干旱脅迫及復水條件下2種抗旱性不同結縷草種質的生長和生理響應

汪毅 郭海林 宗俊勤 陳靜波 李丹丹 李建建 劉建秀

摘要：結縷草（Zoysia japonica Steud.）種內在抗旱性方面存在廣泛的遺傳變異，其抗旱機制值得深入探討。本試驗中，將2份抗旱性差異顯著的結縷草種質（Z077：抗旱型;Z119：敏旱型）栽植于裝滿河沙的聚氯乙烯管中，以研究其在干旱脅迫（停止澆水）及復水條件下的生長和生理響應。結果表明，干旱脅迫下，Z077的葉片過氧化氫酶（CAT）活性維持在對照水平，同時抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性先上升后下降，基本高于對照，而Z119的CAT活性則在干旱脅迫下顯著低于對照（P<0.05），同時APX活性在整個處理過程中與對照差異不顯著。干旱脅迫9 d，2份種質的凈光合速率（P n）、氣孔導度（G s）和蒸騰速率（T r）均出現下降，與Z077相比，Z119的降幅更明顯;干旱脅迫17 d，Z077的G s恢復至對照水平，而Z119的P n、G s和T r仍顯著或極顯著（P<0.01）低于對照;復水18 d，Z077的P n表現出超補償效應;整個處理過程中，Z077的胞間CO 2濃度始終處于對照水平，Z119則在干旱脅迫下顯著或極顯著高于對照。干旱脅迫下，Z077的葉綠素濃度與對照無顯著差異，Z119在干旱17 d時顯著低于對照。盡管在干旱脅迫期間，2份種質的各項生物量指標并未與對照產生明顯差異，但處理結束時，與對照相比，Z077的總干質量未受影響同時根冠比顯著增加，而Z119的總干質量則顯著下降。上述結果表明，相對于Z119，Z077通過維持CAT活性、提高APX活性、維持較為活躍的光合氣體交換和較高的葉綠素含量，能夠更好地抵御逆境，減輕干旱脅迫對生長的不利影響。

關鍵詞：結縷草;干旱脅迫;滲透保護;抗氧化酶;光合作用

中圖分類號：S688.401 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）09-0159-10

近年來，受到氣候變化及人類活動等多種因素的影響，水資源短缺狀況日趨嚴峻，干旱缺水影響草坪草的生長，使草坪質量下降。因此，理解干旱脅迫下草坪草的生理機制并闡明抗旱機制，有利于選育抗旱品種以及為供水受限情況下的生產管理提供指導[1]。結縷草（Zoysia japonica Steud.）為禾本科（Gramineae）畫眉草亞科（Eragrostoideae）結縷草屬（Zoysia Willd.）多年生草本植物，是已獲得廣泛應用的暖季型草坪草之一。該草種原產于東亞地區，在我國境內，其自然分布范圍北起遼寧省，南達福建省，橫跨多個氣候帶，涵蓋多種土壤類型，是同屬植物當中分布最廣的一個種，種質資源具有豐富的遺傳多樣性[2-3]。研究表明，結縷草的抗旱性在種內存在廣泛的遺傳變異，因此可作為抗旱育種的重要基礎[4-5]。為了充分挖掘結縷草豐富的遺傳資源并提高其干旱適應性，無疑需要深入研究該草種的抗旱機制。然而迄今為止，對于結縷草在干旱脅迫下的生長與生理響應機制仍所知有限。結縷草的根系特性與抗旱性的關系受到一定關注[6-9]，但其地上和地下部分在經歷干旱脅迫后所發生的相對比重的變化趨勢尚不明確;同時，在其他一些草種當中發現，地下莖在抵御干旱時可發揮重要作用[10-11]，而以往的研究對結縷草地下莖的重要性并未給予充分重視;此外，盡管之前對結縷草的抗旱生理機制已有多方闡述[12-19]，但過往研究或側重于不同種屬草種的比較，或側重于單一種質的討論，而以結縷草種內抗旱性具有明顯差異的不同種質為研究對象，綜合討論干旱脅迫下結縷草的生長表現及其生理響應的研究報道仍屬鮮見。

