遮陰對5種豆科牧草形態和生理指標影響的初探

張 哲,杜桂娟，馬鳳江，楊 姝，劉 洋

(遼寧省農科院耕作栽培研究所，遼寧 沈陽 110161)

植物長期生長在低光照環境下會產生許多形態和生理特征的變化,以適應低光量子密度,維持自身系統平衡,保持生命活動正常進行[1]。Naidu和Delucia[2]認為適應就是植物在新環境中通過形態學和生理學的改變而增加獲取碳的能力。遮陰條件下植物會產生一系列耐蔭機制,表現出沖出遮陰環境的趨勢,主要包括莖伸長[3-5]、株高增加[6]、葉面積增加[7]、頂端優勢增強[4]和根系生長量減小[8]等。一些研究認為,遮陰降低了葉綠素含量。江海東等[9]對高羊茅(Festucaarundinecea)進行光照和遮陰處理,發現遮陰嚴重降低了葉綠素含量；遮陰對植物的影響還表現在植物的物質代謝上,可溶性糖既是光合產物,也是植物在逆境中有效的滲調物質。所以,在遮陰條件下,作為光合產物的可溶性糖和作為滲調物質的可溶性糖之間存在一個平衡關系,一方面,遮陰逆境下,植物光合作用減弱,光合產物減少，但另一方面,處于逆境中的植株要求有滲調物質的積累來抵御逆境[10]；丙二醛是膜質過氧化的最終產物。植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，往往發生膜質過氧化，其積累會對膜和細胞造成一定傷害，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度[11]。本研究分析遮陰條件下豆科牧草的耐蔭機理,選擇耐蔭性較強的豆科牧草，以期為林下種草提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗材料為適宜沈陽種植的5種豆科牧草，分別為：紫花苜蓿、草木樨、白三葉、沙打旺和百脈根，品種和來源詳見表1。

表1 供試品種及來源

1.2試驗設計 本試驗在遼寧省農業科學院智能溫室內進行，試驗設全光對照(CK)、一層黑網遮光、兩層黑網遮光、三層黑網遮光4個處理。于晴天條件下用便攜式光量子測定儀測定光照強度,CK為920 μmol/(m2·s)，3個遮陰處理的光照強度分別為546、376和208 μmol/(m2·s),4個處理實際透光率分別約為100%、60%、41%和23%。2010年5月27日，使用直徑25 cm，深25 cm的塑料花盆80個,基質采用底肥+80%普通黏土+20%草炭土混合,進行裝盆并澆透，5月28日播種，蓋土。三葉期期間，待所有盆栽長勢基本一致，每盆留苗10株，于6月29日開始進行遮陰處理,其中透光60%處理、透光41%處理、透光23%處理和對照各20盆。30 d后不同處理的植株在形態上差異較大，并且有部分植株出現萎蔫甚至死亡現象，這與覃鳳飛等[12]在遮陰條件下9個紫花苜蓿品種苗期形態及生長響應的研究中表現相似，此時對所處理植株進行測定。

1.3測定項目與方法

1.3.1形態指標 每盆選出植株3株，用鋼尺對其株高、根長、最長節間長度進行測量，并數分蘗數，計算出每個重復的平均值。

1.3.2生理指標 每次將牧草的地上與地下部分一并從試驗地取回,地下部分用清水沖洗干凈并立即用濾紙充分吸干表面的水分后測其生理指標。牧草的葉綠素、可溶性糖和丙二醛含量于2010年7月29日分別取鮮樣進行測定。葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素測定儀測定，選取的葉片均為最頂端的三片葉子；可溶性糖和丙二醛含量的測定分別采用蒽酮比色法[13]硫代巴比妥酸法[13]。

1.4數據處理 數據分析采用Microsoft Office Word 2007和DPSv 6.50數據處理平臺。

2 結果

2.1對牧草形態指標的影響

2.1.1株高 遮陰處理30 d后對所處理植株進行測定，發現透光率為23%的沙打旺全部死亡。同一品種在不同遮陰處理條件下的株高差異十分顯著,5種豆科牧草的株高均呈現出對照>60%透光>41%透光>23%透光的趨勢,其中，紫花苜蓿、草木樨、沙打旺和百脈根在不同遮陰處理條件下均存在極顯著差異(P<0.01)，白三葉的對照顯著高于41%透光，極顯著高于23%透光,60%透光與41%透光、23%透光差異不顯著(P>0.05)(表2)。

