測(cè)定，參照中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)酶聯(lián)免疫試劑盒方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用SPSS 26.0 軟件One-way ANOVA 進(jìn)行不同干旱處理間及不同材料間指標(biāo)的差異性分析，顯著性水平的判斷依據(jù)為P＜0.05。利用Pearson 法分析各測(cè)定指標(biāo)間的相關(guān)性，采用Origin 2018 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根相對(duì)含水量的影響

隨著干旱脅迫加劇，供試材料葉片相對(duì)含水量呈顯著降低趨勢(shì)（P＜0.05）。正常灌溉各種質(zhì)間無(wú)顯著差異，為90.49%～92.65%；中度脅迫時(shí)，C32表現(xiàn)出相對(duì)較低的葉片相對(duì)含水量（54.64%，圖1），其余材料則無(wú)顯著差異；重度脅迫下，各材料的葉片相對(duì)含水量下降至21.19%～37.73%，且Tifway、C138的葉片相對(duì)含水量顯著高于其他材料31.04%～78.03%。

圖1 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根相對(duì)含水量的影響Fig.1 Effects of drought stress on relative water content between leaf and root of C. dactylon不同小寫(xiě)字母表示相同處理不同材料間差異顯著（P＜0.05），不同大寫(xiě)字母表示相同材料不同處理間差異顯著（P＜0.05）。CK：正常灌溉；MD：中度干旱脅迫；SD：重度干旱脅迫。下同。 Different lowercase letters indicate significant differences among different materials under the same treatment（P＜0.05），and different capital letters indicate significant differences among different treatments of the same material（P＜0.05）. CK：Normal irrigation；MD：Moderate drought stress；SD：Severe drought stress.The same below.

較于葉片相對(duì)含水量，各材料的根系相對(duì)含水量在正常灌溉下相對(duì)較低，為83.95%～87.34%，且各材料間無(wú)顯著差異；中度脅迫時(shí)各材料的根系相對(duì)含水量為57.15%～64.96%，C32的根系相對(duì)含水量低于其他材料；而至重度脅迫時(shí)，各材料的根系相對(duì)含水量降至27.80%～35.45%，且各材料較C32高12.33%～27.54%。

2.2 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根相對(duì)電導(dǎo)率的影響

隨著干旱脅迫程度加深，各材料的葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著升高（圖2）。正常灌溉下各材料間無(wú)顯著差異，為8.19%～10.49%，而至中度脅迫各材料葉片相對(duì)電導(dǎo)率較CK 上升170.70%～247.00%，其中C32、C10顯著高于其他材料；重度脅迫下各材料的葉片相對(duì)電導(dǎo)率升至峰值，為41.64%～65.92%，較中度脅迫各材料上升了57.29%～90.09%，且C32＞C10＞C118＞Tifway＞C138。

圖2 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.2 Effects of drought stress on relative electrical conductivity between leaf and root of C. dactylon

各材料的根系相對(duì)電導(dǎo)率在干旱處理下變化與葉片類似。正常灌溉下各材料間無(wú)顯著差異，但高于葉片相對(duì)電導(dǎo)率，為14.10%～17.76%；中度脅迫下各材料的根系相對(duì)電導(dǎo)率較CK 上升了120.21%～194.28%，且C32顯著高于其余材料；重度脅迫下，各材料的根系相對(duì)電導(dǎo)率上升至49.10%～68.37%，達(dá)到峰值，C32、C10顯著高于其余材料15.95%～39.25%。

2.3 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉部形態(tài)指標(biāo)的影響

各供試狗牙根的葉長(zhǎng)在不同處理下存在顯著差異（P＜0.05），并且隨干旱加劇，各材料葉長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)（圖3）。正常灌溉下各種質(zhì)的葉長(zhǎng)最長(zhǎng)，為76.94～146.66 mm，其中C138的葉長(zhǎng)顯著大于其余材料24.60%～90.61%；中度脅迫下，各材料的葉長(zhǎng)較CK 降低7.58%～30.61%；重度脅迫下各材料葉長(zhǎng)降至最低為48.37～112.11 mm，較中度脅迫降低8.07%～27.32%。

圖3 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積的影響Fig.3 Effects of drought stress on leaf length，leaf width and leaf area of C. dactylon