此前，筆者對來自不同地區的96份結縷草屬種質資源（包含63份結縷草）開展了抗旱性評價工作[5]，根據評價結果，本研究選取其中2份抗旱性差異顯著的結縷草種質作為試驗材料。對這2份種質在干旱與復水條件下的生長與生理響應進行較為全面的比較與分析，旨在為揭示結縷草的抗旱機制提供參考數據。本試驗可為相關的分子機制研究奠定基礎，也能夠為通過遺傳育種或栽培管理措施來改善結縷草的干旱適應性提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究選用2份抗旱性差異顯著的結縷草種質（Z077：抗旱型;Z119：敏旱型）作為試驗對象，植物材料取自江蘇省植物研究所草業研究中心種質資源圃，試驗地點位于本所溫室大棚。2015年6月，從苗圃地中挖出草皮并洗凈泥沙，統一將草層高度修剪至5 cm并剪去須根，切割成直徑10 cm的圓形，種植于裝滿河沙的聚氯乙烯（PVC）管（直徑 10 cm，高度60 cm，底蓋具排水孔）中，2份種質各種植64管備用。先進行露天預培養，每周澆水2～3次，并以1/2 Hoagland營養液澆灌1次，同時每周修剪以保持草層高度為5 cm。預培養10周后，PVC管中草皮的地上和地下部分均已重新建成，將所有植物材料移至塑料大棚內并以相同措施繼續培養2周，使其適應試驗環境。

1.2 試驗設計

2015年9月6日開始試驗處理，處理期間，大棚內平均最低溫度和最高溫度分別為18 ℃和 36 ℃，平均最低空氣濕度和最高空氣濕度分別為28%和94%，正午天氣晴好時光合有效輻射約為610 μmol/（m2·s）。試驗開始時，從每份種質的64管中挑選出40管長勢一致的植物材料作為處理對象，分為對照組和處理組，每組各設4個重復。對照組正常澆水，處理組則進行為期21 d的干旱脅迫（停止澆水）后再恢復正常澆水。干旱脅迫前一天傍晚，對照組和處理組都進行最后一次修剪并充分澆水。干旱脅迫21 d（9月26日）傍晚，對照組和處理組都再次充分澆水，此后2組均正常澆水。復水18 d（10月14日），處理結束。

1.3 指標測定

1.3.1 取樣及觀測時間 生理生化指標取樣和光合作用指標測定時間為干旱脅迫2、9、17 d以及復水7、18 d，生物量指標取樣時間為干旱脅迫2、17 d以及復水18 d，葉片萎蔫度觀測記錄時間為干旱脅迫9、17、21 d以及復水1 d。5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

1.3.2 抗旱性評價指標測定 基質含水量（SWC）使用TZS型土壤水分測量儀（浙江托普儀器有限公司）測定。葉片萎蔫度（LW）參照Abraham等的觀測方法[20]作調整，于13：00以0～9分（分別代表萎蔫程度為無萎蔫、小于10%、10%～<25%、25%～<35%、35%～<45%、45%～<55%、55%～<65%、65%～<75%、75%～85%以及大于85%）為標準進行目測評分。葉片相對含水量（RWC）和葉片電解質外滲率（LEL）測定參照DaCosta等的方法[21]。

1.3.3 生物量指標測定 整株采收并清洗干凈，分成地上部、地下莖和根系3個部分，80 ℃烘干72 h。稱質量獲得地上部干質量（ADW）、地下莖干質量（RHDW）和根系干質量（RDW）。地下部干質量（UDW）為RHDW與RDW之和;總干質量（TDW）為ADW與UDW之和;根冠比（R/S）為UDW與ADW之比。

1.3.4 生理生化指標測定

采收新鮮葉片以液氮速凍并于-80°C保存，用于后續測定葉綠素含量、抗氧化酶活性和丙二醛含量。葉綠素（Chl）含量采用丙酮乙醇混合液法[22]測定;采用單一提取系統[23]提取多種抗氧化酶，采用李忠光等和李合生的方法[23-24]測定超氧化物歧化酶[SOD，酶系統分類編號（EC） 1.15.1.1]、過氧化氫酶（CAT，EC 1.11.1.6）、過氧化物酶（POD，EC.1.11.1）和抗壞血酸過氧化物酶（APX，EC 1.11.1.11）的活性;丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[24]測定。另外采收新鮮葉片80 ℃烘干 72 h，用于后續測定滲透調節物質含量。葉片脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法[24]測定，葉片可溶性糖（WSC）含量采用蒽酮法[24]測定，葉片甜菜堿（GB）含量委托南京鐘鼎生物技術有限公司采用比色法測定。SOD、CAT、POD、APX的活性以鮮質量計算，Chl、MDA、Pro、WSC、GB的含量以干質量計算。

1.3.5 光合作用指標測定 天氣晴好的09：30—12：00，使用Li-6400XT型便攜式光合儀（LI-COR Biosciences Inc.，Lincoln，NE，USA）測定凈光合速率（P n）、氣孔導度（G s）、蒸騰速率（T r）和胞間CO 2濃度（C i）等光合氣體交換參數，開放式氣路，光強設為1 200 μmol/（m2·s）;14：00—15：30，使用OS1p型手持式葉綠素熒光儀（OPTI-Sciences，Inc.，Hudson，NH，USA）測定最大光化學效率（F v/F m）。

