狗牙根對不同干旱脅迫處理的生理響應

張建波，唐成斌，吳佳海，周玉鋒，莫志萍

(貴州草業(yè)研究所，貴州 獨山 558200)

狗牙根對不同干旱脅迫處理的生理響應

張建波，唐成斌，吳佳海，周玉鋒，莫志萍

(貴州草業(yè)研究所，貴州 獨山 558200)

以無土基質(zhì)培育的狗牙根(Cynodondactylon)為研究對象，研究了狗牙根對不同干旱脅迫處理的生理響應，以探討工廠化培育下狗牙根合理的灌溉時間。結(jié)果表明，干旱脅迫導致葉片相對含水量降低，游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性增加，在干旱脅迫12 d以前復水的處理，葉片相對含水量和游離脯氨酸含量能恢復到未處理以前，在干旱脅迫8 d以前復水的處理，其超氧化物歧化酶活性能恢復到未處理以前。說明無土基質(zhì)培育的狗牙根能忍受的最大干旱脅迫天數(shù)為12 d，但是在干旱脅迫8 d前恢復澆水對狗牙根恢復生長最為有利。

狗牙根；干旱脅迫；相對含水量；脯氨酸；超氧化物歧化酶

目前，我國草坪生產(chǎn)主要依賴土地直接生產(chǎn)(土培草坪)，這種生產(chǎn)方式管理粗放，且隨著草坪生產(chǎn)的增長，需求的土地面積也就越多，由于連續(xù)鏟走土層，導致了大片良田的貧瘠化、鹽堿化和砂化，這種破壞性在貴州土層薄、耕地少、生態(tài)脆弱的地區(qū)尤為嚴重[1]。針對貴州地區(qū)農(nóng)作物秸稈豐富，使其資源化后用作草坪生產(chǎn)的無土基質(zhì)進行溫室內(nèi)草坪工廠化生產(chǎn)，能有效地解決這一問題。

狗牙根(Cynodondactylon)是一種優(yōu)良的草坪草，分布、應用廣泛[2-3]。本研究通過不同干旱脅迫天數(shù)處理后恢復澆水，研究溫室內(nèi)無土基質(zhì)培育的狗牙根生理變化，尋找工廠化培育下狗牙根合理的灌溉時間和頻度，為草坪工廠化生產(chǎn)中狗牙根草坪建植管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料 草種采用普通狗牙根。草坪培養(yǎng)基質(zhì)為貴州省草業(yè)研究所研制的無土草坪基質(zhì)[4]，其配方為稻草秸稈∶豬糞∶秸稈腐熟劑=100∶100∶1，其中稻草于2007年9月收集于貴州省獨山縣農(nóng)田；豬糞便選用貴州省獨山縣養(yǎng)豬場堆肥2個月左右的豬糞便；秸稈腐熟劑采用北京金寶貝生物科技有限公司生產(chǎn)的Ⅲ號腐熟劑。

1.2試驗方法 試驗先采用干旱脅迫處理，然后不同時間復水，研究狗牙根對不同干旱脅迫處理的生理響應情況。2009年2月在貴州省草業(yè)研究所獨山基地溫室內(nèi)，用普通狗牙根和無土草坪基質(zhì)建坪并培育草坪，待2009年6月成坪后移入底面積50 cm×50 cm、高5 cm的塑料盤中進行干旱脅迫處理。干旱脅迫共5個處理，每處理3個重復。處理分別為：Ⅰ.一直干旱脅迫；Ⅱ.4 d后復水；Ⅲ.8 d后復水；Ⅳ.12 d后復水；Ⅴ.16 d后復水。處理Ⅰ在未干旱脅迫前采樣測定各指標作為對照，在干旱脅迫處理后每4 d采樣測定各指標；其他處理在復水前都不采樣，在復水后每4 d采樣測定各指標。

1.3測定項目及方法

1.3.1葉片相對含水量測定 采用飽和稱量法測定。取葉片稱鮮質(zhì)量，蒸餾水中浸泡24 h后稱其飽和鮮質(zhì)量，105 ℃烘箱內(nèi)烘2 h稱干質(zhì)量，計算相對含水量。

1.3.2游離脯氨酸(Pro)含量的測定 采用磺基水楊酸法測定游離脯氨酸[5]。

1.3.3超氧化物歧化酶活性的測定 采用氮藍四唑(NBT)法測定[5]。

1.4數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析，差異顯著性運用LSD檢驗法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1葉片相對含水量變化趨勢 葉片相對含水量是植物對干旱脅迫生理響應的一個重要指標，從表1的數(shù)據(jù)可以看出，處理Ⅰ狗牙根葉片相對含水量一直下降，處理的第4、8、12天下降都呈極顯著水平(P<0.01)，到了干旱脅迫處理的第16、20、24和28天，葉片相對含水量下降趨勢變緩，相互間差異不顯著(P>0.05)，但都比處理前的葉片相對含水量下降了58%以上；處理Ⅱ、處理Ⅲ、處理Ⅳ狗牙根葉片含水量保持在一個較高水平，而后都恢復到未處理前的水平，所不同的是處理Ⅱ、處理Ⅲ在復水后的第4天，葉片相對含水量與未處理前相比,差異不顯著，而處理Ⅳ是在復水后的第8天；干旱脅迫后第16天復水的處理Ⅴ狗牙根的葉片相對含水量一直處于較低水平，各測定時間內(nèi)相對含水量差異不顯著，且最終未能恢復到未處理前的水平。