各供試材料葉寬在干旱脅迫下呈下降趨勢(shì)。在正常水分下僅Tifway 的葉寬（3.20 mm）顯著低于其他材料（P＜0.05）；中度脅迫下各材料的葉寬下降5.55%～21.86%，而至重度脅迫下各材料葉寬較CK 降低6.29%～44.86%。脅迫期間，除Tifway 顯著降低外，其余材料葉寬降低不顯著。另外除C32外，其余材料中度脅迫葉寬降低幅度明顯大于重度脅迫。

干旱脅迫使各材料的葉面積降低。正常水分下，各材料的葉面積存在顯著差異（P＜0.05），為131.72～555.58 mm2，C138的葉面積比其他材料大49.62%～321.80%；中度脅迫下各材料的葉面積較CK 降低了2.82%～36.56%；重度脅迫下各材料的葉面積降至最低，為111.19～327.47 mm2，C138的葉面積始終保持最大。

2.4 干旱脅迫對(duì)狗牙根根系形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2 可知，各供試材料的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根干重均隨干旱加劇呈增加趨勢(shì)，根平均直徑則呈降低趨勢(shì)，根系活力呈先升后降趨勢(shì)。較正常灌溉，中度干旱時(shí)各材料的總根長(zhǎng)增加了6.77%～99.22%；根表面積增加了2.34%～82.78%；根體積增加了6.12%～47.74%；最長(zhǎng)根長(zhǎng)增加了6.92%～25.14%；根干重增加了6.97%～99.71%；根系活力上升了49.73%～72.14%，根平均直徑降低了2.82%～7.35%。重度干旱時(shí)，各材料總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根干重較中度干旱上升了3.75%～9.01%、5.50%～13.05%、1.28%～17.70%、4.29%～14.98%、3.46%～23.07%；根平均直徑、根系活力則下降了1.83%～8.29%、27.92%～136.69%。此外，各處理下，C138與Tifway 的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根干重、根平均直徑、根系活力均表現(xiàn)優(yōu)秀，且大于敏旱材料C10、C32，而C118則居中，表明抗旱材料本身就具有發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)，在干旱下可通過(guò)延長(zhǎng)根系深度、廣度、活力，進(jìn)一步加強(qiáng)水分吸收能力，從而減少植物受干旱脅迫危害（圖4）。

圖4 干旱脅迫下各供試狗牙根根部形態(tài)Fig.4 Root morphology of C. dactylon tested under drought stress

表2 干旱脅迫對(duì)各狗牙根根系指標(biāo)的影響Table 2 Effects of drought stress on root indexes of C.dactylon

2.5 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉及根中脫落酸含量的影響

兩份材料在干旱脅迫下葉片ABA 變化趨勢(shì)并不一致（圖5），C32表現(xiàn)出持續(xù)顯著增加，其葉片ABA 含量在中、重度脅迫較對(duì)照分別增加了39.55%、62.63%，而C138則表現(xiàn)出無(wú)顯著性變化。正常灌溉下，C138葉片ABA 含量顯著大于C32；中、重度脅迫時(shí)C32顯著高于C138。

圖5 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根中脫落酸含量的影響Fig.5 Effects of drought stress on abscisic acid content in leaf and root of C. dactylon

相較于葉片，供試材料的根系A(chǔ)BA 含量總體較高。干旱脅迫下2 份材料根系A(chǔ)BA 含量均隨干旱加劇呈逐漸增加趨勢(shì)?？购挡牧螩138的根系A(chǔ)BA 含量在正常灌溉下較敏旱材料C32顯著增加12.19%（P＜0.05）；而至中度脅迫時(shí)，2 份材料間無(wú)顯著差異（P＞0.05），分別為143.85 和146.55 ng·g-1DW，且較CK 增加了22.69%和7.38%；重度脅迫下，2 份材料根系A(chǔ)BA 含量升至峰值，C32（192.39 ng·g-1DW）顯 著 高 于C138（181.84 ng·g-1DW）。

2.6 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉及根中吲哚乙酸含量的影響

C32葉片中IAA 含量隨干旱加劇無(wú)顯著變化，而C138表現(xiàn)為先降后增。且不同處理下均表現(xiàn)出C32葉片IAA 含量顯著（P＜0.05）低于C138（圖6）。

