噴施茉莉酸甲酯對干旱脅迫下狗牙根生理特性的影響

孫曉梵， 張一龍， 李培英，2，3*， 孫宗玖，2，3

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2. 新疆草地資源與生態(tài)自治區(qū)重點實驗室， 新疆 烏魯木齊 830052； 3. 西部干旱區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點實驗室， 新疆 烏魯木齊 830052)

近年來，干旱脅迫因發(fā)生頻率高、范圍廣、持續(xù)時間長而成為影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最嚴重的氣象災害之一[1]。干旱脅迫可以從物候、形態(tài)到分子水平不同層次上影響植物生長發(fā)育[2]，使植株出現(xiàn)萎蔫、光合作用減弱、體內(nèi)生化代謝紊亂等現(xiàn)象[3]。采取一定措施減輕干旱對幼苗傷害，提高幼苗抗旱性，對植物生產(chǎn)具有重要意義，因而探討使用植物激素、信號分子、微量元素等外源物質(zhì)是否能提高植物抗旱性研究有待開展。

MeJA是茉莉酸經(jīng)甲酯化形成的一種環(huán)戊酮衍生物，被普遍認為是一種很有前途的提高植物對逆境脅迫耐受性的植物生長調(diào)節(jié)劑[4]。作為天然植物成分，具有對人體無毒、環(huán)境友好以及微量高效等特點[5]。近年研究發(fā)現(xiàn)MeJA可以提高棉花(Gossypiumspp)[6]、水稻(Oryzasativa)[7]、玉米(Zeamays)[8]、小麥(Triticumaestivum)[9]等植物的耐旱、耐鹽害的能力。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn)MeJA處理干旱脅迫下的花椰菜(Brassicaoleracea)可以提高葉片的相對含水量、葉綠素含量以及抗氧化酶的活性，從而緩解干旱脅迫對其造成的不利影響。Munemasa等[11]研究發(fā)現(xiàn)花后噴施MeJA可顯著提高干旱脅迫下大豆(Glycinemax)植株葉片超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(Peroxidase，POD)等抗氧化酶的活性，增加干旱脅迫下產(chǎn)量和收獲指數(shù)。研究結果表明MeJA在調(diào)節(jié)高羊茅鎘脅迫中具有重要作用[12]，但對草坪草抗旱性的影響及作用機制研究較少。對于草坪草而言，干旱脅迫降低了其草坪質(zhì)量，影響其在城市綠地、園林綠化及運動場的基本功能，導致巨大的經(jīng)濟損失[13]。狗牙根(Cynodondactylon)是一種C4型禾本科植物，適應在氣候炎熱、干旱環(huán)境種植，且一般認為它比其他暖型草坪草具有更好的抗旱性[14]。為了促進其推廣應用，響應園林綠化對草坪節(jié)水抗旱需求，有必要探討通過外源物質(zhì)添加減輕其在干旱下景觀受損，進而減少灌溉頻率，實現(xiàn)節(jié)水目的。因此，本研究以‘新農(nóng)1號’狗牙根[Cdactylon(L.)Pers.‘Xinnong No.1’]為材料，研究干旱下葉片噴施MeJA對狗牙根幼苗的脂膜穩(wěn)定性、抗氧化系統(tǒng)活性、以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量有何影響，明確其是否能提高狗牙根抗旱性，以及作用機制，為生產(chǎn)中提高狗牙根抗旱性提供可用技術措施。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試驗所采用的狗牙根‘新農(nóng)1號’，2019年采自新疆農(nóng)業(yè)大學三坪農(nóng)場。茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate，MeJA)購自Sigma公司。將狗牙根種子均勻播種在花盆(口徑14 cm，高度14 cm)中，播量為每盆0.3 g。每盆裝土壤1.2 kg(花土∶河沙∶草炭土=2∶2∶1)，土壤有機質(zhì)含量為14.35%，土壤堿解氮含量為121.98 mg·kg-1，土壤速效磷含量為14.91 mg·kg-1，土壤速效鉀含量為92.45 mg·kg-1。通過定量澆水、遮雨處理45 d后，試驗材料達到成坪狀態(tài)，開始進行實驗。