表1 不同干旱脅迫復水處理狗牙根的相對含水量 %

注：不同大寫字母表示不同復水處理差異極顯著(P<0.01)；不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；“-”表示未測定。下表同。

2.2游離脯氨酸含量變化趨勢 干旱脅迫會引起植物體內(nèi)的游離脯氨酸含量變化，從表2可以看出各處理游離脯氨酸含量的變化趨勢。

處理Ⅰ總體表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，在處理后的第4天和第8天變化不顯著；第8天到第16天迅速增加，第16天到第20天基本保持不變，第20天到第28天稍有下降；在第20天的基礎上，第24天下降趨勢不顯著，第28天下降趨勢極顯著。處理Ⅱ各測定值與未處理前的數(shù)據(jù)均差異不顯著。處理Ⅲ游離脯氨酸含量隨復水時間的增加，其含量逐漸下降，在第12、16、20天下降趨勢極顯著，到第28天恢復到未處理狀態(tài)。處理Ⅳ一開始就在一個較高水平(28.2 μg/g)，然后迅速下降，到第24天時降至未處理前的水平。處理Ⅴ游離脯氨酸含量很穩(wěn)定的保持在最高水平，在第20、24和28天所測數(shù)值差異不顯著，且最終未能恢復到未處理前的狀態(tài)。

從游離脯氨酸含量變化趨勢看出，在本試驗條件下，狗牙根的耐旱極端天數(shù)與葉片相對含水量所表現(xiàn)的一樣，為12 d。

表2 不同干旱脅迫復水處理狗牙根游離脯氨酸的含量 μg/g

2.3超氧化物歧化酶活性變化趨勢 超氧化物歧化酶是保護細胞膜免受自由基傷害的保護酶，在植物受干旱脅迫時，體內(nèi)超氧化物歧化酶活性增加。從表3可以看出各干旱處理狗牙根超氧化物歧化酶活性的變化趨勢。處理Ⅰ活性先增加，在處理后第24天到第28天略有下降，整體變幅較大，未處理前的13.2 U/g比最高的81.2 U/g低了近80%。在第0、4、8和12天測定數(shù)值差異顯著，第12天到第16天差異不顯著。處理Ⅱ超氧化物歧化酶活性與未處理前變化不顯著，變幅在2.4 U/g，說明干旱脅迫第4天對狗牙根超氧化物歧化酶活性影響不大。處理Ⅲ超氧化物歧化酶活性整體呈下降趨勢，在第20天小幅增加，到第24天數(shù)值恢復到與未處理前不顯著水平。處理Ⅳ和處理Ⅴ一直增加，處理Ⅳ在第16天到第20天增加迅速，其后比較平穩(wěn)的保持在較高水平，處理Ⅴ一直保持在較高水平，這兩處理最終的數(shù)值均與未處理前的數(shù)值差異極顯著。

超氧化物歧化酶活性在試驗條件下，狗牙根在干旱脅迫后8 d復水能恢復到未處理前的狀態(tài)。超過8 d，超氧化物歧化酶活性將繼續(xù)增加，而且未見恢復的趨勢。

表3 不同干旱脅迫復水處理狗牙根的超氧化物歧化酶活性變化 U/g

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫會引起植物體內(nèi)相對含水量、細胞內(nèi)滲透物質(zhì)、膜系統(tǒng)保護酶活性、光合生理、激素水平等一系列的生理變化[6]，這種變化在一定的脅迫范圍之內(nèi)是可逆的，但是當超過了該范圍，這類生理變化將不再可逆，植株也將因干旱而死亡。因此，本研究以葉片相對含水量、游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性在干旱脅迫及恢復澆水下的變化，來探討狗牙根在無土培養(yǎng)基上的工廠化培養(yǎng)時的水分管理情況。研究發(fā)現(xiàn)在干旱12 d時恢復澆水，葉片相對含水量和游離脯氨酸含量能恢復到未干旱處理時的水平；干旱脅迫8 d后恢復澆水，超氧化物歧化酶活性能恢復到未干旱處理時的水平。說明了狗牙根在干旱8 d后，部分生理指標已經(jīng)開始出現(xiàn)不可逆變化，在水分管理時澆水間隔最多不能超過8 d。