圖6 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根中吲哚乙酸含量的影響Fig.6 Effects of drought stress on the content of indole acetic acid in leaf and root of C. dactylon

對(duì)于根系而言，隨干旱加劇，2 份材料IAA 含量均呈先降后增，且重度干旱下C138根系IAA 含量顯著高于C32（P＜0.05），其余處理間無(wú)顯著差異。

2.7 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉及根中玉米素核苷含量的影響

C32葉片ZR 含量隨干旱加劇無(wú)顯著變化，而C138呈先降后增。總體表現(xiàn)為C138葉片ZR 含量在正常灌溉及重度干旱下均顯著高于C32（圖7）。

圖7 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根中玉米素核苷含量的影響Fig.7 Effects of drought stress on the content of zeatin riboside in leaf and root of C. dactylon

根系ZR 含量隨干旱加劇基本呈先升后降趨勢(shì)。較之CK，中度脅迫時(shí)兩份材料根系ZR 含量上升了1.56%、9.97%；重度脅迫時(shí)，兩份材料的ZR 含量較中度脅迫下降了16.06%、24.66%。正常灌溉下兩份材料根系ZR 含量無(wú)顯著差異；中、重度脅迫下，C138的根系ZR 含量較C32分別顯著增加16.71%、8.66%。

2.8 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉及根中赤霉素含量的影響

兩份材料葉片GA3含量隨干旱脅迫加劇變化不同，C32為基本不變，而C138則表現(xiàn)為重度脅迫下顯著上升（圖8）。正常灌溉下兩份材料間無(wú)顯著差異；中度脅迫時(shí)，C32的葉片GA3含量達(dá)到峰值且較C138顯著增加22.35%；重度脅迫下，C138的葉片GA3含量達(dá)到峰值且較C32顯著增加10.31%。

圖8 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根中赤霉素含量的影響Fig.8 Effects of drought stress on the content of gibberellin in leaf and root of C. dactylon

對(duì)于根系而言，C32的GA3含量隨干旱加劇無(wú)顯著變化，而C138則表現(xiàn)出先降后升趨勢(shì)。正常灌溉下，C138根系GA3含量較C32顯著增加9.89%，中度脅迫時(shí)，兩份材料無(wú)顯著差異；重度脅迫下，C32根系GA3含量降至最低，為2.36 ng·g-1DW，而C138則升至峰值，為3.32 ng·g-1DW。

2.9 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉及根中油菜素內(nèi)酯含量的影響

隨干旱加劇，C32葉片Br 含量表現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，而C138則是先降后升（圖9）。正常灌溉及中度脅迫時(shí)，C32葉片Br 含量較C138分別顯著增加20.61%、28.48%，而重度脅迫時(shí)兩份材料間無(wú)顯著差異。

圖9 干旱脅迫對(duì)狗牙根葉與根中油菜素內(nèi)酯含量的影響Fig.9 Effects of drought stress on the content of brassinolide in leaf and root of C. dactylon

相較于葉片，根系Br 含量總體較低，且兩份材料Br 含量均隨干旱加劇呈下降趨勢(shì)。正常灌溉和中度脅迫時(shí)兩份材料間無(wú)顯著差異；重度脅迫時(shí)2 份材料Br 含量均降至最低值，但C138較C32仍顯著增加20.82%。

2.1 0 干旱脅迫下狗牙根葉及根中內(nèi)源激素比例間的關(guān)系變化

由表3 可以看出，兩份材料葉片的IAA/ABA 隨干旱加劇呈降低趨勢(shì)。正常灌溉時(shí)C32顯著大于C138；而中、重度脅迫下C138均顯著高于C32，表明C32葉片干旱下IAA/ABA 降幅更大。就根系而言，兩份材料的IAA/ABA 呈先降后升，正常灌溉時(shí)C32較C138高14.52%，但中度干旱下C138根系IAA/ABA 較CK 下降了13.90%，重度干旱時(shí)上升5.51%，而C32表現(xiàn)為中度脅迫較CK 下降45.59%及重度脅迫上升了4.58%，致使干旱下C138根系IAA/ABA也顯著大于C32?？傮w表現(xiàn)為干旱下C138葉片、根系IAA/ABA 顯著高于C32。

