醋酸鈣鎂鹽環(huán)保融雪劑及凍融脅迫對(duì)高羊茅幼苗的生理影響

何訪淋 包國(guó)章 陳薇薇 孫佳星

摘要：為探討醋酸鈣鎂鹽（calcium magnesium acetate，簡(jiǎn)稱CMA）環(huán)保融雪劑及凍融脅迫對(duì)高羊茅（Festuca elata Keng ex E. Alexeev）生理的影響，以高羊茅為試驗(yàn)材料，通過施加CMA環(huán)保融雪劑和凍融脅迫，測(cè)定高羊茅葉片相對(duì)含水率、可溶性蛋白含量、過氧化氫酶（catalase，簡(jiǎn)稱CAT）活性、過氧化物酶（peroxidase，簡(jiǎn)稱POD）活性、凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）的變化規(guī)律。結(jié)果表明：在凍融脅迫下，高羊茅幼苗葉片中相對(duì)含水率、凈光合速率和蒸騰速率呈先降低后緩慢升高的趨勢(shì)，蛋白質(zhì)含量呈先升高后緩慢降低然后又升高的趨勢(shì)，CAT、POD活性均呈先升高后降低再緩慢升高的趨勢(shì);脅迫傷害整體呈現(xiàn)出凍融組>復(fù)合組>不凍融組與CMA組>空白組的規(guī)律。研究結(jié)果顯示，高羊茅在CMA+凍融脅迫下可快速調(diào)節(jié)抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及光合特性，以緩解單一凍融脅迫導(dǎo)致的傷害。

關(guān)鍵詞：高羊茅;CMA環(huán)保融雪劑;凍融脅迫;生理響應(yīng)

中圖分類號(hào)： Q945.78? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）05-0125-04

收稿日期：2018-05-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31772669）。

作者簡(jiǎn)介：何訪淋（1994—），女，江蘇蘇州人，碩士研究生，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究。E-mail：493082049@qq.com。

通信作者：陳薇薇，博士，工程師，主要從事環(huán)境污染與控制化學(xué)研究。E-mail：chenvv@jlu.edu.cn。

醋酸鈣鎂鹽（calcium magnesium acetate，簡(jiǎn)稱CMA）環(huán)保融雪劑可替代氯鹽，用于機(jī)場(chǎng)、高速公路等道路除雪，是一種環(huán)保型融雪劑，與傳統(tǒng)氯鹽融雪劑相比，腐蝕性低，毒性低，融雪效率高[1]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于使用CMA融雪劑后滲透到土地中對(duì)花草樹木影響的研究比較少。凍融不僅作用于土壤，各種植物也會(huì)不同程度地受到凍融損傷[2]。

高羊茅（Festuca elata Keng ex E. Alexeev），又名葦狀羊茅，為羊茅屬（Festuca）多年生禾本科（Gramineae）牧草，是可用于放牧、刈割、青儲(chǔ)等用途的草地優(yōu)良牧草，是目前我國(guó)應(yīng)用最廣泛的冷季型草坪草之一[3]。目前對(duì)高羊茅在鹽脅迫[4-6]、酸雨[7]、低溫脅迫[8]、干旱脅迫[9]下生理參數(shù)變化的研究報(bào)道較多，但對(duì)高羊茅在凍融及CMA環(huán)保融雪劑復(fù)合脅迫下的生理響應(yīng)研究較少。本試驗(yàn)研究CMA環(huán)保融雪劑及凍融復(fù)合脅迫下高羊茅幼苗的主要生理參數(shù)變化，分析其在脅迫中的抗逆性機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試材培養(yǎng)

本試驗(yàn)于2017年8—11月在吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。供試高羊茅品種法恩（FAWN），由北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供。

試驗(yàn)材料的培養(yǎng)：挑選顆粒飽滿、大小相似的高羊茅種子（發(fā)芽率為48.39%），用0.1%高錳酸鉀（KMnO4）溶液消毒 2 h，再用蒸餾水將種子沖洗干凈，將種子按40?！?00粒整齊排放于鋪有2層濾紙，大小為18 cm×26 cm×3 cm的托盤上，加適量蒸餾水。將托盤置于MGC-450BP光照培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱設(shè)置為08：00至20：00，溫度設(shè)為25 ℃，光照;20：00 至次日 08：00，溫度設(shè)為20 ℃，黑暗。每天早、中、晚3次察看幼苗水量，每盤添加20 mL蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)。

