高溫脅迫下不同激素處理對高羊茅生理生態(tài)指標及耐熱性的影響

鄧 蕾,王 艷,李建龍

(南京大學生命科學院草學中心,江蘇南京 210093)

冷季型草坪草高羊茅(Festuca arundinacea)耐貧瘠,易建植,具有較好的耐干旱和高溫能力,已成為我亞熱帶過渡氣候區(qū)域——長江流域的主要建坪草種。隨著氣候變暖和溫室效應的加劇,在夏季高溫脅迫下,植株的生長受到了明顯的抑制[1]。國內草坪工作者已經(jīng)開始選育耐熱性強的品種[2],并通過各種管理技術和化學調控措施提高草坪草的耐熱性[3]。但利用激素調控對冷地型草坪草耐熱性的影響及其耐熱機制的研究相對較少。已有研究證明,SA可顯著提高馬鈴薯、芥菜幼苗、豌豆的耐熱性[4,5];H2O2具有信號分子的作用,用來傳遞壓力信號以提高植株的抗逆性[6],H2O2預處理還可以提高玉米(Zea mays)幼苗的耐熱性[7];經(jīng)6-BA處理后的芝麻幼苗葉片中可溶性蛋白質的含量較對照組的蛋白質含量有一定程度增加,表明6-BA對提高芝麻幼苗抵抗溫度逆境有一定作用[8],具有潛在應用價值。

以凌志高羊茅為試驗材料,研究在高溫(38℃/30℃)脅迫下施用SA,6-BA和H2O2對凌志高羊茅部分生理生態(tài)指標的影響,通過激素對高羊茅耐熱性的調控研究,以期為南京以至長江流域冷季型草坪草越夏提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

冷季型草坪草高羊茅品種凌志(Barlexas),草種由克勞沃草業(yè)集團提供。

1.2 試驗方法

選擇健康的草種播種在裝有混合培養(yǎng)基質(沙子∶蛭石∶有機營養(yǎng)土=3∶1∶1)的聚乙烯花盆中。花盆直徑為 13 cm,深 14 cm,每盆播種175～180粒種子。3月中旬播種,所有盆缽在室外自然光照下進行培養(yǎng),氣溫為15～26℃。每周用Hoagland營養(yǎng)液澆灌1次,每天澆水。1個月后轉入光照培養(yǎng)箱中在26℃/15℃(晝/夜,對照溫度)下培養(yǎng) 2周,管理方法同上。人工氣候箱設置為14 h的光周期,光照強度為400 μ mol/(m2?s),相對濕度為 65%±10%。之后,用不同濃度的水楊酸(SA)、細胞分裂素(6-BA)和過氧化氫(H2O2)對凌志高羊茅進行葉面噴施處理。SA的濃度梯度為:0.1,0.5和1.0 mmol/L;6-BA的濃度梯度分別為:0.01,0.03和0.05 umol/L;H2O2的濃度梯度為:1.0,5.0和10 mmol/L。試驗設9個處理,1個對照(用蒸餾水噴施),每處理重復3次。預處理植株先在正常生長溫度(15℃/26℃,晝/夜)下培養(yǎng)12 h使激素被高羊茅葉片充分吸收,然后將對照和處理植株轉入38℃/30℃(晝/夜,處理溫度)的培養(yǎng)箱中進行高溫脅迫,光照、相對濕度以及管理方式同上。分別于脅迫0、2、4、6、8 d測定高羊茅的生理生態(tài)指標。

1.3 指標測定

參照《中國草坪質量體系》對高羊茅的葉色、質地、蓋度、均一性和生長速度等5個形態(tài)指標及葉綠素含量、光合速率進行測定[9]。

1.3.1 草坪草的生態(tài)評價指標及評價方法 當草坪草的蓋度達到90%時測定4種配方草坪草的生態(tài)指標。采用9分制評分法,以9代表最高得分,以1分為最差的得分,以6分為最低合格質量得分。

