干旱脅迫對4種觀賞草枯葉率及生理指標的影響

李秀玲,劉 君,楊志民

（1.南京農業大學草坪研究與開發工程技術中心,江蘇南京 210095；2.廣西藥用植物園,廣西南寧 530023）

觀賞草是我國園林界新興的新型景觀植物,因其自然樸實、觀賞價值高且耐旱、耐貧瘠、抗病蟲害、養護成本低等優點而倍受推崇[1-2]。近年來,觀賞草在我國各地的引種、推廣應用研究越來越受到重視,先后開展了國外優良觀賞草種的引種、評價、篩選及推廣和本地草種選育工作[2-5]。當前城市水資源嚴重匱乏,城市園林綠地用水與居民用水矛盾日益加重,因而專家學者提出了建設城市可持續旱景園林的構想[6-7],以緩解城市綠地用水困難等問題,同時,具有美化綠化城市環境作用,為抗旱觀賞草提供了廣闊的應用前景。然而,到目前為止,大部分文獻只是籠統地說明觀賞草具有較強的耐旱性,而定量的實驗研究則較少[8-10]。此外,觀賞草種類繁多,待研究范圍較廣。因此,本研究對4種常見觀賞草在干旱脅迫下的形態和生理變化規律進行了探討,并對其抗旱性進行評價,以建立一種快速、有效的觀賞草耐旱性評價體系,為觀賞草耐旱資源的篩選和園林應用提供理論依據。

1 材料與方法

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

1.2 試驗設計試驗于2008年5月在南京農業大學牌樓試驗地進行,采用單因素試驗設計,盆栽控水處理。將長勢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進行配置,土壤含有機質1.610%,pH值為6.01。每盆1株,每種草各20盆,緩苗后待測。在南京自然氣候條件下遮雨栽培,保持與外界通風,8月開始進行干旱脅迫試驗。每個草種各設對照組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,進行干旱脅迫處理；對照組正常澆水管理。每4 d觀察記錄植株失水形態,同時,取功能葉測定各項生理指標,3次重復,取平均值。葉片取樣時間統一在8:00-8:30進行,試驗期間試驗地溫度見圖1。

圖1 試驗期間試驗地溫度

1.3 測定指標和方法

枯葉率:50%面積出現干枯癥狀的葉片數占總葉片數的百分比[8]。

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

質膜透性:采用電導率儀法[11]。稱取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型電導率儀測定其電導率,然后再放入沸水中水浴20 min以殺死組織,冷卻至室溫后再測定溶液的電導率,用相對電導率表示質膜透性。

丙二醛（MDA）含量:采用巴比妥酸比色法測定[12]。

超氧化物歧化酶（SOD）活性:采用氮藍四唑（NBT）比色法測定[12]。

可溶性蛋白含量:采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[12]。

葉綠素含量:采用李合生方法測定[12]。

1.4 數據分析數據采用 Excel 2003軟件處理,差異比較采用SPSS 16.0鄧肯新復極差法（SSR法）。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對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）,而對照組草種的枯葉率變化幅度均較小。從進程來看,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83.01%,增幅最大；其次為花葉芒和細莖針茅,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、細莖針茅和金葉苔草。結果表明,同一草種隨著干旱脅迫時間的推進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

2.2.1葉片相對含水量（RWC） 在干旱脅迫下,植物首先表現出來的是體內含水量的下降[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水分吸收顯著降低。由圖3可知,對照組草種的葉片RWC變化較小。處理組不同草種的葉片RWC呈現不同程度的下降趨勢,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,紅葉白茅、花葉芒、細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%。結果表明,同一草種第9天時的葉片RWC與第5天時比較呈極顯著差異（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,顯示出較強的抗旱能力；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種觀賞草葉片相對含水量的變化

2.2.2葉片細胞相對電導率（REC） 植物受到逆境傷害時細胞膜發生膜脂過氧化作用,膜脂由液晶態轉變為凝膠態,從而導致膜流動性下降,透性增加,細胞內物質外滲,REC增大,細胞功能下降。干旱脅迫條件下,REC升高,說明葉片的質膜受到了傷害,引起細胞內含物質的外滲,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胞內溶質外滲量均呈上升趨勢（圖4）,隨著干旱脅迫的加重,細胞內溶質外滲量增加,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%,分別為溶質外滲率最高草種和最低草種。紅葉白茅、花葉芒、細莖針茅和金葉苔草相對電導率的增幅依次為76.98%、55.92%、42.37%和36.02%。

