干旱脅迫對(duì)4種觀賞草枯葉率及生理指標(biāo)的影響

李秀玲,劉 君,楊志民

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草坪研究與開(kāi)發(fā)工程技術(shù)中心,江蘇南京 210095；2.廣西藥用植物園,廣西南寧 530023）

觀賞草是我國(guó)園林界新興的新型景觀植物,因其自然樸實(shí)、觀賞價(jià)值高且耐旱、耐貧瘠、抗病蟲(chóng)害、養(yǎng)護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)而倍受推崇[1-2]。近年來(lái),觀賞草在我國(guó)各地的引種、推廣應(yīng)用研究越來(lái)越受到重視,先后開(kāi)展了國(guó)外優(yōu)良觀賞草種的引種、評(píng)價(jià)、篩選及推廣和本地草種選育工作[2-5]。當(dāng)前城市水資源嚴(yán)重匱乏,城市園林綠地用水與居民用水矛盾日益加重,因而專(zhuān)家學(xué)者提出了建設(shè)城市可持續(xù)旱景園林的構(gòu)想[6-7],以緩解城市綠地用水困難等問(wèn)題,同時(shí),具有美化綠化城市環(huán)境作用,為抗旱觀賞草提供了廣闊的應(yīng)用前景。然而,到目前為止,大部分文獻(xiàn)只是籠統(tǒng)地說(shuō)明觀賞草具有較強(qiáng)的耐旱性,而定量的實(shí)驗(yàn)研究則較少[8-10]。此外,觀賞草種類(lèi)繁多,待研究范圍較廣。因此,本研究對(duì)4種常見(jiàn)觀賞草在干旱脅迫下的形態(tài)和生理變化規(guī)律進(jìn)行了探討,并對(duì)其抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià),以建立一種快速、有效的觀賞草耐旱性評(píng)價(jià)體系,為觀賞草耐旱資源的篩選和園林應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試的4種多年生觀賞草均由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)芳華園藝中心提供,為分根容器苗,苗齡3個(gè)月。分別為禾本科的紅葉白茅（Imperata cylindrica‘Red Baron'）、花葉芒（Miscanthussinensis‘Variegatus'）、細(xì)莖針茅（Stipa tenuissima）和莎草科的金葉苔草（Carex oshimensis‘Evergold'）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2008年5月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓試驗(yàn)地進(jìn)行,采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),盆栽控水處理。將長(zhǎng)勢(shì)一致的觀賞草移栽至高20 cm、口徑24 cm的白色聚乙烯塑料花盆中,盆土按泥炭和園土體積比為1∶1進(jìn)行配置,土壤含有機(jī)質(zhì)1.610%,pH值為6.01。每盆1株,每種草各20盆,緩苗后待測(cè)。在南京自然氣候條件下遮雨栽培,保持與外界通風(fēng),8月開(kāi)始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。每個(gè)草種各設(shè)對(duì)照組10盆,處理組10盆。處理組以正常澆水后1 d作為干旱脅迫基點(diǎn),進(jìn)行干旱脅迫處理；對(duì)照組正常澆水管理。每4 d觀察記錄植株失水形態(tài),同時(shí),取功能葉測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo),3次重復(fù),取平均值。葉片取樣時(shí)間統(tǒng)一在8:00-8:30進(jìn)行,試驗(yàn)期間試驗(yàn)地溫度見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)地溫度

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

枯葉率:50%面積出現(xiàn)干枯癥狀的葉片數(shù)占總?cè)~片數(shù)的百分比[8]。

葉片相對(duì)含水量:采用組織烘干法[7],即稱(chēng)取葉片鮮質(zhì)量（Wf）,然后將葉片放入蒸餾水中浸泡24 h,取出擦干稱(chēng)取飽和質(zhì)量（Wt）,置烘箱中105℃下殺青15 min,然后于80℃下烘 48 h,稱(chēng)干質(zhì)量（Wd）。

質(zhì)膜透性:采用電導(dǎo)率儀法[11]。稱(chēng)取0.1 g葉片加20 mL去離子水,用抽氣泵抽氣直至葉片完全下沉,用DDS-12A型電導(dǎo)率儀測(cè)定其電導(dǎo)率,然后再放入沸水中水浴20 min以殺死組織,冷卻至室溫后再測(cè)定溶液的電導(dǎo)率,用相對(duì)電導(dǎo)率表示質(zhì)膜透性。

