生根劑GGR-6對紫羊茅和草地早熟禾響應干旱脅迫的影響

王競紅，陳 艾，張 雯，趙 藝，田靜瑤，王貞升，徐谷丹，藺吉祥

（1東北林業大學園林學院，哈爾濱 150040；2北方航空護林總站，哈爾濱 150040）

0 引言

干旱對植物的生長發育以及農業生產具有重要的影響。草坪草在城市生態系統中尤為重要，它們維持體內水分平衡的途徑也多種多樣，且機制各不相同[1]。一般來說，草坪草的抗旱類型分為避旱性和耐旱性兩種[2]，避旱性是指草坪草在干旱脅迫下通過根系深層次扎根或在形態、內部生理上低蒸散耗水等來避免組織的損害，呈現出矮生、葉肉質化、表皮層角質化的特征[3]。耐旱性是指草坪草通過生理代謝的過程來忍受干旱的能力[4]，耐旱性強的草坪草可以通過滲透調節來維持水分平衡，或者通過改變原生質與細胞膜的狀態進而提高抗旱性，還可以通過自身的生理生化調節作用來提高保護酶的活性，從而減輕逆境脅迫對植物細胞的傷害。當草坪草處于干旱初、中期時，上述2種抵御干旱脅迫的方式會同時存在，而伴隨著干旱脅迫的進一步加重，草坪草的根系增大、降低蒸散率則成了草坪草抗旱的主要方式[5-11]。

生根劑GGR-6是一種可以調控植物內源激素含量和酶活性的復合型植物生長調節劑，它可以促進生物大分子的合成和植物根系的生長，提高育苗成活率，改善植物根系形態特征，增強植物的抗性[12]。已有研究表明，施加GGR-6后，無憂花(Saracadives)葉片中葉綠素、可溶性糖及游離脯氨酸含量呈現先增加后減小的趨勢，超氧化物歧化酶(SOD)活性呈現先下降后增加的趨勢[13]。另外，GGR-6還能夠顯著影響植物體的細胞增殖，并改善生根情況[14-15]。紫羊茅(Festuca rubra)抗寒、耐旱、耐蔭和耐貧瘠土壤能力都很強，葉片呈纖細的針狀，株叢致密。紫羊茅在逆境脅迫下，通過添加外源物質可緩解其受害程度[16-17]。草坪草早熟禾(Poaannua)是多年生冷季型根莖疏叢型禾草，葉色濃綠、葉形和株型優美，是世界公認的優質草種，因其形成的草皮結實而富有彈性，故廣泛應用于城市綠地、公園、庭院等草坪綠化[18-19]。

本試驗以紫羊茅和早熟禾為試驗材料，分別于不同時期進行澆灌不同濃度的生根劑GGR-6溶液，以期明確GGR-6施用后對草坪草耐旱能力的影響效應，評價3個施用周期下不同濃度GGR-6處理對草坪草在干旱脅迫下的生理指標的影響。從植物生理學角度探討在干旱脅迫下澆灌生根劑GGR-6后草坪草的生理適應反應，確定紫羊茅和早熟禾的GGR-6最佳澆灌周期和濃度。

1 材料方法

1.1 材料與設計

供試草坪草為哈爾濱碧豐草業有限公司提供的紫羊茅‘夢神’(Festucarubra‘Rubra’)，草地早熟禾‘優異’(Poapratensis‘Merit’)。供試藥劑為生根劑雙吉爾GGR-6號（中國林業科學院生產）。

試驗在東北林業大學溫室中于2018年進行，選用170×150×125 mm規格的塑料花盆進行育苗培養。培養基質選用全蛭石高溫滅菌消毒后，統一稱取蛭石重量430 g。實驗用草坪草種子經過篩選后，用1%高錳酸鉀溶液進行消毒，晾干后，稱取種子3.5 g/盆，浸種3 h后進行播種，出苗前的培育期內每隔3天用300 mL水澆灌。每次澆水后稱量盆重，保證土壤水分質量相同。生根劑噴施時間于播種后1周[4月2日(W1)]、播種后2周[4月9日(W2)]、播種后3周[4月16日(W3)]分批處理，處理時每隔3天澆生根劑300 mL，滲出液4 h后回倒入盆內。處理3次后正常澆水生長，每周施加1次100 mL Hoagland’s營養液。干旱脅迫實驗組各組處理時間見表1，GGR-6濃度梯度設置為0(A)、0.1 g/L(B)、0.2 g/L(C)和0.3 g/L(D)，每個處理5次重復。