1.4 數據分析

所有試驗數據使用SPSS 19.0版（IBMTM）進行方差分析（ANOVA），采用Duncans法對平均數進行多重比較（P<0.05和P<0.01）;使用Office 2010版（MicrosoftTM）繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 2份種質在干旱脅迫及復水過程中抗旱性評價指標的變化

由圖1可知，干旱脅迫9、17 d，Z077的基質含水量（SWC）分別下降至4.6%和3.9%，Z119分別下降至4.7%和3.2%，復水7 d，2份種質均恢復至對照水平，整個干旱脅迫及復水過程中，無論是處理組還是對照組，2份種質的SWC都沒有明顯差異。由圖2可知，干旱脅迫9、17、21 d，Z077的葉片萎蔫度（LW）分別為0.7、2.7、2.7，Z119分別為3.5、5.5、7.3，而復水1 d，Z077即不再表現萎蔫，Z119的LW則僅恢復到1.0。由圖3可知，干旱脅迫9 d，Z077的RWC仍保持在對照水平，Z119則下降至81.7%;干旱脅迫17 d，Z077和Z119的RWC分別為84.5%和77.5%，均極顯著低于對照（P<0.01）;復水7 d，2份種質均恢復至對照水平。由圖4可知，干旱脅迫9、17 d，Z077的LEL維持穩定，與對照相比未出現變化，而Z119在干旱脅迫9 d時保持在對照水平，但在干旱脅迫17 d時上升到對照的1.5倍，直到復水7 d，Z119恢復至對照水平。

2.2 2份種質在干旱脅迫及復水過程中生物量的變化

從表1可以看出，直到干旱脅迫17 d，2份種質的總干質量、地上部干質量、地下部干質量、地下莖干質量、根系干質量和根冠比均未與各自對照產生顯著差異。復水18 d，Z077的TDW仍維持在對照水平，而Z119則減少至對照的75.7%;同時，Z077和Z119的ADW分別減少至對照的88.7%和72.5%;但是2份種質的UDW仍維持在對照水平;Z077的RHDW增加至對照的117.8%同時RDW與對照沒有顯著差異，Z119的RHDW與對照相比差異不顯著，但其RDW則減少至對照的59.8%;上述各部分的變化導致Z077的R/S上升至對照的130.0%，Z119則與對照持平。

2.3 2份種質在干旱脅迫及復水過程中葉片滲透調節物質含量的變化由圖5可知，干旱脅迫9 d，2份種質的葉片Pro含量與對照相比沒有變化;干旱脅迫17 d，Z077和Z119的Pro含量分別上升至對照的4.6倍和13.1倍，種質間存在極顯著差異;復水7 d，2份種質的Pro含量恢復至對照水平。由圖6可知，干旱脅迫 9 d，Z077和Z119的葉片可溶性糖（WSC）含量分別上升至對照的124.9%和177.6%;干旱脅迫17 d，Z077的WSC含量恢復至對照水平，而Z119仍極顯著高于對照;復水7 d，2份種質的WSC含量均與各自對照無顯著差異;到復水18 d時，Z077的WSC含量下降至對照的77.2%。由圖7可知，在整個干旱脅迫及復水過程中，2份種質的葉片GB含量始終維持在各自對照水平。

2.4 2份種質在干旱脅迫及復水過程中葉片丙二醛含量及抗氧化酶活性的變化5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

由圖8可知，干旱脅迫9 d，2份種質的葉片MDA含量與各自對照沒有顯著差異;干旱脅迫 17 d，Z077的MDA含量仍維持在對照水平，Z119則上升至對照的126.0%;復水7 d，Z119的MDA含量恢復至對照水平。由圖9可知，干旱脅迫9 d，Z077和Z119的葉片SOD活性分別上升至各自對照的105.2%和104.4%;干旱脅迫17 d，Z077恢復至對照水平，但Z119仍顯著高于對照;復水7 d，2份種質的SOD活性與各自對照均無差異。由圖10可知，干旱脅迫9、17 d，Z077的葉片CAT活性均維持在對照水平，Z119則分別為對照的83.2%和83.4%，顯著或極顯著低于對照;復水7 d，Z119恢復至對照水平。由圖11可知，從干旱脅迫開始直到復水7 d，Z077和Z119的葉片POD活性始終與對照差異不顯著，但是到復水18 d，2份種質的POD活性均出現了顯著上升。由圖12可知，干旱脅迫 9 d，Z077的葉片APX活性上升至對照的113.6%，干旱脅迫17 d時略有上升，但在復水7 d時下降并顯著高于對照;整個干旱脅迫及復水過程中，Z119的APX活性始終與對照差異不顯著。