(1)質地粗糙與纖細是指葉片的寬與窄,一般認為葉片越窄質地越好。為避免誤差應至少隨機重復測量20次。

(2)葉色休眠或枯黃(1分);較多的枯葉,少量綠色(1～3分);較多的綠色,少量枯葉(3～5);淺綠到深綠(5～7);深綠到黑綠(7～9)。

(3)均一性指草坪外觀的均一、平整程度,是草坪密度、質地、顏色差異程度的綜合反映,采用目測法。

(4)蓋度是指一定面積上草坪植物的垂直投影面積與草坪所占土地面積的比例,通過目測法獲得。

(5)生長速度(cm/w):草坪草在修剪后每周測一次高度,計算差值。

1.3.2 葉綠素含量測定采用丙酮乙醇水混合液法[10];用分光光度法測葉綠素a,b和類胡蘿卜素的含量,根據(jù)公式計算:

色素含量(%)=色素濃度(mg/L)×提取液總體積(L)×稀釋倍數(shù)×100/[樣品質量(mg)×1000]。

1.3.3 凈光合速率(Pn)的測定 使用LI-6400光合儀進行測定。

1.4 統(tǒng)計分析

使用SPSS軟件(SPSS Inc.1990)進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,利用Duncan多樣性比較檢驗進行方差分析(P=0.05)。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫下不同激素處理對高羊茅葉色的影響

葉色是草坪草生長好壞的最直接的性狀表現(xiàn),隨著脅迫時間的延長,葉色越來越差。從圖1可以看出,高溫脅迫下,經(jīng)H2O2,SA和6-BA處理的高羊茅葉色均優(yōu)于對照,表明一定濃度激素處理可以改善高羊茅在高溫下的生長,不同激素不同濃度水平對提高草坪草葉色的影響不同。SA和6-BA比H2O2效果更好。其中,0.01 mmol/L,6-BA和0.1 mmol/L SA的噴施效果優(yōu)于其他濃度,對改善高羊茅由于高溫脅迫所受的傷害最為有效。

圖1 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅葉色Fig.1 The color of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

2.2 高溫脅迫下不同激素處理對高羊茅質地的影響

隨著高溫脅迫時間的延長,高羊茅質地越來越差,但經(jīng)過H2O2,SA和6-BA噴施后的高羊茅葉片質地明顯優(yōu)于對照組。6-BA和SA的噴施效果優(yōu)于H2O2。其中,噴施了濃度為0.1 mmol/L SA的高羊茅葉片質地最好,采用0.01 mmol/L 6-BA的高羊茅葉片質地優(yōu)于噴施濃度為 0.03 mmol/L和 0.05 mmol/L的6-BA處理,圖2表明激素濃度過高并不利于高羊茅抵抗高溫脅迫,只有在適宜濃度下才能更好地發(fā)揮作用。

圖2 高溫脅迫下不同激素及其濃度處理后高羊茅的質地Fig.2 The texture of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

2.3 高溫脅迫下不同激素處理對高羊茅蓋度的影響

蓋度是與密度相關的指標,表示植物所占有的空間范圍,從而反映生長狀況。噴施H2O2,SAT和6-BA的高羊茅蓋度在高溫脅迫下明顯比對照組高。未對高羊茅草坪草進行激素及熱脅迫處理之前,其蓋度為7.5～8.3分,沒有顯著差異。而經(jīng)過H2O2,SA和6-BA處理的高羊茅草坪草的蓋度范圍為7.9～8.2分,與處理前差異不顯著。不同處理效果間的差異性如圖3中所示,表明處理后的草坪草蓋度受高溫脅迫的影響不大,出現(xiàn)微小差別是由于草坪草枯萎導致地面裸露造成的蓋度減小。

圖3 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅的蓋度Fig.3 The cover of turfgrass under different concentrations of hormones

