3種冷季型草坪草對持續干旱、高溫及其互作的生理生態響應

宋婭麗， *， ， ，

(1. 西南林業大學生態與水土保持學院， 云南 昆明 650224； 2. 北京林業大學水土保持學院， 北京 100083)

隨著水資源短缺和全球氣候變暖，部分區域發生旱災頻率和嚴重性增加[1-2]，全球氣溫也被預測到21世紀末將上升1.8～4.0oC[3]。干熱地區的冷季型草坪草面臨著干旱和高溫的雙重脅迫，兩者共同影響著草坪草的生長、發育和生理生態過程，這種自然環境極大地限制了綠地草坪的普及和推廣，并嚴重影響其建坪質量后期產量和效率[4-5]。干旱脅迫下質膜透性增加，細胞內電解質滲透增多，電解液相對電導率升高；同時植物體內可以積累滲透調節物質可溶性糖，冠層同化物向根系分配增多，促進根系生長[6-7]。高溫脅迫下植物水分虧缺，光合速率降低，生長緩慢，活性氧代謝失調，膜脂過氧化發生，質膜透性增加，但同時植物通過降低蒸騰和增加內可溶性有機物質的濃度來減緩水分缺失[8-10]。

黑麥草(LoliumperenneL.)、高羊茅(FestucaarundinaceaL.)和早熟禾(PoapratensisL.)為多年生冷季型草坪草，最適溫度范圍為15.6～23.9℃[11]，常作為建坪的先鋒草種，適合在我國過渡地帶及其冷涼地區生長[12]。已有的關于草坪草抗逆性的研究大多集中于抗旱、抗寒、抗高溫、抗病蟲害、耐鹽堿、耐酸鋁性等方面，且主要集中在單一脅迫對草坪草的影響，而缺乏干旱高溫互作或復合脅迫對不同冷季型草坪草生理生態的研究資料。研究表明，干旱和高溫協同發生比干旱或高溫單一脅迫對植物生長構成的危害更大[13]，而這方面的研究將有助于全面理解不同逆境脅迫影響冷季型草坪草的內在生理機制。由于夏季持續干旱高溫的影響，冷季型草坪草的生長受到了限制，但其傷害機制尚不明確。因此，本試驗選擇3種典型冷季型草坪草，設置干旱、高溫及其互作處理，對其幼苗進行持續脅迫，觀測并掌握各品種在脅迫環境中的主要生理生態指標變化，擬揭示3種冷季型草坪草對持續干旱高溫環境的生理適應性，并為夏季持續干旱高溫區域進行冷季型草坪草的引種和養護管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為北京克勞沃公司進口的3種多年生冷季型草坪草：黑麥草-輝煌(LoliumperenneL.)、高羊茅-火鳳凰2號(FestucaarundinaceaL.)、早熟禾-雪狼(PoapratensisL.)，均為價值較高的優良品系。

1.2 試驗設計

試驗地位于云南省西南林業大學生態與水土保持學院溫室大棚，2016年4月初采用盆栽方法進行播種，種子種植于裝有多孔粘土(沙土比為1：1)的PVC管中(直徑 10 cm，深 40 cm)，灌水后將土壓實，放于玻璃溫室內進行預培養。溫室中采用自然光照，不加溫，且材料的培養的處理主要參考Qian和Fu[14]的方法。待種子發芽后每2 d澆一次水，每4 d用Hoagland營養液澆灌。在培養期間，每周修剪植物以保持平均高度控制在10 cm。

播種3個月后將植物轉入能夠控制環境因子的步入式恒溫培養箱中生長。在恒溫培養箱中進行2周的適應性培養：溫度設定為白天21oC，晚上18oC(12 h光照，12 h黑暗)，控制空氣相對濕度為70%，光照強度為660 μmol m-2·s-1。2周后將葉片高度統一修剪為10 cm，進行干旱、高溫及其互作處理，共4周。各處理分為4個：對照(CK)、干旱處理(D)、高溫處理(H)或干旱和高溫互作處理(D+H)。CK的溫度設置為白天20oC，晚上17oC，植物每2 d澆一次水，澆水量為100%水分蒸散量(ET)(澆水量用稱重法獲得)；D處理溫度與CK相同，植物同樣每2 d澆一次水，但澆水量減小為50% ET；H處理下的植物溫度設定為白天35oC，晚上32oC，澆水量與CK處理相同；D+H處理溫度與H處理相同，澆水量與D處理相同。