2.5 2份種質在在干旱脅迫及復水過程中光合作用相關指標的變化

由圖13、圖14、圖15可知，干旱脅迫9 d，Z077的凈光合速率（P n）、氣孔導度（G s）和蒸騰速率（T r）分別下降至對照的72.0%、69.6%和54.8%，Z119則分別下降至對照的46.7%、38.8%和40.5%;干旱脅迫17 d，Z077的G s恢復至對照水平，T r為對照的72.4%，而Z119的上述3項指標均顯著或極顯著低于對照;復水18 d，Z077的P n上升至對照的153.4%，表現出超補償效應。由圖16可知，整個干旱脅迫及復水過程中，Z077的胞間CO 2濃度（C i）一直維持在對照水平，Z119則在干旱脅迫9、17 d分別為對照的188.8%和127.0%，復水7 d恢復至對照水平。

由圖17可知，干旱脅迫9、17 d，Z077的葉綠素（Chl）含量與對照無顯著差異，Z119則在干旱脅迫17 d顯著下降至對照的72.0%，復水7 d恢復至對照水平;復水18 d，Z077的Chl含量顯著上升至對照的115.3%，也表現出超補償效應。

由圖18可知，干旱脅迫9 d，2份種質的最大光化學效率（F v/F m）與對照均無顯著差異;干旱脅迫17 d，Z077和Z119均顯著下降至各自對照的94.7%;復水7 d，2份種質的F v/F m恢復至對照水平。

3 討論與結論

3.1 結縷草的外部水分狀況與抗旱性評價

干旱條件下，在不同的供試材料中，同樣的土壤（基質）含水量表明不同材料面臨同等程度的水分虧缺，而在灌溉條件下，這種情況也表明不同材料獲得同等程度的水分供應。這樣，土壤（基質）含水量的一致性即保證了試驗條件的一致性[10]。在本試驗的整個處理過程中，2份種質基質含水量的變化始終同步且保持一致，種質之間沒有顯著差異（圖1）。2份種質的外部水分狀況相同，這一前提對于本研究非常重要，說明在干旱脅迫及復水過程中，2份種質生長和生理響應的差異來自于種質本身固有的抗旱性差異，而非來自外部干旱脅迫程度的差異。

在相同程度的干旱脅迫下，不同抗旱性的草坪草會有不同的表現，可通過葉片萎蔫度、葉片相對含水量和葉片電解質外滲率這3個指標來進行評價。LW是植株損傷和草坪質量下降的直觀反映;RWC是表征草坪草保水力的一個重要指標，反映了植株內部的水分狀況;LEL則反映了草坪草細胞膜損傷的程度[10，20]。本試驗中，干旱脅迫下，Z077的LW低于Z119（圖2），RWC下降也慢于Z119（圖3）。同時，Z077的LEL在整個干旱脅迫及復水過程中與對照相比沒有顯著變化，而Z119則在干旱脅迫下出現顯著上升（圖4）。上述3個指標的變化表明Z077的抗旱性顯著高于Z119，印證了之前在96份結縷草屬種質資源當中的抗旱性評價結果[5]，這是本研究的另一個前提。

3.2 結縷草在干旱脅迫下的生長響應

干旱脅迫抑制草坪草生長，會導致地上和地下部分的生物量減少，并使光合作用碳同化產物的分配模式出現變化[25-26]。反過來，草坪草各部分生物量以及碳分配模式的變化，也會影響其抵御干旱和旱后恢復的能力。研究表明，干旱脅迫下的莖葉生長量或者脅迫結束后莖葉的恢復生長量可反映出不同草種抗旱性的強弱，旱后恢復與脅迫過程中葉片和地下莖中碳水化合物的積累以及復水后的新根生長有關[10，20]。干旱脅迫下，如果草坪草干物質的分配趨勢使地下部分生物量相對于地上部分生物量的比值出現上升，即通常所說的根冠比上升，則其抗旱性也得到增強[26]。本試驗中，干旱脅迫期間，Z077和Z119的總干質量、地上部干質量、地下部干質量、地下莖干質量、根系干質量和根冠比等一系列指標均維持在各自對照水平沒有明顯變化，而直至復水以后，2份種質才表現出不同的變化趨勢（表1）。分析其原因，很大程度上是由于本次干旱脅迫持續時間較短，同時結縷草生長較為緩慢，干旱脅迫對生物量的影響需要一定的時間積累才能顯現，所以生物量指標的變化滯后于處理進程。處理結束時，與對照相比，Z077的總生物量和根系生物量沒有減少，并且地下莖生物量增加，引起根冠比的上升;而Z119的生長則受到顯著抑制，與對照相比，總生物量尤其是根系生物量明顯減少，對水分吸收和旱后恢復產生不利影響。相對于地上部分而言，地下部分的根系和地下莖在草坪草應對干旱脅迫時發揮的作用顯得更為重要。發生干旱時，草坪草的碳分配趨向于地下尤其是濕潤的下層土壤，使得根系生物量增加以便更好地吸收水分[21，25]。干旱脅迫下，一些草坪草的根系生物量與草坪質量成正比，抗旱性較強的草種根系生物量下降的幅度也較小[6，26]。地下莖是一部分草坪草中重要的貯藏器官，可在恢復生長時提供物質與能量，并且能在莖葉和根系之間的營養、水分和碳水化合物的轉運中起到積極作用[10，27]。有研究指出，狗牙根屬（Cynodon Rich.）的抗旱性與干旱脅迫前后的地下莖干質量正相關[11]。本試驗結果表明，包括地下莖和根系在內的整個地下部分，在結縷草抵御干旱和旱后恢復中能夠發揮重要作用。5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