表3 干旱脅迫下不同抗旱性狗牙根葉與根中內(nèi)源激素比例變化Table 3 Changes of endogenous hormone ratio in leaf and root of C. dactylon with different drought resistance under drought stress

C32葉、根GA3/ABA、ZR/ABA、Br/ABA 均隨干旱加劇而降低，且根系降幅更大，C138葉的GA3/ABA 值呈先降3.02%后增19.48%，根系則降低12.44%、5.46%。另外干旱處理下C32的根GA3/ABA 均顯著小于C138。C138葉的ZR/ABA 在干旱下呈先降17.95%后增16.68%，SD 與CK 間無(wú)顯著差異。另外C138根的ZR/ABA 值呈先增后減趨勢(shì)，在中、重度處理下比值均顯著大于C32。對(duì)于C138葉、根Br/ABA 來(lái)講，干旱處理同樣降低了其比值，但降幅均顯著小于C32，SD 時(shí)其葉、根的比值也顯著大于C32。就GA3/IAA 來(lái)說(shuō)，C32葉、根表現(xiàn)為先升后降，且根系在SD 時(shí)降幅更大，為53.55%，而C138葉比值為一直上升，CK 及MD 時(shí)比值盡管均顯著小于C32，但在SD 時(shí)增加28.39%，且與C32無(wú)顯著差異。C138根系比值呈下降趨勢(shì)，但波動(dòng)較小，處理間均無(wú)顯著差異，SD 時(shí)顯著大于C32。

對(duì)于ZR/IAA，葉的變化波動(dòng)均小于根系，C32葉表現(xiàn)為上升，而C138葉為先降后升，兩者根均表現(xiàn)為先升后降；兩者葉的比值在各個(gè)時(shí)期均無(wú)顯著差異，但根系表現(xiàn)出CK 及MD 時(shí)C138顯著大于C32，SD 時(shí)無(wú)顯著差異。

2.1 1 干旱脅迫下狗牙根葉及根形態(tài)指標(biāo)與內(nèi)源激素及其比例間的相關(guān)性分析

由表4 可知，葉長(zhǎng)、葉面積與IAA、IAA/ABA 顯著正相關(guān)，而與GA3/IAA 顯著負(fù)相關(guān)，另外葉面積還與GA3、Br 顯著負(fù)相關(guān)，葉寬則僅與Br 顯著正相關(guān)。

表4 干旱脅迫下狗牙根葉及根形態(tài)指標(biāo)與內(nèi)源激素及其比例間的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between morphological indexes of C. dactylon leaf and root and endogenous hormones and their proportion under drought stress

對(duì)根系形態(tài)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，IAA 與根系指標(biāo)均無(wú)顯著關(guān)系，總根長(zhǎng)、根表面積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)與ABA 顯著正相關(guān)，除了總根長(zhǎng)、根表面積，GA3均與其他根系指標(biāo)顯著正相關(guān)，ZR 與根平均直徑、根系活力顯著正相關(guān)，Br 僅與根平均直徑顯著正相關(guān)，IAA/ABA 與根表面積、總根長(zhǎng)顯著負(fù)相關(guān)，GA3/ABA 僅與根平均直徑顯著正相關(guān)，ZR/ABA 與最長(zhǎng)根長(zhǎng)顯著負(fù)相關(guān)，與根平均直徑顯著正相關(guān)；Br/ABA 與總根長(zhǎng)、根表面積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)顯著負(fù)相關(guān)，與根平均直徑顯著正相關(guān)；GA3/IAA 與根平均直徑、根系活力顯著正相關(guān)；ZR/IAA 僅與根系活力顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 干旱脅迫對(duì)狗牙根形態(tài)建成的影響