不同品種及不同處理各3個重復。為減小與避免不同恒溫培養箱中環境條件不同對樣品的影響，將樣品在培養箱內隨機放置。每個星期將植物重新放在不同恒溫培養箱中。其他條件包括：70%的相對濕度、750 μmol m-2·s-1的光照強度，以及12小時的光周期。按照溫室中的培養方式對植物澆水和施肥。脅迫的第0、7、14、21、28天分別測定草坪外觀質量(turf quality，TQ)、葉片萎蔫系數(leaf wilting score, LWS)、葉片相對含水量(leaf relative water content, LRWC)、光合速率(photosynthetic rate,Pn)、暗呼吸速率(dark respiration, R)、細胞質膜透性(leaf relative conductivity, LRC)；試驗結束后測定地上部分干重(shoot biomass, SB)、根系干重(root biomass, RB)、脯氨酸含量(prolin content, Pro)和可溶性糖含量(soluble sugar content, SS)，所有指標測定均重復3次。

1.3 試驗方法

草坪外觀質量基于試驗過程中草坪草地上部分生長情況按照1到9的數值來評價，1是密度低、長勢差、質地差(完全枯萎和棕色)的草坪，而9是密度高(充滿整個PVC管)、長勢好、均勻整齊、質地好(水分充足、顏色鮮綠)的草坪[15]；葉片萎蔫系數是基于萎蔫狀況和葉片顏色按照1～9的數值來評價，1是完全萎蔫、枯黃的草坪，而9是水分狀況好、顏色鮮綠的草坪；葉片相對含水量測定采用常規烘干法[16]；生物量測定采用常規烘干法[17]；光合速率和暗呼吸速率使用便攜式紅外線分析儀(LI 6400, LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)測定；細胞膜透性采用電導率法(DDS-308，上海精密科學儀器有限公司)[18-19]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定[20]；可溶性糖含量采用蒽酮法測定[21]。

1.4 數據分析

相關性分析時各指標均采用不同處理時間相同處理的平均值，采用SPSS 19.0進行分析，并用Microsoft Office Excel 2007繪制數據圖。

耐受性評價方法采用隸屬函數法[9,22]，評價時3個品種的各指標均使用脅迫第28天時的數據。

(1)各指標的隸屬函數值

當指標與植物耐受性呈正相關時：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

當指標與植物耐受性呈負相關時：

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)平均隸屬值

X=∑Xi/n

式中，U(Xi)為各指標的隸屬值，U(Xi)越大耐受性越強；Xi為某一指標的測定值；Xmax和Xmin分別為某一指標的最大值和最小值；X為平均隸屬值。

2 結果與分析

2.1 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草生長外觀的影響

持續干旱、高溫及互作處理下，3種冷季型草坪草的外部形態均發生了明顯變化，且表現不同，受到影響的包括地上部分均勻度、整齊度以及葉片顏色。CK的3種草坪草均生長正常，葉色鮮綠，草坪外觀質量(TQ)均保持在8以上。脅迫第7 d時，3種草坪草TQ在D、H和D+H處理下平均值較CK分別下降了3.7%，13.0%和51.6%；除D處理下的高羊茅在第7 d與CK差異性不顯著外，3種草坪草在各處理下均在第7 d開始顯著下降(P<0.05)(圖1)。從影響程度看，在7 d，14 d和21 d，D+H脅迫對TQ的影響大于D或H單獨脅迫，干旱和高溫互作效應明顯，說明干旱和高溫互作對TQ的影響具有疊加效應。當脅迫持續到28 d時，H處理對黑麥草和早熟禾的影響程度與D+H無顯著差異，說明隨著時間的持續D+H的疊加效應逐漸減弱。28 d時，D+H脅迫下黑麥草、高羊茅、早熟禾與CK相比分別下降了73.8%，75.2%和85.0%，此時早熟禾完全干枯。