表1 干旱脅迫實驗組各組處理時間

1.2 指標測定方法

干旱結束統一取樣，采用硫酸巴比妥酸(TBA)顯色法測定丙二醛(MDA)含量，采用氮藍四唑(NBT)法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[20]，參照李合生的愈創木酚法[21]測定過氧化物酶(POD)活性，參照李龍等[22]的方法測定游離脯氨酸(Pro)的含量。各處理每次測定重復3次。

1.3 數據分析

用Excel處理實驗數據，利用SPSS 20.0統計軟件進行方差分析，結果用平均數±標準誤差表示，顯著水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 GGR-6對不同干旱脅迫周期下紫羊茅和早熟禾葉片丙二醛(MDA)含量的影響

隨著干旱脅迫的進行，紫羊茅和早熟禾葉片MDA含量均呈逐漸上升趨勢。紫羊茅、早熟禾葉片的MDA含量在干旱處理6天時與對照組相比出現顯著上升(P＜0.05)。隨干旱脅迫的繼續進行，2種草坪草的MDA積累量差異逐步擴大。與對照組相比，干旱脅迫15天時，紫羊茅的MDA含量增幅2.19%，早熟禾的MDA含量增幅1.45%，表明隨著干旱脅迫程度的加劇，早熟禾的MDA含量增幅較小。

紫羊茅的MDA含量隨干旱的進行呈上升趨勢，均顯著大于對照(P＜0.05)，在GGR-6濃度0、0.1、0.2、0.3 g/L下，W1施用周期的MDA含量分別是對照的2.37、1.64、1.63、1.96倍；W2下分別是對照的 2.46、1.94、1.82、2.83倍；W3下分別是對照的 3.26、3.29、2.26、3.17倍。W3時期施用GGR-6產生的MDA積累均大于2倍，紫羊茅需要較早的施用GGR-6。未施加GGR-6時MDA積累量均為對照的2倍以上，表明GGR-6的處理延緩了干旱導致的紫羊茅葉片膜脂的過氧化，在GGR-6濃度為0.1 g/L、0.2 g/L時MDA積累量增幅較小，表明此濃度的GGR-6能較好地緩釋干旱造成的紫羊茅代謝紊亂（表2）。早熟禾MDA含量同樣隨干旱的進行呈上升趨勢，均顯著大于對照(P＜0.05)，但相對紫羊茅而言，早熟禾MDA含量相較于對照的上升幅度較低，表明其抗旱性較強。W1、W2下施加低濃度GGR-6(0.1 g/L)有效緩解了早熟禾葉片的膜系統損傷，而W3下，高濃度GGR-6(0.3 g/L)的作用效果更為顯著（表3）。

表2 GGR-6和時間變化對紫羊茅‘夢神’不同干旱脅迫時期丙二醛含量的影響

表3 GGR-6和時間變化對早熟禾‘優異’不同干旱脅迫時期丙二醛含量的影響

2.2 不同GGR-6濃度和干旱脅迫周期對紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸的影響

干旱脅迫下，紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸含量逐漸升高，與對照組相比顯著上升(P＜0.05)。隨干旱脅迫的進行，游離脯氨酸含量差異逐步擴大。與對照組相比，紫羊茅、早熟禾的游離脯氨酸活性分別增加了0.21、0.59倍，其中紫羊茅的游離脯氨酸活性增幅較小。

與對照相比，干旱脅迫下，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量顯著提升(P＜0.05)，GGR-6濃度為0、0.1、0.2、0.3 g/L時，W1施用周期的游離脯氨酸含量分別是對照的1.11、1.19、1.52、1.23倍；W2下分別是對照的 1.30、1.36、1.15、1.39倍；W3下分別是對照的 1.43、1.21、1.36、1.42倍；隨施用周期的后移，其葉片積累的游離脯氨酸含量不斷升高。施用較低濃度GGR-6時(0.1 g/L、0.2 g/L)，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量積累速率較快，而在0.3 g/L濃度處理下，紫羊茅葉片游離脯氨酸含量仍隨著脅迫的增加而持續增大（表4）。

表4 GGR-6和時間變化對紫羊茅‘夢神’不同干旱脅迫時期游離脯氨酸含量的影響

干旱脅迫下，早熟禾葉片游離脯氨酸含量與對照相比顯著上升(P＜0.05)，在W1下，早熟禾葉片游離脯氨酸含量隨GGR-6施加濃度的提高而不斷升高，且較高濃度(0.3 g/L)的GGR-6并未影響早熟禾葉片游離脯氨酸的積累，而在W2、W3下，高濃度(0.3 g/L)的GGR-6施加使得早熟禾葉片游離脯氨酸積累速度放緩（表5）。