1.2 母液配制

CMA環(huán)保融雪劑的配制參考高效率CMA中鈣鎂比例，用醋酸鈣和醋酸鎂配制Ca+、Mg2+物質(zhì)的量的比例=3 ∶ 7，CMA環(huán)保融雪劑溶液濃度為100 mmol/L。

1.3 試驗(yàn)處理和取樣

1.3.1 模擬環(huán)保融雪劑試驗(yàn) 4盤幼苗分別為空白組、CMA環(huán)保融雪劑組、凍融組和CMA+凍融復(fù)合脅迫組。待測(cè)幼苗培養(yǎng)至第10天，對(duì)CMA環(huán)保融雪劑組和CMA+凍融復(fù)合脅迫組，每盤施加10 mL CMA環(huán)保融雪劑，其余2組加蒸餾水，處理4 d。處理期間經(jīng)常察看水量，適當(dāng)補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。

1.3.2 人工模擬凍融試驗(yàn) 幼苗培養(yǎng)第14天，將凍融組和CMA+凍融復(fù)合脅迫組放入BPHJ-120A高低溫交變?cè)囼?yàn)箱中，設(shè)定溫度變化曲線，進(jìn)行模擬凍融試驗(yàn)。設(shè)置7個(gè)溫度梯度，分別為10、5、0、-5、0、5、10 ℃，每2 h變溫5 ℃。空白組和CMA環(huán)保融雪劑組在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每2 h從4個(gè)處理組中隨機(jī)剪取植株中上部葉片，混勻后用錫箔紙包裹并放入液氮中固定，然后放入-80 ℃超低溫冰箱中，用于蛋白質(zhì)、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）指標(biāo)測(cè)定，同時(shí)取部分新鮮葉片用于相對(duì)含水率、凈光合速率、蒸騰速率的測(cè)定。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 葉片相對(duì)含水率（relative water content，簡(jiǎn)稱RWC） 用比重法測(cè)定相對(duì)含水率，每個(gè)溫度梯度、每個(gè)處理組取外形良好的新鮮葉片，稱質(zhì)量并記錄，加入去離子水至葉片質(zhì)量恒定，放入烘箱烘至恒質(zhì)量，則RWC=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/（飽和鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）×100%。

1.4.2 葉片可溶性蛋白的含量 測(cè)定葉片中的蛋白質(zhì)時(shí)，將葉片研磨成組織勻漿離心后，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量，以去離子水為空白對(duì)照，在波長(zhǎng)595 nm下測(cè)定吸光度，計(jì)算葉片中可溶性蛋白的含量。

1.4.3 葉片中CAT、POD活性 用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定CAT和POD的活性，每個(gè)指標(biāo)設(shè)3組平行樣。

1.4.4 葉片光合參數(shù)的測(cè)定 將高羊茅群體放入CIRAS-3便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)同化室中，儀器讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）的測(cè)定。

4 結(jié)論

綜上，在凍融脅迫下，抗氧化酶活性的穩(wěn)定或增加，減輕了高羊茅幼苗葉片細(xì)胞的膜脂過氧化程度，維持了細(xì)胞膜的完整性，是幼苗對(duì)低溫脅迫適應(yīng)性反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制，高羊茅受到持續(xù)水分脅迫，幼苗葉片中的相對(duì)含水率降低以維持植株生理功能的正常進(jìn)行。低溫脅迫下光合作用羧化酶活性下降，使光合速率降低，影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育。

以上各生理參數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)與溫度呈負(fù)相關(guān)，表明CMA環(huán)保型融雪劑能在一定范圍內(nèi)緩解凍融對(duì)植物的傷害且對(duì)植物生長(zhǎng)的損害較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]許英梅，劉 倩，仉春華，等. CMA類環(huán)保型融雪劑的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)世界，2010，51（7）：435-437，442.

[2]Du Z Y，Cai Y J，Wang X D，et al. Research progress on the effects of soil freeze-thaw on plant physiology and ecology[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2014，22（1）：1-9.

[3]羅天瓊，莫本田，羅紹薇，等. 葦狀羊茅生產(chǎn)特性品比試驗(yàn)[J]. 草業(yè)科學(xué)，2008，25（11）：60-64.