各脅迫下3種草坪草的葉片萎蔫系數(LWS)與TQ總體上變化一致，均隨脅迫時間的持續而顯著下降(圖2)。各脅迫處理7 d時，3種草坪草的葉片萎蔫系數均顯著下降，且D和D+H脅迫的下降程度顯著高于H(P<0.05)；脅迫持續到28 d，3種草坪草D、H和D+H脅迫的平均LWS與對照相比下降了73.2%，50.8%和71.7%，D和D+H處理無顯著差異，說明H脅迫對LWS影響較小，D起到關鍵作用。28 d時，D+H脅迫下黑麥草、高羊茅、早熟禾與CK相比分別下降了68.9%，63.3%和83.0%。

圖1 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)草坪外觀質量TQ的影響(平均值±標準差)Fig.1 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on turf quality of perennial ryegrass (A), tall fescue(B) and kentucky bluegrass (C) (mean±SD)注：圖中不同小寫字母表示同一處理時間不同脅迫之間差異顯著性(P<0.05)Note:Different lower-case letters meant significant difference among different treatments in the same time at the 0.05 level

圖2 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)葉片萎蔫系數LWS的影響(平均值±標準差)Fig.2 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on leaf wilting score of perennial ryegrass (A), tall fescue (B) and kentucky bluegrass (C) (mean ± SD)

2.2 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草葉片相對含水量的影響

隨著脅迫時間的持續，3種草坪草葉片相對含水量呈下降的趨勢，脅迫時間越長對葉片相對含水量的影響越嚴重(圖3)。各處理下黑麥草和早熟禾LRWC第28 d均低于50%，比脅迫第21 d分別下降了36.2%和46.9%。各脅迫在第21 d時各處理下LRWC與CK相比均達到顯著水平(P<0.05)，28 d時呈極顯著降低(P<0.01)。脅迫28 d時D、D+H脅迫下的LRWC無顯著差異(P<0.05)，黑麥草、高羊茅和早熟禾僅為CK的47.4%～56.4%、64.8%～71.3%、31.1%～32.8%；各脅迫下黑麥草、高羊茅和早熟禾的LRWC平均值分別下降44.9%，28.2%和61.7%。這表明逆境脅迫明顯導致草坪草葉片水分虧缺，高羊茅葉片持水能力強于黑麥草和早熟禾，早熟禾葉片脫水速度最快。

圖3 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)葉片相對含水量LRWC的影響(平均值±標準差)Fig.3 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on leaf relative water content of perennial ryegrass (A), tall fescue (B) and kentucky bluegrass (C) (mean ± SD)

2.3 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草生物量及根冠比(R/S)的影響

D、H和D+H脅迫均使3種草坪草地上部分生物量(SB)、根系生物量(RB)顯著降低(P<0.05)(表1)。地上部分生物量、根系生物量最小值均出現在D+H脅迫下，D、H和D+H脅迫下3種草坪草的地上部分生物量與CK相比，平均下降幅度分別為21.5%，41.0%和50.3%，根系生物量平均下降幅度分別為28.1%，42.2%和55.6%，說明干旱和高溫互作對根系生物量的影響大于對地上部分生物量的影響。3種草坪草相比較，在D+H脅迫下早熟禾的下降幅度高于黑麥草和高羊茅，地上部分和根系生物量分別達到80.8%和80.3%，說明干旱和高溫互作對早熟禾生長的抑制作用高于黑麥草和高羊茅。各處理對3種草坪草根冠比的影響不盡相同，黑麥草和高羊茅在D+H脅迫下分別下降了16.7%和14.7%，早熟禾提高了9.3%。