2.1.2根長 同一品種在不同遮陰處理條件下的根長差異十分明顯,5種豆科牧草的根長總體呈現出對照>60%透光>41%透光>23%透光的趨勢,其中，紫花苜蓿的根長在不同遮陰處理條件下均存在極顯著差異(P<0.01)；草木樨的根長在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，但在60%透光和41%透光下根長差異不顯著(P>0.05)；白三葉的根長在全光照下顯著大于41%透光和23%透光下(P<0.05)；沙打旺的根長在全光照下與60%透光和41%透光下存在極顯著差異，但沙打旺在60%透光下和41%透光下根長差異不明顯；百脈根的根長在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光下存在極顯著差異，但各透光處理間根長彼此差異不顯著(表2)。

表2 遮陰對5種豆科牧草形態指標的影響

2.1.3分蘗數 同一品種在不同遮陰處理條件下的分蘗數差異明顯,5種豆科牧草的分蘗數均為對照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的分蘗數在全光照下與23%透光存在極顯著差異 (P<0.01)，與41%透光差異顯著(P<0.05)，與60%透光差異不顯著(P>0.05)；草木樨的分蘗數在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，在60%透光和41%透光下存在顯著差異；白三葉的分蘗數在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，但在60%透光和41%透光下差異不顯著；沙打旺的分蘗數在全光照下與60%透光和41%透光存在極顯著差異；百脈根的分蘗數在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異(表2)。

2.1.4最長節間長度 同一品種在不同遮陰處理條件下的最長節間長度差異明顯,其中白三葉無節間，其他4種牧草最長節間長度均為對照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的最長節間長度在全光照下顯著長于在23%透光和41%透光下(P<0.05)，但23%透光和41%透光差異不顯著(P>0.05)；草木樨的最長節間長度在全光照下與在23%透光下存在極顯著差異(P<0.01 )，與60%透光和41%透光差異不顯著；沙打旺的最長節間長度在全光照下與41%透光下存在極顯著差異，與60%透光下差異顯著；百脈根的最長節間長度在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，60%透光與41%透光差異顯著(表2)。

2.2對牧草生理指標的影響

2.2.1葉綠素 在不同遮陰處理條件下5種豆科牧草的葉綠素含量均為對照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的葉綠素含量在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異(P<0.01)；草木樨的葉綠素含量在全光照下與41%透光和23%透光存在極顯著差異，與在60%透光下的葉綠素含量差異顯著(P<0.05)；白三葉的葉綠素含量在全光照下與23%透光存在極顯著差異，與在41%透光下存在顯著差異；百脈根的葉綠素含量在全光照下與41%透光和23%透光下存在極顯著差異，并且顯著高于在60%透光下的葉綠素含量；沙打旺的葉綠素含量在全光照下與60%透光和41%透光存在極顯著差異(表3)。隨著光強的減弱，5種豆科牧草葉綠素含量的變幅表現為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

2.2.2可溶性糖和丙二醛 在不同遮陰處理條件下5種豆科牧草的可溶性糖含量差異明顯,其中，紫花苜蓿的可溶性糖含量在全光照下與41%透光和23%透光存在極顯著差異(P<0.01)，并且顯著高于60%透光下的可溶性糖含量(P<0.05)；草木樨的可溶性糖含量在41%透光下最高，與23%透光存在極顯著差異，并且顯著高于在60%透光和全光照下的可溶性糖含量；白三葉的可溶性糖含量在不同處理條件下變化較小，其中在全光照下與60%透光和23%透光存在極顯著差異，但與在41%透光差異不顯著(P>0.05)；沙打旺的可溶性糖含量在全光照下與60%透光存在極顯著差異，但與41%透光差異不顯著；百脈根的可溶性糖含量在全光照下與60%透光和23%透光存在極顯著差異，與41%透光存在顯著差異(表3)。隨著光強的減弱，5種豆科牧草可溶性糖含量的變幅表現為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