植物可以通過(guò)改變其形態(tài)特征和功能器官對(duì)環(huán)境脅迫做出應(yīng)答，這種行為通常被定義為表型可塑性［17］，植物可塑性越強(qiáng)，對(duì)逆境的適應(yīng)能力也越強(qiáng)［18］。而植物主要通過(guò)葉片進(jìn)行水分散失，因此，水分虧缺對(duì)葉片威脅最大［19］，同時(shí)，對(duì)干旱脅迫響應(yīng)最直觀的體現(xiàn)就是葉片外部形態(tài)特征。曹林青等［20］研究認(rèn)為隨著干旱脅迫程度的增加，油茶（Camellia oleifera）葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積變小，原因可能是干旱脅迫使之水分代謝受到影響，水分虧缺影響葉片細(xì)胞正常的生長(zhǎng)和分裂，從而導(dǎo)致葉片生長(zhǎng)受阻。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果相同，表現(xiàn)為不同抗旱性的狗牙根在干旱脅迫下其葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積呈不同程度下降，這是狗牙根為降低蒸騰速率，防止水分散失，更好地適應(yīng)逆境而在形態(tài)上表現(xiàn)出來(lái)的反應(yīng)。另外本研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下Tifway 的葉寬無(wú)論在MD（21.86%）或是SD（18.88%）時(shí)均下降最多，這可能是其具有很強(qiáng)的表型可塑性的一種表現(xiàn)，李永華等［21］的研究也表示葉寬快速變化可降低植物總體水分損失量，還能增強(qiáng)植物葉片在低蒸騰水平下的降溫能力。本研究還發(fā)現(xiàn)各供試狗牙根在MD 時(shí)葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積的降幅均大于SD，表明狗牙根在受到中等脅迫時(shí)，仍具有主動(dòng)降低其葉面積，減少水分散失以提高水分利用率的能力，但在SD 時(shí)，其可能已經(jīng)失去了主動(dòng)權(quán)。Becklin 等［22］也表示一般在干旱脅迫發(fā)生時(shí)，植物葉片會(huì)首先通過(guò)改變形態(tài)特征去保持水分，尤其是在中度干旱脅迫下。張懷山等［23］研究表明，在旱作條件下不同苜蓿（Medicago sativa）品種的抗旱性與其葉面積大小有直接關(guān)系，葉面積越大其抗旱性越強(qiáng)。本研究結(jié)果與之相類似，抗旱材料C118、C138的葉面積均顯著大于敏旱材料C10及C32。另外盡管Tifway 的葉面積最小，但其具有比較發(fā)達(dá)的地下根系系統(tǒng)使得其抗旱性與葉面積關(guān)聯(lián)不大。

植物受到干旱脅迫時(shí)，根系首先感受脅迫并發(fā)出信號(hào)，使整個(gè)植株對(duì)干旱做出相應(yīng)響應(yīng)。當(dāng)脅迫加劇或脅迫時(shí)間持續(xù)時(shí)，植物根系的形態(tài)特征和生理特性將產(chǎn)生變化以適應(yīng)并緩解干旱，直至發(fā)生不可逆的死亡［24］。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下各供試狗牙根的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根干重均隨干旱程度加劇呈增加趨勢(shì)，這表明干旱下狗牙根的根系可塑性更強(qiáng)，而葉片可塑性相對(duì)較弱，說(shuō)明土壤水分降低刺激了狗牙根的根系發(fā)育，并且隨著干旱加劇，生物量分配朝著增加根系分配、減小葉片分配的方向進(jìn)行，這與根、葉形態(tài)特征的非對(duì)稱響應(yīng)有關(guān)［12］。黃海霞等［25］的研究也表明隨著土壤水分的減少，植物會(huì)減少對(duì)非主要功能器官的干物質(zhì)供給，提高對(duì)根系生物量的分配比例來(lái)增強(qiáng)對(duì)水分的競(jìng)爭(zhēng)力。另外本研究發(fā)現(xiàn)根系平均直徑隨干旱加劇而下降，這可能是在干旱環(huán)境中，狗牙根得不到充足的水資源，光合作用被抑制，僅能獲得有限的光合產(chǎn)物，且伸長(zhǎng)需求大于增粗需求，故其根系直徑減小，將有限的資源用于根系的分化生長(zhǎng)，來(lái)提高對(duì)土壤資源的有效利用，以應(yīng)對(duì)干旱。這與Jongrungklang 等［26］的研究結(jié)果一致。根系活力的大小反映根系吸收水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)能力的強(qiáng)弱，水分脅迫時(shí)會(huì)影響根系的吸收能力［27］。本研究結(jié)果表明，中度干旱刺激了狗牙根根系活力增加，但在重度干旱時(shí)下降，這與王智威等［28］的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)橹参锔祵?duì)干旱脅迫的忍耐能力是有限的，超過(guò)這個(gè)限度后就會(huì)對(duì)根系造成傷害［29］。另外，本研究發(fā)現(xiàn)抗旱、敏旱狗牙根地上地下表型特征對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)策略相似，均是以減少地上部生長(zhǎng)，將更多的水分、營(yíng)養(yǎng)分配給根系的生存策略。張翠梅等［30］的研究表明，不同抗旱性苜蓿品種響應(yīng)策略具有階段性和側(cè)重點(diǎn)。本研究表明在干旱處理的各個(gè)時(shí)期，抗旱材料尤其是C138表現(xiàn)出更發(fā)達(dá)的根系特征，表明抗旱性越強(qiáng)，越離不開(kāi)發(fā)達(dá)的根系形態(tài)結(jié)構(gòu)。而敏旱材料C32盡管在處理各個(gè)時(shí)期根系指標(biāo)值均相對(duì)較低，但其隨干旱脅迫加劇，根系指標(biāo)增量程度表現(xiàn)為最大，這可能是由于正常灌溉時(shí)，本身根系就不發(fā)達(dá)的C32可以得到充裕的水分，不用伸長(zhǎng)根系去吸水，而干旱脅迫使表層土壤水分虧缺，導(dǎo)致根系不能滿足水分需求，而在較濕潤(rùn)的深層土壤內(nèi)根系生長(zhǎng)速率會(huì)明顯加快。