2.4 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草葉片光合速率(Pn)和暗呼吸速率(R)的影響

3種冷季型草坪草的葉片光合速率(Pn)均隨時間的持續呈顯著下降的趨勢，且各脅迫處理顯著降低了Pn(圖4)。黑麥草和高羊茅Pn在脅迫7 d時與0 d有顯著差異，早熟禾直到14 d才顯著降低(P<0.05)。28 d時各脅迫下Pn與CK相比呈極顯著下降趨勢(P<0.01)，D+H脅迫下Pn幾乎接近于0 μmol CO2·m-2·s-1。28 d 時各脅迫下Pn與CK相比下降幅度表現為：D+H>H>D；D+H下黑麥草、高羊茅和早熟禾的Pn分別為CK的8.7%，11.0%和2.5%，下降幅度表現為：早熟禾>黑麥草>高羊茅，這表明早熟禾在干旱高溫互作脅迫下葉片光合能力受到嚴重抑制。

表1 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草、高羊茅和早熟禾生物量和根冠比的影響(平均值±標準差)Table 1 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on biomass and root/shoot rate of ryegrass, tall fescue and kentucky bluegrass (mean±SD)

注：同行不同小寫字母表示同一測定指標下不同脅迫處理之間差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示同一測定指標下相同脅迫處理不同草坪草間差異顯著(P<0.05)

Note：Different lower-case letters meant significant difference among different treatments under same grasses at the 0.05 level, different capital letters meant significant difference among different grasses under same treatment at the 0.05 level

圖4 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)葉片光合速率Pn的影響(平均值±標準差)Fig.4 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on photosynthetic rate of ryegrass (A), tall fescue (B) and kentucky bluegrass (C) (mean ± SD)

各脅迫下葉片暗呼吸速率(R)與Pn表現相反(圖5)。H和D+H脅迫下3種冷季型草坪草的R均隨時間的持續呈顯著增加的趨勢，在28 d時最高，且各脅迫顯著增加了R。黑麥草R在H和D+H脅迫7 d時與0 d相比顯著升高，高羊茅和早熟禾在7 d無顯著差異，直到14 d才顯著升高(P<0.05)。28 d 時R與CK相比脅迫增加幅度表現為：D+H>H>D。28 d時H和D+H下的黑麥草、高羊茅和早熟禾R分別比CK增加了137.5%和258.9%，132.1%和169.1%，361.6%和446.9%，升高幅度中早熟禾最高，這表明早熟禾在干旱高溫互作脅迫下葉片耐受性和碳代謝狀態受到嚴重抑制。

2.5 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草細胞質膜透性的影響

葉片相對電導率是反映植物膜系統狀況的一個重要生理生態指標，植物細胞膜是控制小分子物質進出細胞的屏障，植物在受到逆境脅迫時細胞膜蛋白受損傷，導致胞質的胞液外滲而使相對電導率增大(LRC)。持續干旱、高溫及其互作脅迫下黑麥草和高羊茅的LRC變化趨勢基本相同(圖6)，均是在脅迫初期直至脅迫14 d無顯著變化，21 ～ 28 d時顯著上升(P<0.05)；而早熟禾隨著脅迫時間的持續，LRC變化不明顯。D+H脅迫下，28 d時3種草坪草LRC均顯著高于CK。

圖5 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)葉片暗呼吸速率R的影響(平均值±標準差)Fig.5 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on dark respiration rate of ryegrass (A), tall fescue (B) and kentucky bluegrass (C) (mean ± SD)

圖6 干旱、高溫及其互作脅迫對黑麥草(A)、高羊茅(B)和早熟禾(C)葉片相對電導率LRC的影響(平均值±標準差)Fig.6 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on relative conductivity of ryegrass (A), tall fescue (B) and kentucky bluegrass (C) (mean ± SD)