3.3 結縷草在干旱脅迫下的滲透保護物質響應

植物在干旱或鹽脅迫下能夠主動積累一些小分子量的、無毒性的或相容性的溶質以降低細胞滲透勢，從而保持水分吸收并維持膨壓，使生理活動得以持續進行，這些主動積累的溶質被稱為滲透調節物質，而這一過程被稱為滲透調節[28]。由于這些物質在逆境下的功能并不僅限于滲透調節，還對滲透脅迫所引起的傷害具有多重保護作用，因此稱它們為滲透保護物質或許更為恰當[29]。在植物抗旱性研究當中，脯氨酸、可溶性糖和甜菜堿這3類有機溶質是受到最多關注的滲透保護物質。

長久以來，有關干旱脅迫下植物體內Pro的積累與抗旱性的關系存在爭議。一方面，有報道指出，水分虧缺時，一些草坪草中Pro的積累能力與其抗旱性是正相關的[26，30]。另一方面，也有證據表明，干旱脅迫下，Pro的積累是一種脅迫傷害癥狀，Pro含量與抗逆性或存活率負相關[12，31]。本試驗中，盡管2份種質的葉片Pro含量在干旱脅迫下都出現明顯上升，但抗旱型種質Z077的上升幅度明顯小于敏旱型種質Z119（圖5）。說明在本試驗條件下，結縷草葉片中Pro的積累在相當大的程度上代表一種受損反應，該結果支持Pro含量與抗旱性呈負相關這一方面的觀點。當然，上述負相關的證據并不能否定Pro在抵御滲透脅迫方面具有積極作用，而是反映了在一些植物種類當中，相對于滲透調節來講，形態或生理方面的抗性機制可能更具主導作用[32]。

作為一類滲透保護物質，WSC在干旱脅迫下的積極作用已在草坪草中得到闡述[10，30]。然而，有證據表明，禾草類植物的抗旱性并非簡單地與干旱脅迫下WSC的積累正相關。例如，Volaire等研究發現，干旱條件下WSC的積累不一定能夠提高多年生黑麥草（Lolium perenne L.）的抗旱性[31]。再如，Luo等的研究表明，干旱脅迫使57份二穗短柄草[Brachypodium distachyon （L.） Beauv.]種質的WSC含量出現不同程度的增加，但是增加幅度的差異與不同種質間的抗旱性差異沒有關系[33]。本試驗中，干旱脅迫下敏旱型種質Z119的葉片WSC含量增幅明顯大于抗旱型種質Z077（圖6），這一結果說明結縷草葉片中WSC的積累與抗旱性不存在正相關關系。研究指出，作物生命活動過程中WSC的積累和轉運有利于其應對干旱[34]。Yang等研究發現，干旱使草地早熟禾（Poa pratensis L.）葉片WSC含量顯著升高，復水后下降至對照水平，可能是恢復生長過程中碳水化合物消耗的結果[35]。而Chai等研究發現，復水過程中草地早熟禾根狀莖中的非結構性總糖含量降低，可能反映了組織恢復生長期間碳水化合物的利用及轉運[10]。本試驗已經證實，干旱脅迫對Z077生長的抑制作用小于Z119（表1），同時，干旱脅迫下，Z077的葉片WSC含量增幅始終小于Z119，并且復水18 d，Z077與對照相比還出現了顯著下降，Z119則與對照無差異（圖6）。根據上述結果可以推斷，抗旱型種質Z077由于生長需求而對包括WSC在內的碳水化合物有較強的利用和轉運能力，導致其在干旱脅迫下及旱后恢復階段的葉片WSC含量低于敏旱型種質Z119。