表5 施用GGR-6濃度和時間變化對早熟禾‘優異’不同干旱脅迫時期游離脯氨酸含量的影響

2.3 不同GGR-6濃度和干旱脅迫周期對紫羊茅和早熟禾葉片超氧化物歧化酶含量的影響

與對照相比，在施加GGR-6后，紫羊茅和早熟禾葉片SOD活性均高于對照(P＜0.05)，葉片的SOD活性隨著干旱脅迫的進行，均呈先升后降趨勢，早熟禾葉片的SOD活性峰值集中出現在干旱10天，SOD活性是對照的1.44倍，而紫羊茅葉片的SOD活性峰值則在8、10、12天均有分布，其SOD活性的峰值是對照的1.36倍，并未顯著高于早熟禾葉片的SOD活性。

紫羊茅葉片在不同處理周期下，施加GGR-6后其SOD活性，均顯著高于對照(P＜0.05)，與對照相比，在W1、W2、W3期施加GGR-6，紫羊茅葉片SOD活性均呈現先升后降趨勢，在W1、W2、W3期下，其SOD活性分別增加了1.44、1.25、1.35倍，且其峰值在8、10、12天均有分布，而后呈現下降趨勢，在各不同處理周期較低濃度(0.1 g/L、0.2 g/L)的GGR-6的處理紫羊茅葉片SOD活性較高（表6）。

表6 GGR-6濃度和時間變化對紫羊茅‘夢神’不同干旱脅迫時期超氧化物歧化酶含量的影響

與紫羊茅相比，早熟禾葉片對輕度的干旱脅迫有較強的適應性，施加GGR-6后，早熟禾葉片的SOD活性顯著高于對照(P＜0.05)，在 W1、W2、W3 期施加GGR-6，早熟禾葉片SOD活性均呈現先升后降趨勢，與對照相比，在W1、W2、W3下SOD活性分別增加了1.36、1.18、1.27倍，其SOD活性峰值出現在10、12天，其后隨著干旱脅迫程度的加重，早熟禾葉片受到較重的逆境傷害，SOD活性降低，但仍顯著高于對照，在各不同周期處理組間，濃度0.2 g/L的GGR-6的處理下，早熟禾葉片SOD活性高于施加其他濃度的GGR-6處理組（表7）。

表7 GGR-6和時間變化對早熟禾‘優異’不同干旱脅迫時期超氧化物歧化酶含量的影響

2.4 GGR-6和干旱脅迫周期對紫羊茅和早熟禾葉片過氧化物酶(POD)含量的影響

與對照相比，兩種草坪草葉片在施加GGR-6后POD活性均高于對照(P＜0.05)，隨著干旱脅迫的進行，總體均呈先升后降趨勢，早熟禾的POD活性峰值集中出現在干旱10天，比對照增加了0.6倍，而紫羊茅的POD活性峰值在8、10、12天均有出現，表明較低程度的干旱即可誘導紫羊茅葉片POD活性的增強，其峰值較對照增加了0.85倍，稍高于早熟禾的POD活性增加程度。

紫羊茅葉片在不同處理周期下，施加GGR-6后其POD活性，顯著高于對照(P＜0.05)，與對照相比，在W1、W2、W3期施加GGR-6，紫羊茅葉片均在0.1 g/L、0.2 g/L濃度下呈現先升后降趨勢，在W1、W2、W3期下POD活性分別增加了0.16、0.19、0.84倍，施用GGR-6對紫羊茅葉片POD活性的變化相比早熟禾并不顯著，且其峰值在8、10、12天均有分布，而后呈現下降趨勢，部分處理組的POD活性并未高于對照（表8）。

表8 GGR-6和時間變化對紫羊茅‘夢神’不同干旱脅迫時期過氧化物酶含量的影響

與紫羊茅相比，在對照下，早熟禾葉片的POD活性即呈現先升后降趨勢，表明早熟禾對輕度的干旱脅迫有較強的適應性。施加GGR-6后，早熟禾葉片的POD活性顯著高于對照(P＜0.05)，在W1、W2、W3期施加GGR-6，早熟禾均在0.1 g/L、0.2 g/L濃度下呈現先升后降趨勢，與對照相比，在W1、W2、W3期下POD活性分別增加了0.22、0.94、0.21倍，與W1、W3期相比，于W2期施加GGR-6提升早熟禾葉片POD活性更為顯著，其POD活性峰值出現在8、10天，其后隨著干旱脅迫的進行，早熟禾葉片受到較重的逆境傷害，POD活性降低，但仍顯著高于對照（表9）。