1.2 試驗設計

預實驗發(fā)現(xiàn)，噴施0.75 μmol·L-1MeJA可以延緩狗牙根在自然干旱下的葉片枯黃，因而選定作為MeJA的處理濃度。試驗在2020年7—8月，新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境學院樓側試驗地進行，試驗設置4個處理包括正常灌溉+噴蒸餾水(CK)、正常灌溉+噴MeJA(M)、干旱+噴蒸餾水(D)、干旱+噴MeJA(DM)，每個處理8盆。在干旱處理前連續(xù)3天在下午16時進行噴施MeJA或蒸餾水。采用手搖噴霧器均勻噴施到試驗狗牙根葉片正反面，葉面全部濕潤無液滴滴下為宜，進行充分灌溉后開始進行干旱處理。CK，M進行正常灌溉，D，DM不灌溉，晚上進行遮蓋處理防止下雨以及晨露提供水分。通過在干旱脅迫第0，7，14 d以及復水7 d后進行取樣測定。通過水分測定，干旱7 d時為中度干旱，干旱14 d時為重度干旱。

1.3 測定指標與方法

體積土壤含水量(Volume water content，VWC)采用MP 508土壤水分傳感器測定，參考黃呂勇[15]的方法，利用土壤含水量(Soil water content，SWC)與VWC的擬合方程進行SWC的計算。草坪質(zhì)量(Turf quality，TQ)參照美國草坪草評價體系(National turfgrass evaluation program，NTEP)標準[16]，以草坪的密度、色澤、質(zhì)地、均一性進行評分，最好質(zhì)量為9級，死亡或枯黃草坪為0級，6級為可接受的正常草坪。

相對含水量(Relative water content，RWC)采用飽和稱重法[17]。相對電導率(Relative electric conductivity，REC)采用電導儀法，用DDS-307型電導率儀測定。

抗氧化酶活性測定：SOD采用氮藍四唑光化還原法、POD采用愈創(chuàng)木酚法、CAT采用過氧化氫還原法進行測定。采用上海優(yōu)選生物有限公司試劑盒測定過氧化氫(Hydrogen peroxide，H2O2)含量。

采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量[18]。采用蒽酮比色法進行可溶性糖(Soluble sugar，SS)含量的測定[19]。采用考馬斯亮藍法進行可溶性蛋白(Soluble protein，SP)含量的測定[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)預處理，采用SPSS 21.0軟件中One-way ANOVA進行每個取樣時間4個處理間方差分析，并用Duncan法進行處理間平均數(shù)比較，顯著性水平的判斷依據(jù)為P<0.05。最終Origin 2018進行圖的制作。

2 結果分析

2.1 干旱和復水過程中土壤含水量的變化

由圖1可知，干旱處理0 d，各處理土壤含水量為38.33%～40.32%，且處理間無顯著差異，說明干旱處理前各處理土壤水分條件保持一致。干旱7 d時，2個干旱處理含水量分別為21.86%和22.26%(土壤相對含水量為56%左右)，且二者間無顯著差異，但顯著低于2個正常灌溉處理(P<0.05)。干旱處理14 d時，2個干旱處理土壤含水量降低到12.56%左右(土壤相對含水量為32%左右)。復水后2個干旱處理土壤含水量得到一定恢復，但仍然顯著低于正常灌溉處理。

2.2 MeJA噴施對干旱及復水下狗牙根草坪質(zhì)量及葉片相對含水量的影響

圖2a可示，2個正常灌溉處理草坪質(zhì)量維持在8～8.5分之間，且二者間無顯著差異；而干旱處理D和DM隨干旱時間延長，草坪質(zhì)量呈逐漸降低趨勢。但與干旱處理(D)相比，干旱下噴施MeJA(DM)處理在干旱第14 d時草坪質(zhì)量顯著提高18.18%。復水后2個干旱處理的草坪質(zhì)量均得以恢復，與正常灌溉無顯著差異。