2.6 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草滲透調節物質的影響

脯氨酸(Pro)是反映植物抗逆性的重要生理生態指標，植物在正常條件下，Pro含量很低；但植物在受干旱高溫等逆境脅迫時，Pro會大量積累以進行滲透調節，其積累指數可在一定程度上反映植物受逆境傷害的程度；植物體內Pro積累量越多，則抗逆能力越強。3種冷季型草坪草在受到干旱、高溫及其互作脅迫時，體內Pro含量均有不同程度的增加；在H和D+H下呈極顯著增加(P<0.01)(圖7)。脅迫28 d時，D脅迫下的早熟禾根系Pro與CK相比無顯著變化；黑麥草和高羊茅與CK差異顯著(P<0.05)，葉片和根系平均值分別增加了104.3%和312.9%，說明高羊茅在干旱脅迫下滲透調節能力優于黑麥草和早熟禾。H脅迫下，黑麥草、高羊茅和早熟禾Pro與CK相比增幅分別為268.3%，118.1%和315.1%；D+H脅迫下Pro分別增加362.8%，300.4%和832.9%。D、H和D+H脅迫下根系脯氨酸與CK相比增幅顯著高于葉片，平均高出86.0%，39.2%和60.9%，說明在干旱脅迫下根系所能發揮的滲透調節能力高于高溫及兩者互作條件下。

圖7 干旱、高溫及其互作脅迫對3種冷季型草坪草葉片脯氨酸含量(A)和根系脯氨酸含量(B)的影響(平均值±標準差)Fig.7 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on leaf proline content (A) and root proline content (B) of three kinds of cool season turfgrasses (mean ± SD)

可溶性糖(SS)是植物生長發育的重要滲透調節物質，是植物脅迫誘導的小分子溶質之一，隨脅迫程度增加而增加，有利于維持植物體細胞膨壓，能減緩由脅迫造成的植物生理代謝不平衡問題。在脅迫28 d植物收獲后，3種草坪草各處理下的SS與CK相比均有不同程度的上升(圖8)。在D、H和D+H脅迫下，黑麥草葉片和根系平均SS與CK相比分別增加了35.8%，33.1%和46.6%；高羊茅分別增加了54.5%，10.0%和40.8%；早熟禾分別增加了50.6%，53.9%和65.2%。高羊茅在D脅迫下SS上升幅度最高，黑麥草和早熟禾上升幅度最高的表現在D+H互作下，說明高羊茅在H脅迫下滲透調節性能較差。

圖8 干旱、高溫及其互作脅迫對3種冷季型草坪草葉片可溶性糖含量(A)和根系可溶性糖含量(B)的影響(平均值±標準差)Fig.8 Effect of drought stress, heat stress and their interaction on leaf soluble sugar content (A) and root soluble sugar content (B) of three kinds of cool season turfgrasses (mean ± SD)

2.7 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草各生理生態指標的相關性分析

對干旱、高溫及其互作脅迫下3種冷季型草坪草各生理生態指標進行相關性分析(表2)，以求反映3種冷季型草坪草在干旱、高溫及其互作脅迫下的生理生態指標變化情況。結果表明，TQ與LWS、LRWC、Pn呈極顯著正相關；與R、L-Pro、R-Pro、LRC呈極顯著負相關；與R/S、R-SS分別呈顯著正負相關。LWS與LRWC、Pn呈極顯著正相關；與R、LRC呈極顯著負相關；與R/S呈顯著正相關；與L-Pro、R-Pro呈顯著負相關。RWC與Pn呈極顯著正相關；與R、L-Pro、R-Pro、LRC、R-SS呈極顯著負相關。Pn與R、LRC呈極顯著負相關；與L-Pro、R-Pro呈顯著負相關；R與L-Pro、LRC呈極顯著正相關；與R-Pro呈顯著正相關。說明持續干旱、高溫及其互作使葉片缺水、光合作用升高、呼吸作用降低的同時，對Pro含量含量的增加有一定的誘導作用。

表2 干旱、高溫及其互作脅迫下3種冷季型草坪草個生理生態指標相關性分析Table 2 Correlations between physiological and ecological indices in three kinds of cool season turfgrasses under drought stress, heat stress and their interaction

注：TQ：草坪外觀質量；LWS：葉片萎蔫系數；LRWC：葉片相對含水量；SB：地上部分干重；RB：根系干重；R/S：根冠比；Pn：光合速率；R：暗呼吸速率；LRC：葉片相對電導率；L-Pro：葉片脯氨酸；R-Pro：根系脯氨酸； L-SS：葉片可溶性糖；R-SS：根系可溶性糖；*表示α=0.05水平下相關性達到顯著；**表示α=0.01水平下相關性達到顯著；下同