2.4 高溫脅迫下不同激素對高羊茅均一性的影響

高溫脅迫H2O2,SA和6-BA處理的高羊茅均一性優(yōu)于對照組,6-BA和SA的噴施效果優(yōu)于 H2O2。其中,濃度為 0.01 mmol/L的 6-BA和濃度為 0.1 mmol/L的SA處理的高羊茅均一性高于其他濃度處理,說明適宜濃度的激素處理對草坪草在逆境下的生長最為重要(圖4)。

2.5 高溫脅迫下不同激素對高羊茅生長速度的影響

高羊茅高溫脅迫后生長速度急劇變慢。0.03 mmol/L 6-BA處理的高羊茅脅迫開始后生長速度最快。隨著熱脅迫時間的延長,經(jīng)過6-BA處理的高羊茅的生長速度最快,顯著高于其他處理(P＜0.05);SA處理的高羊茅生長速度其次,但與H2O2處理差異不顯著(P＞0.05),H2O2處理生長速度最慢,與對照組差異不顯著(圖5)(P＞0.05)。

圖4 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅的均一性Fig.4 The uniformity of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

圖5 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅的生長速度Fig.5 The growth rate of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

2.6 高溫脅迫下不同激素對高羊茅葉綠素的影響

葉綠素含量是草坪草葉片葉色的量化,受高溫脅迫的影響很大。隨著熱脅迫時間的延長,葉綠素含量下降,但噴施激素的高羊茅葉綠素含量大于對照。3種激素的最佳噴施濃度分別為:H2O21 mmol/L,6-BA 0.01 mmol/L和0.1 mmol/LSA,6-BA處理的葉綠素含量最高。故噴施0.01 mmol/L的6-BA能有效減輕高溫對高羊茅草坪草的傷害(圖6)。

圖6 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅的葉綠素含量Fig.6 The chlorophyll content of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

2.7 高溫脅迫下不同激素對高羊茅光合速率的影響

光合作用是植物進行正常生命活動的基礎。許多植物在中等高溫(35～40℃)下經(jīng)過短時間的脅迫(15～60 min),其光合作用就會受到抑制,包括冷季型草坪草[11]。圖7所示,高羊茅未受高溫脅迫時,凈光合速率(Pn)高,脅迫后,凈光合速率(Pn)急劇下降。噴施0.01 mmol/L 6-BA的高羊茅凈光合速率在脅迫后均顯著高于其他處理(P＜0.05);經(jīng)6-BA和SA處理的高羊茅凈光合速率明顯高于H2O2的處理(P＜0.05)。

圖7 高溫脅迫下不同激素及其不同濃度處理后高羊茅的光合速率Fig.7 The photosynthetic rate of Festuca arundinacea treated with different concentrations of hormones under high temperature stress

3 結論與小結

(1)6-BA,SA和H2O2處理對高溫脅迫下凌志高羊茅草坪草的生態(tài)性狀有顯著影響,均能不同程度減輕高溫脅迫對高羊茅的傷害。

(2)0.01 mmol/L 6-BA處理高羊茅,葉色、質地、蓋度、均一性、生長速度、葉綠素含量和凈光合速率等指標均明顯優(yōu)于SA和 H2O2處理。0.1 mmol/L的SA能更有效地減輕高溫脅迫對高羊茅導致的傷害。噴施H2O2使高羊茅草坪草的耐熱性有所提高,對提高高羊茅的抗熱性并不明顯,而且濃度過高,對高羊茅會造成傷害。

(3)高溫脅迫下高羊茅草坪草的光合速率急劇下降,噴施6-BA,SA和H2O2后其光合速率均有一定提高,其中6-BA和SA的作用效果顯著。

總體而言,施用適當濃度的激素,可使凌志高羊茅的耐熱性得到顯著改善,可以為南京以至長江流域冷季型草坪草越夏提供理論依據(jù)。

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