[4]樊瑞蘋，周 琴，周 波，等. 鹽脅迫對(duì)高羊茅生長(zhǎng)及抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21（1）：112-117.

[5]宋 銳，林麗果，王康英，等. 不同鹽生境下硅對(duì)高羊茅生物量及生理生化特征的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2016，25（8）：91-97.

[6]朱 義，譚貴娥，何池全，等. 鹽脅迫對(duì)高羊茅（Festuca arundinacea）幼苗生長(zhǎng)和離子分布的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（12）：5447-5454.

[7]常青山，張利霞，萬 濤，等. 模擬酸雨脅迫下鈣離子對(duì)高羊茅種子發(fā)芽的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2012，29（12）：1903-1909.

[8]魯劍巍，鄒 娟，周世利，等. 施磷對(duì)越冬期高羊茅生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及抗寒性的影響[J]. 草地學(xué)報(bào)，2008，16（5）：436-441.

[9]唐曉梅，王 艷，馬東偉，等. 干旱脅迫下高羊茅基因組甲基化分析[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24（4）：164-173.

[10]劉 倩，許英梅，王 維，等. CMA環(huán)保型融雪劑對(duì)植物生長(zhǎng)生理特性的影響[J]. 化學(xué)世界，2012，53（9）：521-525.

[11]王學(xué)愿，張永亮. 虉草幼苗對(duì)鹽脅迫的生理與生長(zhǎng)響應(yīng)[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，28（6）：669-673.

[12]高 媛，齊曉花，楊景華，等. 高等植物對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)研究[J]. 北方園藝，2007，31（10）：58-61.

[13]陳少裕. 膜脂過氧化與植物逆境脅迫[J]. 植物學(xué)通報(bào)，1989，7（4）：211-217.

[14]周希琴，吉前華. 鉻脅迫下不同品種玉米種子和幼苗的反應(yīng)及鉻積累的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（9）：1048-1052.

[15]朱 義，何池全，杜 瑋，等. 鹽脅迫下外源鈣對(duì)高羊茅種子萌發(fā)和幼苗離子分布的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（11）：133-137.

[16]Fleck R A，Day J G，Clarke K J，et al. Elucidation of the metabolic and structural basis for the cryopreservation recalcitrance of Vaucheria sessilis[J]. Cryo Letters，1999，20（5）：271-282.

[17]Guy C L. Freezing tolerance of plants：current understanding and selected emerging concepts[J]. Canadian Journal of Botany-Revue Canadienne De Botanique，2003，81（12）：1216-1223.

[18]安 瑩，陳雅君，趙 偉，等. 低溫對(duì)白三葉膜質(zhì)過氧化及保護(hù)酶活性的影響[J]. 草原與草坪，2009，29（3）：8-11.

[19]Bao G Z，Ao Q，Li Q Q，et al. Physiological characteristics of Medicago sativa L. in response to acid deposition and freeze-thaw stress[J]. Water，Air，& Soil Pollution，2017，228（9）：376-386.

[20]周瑞蓮，趙 梅，張 萍，等. 白三葉和紅三葉對(duì)人工融凍脅迫的生理響應(yīng)差異[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2012，31（6）：1334-1340.

[21]馮昌軍，羅新義，沙 偉，等. 低溫脅迫對(duì)苜蓿品種幼苗SOD、POD活性和脯氨酸含量的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2005，22（6）：29-32.

[22]邵怡若，許建新，薛 立，等. 低溫脅迫時(shí)間對(duì)4種幼苗生理生化及光合特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（14）：4237-4247.

[23]邵 毅，葉文文，徐 凱. 溫度脅迫對(duì)楊梅光合作用的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)通報(bào)，2009，25（16）：161-166.

[24]吳雪霞，朱宗文，張愛冬，等. 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下茄子幼苗生長(zhǎng)及其光合作用和抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2017，37（12）：2427-2434.

[25]王亞男，范思靜. 低溫脅迫對(duì)水稻幼苗葉片生理生化特性的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（5）：8-9，13.

[26]陳劍成，徐 雯，祁瀟勇，等. 低溫脅迫對(duì)凹葉厚樸光合特性和相關(guān)生理指標(biāo)的影響[J]. 北方園藝，2017，41（16）：147-153.李 莉，郭 斌. 基于輻熱積的溫室番茄干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（5）：129-132.