Note: TQ: turf quality; LWS: leaf wilting score; LRWC: leaf relative water content; SB: shoot biomass; RB: root biomass; R/S: root to shoot; Pn: photosynthetic rate;R: dark respiration; LRC: leaf relative conductivity; L-Pro: leaf proline content; R-Pro: root proline content; L-SS: leaf soluble sugar; R-SS: root soluble sugar. *indicates significant correlation at the level of alpha=0.05); **indicates significant correlation at the level of alpha =0.01; the same as below

2.8 持續干旱、高溫及其互作對3種冷季型草坪草的耐受性評價

利用模糊數學的隸屬函數法對3種冷季型草坪草的9項生理生態指標進行耐受性的綜合評價(表3)，用每種草坪草各項指標隸屬度的平均值作為不同草坪草抗逆性綜合鑒定標準，該值越大抗逆性則越強。結果表明，黑麥草、高羊茅和早熟禾在D、H、D+H脅迫下的隸屬函數平均值分別為0.521，0.827和0.224，表明3種草坪草抗干旱、抗高溫、抗干旱與高溫互作能力順序均為高羊茅>黑麥草>早熟禾。

3 討論

干旱和高溫是兩個主要限制冷季型植物生長的環境因子，持續的干旱高溫脅迫會通過影響生理過程而抑制植物的正常生長發育[23]。這種抑制作用最初體現在植物葉片外觀質量變化上。本研究發現早熟禾受持續干旱高溫脅迫的傷害最大，在處理28 d時整株葉片枯黃，比黑麥草和早熟禾草坪外觀質量值低42.9%和40.0%。從葉片萎蔫系數可知，干旱高溫對高羊茅的傷害同樣輕于黑麥草和早熟禾，其通過調節自身的生理機制做出積極且持久的抗逆反應，耐受性最強；黑麥草介于高羊茅和早熟禾之間。14 d后，D、H及D+H脅迫下，3種草坪草的葉片相對含水量顯著下降，下降的幅度隨著時間的持續而逐漸增大，平均值從高到低依次為高羊茅>黑麥草>早熟禾，高羊茅的葉片相對含水量顯著高于其他草坪草，這與葉片外觀質量和葉片萎蔫系數表現一致。葉片水分相對含水量在28 d時迅速降低，說明隨著脅迫時間的持續，蒸騰速率增大，草坪草體內水分虧缺加劇。生物量在根系和地上部分之間的分配對于植物生長是決定性因素，這種分配作用在脅迫下更明顯[24-25]。逆境脅迫下，3種草坪草根系生物量的下降幅度高于地上部分，說明干旱和高溫對根系生長的影響比地上部分更敏感。這個結果同樣出現在其他種類的草坪上[26]。從生物量可知，干旱和高溫脅迫對早熟禾生長的抑制作用高于黑麥草和高羊茅。

表3 三種冷季型草坪草對干旱、高溫及其互作脅迫的耐受性綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation on drought stress, heat stress and their interaction of three kinds of cool season turfgrasses

研究表明，植物受到一定程度的干旱脅迫時，植物的水分利用效率將提高[27]。本研究中，當干旱脅迫持續到第7 d，葉片相對含水率并沒有顯著降低，這可能是由于干旱脅迫下草坪草由氣孔導度減小而導致降低的光合速率速度小于或滯后于蒸騰速率的下降速度，導致葉片水分利用效率增加。也有研究表明，葉片相對含水量小于50%時，光合機構的正常運轉受到影響[28]。本試驗中，28 d時干旱和高溫互作脅迫下黑麥草和早熟禾的LRWC均小于50%，光合速率趨向于0，低于干旱或高溫單一脅迫下。3種草坪草的光合作用對干旱和高溫互作脅迫下的響應強于單一脅迫下。此時草坪草通過積累大量脯氨酸和可溶性糖(比CK高207.0%～1 102.5%)來防止植物水分散失，主動降低滲透勢提高滲透調節能力，降低質膜熱受害程度，以保證草坪草在逆境下的生存。