研究表明，干旱脅迫下作物中GB的積累與其抗旱性可能具有正相關關系[36]。通過轉基因手段促進內源GB的積累[37]，或者施用外源GB[38]，都能夠明顯提高作物和草坪草的抗旱性。本試驗中，干旱脅迫對抗旱型種質Z077和敏旱型種質Z119的葉片GB含量的影響都不明顯（圖7），表明結縷草中GB的積累與其抗旱性強弱不存在明顯的相關關系。

3.4 結縷草在干旱脅迫下的抗氧化酶響應

在干旱所造成的氧化脅迫下，植物體內發生脂質過氧化，其產物MDA的含量常被用來作為衡量氧化損傷程度的指標[13]。本試驗中，抗旱型種質Z077的葉片MDA含量在整個干旱脅迫及復水過程中與對照相比沒有明顯變化，而敏旱型種質Z119則在干旱脅迫下顯著升高（圖8），這表明Z077應對氧化脅迫的保護機制強于Z119。各種抗氧化酶是植物抗氧化防御系統的重要成員，比如SOD、CAT、POD、APX等等[26]。在禾草類作物中，干旱條件下各種抗氧化酶活性的變化與植物種類、干旱程度、干旱持續時間和植株部位都有關系，表現出不同的變化規律[26，39]。本試驗發現，干旱脅迫及復水過程中，2份種質各種抗氧化酶活性的變化趨勢存在差異，盡管Z077的葉片SOD活性上升時間比Z119短，并且POD活性變化趨勢與Z119類似，但是在干旱脅迫下，Z077的葉片CAT活性可維持在對照水平而Z119則明顯低于對照，同時Z077的葉片APX活性顯著高于對照而Z119則與對照差異不顯著（圖9、圖10、圖11、圖12）。以上結果說明，干旱脅迫下較高的CAT和APX相對活性是抗旱型種質Z077比敏旱型種質Z119具備更強抗氧化防御能力的重要原因之一。

3.5 結縷草在干旱脅迫下的光合響應

干旱脅迫對草坪草的光合作用產生影響，直接導致光合速率的下降，意味著植物體的光合能力被削弱[21，25]。植物光合能力削弱的原因來自于氣孔限制和非氣孔限制：輕度干旱脅迫下，當RWC下降程度較小時，雖然G s、T r、C i和P n均出現下降，但此時內部水分虧缺程度并不會使光合機構受到實質損傷，P n的降低僅僅是CO 2供不應求的結果，只要脅迫解除使G s、T r和C i恢復正常，光合能力也能較快得到恢復，該階段主要為氣孔限制;當脅迫加重使RWC持續下降時，內部嚴重的水分虧缺造成光合機構受損，對CO 2的同化能力減弱，即使由于氣孔關閉而使外界進入葉肉細胞間隙的CO 2大大減少，也會出現CO 2供過于求而導致C i不降反升的情況，此時光合能力的下降難以恢復，該階段主要為非氣孔限制[40-41]。本試驗中，干旱脅迫下，雖然2份種質的G s和T r均出現下降，但抗旱型種質Z077的降幅小于敏旱型種質Z119（圖14、圖15），表明Z077氣孔開放程度較大并且蒸騰拉力較強，有助于水分的吸收和運輸而使其體內保持較高的含水量。也就是說，干旱脅迫下Z077的氣孔限制小于Z119。干旱脅迫下，Z077的C i與對照無顯著差異，Z119則顯著或極顯著高于對照（圖16），說明在2份種質中，雖然氣孔部分關閉引起CO 2的供應量減少，但是光合機構的損傷所產生的非氣孔限制導致2份種質的CO 2同化能力也下降，損傷越嚴重則C i越高。氣孔限制和非氣孔限制的共同作用使2份種質的光合能力都出現下降，表現為P n的降低，但Z077的降幅要小于Z119（圖13）。此外，本試驗中還發現，干旱脅迫尚未結束時，Z077的P n即與對照差異不顯著，復水以后還表現出明顯的超補償效應，這進一步證明Z077的光合機構對干旱脅迫具有較強的適應性。5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

非氣孔限制又稱代謝限制，與光合代謝過程中的諸多因素（比如葉綠體功能）有關[40]。葉綠素含量和葉綠素熒光參數可以反映光合機構的狀態，已經成為草坪草抗旱性評價中的重要指標[16，26]。本試驗中，與對照相比，干旱脅迫下抗旱型種質Z077的Chl含量并未受到顯著影響，并且復水之后還表現出超補償效應，而敏旱型種質Z119則在干旱脅迫下出現下降（圖17）。此外，干旱脅迫下2份種質的最大光化學效率（F v/F m）都出現下降，但兩者的降幅沒有差異（圖18）。上述結果表明，2份種質葉綠素穩定性的差異可能是兩者光合機構穩定性差異的重要原因之一，或者說葉綠素的降解是結縷草中光合代謝非氣孔限制的一個重要因素。