丙二醛（MDA）含量:采用巴比妥酸比色法測(cè)定[12]。

超氧化物歧化酶（SOD）活性:采用氮藍(lán)四唑（NBT）比色法測(cè)定[12]。

可溶性蛋白含量:采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[12]。

葉綠素含量:采用李合生方法測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采用 Excel 2003軟件處理,差異比較采用SPSS 16.0鄧肯新復(fù)極差法（SSR法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)枯葉率的影響比較干旱脅迫后枯葉率的變化,可以明顯看出處理組4種觀賞草的枯葉率均顯著上升（圖2）,而對(duì)照組草種的枯葉率變化幅度均較小。從進(jìn)程來(lái)看,處理組紅葉白茅在干旱脅迫的第9天枯葉率急劇上升,至脅迫第13天枯葉率高達(dá)83.01%,增幅最大；其次為花葉芒和細(xì)莖針茅,脅迫末期枯葉率分別為63.00%和42.00%；金葉苔草枯葉率的上升幅度最小,脅迫末期枯葉率僅為10.00%。干旱脅迫期間枯葉率上升幅度由高到低依次為:紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅和金葉苔草。結(jié)果表明,同一草種隨著干旱脅迫時(shí)間的推進(jìn)枯葉率呈極顯著差異（P＜0.01）,不同草種在干旱脅迫的第5、9、13天枯葉率均呈顯著差異（P＜0.05）。

圖2 干旱脅迫下4種觀賞草枯葉率的變化

2.2 干旱脅迫下植株的生理響應(yīng)

2.2.1葉片相對(duì)含水量（RWC） 在干旱脅迫下,植物首先表現(xiàn)出來(lái)的是體內(nèi)含水量的下降[13-14],植物組織在干旱條件下RWC下降的主要原因可能是土壤含水量下降及植物對(duì)水分吸收顯著降低。由圖3可知,對(duì)照組草種的葉片RWC變化較小。處理組不同草種的葉片RWC呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì),以脅迫第5-9天下降最快,之后趨于平緩。干旱脅迫第9天時(shí),紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅和金葉苔草的 RWC分別為33.39%、44.34%、45.46%和69.24%,與第 1天相比,下降幅度依次為 63.30%、50.59%、45.46%、21.91%。結(jié)果表明,同一草種第9天時(shí)的葉片RWC與第5天時(shí)比較呈極顯著差異（P＜0.01）。脅迫末期（第 13天）,紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅和金葉苔草的葉片RWC依次為26.50%、30.21%、38.78%和45.35%,較第 1天的下降幅度為紅葉白茅＞花葉芒＞細(xì)莖針茅＞金葉苔草。綜上分析,金葉苔草的RWC下降最為緩慢,組織保水能力較強(qiáng),顯示出較強(qiáng)的抗旱能力；紅葉白茅葉片RWC降幅最明顯,抗旱性最弱；花葉芒和細(xì)莖針茅居于兩者之間。

圖3 干旱脅迫下4種觀賞草葉片相對(duì)含水量的變化

2.2.2葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率（REC） 植物受到逆境傷害時(shí)細(xì)胞膜發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用,膜脂由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài),從而導(dǎo)致膜流動(dòng)性下降,透性增加,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲,REC增大,細(xì)胞功能下降。干旱脅迫條件下,REC升高,說(shuō)明葉片的質(zhì)膜受到了傷害,引起細(xì)胞內(nèi)含物質(zhì)的外滲,而且REC隨干旱脅迫程度的加深不斷升高[15-16]。干旱脅迫下不同草種細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲量均呈上升趨勢(shì)（圖4）,隨著干旱脅迫的加重,細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲量增加,膜的受害程度加重。4種觀賞草的REC均于脅迫5 d后變化最為明顯,干旱脅迫末期,紅葉白茅和金葉苔草的REC分別為89.67%和48.76%,分別為溶質(zhì)外滲率最高草種和最低草種。紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅和金葉苔草相對(duì)電導(dǎo)率的增幅依次為76.98%、55.92%、42.37%和36.02%。