在不同遮陰處理條件下5種豆科牧草的丙二醛含量差異明顯，5種豆科牧草均表現出在23%透光下的丙二醛含量最高,其中，紫花苜蓿和草木樨的丙二醛含量均在23%透光下分別與在60%透光、全光照下存在極顯著差異(P<0.01)，并且顯著高于在41%透光下的丙二醛含量(P<0.05)；白三葉的丙二醛含量在不同處理條件下差異不顯著(P>0.05)；沙打旺的丙二醛含量在全光照下與41%透光存在極顯著差異，并且顯著低于在60%透光下的丙二醛含量；百脈根的丙二醛含量在全光照下與23%透光存在極顯著差異，但與在60%透光和41%透光下的丙二醛含量差異不顯著(表3)；隨著光強的減弱，5種豆科牧草丙二醛含量的變幅表現為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

3 討論與結論

3.1遮陰與牧草形態的關系 從形態學角度分析,耐蔭性強的植物會將有限的能量更多地分配到地上部分,以獲取更多光量子來適應遮陰環境[14-15]。本研究中隨透光率的減弱，5種豆科牧草均表現出株高降低，根長降低，分蘗數減少，最長節間長度降低。這與王國良等[16]分析遮陰對紫花苜蓿生長發育和產草量影響的結果相似。但5種牧草的形態指標減少趨勢存在著一定差異，其中白三葉的形態指標受遮陰的影響最小。另外,在23%透光下沙打旺出現死亡現象，而且沙打旺的形態指標受遮陰處理影響最顯著，說明沙打旺的耐蔭性是5種豆科牧草中最差的,不適合在林下種植。

表3 遮陰對5種豆科牧草葉綠素、可溶性糖和丙二醛含量的影響

3.2遮陰與牧草葉綠素的關系 本研究表明，在遮陰條件下，不同品種葉綠素含量存在差異，這一觀點與陳傳軍等[17]和周興元等[18]對暖季型草坪草的研究結論一致；隨著光強減弱，5種豆科牧草均表現出葉綠素含量減少，這與江海東等[9]對高羊茅進行光照和遮陰處理的研究相似。隨著光強減弱，在不同遮陰條件下5種豆科牧草葉綠素含量減少的幅度不同，其中白三葉的葉綠素含量變幅最小，分別減少5.5%、10.4%和19.9%，沙打旺的變幅最大，分別為13.7%、26.6%和100%，說明白三葉的葉綠素含量受遮陰影響較小，而沙打旺則影響較大。但也有報道，遮陰提高了各草坪草葉片的葉綠素含量，一定程度上增加了綠色景觀效果，隨著遮陰程度的加大，其葉綠素含量呈顯著上升趨勢[18]。由于草坪草的葉綠素總是處于一個不斷合成和分解的動態變化中，在強光下比在弱光下合成和分解達到平衡的濃度較低，從而使得葉綠素含量往往隨光照強度的降低而升高[19]。這個結論正好與本研究相反，為何出現此差異，有待進一步研究。因此，用葉綠素含量判斷草種的耐蔭性，應根據草種并結合其他指標進行綜合評價。

3.3遮陰與牧草物質代謝的關系 紫花苜蓿的可溶性糖的合成隨光照強度的減弱而降低,這與楊渺等[14]對假儉草(Eremochloaophiuroides)耐蔭性的研究結果一致。但白三葉、百脈根、草木樨和沙打旺的可溶性糖含量隨光強的減弱表現出或增加或減少的趨勢，這與王迅等[10]在草坪草對遮陰脅迫的生理反應中描述的基本一致。在23%透光下5種牧草可溶性糖含量的變幅均表現為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉,而且白三葉較其他牧草積累了更多的可溶性糖,百脈根、紫花苜蓿、草木樨的可溶性糖含量差異不明顯，但由于百脈根的變幅小，所以百脈根耐蔭性較強；丙二醛是膜質過氧化的最終產物，隨著光強的減弱，植株受脅迫程度不同，但在23%透光下所有植株的丙二醛含量均不同程度增加，這與張彩峽和呼天明[20]在低溫弱光對苗期紫花苜蓿根頸生理特性的影響研究中相似。本研究中在不同遮陰條件脅迫下，白三葉和百脈根的丙二醛含量表現出或增加或減少的趨勢，且不同處理下白三葉丙二醛含量的差異不顯著,表明白三葉和百脈根在逆境下遭受傷害，膜質過氧化作用不明顯，因此變幅較小，具有較強的耐蔭性；在41%和23%透光下紫花苜蓿和草木樨受到遮陰脅迫作用明顯，耐蔭性較差。綜合各項指標表明,白三葉和百脈根較適合在耐蔭環境下生長。

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