3.6 結論

總體上來說，干旱脅迫下，有賴于生長和生理生化各方面的響應機制，與敏旱型種質相比，結縷草的抗旱型種質能夠維持較為適宜的體內水分狀況并有效減輕脅迫所帶來的各種傷害，從而在一定程度上保障了光合作用的持續進行并緩和了逆境對生長的抑制效應。本研究采用抗旱性差異顯著的2份結縷草種質，從植株整體出發，綜合探討了結縷草在干旱脅迫及復水過程中的生長和生理特性的響應變化規律，就這一點而言，這是迄今為止在結縷草中的首次報道。本研究獲得如下重要發現：（1）增加地下莖生物量和提高根冠比是結縷草在生長方面的有效抗旱機制;（2）干旱脅迫下，葉片脯氨酸的積累與結縷草的抗旱性負相關，葉片可溶性糖的積累與結縷草的抗旱性非正相關，葉片甜菜堿的積累與結縷草的抗旱性沒有明顯的相關關系;（3）維持過氧化氫酶活性、提高抗壞血酸過氧化物酶活性是結縷草抗氧化防御系統的有效抗旱機制;（4）減小氣孔限制和減少葉綠素的降解，是結縷草光合機構的有效抗旱機制。這些發現可以作為進一步研究結縷草及本屬植物抗旱機制的著眼點。

參考文獻：

[1]Huang B R，DaCosta M，Jiang Y W. Research advances in mechanisms of turfgrass tolerance to abiotic stresses：from physiology to molecular biology[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，2014，33（2/3）：141-189.

[2]金 洪.中國結縷草（Zoysia japonica Steud.）遺傳多樣性研究[D]. 北京：北京林業大學，2004.

[3]黃春瓊，劉國道，白昌軍，等. 結縷草屬植物種質資源遺傳變異研究[J]. 熱帶作物學報，2018，39（7）：1259-1265.

[4]胡化廣，張振銘，季芳芳，等. 中國主要地區結縷草屬植物種質資源抗旱性變異分析[J]. 草地學報，2014，22（2）：224-228.

[5]Guo H L，Wang Y，Zhang B，et al. Association of candidate genes with drought tolerance traits in zoysiagrass germplasm[J]. Journal of Plant Physiology，2019，237：61-71.

[6]Marcum K B，Engelke M C，Morton S J，et al. Rooting characteristics and associated drought resistance of zoysiagrasses[J]. Agronomy Journal，1995，87（3）：534-538.

[7]Rimi F，Macolino S，Ziliotto U.Rooting characteristics and turfgrass quality of three bermudagrass cultivars and a zoysiagrass[J]. Acta Agriculturae Scandinavica（Section B-Soil & Plant Science），2012，62（Sup1）：24-31.

[8]Zhang J，Poudel B，Kenworthy K，et al. Drought responses of above-ground and below-ground characteristics in warm-season turfgrass[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2019，205（1）：1-12.

[9]施建舟，王 儲，唐 睿，等. 結縷草屬植物水分利用效率與根系形態特征的關系分析[J]. 熱帶農業科學，2020，40（7）：22-28.

[10]Chai Q，Jin F，Merewitz E，et al. Growth and physiological traits associated with drought survival and post-drought recovery in perennial turfgrass species[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2010，135（2）：125-133.

[11]Yi Z，Lambrides C J，Shu F K.Drought resistance and soil water extraction of a perennial C 4 grass：contributions of root and rhizome traits[J]. Functional Plant Biology，2014，41（5）：505-519.5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

[12]Xu C B，Li X M，Zhang L H.The effect of calcium chloride on growth，photosynthesis，and antioxidant responses of Zoysia japonica under drought conditions[J]. PLoS One，2013，8（7）：e68214.

[13]俞 樂，劉擁海，周麗萍，等. 干旱脅迫下結縷草葉片抗壞血酸與相關生理指標變化的品種差異研究[J]. 草業學報，2013，22（4）：106-115.

[14]Bae E J，Han J J，Choi S M，et al. Evaluating pre-silicon treatment to alleviate drought stress and increases antioxidative activity in Zoysia japonica[J]. Weed & Turfgrass Science，2015，4（4）：360-367.

[15]Fuentealba M P，Zhang J，Kenworthy K，et al. Transpiration responses of warm-season turfgrass in relation to progressive soil drying[J]. Scientia Horticulturae，2016，198：249-253.

[16]胡化廣，張振銘，季芳芳，等. 干旱脅迫對結縷草葉綠素熒光和光合關鍵酶活性的影響[J]. 草地學報，2016，24（6）：1304-1308.

[17]Zhang J，Kenworthy K，Unruh J B，et al. Physiological responses to soil drying by warm-season turfgrass species [J]. Crop Science，2017，57（Sup1）：1-8.