圖1 干旱脅迫及復水對土壤含水量的影響Fig.1 Effects of drought and rewatering on soil water content (SWC)注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，大寫字母CK，M，D，DM分別表示正常灌溉+無茉莉酸甲酯、正常灌溉+茉莉酸甲酯、干旱+無茉莉酸甲酯、干旱+茉莉酸甲酯、，數(shù)字0,7,14,R-7分別代表第0 d、7 d、14天、復水7天后的處理天數(shù)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference between Treatments (P<0.05). CK,M,D,DM indicate normal irrigation + No-MejA,normal irrigation + MejA,drought + No-MejA,and drought + MejA,respectively,the numbers 0,7,14 and R-7 represent 0,7,14 days after treatment and 7 days after rewatering,respectively. The same as below

由圖2b可知，在各取樣時間，CK,M處理葉片相對含水量維持在85.67%～89.15%，且二者間無顯著差異。2個干旱處理隨干旱時間延長葉片相對含水量呈逐漸降低趨勢；干旱7 d，二者間葉片相對含水量無顯著差異，但干旱14 d和復水7 d時DM處理葉片相對含水量較D處理分別顯著高24.36%和7.44%，說明噴施MeJA可在干旱下促進狗牙根葉片含水量的維持，保證細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，且復水后也表現(xiàn)為更好地恢復。

圖2 干旱及復水下MeJA對狗牙根草坪質(zhì)量和葉片相對含水量的影響Fig.2 Effect of MeJA on turf quality and relative water content of bermudagrass seedlings under drought and rewatering

2.3 MeJA噴施對干旱及復水下狗牙根幼苗葉片相對電導率和丙二醛的影響

由圖3a可知，干旱及復水下，CK和M處理葉片EL維持在9.45%～13.39%，且兩個處理間無顯著差異；而干旱脅迫的D和DM處理隨干旱程度加劇其葉片EL呈逐漸上升趨勢，且DM處理葉片細胞膜質(zhì)受害較輕，在干旱第7，14 d及復水后EL均顯著低于D處理(P<0.05)，其值分別低13.02%，12.45%和27.88%。

由圖3b可知，干旱及復水下，CK和M處理葉片MDA含量維持在8.08～11.16 μmol·g-1，且2個處理間無顯著差異；但D和DM處理隨干旱脅迫加劇MDA含量呈逐漸上升，在干旱第7 d和14 d時DM處理MDA含量較D處理分別顯著下降25.87%，21.30%，而復水后各處理間MDA含量雖有差異，但沒達到顯著水平。

圖3 干旱及復水下MeJA對狗牙根相對電導率和丙二醛含量的影響Fig.3 Effect of MeJA on electrolyte leakage and MDA content of bermudagrass seedlings after drought and rewatering

2.4 MeJA噴施對干旱及復水下狗牙根葉片H2O2含量及抗氧化酶活性的影響

如圖4a所示，干旱處理7 d，各處理間H2O2含量出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，且D較CK處理H2O2含量高20.96%；干旱14 d時，D和DM處理H2O2含量進一步上升，顯著高于CK和M處理，但DM處理比D處理H2O2含量降低19.12%。

干旱0 d，4個處理間POD活性(圖4b)無顯著差異。隨干旱加劇，各處理間POD活性均呈上升趨勢，干旱14 d時達到峰值，且復水后其活性降低。干旱第7 d，14 d和復水后，DM較D處理POD活性顯著提高36.26%，38.12%和23.53%。說明噴施MeJA可顯著提高干旱脅迫下狗牙根POD活性。

干旱0 d，4個處理間CAT活性(圖4c)無顯著差異；干旱14 d時，CK與M間CAT活性無顯著差異，但顯著低于DM和D處理，且DM處理較D處理CAT活性顯著高52.37%(P<0.05)。復水后，DM處理的CAT活性仍保持活躍，較D處理高48.97%。

狗牙根葉片SOD活性(圖4d)隨干旱程度加劇，呈先升后降趨勢，表現(xiàn)為干旱7 d達到峰值，且DM較D處理SOD活性顯著提高16.76%。干旱14 d時，2個干旱處理SOD活性顯著高于2個正常灌溉處理，但DM與D處理間無顯著差異。復水后SOD活性進一步降低，表現(xiàn)為與干旱0 d基本相同。