表9 施用GGR-6濃度和時間變化對早熟禾‘優異’不同干旱脅迫時期過氧化物酶含量的影響

3 討論

3.1 GGR-6對干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片MDA含量的影響

植物抗旱性越強其處于干旱條件下葉片膜系統的損傷則越低[23]，植株葉片MDA含量反映了葉片細胞膜脂過氧化反應，而GGR-6作為一種植物生長調節劑，能夠促進處于逆境的植物體的生長，增強植物體內酶活性，以提升植物對逆境的抗性。在本研究中，2種草坪草葉片的MDA含量均在干旱脅迫下顯著增加，表明2種草坪草由于干旱逆境導致了細胞膜損傷，造成葉片MDA含量增加，進而損傷了其葉片膜系統。施用GGR-6后，3種草坪草葉片MDA含量顯著低于對照，表明不同施用周期、不同濃度GGR-6對干旱逆境下的植物體細胞膜損傷有不同程度的緩解。另外，2種草坪草在干旱脅迫下對于GGR6的反應有所差異，紫羊茅需要較早的施用GGR6。對于早熟禾來說，W1、W2下施加低濃度GGR-6(0.1 g/L)有效緩解了早熟禾葉片的膜系統損傷，而W3下，高濃度GGR-6(0.3 g/L)的作用效果更為顯著。表明GGR6的施用依賴于植物種類和脅迫程度。對于此類研究，前人往往僅關注不同濃度GGR-6的生理效應，忽視了不同生育期對生根劑的響應，因此本研究結合兩者綜合預測GGR-6的生理效應更具實際意義。

3.2 GGR-6對干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片游離脯氨酸含量的影響

由于植物對逆境的自我保護機制，在其膜上積累大量活性氧的同時，植株葉片會通過滲透調節來維持其體內的代謝平衡[24]。植物在干旱脅迫下，游離脯氨酸會幫助維持植物體的滲透平衡，降低其滲透勢，避免植物葉片細胞脫水[25]。在本研究中，2種草坪草葉片游離脯氨酸含量均隨干旱脅迫的持續而顯著升高，且施加GGR-6顯著提高了草坪草葉片游離脯氨酸含量，表明GGR-6幫助2種草坪草在逆境下通過積累溶質來主動降低其植株體內滲透勢，維持細胞膨壓。隨著干旱脅迫的持續，紫羊茅的游離脯氨酸活性增幅較小，表明其生理代謝對干旱脅迫的響應較弱，抗旱能力較差。

3.3 GGR-6對干旱脅迫下紫羊茅和早熟禾葉片抗氧化酶的影響

干旱條件下，植物體內抗氧化酶會清除由于植株細胞膜受損產生的活性氧物質，而SOD和POD是該系統的2個重要的酶[26]。在本研究中，施加GGR-6顯著提高了2種草坪草葉片SOD和POD活性，且2種草坪草葉片SOD、POD活性隨干旱脅迫的加劇呈現先升高后降低的趨勢。表明GGR-6影響了2種草坪草的活性氧防御系統，響應了植物體的干旱脅迫，提升了2種草坪草的抗旱性。

在植物體的抗氧化酶系統中，SOD在歧化反應中催化超氧陰離子自由基形成氧分子和過氧化氫，降低了植物體由于自由基的攻擊而產生的毒性[27]。本研究中，施加GGR-6的早熟禾在干旱脅迫10天時到達最大值，隨后逐漸降低，而紫羊茅在干旱脅迫8天時即到達最大值。SOD通過歧化反應在植物體內生成氧分子和過氧化氫后，POD進一步將低毒性的過氧化氫分解為水，進一步緩解了干旱對于植物的逆境影響。在本研究中，干旱條件下，紫羊茅的POD活性下降更為明顯表明紫羊茅對于干旱脅迫較為敏感，抗旱能力較低。

4 結論

干旱脅迫下，施加GGR-6可以幫助2種草坪草維持細胞膜透性、積累滲透調節物質、啟動保護酶系統來更好地保證其植物體的正常生長，緩解干旱對生長的抑制，澆灌GGR-6能顯著提升2種草坪草抵御干旱逆境的能力，但是2種草坪草對不同濃度GGR-6以及澆灌時期有著不同的響應，其中，紫羊茅于播種后1周澆灌0.1 g/L、0.2 g/L的GGR-6的效果最好。早熟禾播種2周后澆灌低濃度(0.1 g/L、0.2 g/L)的GGR-6，播種后3周澆灌高濃度(0.3g/L)的GGR-6效果較好。2種草坪草幼苗的抗旱性差異較大，早熟禾抗旱能力高于紫羊茅，對于GGR-6深層次的提高植物耐旱分子機理有待于今后進一步研究。