3.2 干旱脅迫對(duì)狗牙根內(nèi)源激素的影響

植物內(nèi)源激素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，在受到干旱脅迫時(shí)，通過(guò)調(diào)控內(nèi)源激素合成、運(yùn)輸及信號(hào)控制產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，成為植物對(duì)干旱脅迫最為敏感的生理活性物質(zhì)［31］。脫落酸（ABA）是一種脅迫激素，主要由根系產(chǎn)生，其生理作用主要是抑制生長(zhǎng)，促進(jìn)氣孔關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)植物對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)［13］。本研究結(jié)果表明干旱脅迫增加了供試狗牙根葉片、根系A(chǔ)BA 含量，且敏旱材料C32的葉片、根系A(chǔ)BA 含量在干旱脅迫下尤其是重度脅迫時(shí)均顯著高于抗旱材料C138，其原因可能是ABA 起初是作為信號(hào)分子，誘導(dǎo)和啟動(dòng)狗牙根對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，而其后期效應(yīng)（重度脅迫）則以促進(jìn)機(jī)體衰老、脫落和抑制生長(zhǎng)為主，導(dǎo)致其重度脅迫對(duì)C32生長(zhǎng)抑制更強(qiáng)。另外，根系A(chǔ)BA 含量高于葉片，這是因?yàn)锳BA 主要產(chǎn)生于根系。IAA 作為調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)類內(nèi)源激素，在干旱脅迫下，其含量變化在不同植物中較為復(fù)雜［13］，草地早熟禾（Poa pratensis）IAA 含量在干旱初期升高，隨著干旱程度增加而下降［32］，對(duì)于棉花（Gossypium）來(lái)說(shuō)，干旱程度的增加促進(jìn)了IAA 含量的積累［33］，Man 等［34］則研究表示，干旱脅迫降低了高羊茅（Festuca elata）的IAA 含量。本研究結(jié)果顯示，干旱脅迫下狗牙根葉片IAA含量無(wú)顯著變化（C32）或輕微降低（C138），而根系IAA 含量呈增加趨勢(shì)，表明狗牙根在干旱下通過(guò)提高根系IAA 含量促進(jìn)根系生長(zhǎng)，且抗旱材料通過(guò)降低葉片生長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)干旱。對(duì)于ZR 含量而言，各處理下C32的葉片ZR 含量無(wú)顯著變化，C138則在MD 顯著下降，SD 又上升到與CK 無(wú)顯著差異；而兩份狗牙根根系ZR 含量總體呈先增后降趨勢(shì)，但中、重度脅迫下C138含量顯著高于C32，這與敖紅等［35］的研究結(jié)果一致，表明由于根系受到脅迫，使得根系ZR合成減少，且C138在干旱下具有更強(qiáng)的細(xì)胞分裂能力，促進(jìn)根系繼續(xù)生長(zhǎng)。GA3在促進(jìn)植株的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)、葉片分化等方面具有重要作用，但其在干旱下含量變化不一。Christine 等［36］研究發(fā)現(xiàn)干旱能引起GA3含量降低，滿達(dá)等［37］則研究表示干旱脅迫下差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）的GA3含量顯著增加。本研究結(jié)果表明C32葉片GA3含量呈先增后減，根系GA3含量下降，而C138葉、根均呈先降后增趨勢(shì)，且在SD 時(shí)C138葉、根GA3含量均顯著大于C32。這表明，在重度缺水條件下，C32由于受害較重，葉片生長(zhǎng)抑制顯著，而C138因水分含量更高而還能維持一定的葉片生長(zhǎng)能力。Br 屬甾醇類植物激素，是被公認(rèn)的活性強(qiáng)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)類物質(zhì)，在很低的濃度下就對(duì)植物表現(xiàn)出很強(qiáng)的生理生化效應(yīng)［38］，并且Br 能夠促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)與分裂，提高植物的光合作用，增強(qiáng)抗旱性［39］。本研究結(jié)果顯示，干旱脅迫降低了C32的葉、根Br 含量，且在SD 時(shí)下降尤為明顯，而C138根系Br 含量盡管也呈下降趨勢(shì)，但SD 時(shí)較C32顯著增加20.82%，葉片Br 含量盡管在CK、MD 時(shí)顯著低于C32，但在SD 上升，致使與C32葉片含量無(wú)差異。對(duì)C32來(lái)講，干旱脅迫嚴(yán)重?fù)p傷了其機(jī)體，導(dǎo)致葉、根Br 含量嚴(yán)重下降，選擇用降低光合作用、抑制生長(zhǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)干旱，而C138在干旱下受害相對(duì)較輕，根系含量下降較少，且在SD 時(shí)激發(fā)了其葉片Br 含量增加，來(lái)提高光合速率，促進(jìn)根系伸長(zhǎng)、分化，加強(qiáng)水分吸收以抵御干旱。