圖4 干旱及復水下MeJA對狗牙根H2O2含量及抗氧化酶活性影響Fig.4 Effect of MeJA on antioxidant enzyme activities and H2O2content of bermudagrass seedlings under drought and rewatering

2.5 MeJA噴施對干旱及復水下狗牙根滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從圖5a可以看出，狗牙根葉片可溶性蛋白(SP)含量隨干旱程度加劇，呈先升后降趨勢。干旱0 d時各處理間可溶性蛋白含量無顯著差異，維持在31.78～35.38 mg·g-1左右；干旱7 d達到峰值，但DM和D處理在各取樣節(jié)點均無顯著差異。

由圖5b可知，在干旱0 d時可溶性糖(SS)含量差異不顯著，維持在12.54～13.66 mg·g-1左右。干旱第7 d，D處理SS含量開始小幅上升，顯著比DM處理提高20.78%；干旱14 d時，SS含量達到峰值，且DM處理顯著高于D處理(P<0.05)20.56%。復水后各處理SS含量顯著下降且恢復至對照水平。

圖5 干旱及復水下MeJA對狗牙根可溶性蛋白、糖的影響Fig.5 Effect of MeJA on SP and SS content of bermudagrass under drought and rewatering

根據(jù)圖6b得知，4個處理間狗牙根葉片總氮含量在干旱0，7 d以及復水后均無顯著差異，維持在2.11～2.76 g·kg-1。干旱14 d時，D處理顯著低于正常灌溉處理，DM處理雖葉片總氮含量測定值高于D處理，但差異不顯著。

圖6 干旱及復水下MeJA對狗牙根硝態(tài)氮、全氮含量的影響Fig.6 Effect of MeJA on and total nitrogen content of bermudagrass under drought and rewatering

3 討論

3.1 噴施MeJA對干旱下狗牙根水分代謝的影響

MeJA作為植物體內(nèi)一種信號轉(zhuǎn)導類激素，會對植物的生長發(fā)育造成一定影響。葉片RWC可以反映干旱脅迫后植物體內(nèi)水分的虧缺情況。本研究中，隨著干旱加劇、土壤含水量減少，狗牙根幼苗的RWC下降顯著，而噴施MeJA可以顯著減緩RWC的降低、保持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，促進各項代謝的正常進行，與錢云妹等[21]在高羊茅上的研究結果相似。馬超[22]在小麥上也同樣發(fā)現(xiàn)，0.25 μM的MeJA處理組與干旱處理組相比，其鮮重、干重和RWC均出現(xiàn)顯著提高。

3.2 噴施MeJA對干旱下狗牙根抗氧化系統(tǒng)影響

3.3 噴施MeJA對干旱下狗牙根滲調(diào)物質(zhì)影響

滲透調(diào)節(jié)是植物在干旱脅迫下維持體內(nèi)水分平衡的重要手段之一。干旱脅迫下，由于脅迫程度、植物種類、部位以及器官的不同，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化也會不同。研究發(fā)現(xiàn)，JA浸種可以通過增加可溶性糖、多糖、游離氨基酸、脯氨酸和可溶性蛋白含量緩解玉米在干旱脅迫下的損傷[26]。楊藝[6]在棉花上也同樣發(fā)現(xiàn)，JA和MeJA處理能顯著增加種苗干旱脅迫下脯氨酸含量、降低葉片滲透勢。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱初期，MeJA處理可提高狗牙根體內(nèi)可溶性蛋白含量，干旱后期，可通過促進淀粉水解加速以及糖利用減少[27]導致可溶性糖積累。

4 結論

干旱前噴施0.75 μmol·L-1MeJA，可通過提升中度干旱下狗牙根葉片SOD活性、POD活性、增加SP含量來維持草坪質(zhì)量；重度干旱下可提升葉片POD活性、CAT活性增加SS含量以減少干旱對狗牙根影響，延長草坪景觀維持時間。