[18]彭凱悅，楊春勐，許 喆，等. 假儉草和結縷草在昆明地區的抗逆性及草坪質量比較[J]. 草學，2018（6）：65-71.

[19]張博文，李富平，許永利，等. PEG-6000模擬干旱脅迫下五種草本植物的抗旱性[J]. 分子植物育種，2018，16（8）：2686-2695.

[20]Abraham E M，Huang B R，Bonos S A，et al. Evaluation of drought resistance for Texas bluegrass，Kentucky bluegrass，and their hybrids[J]. Crop Science，2004，44（5）：1746-1753.

[21]DaCosta M，Wang Z L，Huang B R.Physiological adaptation of Kentucky bluegrass to localized soil drying[J]. Crop Science，2004，44（4）：1307-1314.

[22]張憲政.植物葉綠素含量測定：丙酮乙醇混合液法[J]. 遼寧農業科學，1986（3）：26-28.

[23]李忠光，李江鴻，杜朝昆，等. 在單一提取系統中同時測定五種植物抗氧化酶[J]. 云南師范大學學報（自然科學版），2002，22（6）：44-48.

[24]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[25]Huang B R，Fu J M.Photosynthesis，respiration，and carbon allocation of two cool-season perennial grasses in response to surface soil drying[J]. Plant and Soil，2000，227（1/2）：17-26.

[26]Pirnajmedin F，Majidi M M，Gheysari M. Root and physiological characteristics associated with drought tolerance in Iranian tall fescue[J]. Euphytica，2015，202（1）：141-155.

[27]Yi Z，Lambrides C J，Shu F K.Associations between drought resistance，regrowth and quality in a perennial C 4 grass[J]. European Journal of Agronomy，2015，65：1-9.

[28]Serraj R，Sinclair T R.Osmolyte accumulation：can it really help increase crop yield under drought conditions？[J]. Plant，Cell & Environment，2002，25（2）：333-341.

[29]Kempf B，Bremer E.Stress responses of Bacillus subtilis to high osmolarity environments：Uptake and synthesis of osmoprotectants[J]. Journal of Biosciences，1998，23（4）：447-455.5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C

[30]DaCosta M，Huang B R.Osmotic adjustment associated with variation in bentgrass tolerance to drought stress[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2006，131（3）：338-344.

[31]Volaire F，Thomas H，Lelièvre F.Survival and recovery of perennial forage grasses under prolonged Mediterranean drought：Ⅰ.Growth，death，water relations and solute content in herbage and stubble[J]. New Phytologist，1998，140（3）：439-449.

[32]Delauney A J，Verma D P S.Proline biosynthesis and osmoregulation in plants[J]. The Plant Journal，1993，4（2）：215-223.

[33]Luo N，Liu J X，Yu X Q，et al. Natural variation of drought response in Brachypodium distachyon[J]. Physiologia Plantarum，2011，141（1）：19-29.

[34]Shi H R，Wang B，Yang P J，et al. Differences in sugar accumulation and mobilization between sequential and non-sequential senescence wheat cultivars under natural and drought conditions[J]. PLoS One，2016，11（11）：e0166155.

[35]Yang Z M，Xu L X，Yu J J，et al. Changes in carbohydrate metabolism in two Kentucky bluegrass cultivars during drought stress and recovery[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2013，138（1）：24-30.

[36]景蕊蓮，昌小平，胡榮海，等. 變水處理條件下小麥幼苗的甜菜堿代謝與抗旱性的關系[J]. 作物學報，1999，25（4）：494-498.

[37]Wang G P，Li F，Zhang J，et al. Overaccumulation of Glycine betaine enhances tolerance of the photosynthetic apparatus to drought and heat stress in wheat[J]. Photosynthetica，2010，48（1）：30-41.

[38]劉思露，楊 鵬，尹淑霞. 外源甜菜堿對匍匐翦股穎的抗旱性調控作用分析[J]. 草業學報，2015，24（3）：80-88.

[39]Bian S M，Jiang Y W. Reactive oxygen species，antioxidant enzyme activities and gene expression patterns in leaves and roots of Kentucky bluegrass in response to drought stress and recovery[J]. Scientia Horticulturae，2009，120（2）：264-270.

[40]Lawlor D W. Limitation to photosynthesis in water-stressed leaves：stomata vs.metabolism and the role of ATP[J]. Annals of Botany，2002，89（7）：871-885.

[41]劉金榮，杜建雄，謝曉蓉.干熱脅迫和復水對草坪草光合生理生態特性的影響[J]. 生態學報，2009，29（5）：2694-2700.5750642A-D46E-46A1-B5DD-4250FC84761C