圖4 干旱脅迫下4種觀賞草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化

2.2.3葉片丙二醛（MDA）含量 MDA是膜質(zhì)過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物,是膜系統(tǒng)受傷害的重要標(biāo)志之一[17]。MDA積累越多,表明組織的保護(hù)能力越弱。從圖5可以看出,對(duì)照組MDA含量變化較小；處理組草種MDA含量隨著脅迫程度的加重而增高,質(zhì)膜受到不同程度的破壞。脅迫前5 d,MDA含量變化平緩,隨后各草種均呈急劇增加趨勢(shì),其中以紅葉白茅增幅最大,MDA由初期的34.26上升至脅迫末期的87.96 mmol/g,且其MDA含量的基點(diǎn)較高,這可能是紅葉白茅特殊的顏色（脅迫及衰老時(shí)呈血紅色）及其變化所致?；ㄈ~芒和細(xì)莖針茅MDA含量變化趨勢(shì)基本一致,干旱脅迫末期MDA含量分別為36.91和35.86 mmol/g,分別上升了 27.58和 28.34 μ mol/g。金葉苔草MDA含量積累最小,變化最為緩慢。結(jié)果表明,同一草種隨著干旱脅迫程度的加重MDA含量差異顯著（P＜0.05）。MDA含量增幅由高到低依次為紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅、金葉苔草。

圖5 干旱脅迫下4種觀賞草葉片MDA含量的變化

2.2.4葉片超氧化物岐化酶（SOD）活性 SOD活性的高低是植物抗逆性的重要標(biāo)志之一,它可以將超氧陰離子自由基歧化成H2O2,在保護(hù)系統(tǒng)中處于核心地位[18]。圖6表明,對(duì)照組草種SOD活性變化不大,處理組草種SOD活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。金葉苔草和細(xì)莖針茅SOD活性一直升高；紅葉白茅SOD活性呈先上升后下降趨勢(shì),這可能是脅迫至第5天時(shí),SOD活性達(dá)到最高限度,清除超氧陰離子自由基的能力達(dá)到頂峰,隨后開(kāi)始下降,脅迫末期SOD活性與初期SOD活性呈極顯著差異（P＜0.01）；花葉芒SOD活性在脅迫第5天達(dá)峰值,隨后開(kāi)始下降,但是花葉芒下降的幅度較紅葉白茅緩和,且末期SOD活性與初期相比差異不大。這表明干旱脅迫下紅葉白茅和花葉芒葉片的SOD保護(hù)酶系統(tǒng)被破壞,其活性明顯受到抑制,且受抑制的程度為紅葉白茅＞花葉芒。

圖6 干旱脅迫下4種觀賞草S OD活性的變化

2.2.5葉片可溶性蛋白含量 植物在干旱逆境下體內(nèi)會(huì)主動(dòng)積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),如可溶性糖、可溶性蛋白等。由圖7可知,隨著干旱時(shí)間的推進(jìn),4種觀賞草可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),不同草種上升幅度不同。細(xì)莖針茅上升幅度最大,其次為紅葉白茅、花葉芒、細(xì)莖針茅,金葉苔草的上升幅度最小。結(jié)果表明,同一草種隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),可溶性蛋白含量均呈顯著差異（P＜0.05）。說(shuō)明4種觀賞草受到干旱脅迫后,大量脅迫蛋白被誘導(dǎo),從而降低了細(xì)胞的滲透勢(shì),以利于觀賞草在干旱逆境下維持正常生長(zhǎng)所需水分。

2.2.6葉綠素含量 由圖8可知,與對(duì)照組相比,處理組4種觀賞草葉綠素的含量出現(xiàn)了不同的變化趨勢(shì),紅葉白茅和花葉芒的葉綠素含量均呈下降趨勢(shì),在脅迫的第9天降幅最大；而細(xì)莖針茅和金葉苔草都呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì),均于脅迫第5天出現(xiàn)上升趨勢(shì)。紅葉白茅在干旱脅迫末期葉綠素含量降幅最大,其次為花葉芒和細(xì)莖針茅,金葉苔草降幅最小?？梢?jiàn),紅葉白茅和花葉芒對(duì)干旱脅迫較為敏感,在脅迫第5天葉綠素呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；而細(xì)莖針茅和金葉苔草在干旱脅迫第5天時(shí)葉綠素呈上升趨勢(shì),干旱使葉綠素迅速積累,抗逆境能力增強(qiáng),隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),葉綠素含量隨之下降。