干旱會伴隨高溫同時發生，并加劇高溫對植物的光合影響，光合作用是對高溫反應最敏感的生理過程之一[29]。當溫度超過植物自身調節的控制范圍后導致植物出現熱害癥狀，甚至萎蔫死亡[30]。本研究中在高溫脅迫導致3種草坪草的光合速率顯著降低，造成光合速率大大下降的原因可能是干旱高溫導致水分散平衡細胞質與液泡間的滲透勢失和植物細胞脫水，光合色素含量急劇下降，造成光合機構的傷害，氣孔導度降低使葉綠體內CO2的供應受阻[8]。同時，本研究中耐熱性強的高羊茅光合速率下降幅度小于耐熱性弱的黑麥草和早熟禾，這也體現在其他植物中，如新疆榛(Corylusheterophylla×C.avellan)[31]、玉米(Zeamays)[32]和金蕎麥(Fogopyrumdibotrys)[33]等，結論與本研究結果一致。但值得注意的是，本研究中14 d時在各處理下草坪草并未死亡，說明此時氣孔并未完全關閉，相反必須保持一定的開度，使強烈的蒸騰帶走過多的熱量，以適應逆境。干旱和高溫互作脅迫會抑制冷季型草坪草的光合作用，加劇光合速率降低，但在此實驗中耐干旱高溫的高羊茅比不耐干旱高溫的草種具有更高的Pn，這可能與其葉片內具有較高的抗氧化酶活性和葉綠素合成速率有關[34-35]。這些生理代謝的變化有助于減緩逆境對其光合系統的破壞。同時，其自身又通過各種生理機理的變化以增強自己對極端干旱和高溫環境的適應。

持續干旱、高溫導致3種草坪草通過增加呼吸速率來適應環境的改變，呼吸作用的增強消耗了大量的糖類等能源物質，在28 d時平均增加132.1%～446.9%，在干旱高溫互作脅迫下增加高于單一脅迫，說明干旱高溫互作下植物光合產量仍在進一步減少，最終導致CO2吸收的終止，比單一脅迫對植物造成的傷害更為嚴重。干旱和高溫互作脅迫下高羊茅的呼吸速率顯著低于黑麥草(15.2%)和早熟禾(30.5%)，說明逆境生長條件下的高羊茅具有較好的干旱高溫耐受性和碳代謝狀態。細胞膜是防止細胞外物質自由進入細胞的屏障，它能保證細胞內環境的相對穩定，使各種生化反應能夠有序運行。植物在受到逆境脅迫時，質膜透性增大已被許多研究證實[9,33,36]。但本研究中干旱高溫互作脅迫下的質膜透性增大幅度并不顯著高于干旱或高溫單一脅迫。這可能是由于單一脅迫已導致膜結構失去活性，膜對細胞內外物質交換和控制能力消失，外滲液電導趨近死亡電導率[37]。逆境脅迫會抑制冷季型草坪草的光合作用，提高呼吸作用，但較為耐熱的草種比不耐熱的草種具有更高的光合速率，和更低的呼吸速率。這些生理代謝的變化有助于緩解高溫對其光合系統的破壞[38]。