目前，國內(nèi)對狗牙根抗旱性研究較多的是狗牙根與其他草坪草抗旱性比較或是狗牙根不同材料之間抗旱性的比較[7-9]，不同水分處理對草坪草生長發(fā)育的影響也有研究[10]。本研究是以一個材料為研究對象，主要對不同干旱脅迫天數(shù)后恢復澆水來研究材料干旱—復水的生理響應。如單獨看一直干旱不復水的處理，其變化趨勢與其他植物抗旱性研究的結(jié)果類似，都是葉片相對含水量降低，游離脯氨酸含量升高，超氧化物歧化酶活性升高。葉片相對含水量降低是因為干旱導致植物失水，游離脯氨酸和超氧化物歧化酶活性升高有利于植物抵抗干旱帶給植物的損傷。隨后復水后植物的生理變化發(fā)現(xiàn)超氧化物歧化酶活性出現(xiàn)不可逆變化的時間早于葉片相對含水量和游離脯氨酸，說明在受到干旱脅迫時各指標的反應不是同步的，超氧化物歧化酶活性早出現(xiàn)不可逆變化可能由于它是植物體內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)的第一道防線[11]，干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧自由基會使植物體受到毒害，積累超氧化物歧化酶可以消除這些毒害，這樣導致其他的指標表現(xiàn)出延后于超氧化物歧化酶出現(xiàn)不可逆變化的現(xiàn)象。

[1] 崔建宇，慕康國，胡林，等．北京地區(qū)草皮卷生產(chǎn)對土壤質(zhì)量影響的研究[J]．草業(yè)科學，2003，26(6):68-72．

[2] 董寬虎，沈益新.飼草生產(chǎn)學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003．

[3] 尹權(quán)為，曾兵，張新全，等.狗牙根種質(zhì)資源在渝西地區(qū)的生態(tài)適應性評價[J]．草業(yè)科學，2009，26(5)：174-178.

[4] 干友民，蒙宇，張建波，等.不同稻秸基質(zhì)處理對高羊茅無土草皮成坪天數(shù)及坪用價值的影響[J].草業(yè)學報，2009，18(8):87-93.

[5] 鄒琦.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2001:161-173.

[6] 張憲政，蘇正淑.作物水分虧缺傷害生理研究概況[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，1996，27(3)：85-91.

[7] 張巖，李會彬，邊秀舉，等.水分脅迫條件下幾種狗牙根草坪草抗旱性比較研究[J].華北農(nóng)學報，2008，23(增刊):150-152.

[8] 趙艷，孫吉雄，王兆龍.狗牙根和結(jié)縷草部分品種的抗旱性能評價[J].上海交通大學學報(農(nóng)業(yè)科學版)，2008，26(6):184-187.

[9] 阿力木·沙比爾，阿不來提·阿不都熱依木，齊曼·尤努斯.6份新疆狗牙根抗旱性比較[J].新疆農(nóng)業(yè)大學學報，2008，31(2):17-19.

[10] 張小林，彭致功.不同水分處理對草坪草生長發(fā)育的影響[J].草業(yè)科學，2009，26(4):144-149.

[11] 王玉剛，阿不來提·阿不都熱依木，齊曼·尤努斯.兩狗牙根品種對干旱脅迫反應的差異[J].草業(yè)學報，2006，15(8):58-64.

PhysiologicalresponseofBermudagrass(Cynodondactylon)todifferentdroughtstresses

ZHANG Jian-bo, TANG Chen-bin,WU jia-hai, ZHOU Yu-feng，MO Zhi-ping

(Guizhou Grassland Science Institute, Guizhou Dushan 558200， China)

A pot experiment was carried out determine the physiological response of Bermudagrass (Cynodondactylon)to different drought stresses for selecting the appropriate time of irrigation by measuring the relative water content, content of free proline and superoxidase activity. The results of this study indicated that drought stress decreased leaf relative water content and increased the content of free proline. The re-irrigation in the 12 days after drought stress restored the relative leaf water content and free proline. The re-irrigation in the 8 days after drought stress restored the superoxidase activity. This study suggested that Bermudagrass cultivated in soilless medium could tolerate 12 days drought stress, but re-irrigation in 8 days after drought stress was the best time for Bermudagrass recovery growth.

Bermudagrass； drought stress； relative water content； proline； superoxidase

S543+.903.4；Q945.78

A

1001-0629(2011)01-0117-04

2010-03-15 接受日期：2010-05-19

貴州省“十一五”重大專項“草坪工廠化生產(chǎn)技術研究與產(chǎn)業(yè)化示范推廣”[黔科合重大專項字(2007)6006]

張建波(1981-)，男，四川眉山人，實習研究員，碩士，從事草坪培育和管理的研究。

E-mail：zhangjianber@163．com

周玉鋒 E-mail:gzzhouyf@sohu.com