另外，Lenoble 等［40］研究表明，植物受到干旱脅迫時(shí)，隨著內(nèi)源激素含量變化，內(nèi)源激素間的比例也隨之發(fā)生變化，即內(nèi)源激素平衡被打破，并通過(guò)復(fù)雜的方式來(lái)應(yīng)對(duì)干旱逆境。張世英等［41］研究顯示中華金葉榆（Ulmus pumila）在干旱脅迫下較CK，其ZR/ABA、GA/ABA、IAA/ABA 逐漸降低，且降幅較大，表明中華金葉榆主要通過(guò)抑制自身生長(zhǎng)發(fā)育來(lái)降低干旱脅迫傷害。本試驗(yàn)結(jié)果表明干旱脅迫下C32的葉、根ZR/ABA、GA3/ABA、IAA/ABA、Br/ABA 均逐漸降低，這與宋吉軒等［42］的研究結(jié)果一致。而C138的葉、根此類比值變化不一，有的降低，但降低的相對(duì)較少，有的先降低后增高，有的在干旱梯度下無(wú)顯著變化。這表明隨著干旱程度增加，C32通過(guò)增加葉、根中的ABA 含量去促進(jìn)氣孔關(guān)閉，減少蒸發(fā)，改變IAA、GA3含量促進(jìn)地下部生長(zhǎng)，抑制地上部生長(zhǎng)，同時(shí)減少ZR 含量使得細(xì)胞分裂素向地上部分輸送受阻，也會(huì)抑制地上部生長(zhǎng)，另外降低Br 含量去抑制細(xì)胞分裂，降低光合作用，從而達(dá)到增強(qiáng)抗旱性的目的，所以這就導(dǎo)致此類比值逐漸降低，同時(shí)也表明C32在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)主要采用抑制自身生長(zhǎng)發(fā)育來(lái)盡可能地降低干旱傷害。而C138的此類比值受干旱影響較小，甚至在SD 時(shí)葉片GA3/ABA、ZR/ABA 顯著上升，表明重度干旱下其仍能通過(guò)增加GA3、ZR 含量來(lái)維持一定的地下地上生長(zhǎng)及細(xì)胞分裂。另外，C138在MD，尤其是SD 時(shí)此類比值均顯著大于C32，表明抗旱性強(qiáng)的狗牙根此類內(nèi)源激素的比值相對(duì)較高。這與袁婭娟等［43］的研究結(jié)果相似，即IAA/ABA 降低越多越不利于根系生長(zhǎng)發(fā)育、ZR/ABA 降低越多越不利于分蘗成活。