脯氨酸和可溶性糖是植物體內的主要滲透調節物質，兩者均能通過降低細胞原生質的滲透勢來減輕滲透脅迫，促使細胞從外界吸收水分，使植物保持一定的含水量和膨壓，防止膜質和蛋白質的過氧化[39]。本試驗中，3種草坪草葉片和根系脯氨酸含量均在各脅迫下顯著增加，這與李力等[9]的研究結果一致。研究表明，植物體內脯氨酸的積累程度與植物的抗逆性強弱有一定關聯[34,40]，本試驗在脅迫28 d時，D+H下早熟禾葉片和根系Pro的含量最高，Pro積累程度為早熟禾>黑麥草>高羊茅，結果與草坪外觀質量和葉片萎蔫系數變化一致，表明脯氨酸是草坪草應對干旱高溫脅迫的主導性滲透調節物質，這與史燕山等[41]和韓春梅[42]的研究結果一致。在受到逆境脅迫時，脯氨酸可通過最有效的滲透作用來調節細胞水分環境的變化，抵抗外界滲透脅迫，從而減輕干旱高溫脅迫對植物體內水分虧缺的影響。持續干旱高溫脅迫可誘導3種冷季型草坪草體內大量形成可溶性糖，以提高植物的抗逆性。本試驗中，3種草坪草的可溶性糖含量在各脅迫處理下均有不同程度的上升，早熟禾的可溶性糖含量變化幅度均比黑麥草和高羊茅高，且對干旱高溫互作處理表現的更為敏感，而黑麥草和高羊茅的敏感程度差異較小，因此早熟禾對干旱高溫的響應速度最快。較高的可溶性糖含量不僅可以提高細胞的持水力，提高其滲透調節作用，還能增強原生質彈性，有效的保護細胞的膜結構，保證植株的正常生長[43]。

干旱高溫脅迫對植物的影響是多方面的，植物也可以通過自身營養物質、光合呼吸速率、滲透調節物質等多種生理機制的共同作用來減輕或減緩傷害的發生。干旱高溫脅迫下，3種冷季型草坪草通過各種生理生態反應以低于逆境，維持正常生長，各種抗干旱高溫指標的變化趨勢總體相同，不同脅迫處理和不同品種各指標的變化規律存在差異，3個品種的耐干旱高溫能力也存在一定區別。本試驗中，草坪外觀質量、葉片萎蔫系數、葉片相對含水量、根冠比、光合速率、暗呼吸速率、質膜透性、脯氨酸含量和可溶性糖含量對干旱高溫脅迫處理比較敏感，故可作為冷季型草坪草抗逆性生理鑒定指標。3種冷季型草坪草在干旱高溫脅迫下各生理指標的變化情況比較復雜，但根據整個脅迫中植株的生長狀態，并通過隸屬函數法綜合分析各種草坪草的耐干旱高溫性能，綜合分析得出3種冷季型草坪草抗干旱高溫能力由強到弱依次為：高羊茅>黑麥草>早熟禾。3種草坪草在干旱高溫條件下通過增加細胞滲透調節物質含量，降低水分喪失，平衡細胞質與液泡問的滲透勢，來增強其對干旱高溫環境的適應能力，干旱高溫共同脅迫對草坪草的傷害高于單一脅迫。

4 結論

3種草坪草的草坪外觀質量、葉片萎蔫系數和葉片相對含水量在持續干旱、高溫及干旱高溫互作脅迫下顯著下降，下降的幅度隨著時間的持續而逐漸增大，平均值從高到低依次為高羊茅>黑麥草>早熟禾；在干旱、高溫及干旱高溫互作脅迫下草坪草根系生物量的下降幅度高于地上部分，逆境對根系生長的影響比地上部分更敏感。

持續干旱、高溫及干旱高溫互作脅迫導致3種草坪草的光合速率顯著降低，兩者互作下的降低幅度高于單一脅迫下，耐熱性強的高羊茅光合速率下降幅度小于耐熱性弱的黑麥草和早熟禾；相反，干旱、高溫及干旱高溫互作脅迫導致3種草坪草暗呼吸速率增加，且在干旱高溫互作脅迫下增加高于單一脅迫，說明干旱高溫互作比單一脅迫對植物造成的傷害更為嚴重。

3種草坪草葉片和根系脯氨酸和可溶性糖含量均在高溫、以及干旱高溫互作下顯著增加，早熟禾的變化幅度均高于黑麥草和高羊茅，且對干旱高溫互作處理表現的更為敏感，而黑麥草和高羊茅的敏感程度差異較小，因此早熟禾對干旱高溫的響應速度最快。

3種冷季型草坪草在干旱高溫脅迫下各生理指標的變化情況比較復雜，但根據整個脅迫中植株的生長狀態，并通過隸屬函數法綜合分析各種草坪草的耐干旱高溫性能，綜合分析得出3種冷季型草坪草抗干旱高溫能力由強到弱依次為：高羊茅>黑麥草>早熟禾。