圖7 干旱脅迫下4種觀賞草葉片可溶性蛋白含量的變化

圖8 干旱脅迫下4種觀賞草葉片葉綠素含量的變化

2.3 枯葉率與生理指標(biāo)的相關(guān)性分析對(duì)4種觀賞草在干旱脅迫下的枯葉率和生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（表 1）。葉片 REC、MDA含量、可溶性蛋白含量與枯葉率之間均具有極顯著的正相關(guān)性；葉片RWC、葉綠素含量與枯葉率之間具有極顯著的負(fù)相關(guān)性；各草種SOD活性與枯葉率的相關(guān)性差異較大,其中紅葉白茅和花葉芒的SOD活性分別與其枯葉率呈顯著負(fù)相關(guān),而細(xì)莖針茅和金葉苔草的枯葉率與其SOD活性呈顯著正相關(guān)。其余生理指標(biāo)均與枯葉率呈現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性。說(shuō)明枯葉率可作為觀賞草耐旱性的形態(tài)判斷指標(biāo)之一。

表1 自然失水脅迫下4種觀賞草的枯葉率與各生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

耐旱性形態(tài)指標(biāo)具有簡(jiǎn)單易測(cè)的優(yōu)點(diǎn),反應(yīng)植物在遭受干旱脅迫后植株的整體表現(xiàn)[8]。本研究主要采用枯葉率作為衡量觀賞草在自然失水脅迫下的形態(tài)變化。研究結(jié)果表明,紅葉白茅對(duì)干旱脅迫最為敏感,其次為花葉芒和細(xì)莖針茅,金葉苔草的枯葉率增加量最少,對(duì)干旱脅迫最不敏感。可見(jiàn),枯葉率能夠從表觀上較好的反應(yīng)植物的抗旱性,可作為觀賞草耐旱性的形態(tài)判斷指標(biāo),這與張智等[8]研究結(jié)果一致。

一般認(rèn)為,在干旱脅迫下,抗旱能力強(qiáng)的草種保護(hù)酶活性較高,且抗性強(qiáng)的草種SOD活性降低比抗性弱的品種緩慢[19]。由以上分析可以看出,雖然金葉苔草SOD活性較低,但是在干旱脅迫期間其活性一直升高,說(shuō)明其抗旱能力較高,其次為細(xì)莖針茅。花葉芒和紅葉白茅均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),且兩草種干旱末期SOD活性明顯低于對(duì)照,紅葉白茅SOD活性下降幅度最大。

干旱脅迫可導(dǎo)致植物葉片中葉綠素含量降低。葉片缺水不僅影響葉綠素的生物合成,還會(huì)促進(jìn)已形成的葉綠素加速分解,導(dǎo)致葉片發(fā)黃,而在一定范圍內(nèi)葉綠素含量的高低則直接影響葉片的光合能力[20],通過(guò)對(duì)葉綠素含量的測(cè)定可以反映出植株對(duì)干旱的耐受能力[21-22]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,紅葉白茅和花葉芒葉綠素含量先升高后下降,而細(xì)莖針茅和金葉苔草葉綠素含量呈一直升高趨勢(shì),可見(jiàn)適度的干旱脅迫（1～5 d）可以激活植株的光合性能,促進(jìn)觀賞草的生長(zhǎng),表現(xiàn)為葉綠素含量的增加。而觀賞草在過(guò)度干旱脅迫（5～9 d）下表現(xiàn)不盡相同,其中紅葉白茅和花葉芒葉片過(guò)度干旱脅迫下容易失水,葉綠素分解加速,抑制光合作用；而5～9 d的過(guò)度干旱脅迫仍然可以提高細(xì)莖針茅和金葉苔草的光合性能,葉片葉綠素含量反而增加,表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性。這可能與細(xì)莖針茅和金葉苔草的根系分布廣、扎根深的生長(zhǎng)特點(diǎn)有關(guān),干旱脅迫促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)和活性的增加,間接地提高了植株對(duì)深層養(yǎng)分和水分的吸收,表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)。

綜合比較形態(tài)和生理指標(biāo)后,得到4種觀賞草的抗旱性大小依次為金葉苔草＞細(xì)莖針茅＞花葉芒＞紅葉白茅。

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