圖4 干旱脅迫下4種觀賞草葉片相對電導率的變化

2.2.3葉片丙二醛（MDA）含量 MDA是膜質過氧化作用的最終產物,是膜系統受傷害的重要標志之一[17]。MDA積累越多,表明組織的保護能力越弱。從圖5可以看出,對照組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,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含量的基點較高,這可能是紅葉白茅特殊的顏色（脅迫及衰老時呈血紅色）及其變化所致。花葉芒和細莖針茅MDA含量變化趨勢基本一致,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志之一,它可以將超氧陰離子自由基歧化成H2O2,在保護系統中處于核心地位[18]。圖6表明,對照組草種SOD活性變化不大,處理組草種SOD活性呈現不同的變化趨勢。金葉苔草和細莖針茅SOD活性一直升高；紅葉白茅SOD活性呈先上升后下降趨勢,這可能是脅迫至第5天時,SOD活性達到最高限度,清除超氧陰離子自由基的能力達到頂峰,隨后開始下降,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天達峰值,隨后開始下降,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保護酶系統被破壞,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會主動積累一些滲透調節物質,如可溶性糖、可溶性蛋白等。由圖7可知,隨著干旱時間的推進,4種觀賞草可溶性蛋白含量均呈現上升趨勢,不同草種上升幅度不同。細莖針茅上升幅度最大,其次為紅葉白茅、花葉芒、細莖針茅,金葉苔草的上升幅度最小。結果表明,同一草種隨著干旱脅迫時間的延長,可溶性蛋白含量均呈顯著差異（P＜0.05）。說明4種觀賞草受到干旱脅迫后,大量脅迫蛋白被誘導,從而降低了細胞的滲透勢,以利于觀賞草在干旱逆境下維持正常生長所需水分。

2.2.6葉綠素含量 由圖8可知,與對照組相比,處理組4種觀賞草葉綠素的含量出現了不同的變化趨勢,紅葉白茅和花葉芒的葉綠素含量均呈下降趨勢,在脅迫的第9天降幅最大；而細莖針茅和金葉苔草都呈現先上升后下降的變化趨勢,均于脅迫第5天出現上升趨勢。紅葉白茅在干旱脅迫末期葉綠素含量降幅最大,其次為花葉芒和細莖針茅,金葉苔草降幅最小。可見,紅葉白茅和花葉芒對干旱脅迫較為敏感,在脅迫第5天葉綠素呈現下降趨勢；而細莖針茅和金葉苔草在干旱脅迫第5天時葉綠素呈上升趨勢,干旱使葉綠素迅速積累,抗逆境能力增強,隨著干旱脅迫時間的延長,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 枯葉率與生理指標的相關性分析對4種觀賞草在干旱脅迫下的枯葉率和生理指標進行相關性分析（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性；葉片RWC、葉綠素含量與枯葉率之間具有極顯著的負相關性；各草種SOD活性與枯葉率的相關性差異較大,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相關,而細莖針茅和金葉苔草的枯葉率與其SOD活性呈顯著正相關。其余生理指標均與枯葉率呈現出較強的一致性。說明枯葉率可作為觀賞草耐旱性的形態判斷指標之一。

表1 自然失水脅迫下4種觀賞草的枯葉率與各生理指標的相關系數

3 討論與結論

耐旱性形態指標具有簡單易測的優點,反應植物在遭受干旱脅迫后植株的整體表現[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變化。研究結果表明,紅葉白茅對干旱脅迫最為敏感,其次為花葉芒和細莖針茅,金葉苔草的枯葉率增加量最少,對干旱脅迫最不敏感。可見,枯葉率能夠從表觀上較好的反應植物的抗旱性,可作為觀賞草耐旱性的形態判斷指標,這與張智等[8]研究結果一致。

一般認為,在干旱脅迫下,抗旱能力強的草種保護酶活性較高,且抗性強的草種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,說明其抗旱能力較高,其次為細莖針茅。花葉芒和紅葉白茅均呈現先上升后下降的趨勢,且兩草種干旱末期SOD活性明顯低于對照,紅葉白茅SOD活性下降幅度最大。

干旱脅迫可導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,還會促進已形成的葉綠素加速分解,導致葉片發黃,而在一定范圍內葉綠素含量的高低則直接影響葉片的光合能力[20],通過對葉綠素含量的測定可以反映出植株對干旱的耐受能力[21-22]。本試驗研究結果表明,紅葉白茅和花葉芒葉綠素含量先升高后下降,而細莖針茅和金葉苔草葉綠素含量呈一直升高趨勢,可見適度的干旱脅迫（1～5 d）可以激活植株的光合性能,促進觀賞草的生長,表現為葉綠素含量的增加。而觀賞草在過度干旱脅迫（5～9 d）下表現不盡相同,其中紅葉白茅和花葉芒葉片過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的過度干旱脅迫仍然可以提高細莖針茅和金葉苔草的光合性能,葉片葉綠素含量反而增加,表現出較強的抗旱性。這可能與細莖針茅和金葉苔草的根系分布廣、扎根深的生長特點有關,干旱脅迫促進了根系的生長和活性的增加,間接地提高了植株對深層養分和水分的吸收,表現出較強的生長勢。

綜合比較形態和生理指標后,得到4種觀賞草的抗旱性大小依次為金葉苔草＞細莖針茅＞花葉芒＞紅葉白茅。

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