3.3 干旱脅迫下狗牙根表型特征與內(nèi)源激素的關(guān)系

植物內(nèi)源激素不僅能通過(guò)調(diào)節(jié)自身含量調(diào)控植物發(fā)育，同時(shí)也能通過(guò)不同激素間的比例平衡來(lái)影響植物的形態(tài)建成［44］。本研究結(jié)果顯示，干旱下IAA、IAA/ABA 與葉長(zhǎng)、葉面積密切相關(guān)，這與前人研究結(jié)果相似［45］。ABA 與總根長(zhǎng)、根表面積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)有顯著正相關(guān)關(guān)系，這是由于ABA 主要是由根部產(chǎn)生，其生理作用不光是促進(jìn)植物休眠、抑制生長(zhǎng)，并且還起到促進(jìn)氣孔關(guān)閉和促進(jìn)根系水分吸收的作用［46］。除總根長(zhǎng)、根表面積外，GA3與其他根系指標(biāo)均有顯著正相關(guān)關(guān)系，表明干旱下根系加速分化，增強(qiáng)了吸水能力。陳曉娜等［7］研究也表明白刺（Nitraria tangutorum）根系體積與GA3呈顯著正相關(guān)，而GA3與根表面積無(wú)顯著關(guān)系。ZR 與根平均直徑、根系活性顯著正相關(guān)，SD 時(shí)，ZR 含量降低是導(dǎo)致根平均直徑、根系活性減少的原因之一，這與王金強(qiáng)等［9］的研究結(jié)果相一致。Br 與葉寬、根平均直徑顯著正相關(guān)，這表明Br 不光有促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)與分裂的作用，還很可能在狗牙根葉、根橫向發(fā)育方面起著重要作用。IAA/ABA 與葉長(zhǎng)、葉面積顯著正相關(guān)，而與總根長(zhǎng)、根表面積顯著負(fù)相關(guān)，GA3/IAA 與葉長(zhǎng)、葉面積顯著負(fù)相關(guān)，而與根平均直徑、根系活力顯著正相關(guān)，這均從側(cè)面表明了狗牙根葉、根在干旱脅迫下選擇了相反的生存策略，即促進(jìn)地下部生長(zhǎng)，抑制地上部生長(zhǎng)。GA3/ABA、ZR/ABA、Br/ABA 均與根平均直徑顯著正相關(guān)，ZR/IAA 僅與根系活力顯著正相關(guān)，這是由于這些促進(jìn)類激素與之存在密切的關(guān)系導(dǎo)致。

4 結(jié)論

1）干旱脅迫降低了供試狗牙根的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、根平均直徑，促進(jìn)了根部生長(zhǎng)發(fā)育?？购敌詮?qiáng)的狗牙根表現(xiàn)出相對(duì)較大的葉面積、更發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)，吸水能力更強(qiáng)，適應(yīng)干旱能力也越強(qiáng)。

2）干旱脅迫促進(jìn)了狗牙根葉、根抑制類激素ABA 含量，降低了促進(jìn)類激素IAA、GA3、ZR、Br 含量，抗旱材料在干旱下表現(xiàn)出相對(duì)較低的ABA 增量，以及相對(duì)較低的促進(jìn)類激素減量，另外抗旱狗牙根具有相對(duì)較高的ZR/ABA、GA3/ABA、IAA/ABA、Br/ABA，表明狗牙根可通過(guò)改變內(nèi)源激素間的比例來(lái)適應(yīng)干旱脅迫環(huán)境。

3）ABA 與總根長(zhǎng)、根表面積、最長(zhǎng)根長(zhǎng)顯著正相關(guān)，表明ABA 含量越高，根系越發(fā)達(dá)，Br 與葉寬、根平均直徑有顯著正相關(guān)，可能在調(diào)節(jié)狗牙根葉、根橫向發(fā)育方面起著重要作用，IAA/ABA、GA3/IAA 與葉長(zhǎng)、葉面積呈顯著正、負(fù)相關(guān)，而與總根長(zhǎng)、根表面積指標(biāo)呈負(fù)、正相關(guān)，表明了狗牙根葉、根在干旱脅迫下選擇了相反的生存策略。