玉米素對高羊茅和多年生黑麥草抗旱性影響的研究

李林潔，郭蔚爾，常智慧

(北京林業大學 草坪研究所，北京 100083)

玉米素對高羊茅和多年生黑麥草抗旱性影響的研究

李林潔，郭蔚爾，常智慧

(北京林業大學 草坪研究所，北京 100083)

為研究干旱脅迫下玉米素對高羊茅(Festucaarundinacea)和多年生黑麥草(Loliumperenne)抗旱性的影響，試驗在土壤含水量分別為90%、60%、40%、25%的干旱脅迫和土壤含水量始終為90%的充分澆水條件下，設4個玉米素濃度處理(0,10,50,100 μmol/L)，測定了兩種草坪草的坪觀質量、葉片相對含水量、葉片萎焉、電導率、脯氨酸、丙二醛(MDA)和地下生物量等指標變化。結果表明：與不施加玉米素處理相比 ，干旱脅迫下，施加玉米素能顯著提高兩種草坪草的草坪質量和相對含水量(P<0.05)，減輕草坪草葉片細胞電解質滲漏和萎蔫度(P<0.05)，降低脯氨酸和丙二醛(MDA)含量(P<0.05)，提高高羊茅和多年生黑麥草抗旱性。在干旱脅迫后期，高濃度玉米素處理(50 μmol/L或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草各項指標均表現出更加顯著的優勢(P<0.05)，表明高濃度玉米素對草坪草抵御干旱脅迫的作用更大。

玉米素；抗旱性;高羊茅；多年生黑麥草

冷季型草坪草存在抗旱性不強、耗水量大的缺點,干旱脅迫已成為影響草坪草生長最主要的環境脅迫因子之一[1]。研究表明，選育抗旱性品種、合理施肥、抗旱鍛煉以及應用真菌細菌等方法能增強草坪抗旱性，施加激素類物質也取得了顯著成效[2]。化學調控中的植物激素在植物體內的含量雖然少,但對植物抗逆生理至關重要[3]；細胞分裂素(CTK)在植物抗逆和抗病蟲害中有獨特的作用[4-7]。CTK在植物受到多種脅迫時起信息介質的作用，通過控制生物膜電位，使得植物表達出對溫度逆境，水分虧缺，鹽脅迫等條件的適應性[8]。已有大量研究表明，植物中最常見的細胞分裂素—玉米素能提高如小麥等植物的抗旱性[9]。玉米素可以促進春小麥芽鞘呼吸速率的提高,誘導過氧化物同工酶的合成,促進小麥芽鞘的生長，而且過氧化物酶含量增加,有利于提高小麥的抗逆性[10]。但是能否提高草坪草的抗旱性鮮有報道。高羊茅和多年生黑麥草作為優良的冷季型草坪草，被廣泛應用于各種草坪的建植，是目前我國應用最為廣泛的冷季型草坪草之一[11-12]。以高羊茅和多年生黑麥草兩種冷季型草種為材料，研究不同濃度玉米素對兩種草坪草抗旱性的影響,以便提供施用玉米素提高草坪抗旱性的理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料及處理

試驗草皮于2014年5月15取自北京市昌平白孚村備草區，每塊草皮直徑為15 cm，深度為5 cm。將供試草皮移栽于基質體積比為草炭∶沙=1∶1的聚乙烯塑料盆內。高羊茅和多年生黑麥草在試驗前統一培養2周，每周修剪1次使其高度保持在3 cm以下。將草皮放置于北京林業大學實驗溫室。溫室氣溫28 ℃，濕度50%～60%，光強1 600 lx。

1.2 試驗材料

試驗草種為高羊茅品種獵狗5和多年生黑麥草品種德比極品。

反式-玉米素核苷，由北京科百奧生物科技有限責任公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采用含有玉米素的反式-玉米素核苷，濃度分別設為0、10、50、100 μmol/L，對高羊茅和多年生黑麥草在干旱處理的第0 d和第15 d進行噴施，CK為對照不施玉米素和正常澆水。試驗采用稱量法控制澆水，并結合土壤水分測定儀(ML2,Delta-T Devices,Cambridge,UK)來控制土壤水分。土壤含水量為90%、60%、40%、25%以及土壤含水量達到25%時3 d后進行復水處理，對以上干旱處理的草坪草葉尖采用分區域取樣的方式在土壤含水量為90%(6月20日)，60%(6月28日)，40%(7月5日)，25%(7月11日)，復水(7月14日)時進行采樣并測量指標，每次采集0.5 g，同時觀測草坪坪觀質量。草樣置于-20℃冰箱保存，最后1次采樣收集全部草坪地下部分根。試驗采用完全隨機設計，每個處理設3個重復。

1.4 測定指標及方法

草坪坪觀質量采用9分制的方法測定[13]；葉片萎焉度是主觀目測草坪葉片的指標，范圍從0%～100%，100%代表葉冠完全，永久萎焉[14]；電導率采用DDS-307電導率儀測定葉片細胞膜的相對透性[15]；MDA的含量測定參照文獻[16]的方法；脯氨酸的含量測定參照文獻[17]的方法進行。

1.5 數據處理

采用SPSS Statistics 21,Sigmaplot和Excel 2013分析軟件進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 草坪評觀質量

與充分澆水處理相比，干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的坪觀質量顯著下降(P<0.05)。隨著干旱脅迫處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草坪觀質量顯著好于對照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對多年生黑麥草坪觀質量有顯著影響(P<0.05)(表1)。

表1 草坪坪觀質量

注：同列不同小寫字母之間差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母之間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 草坪抗旱生理指標的測定

2.2.1 葉片萎焉程度 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的葉片萎焉度顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草萎焉度顯著低于對照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對多年生黑麥草萎焉度才有顯著影響(P<0.05)(表2)。

2.2.2 葉片相對含水量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的葉片相對含水量顯著下降(P<0.05)。隨著干旱處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草葉片相對含水量顯著高于對照(P<0.05)。復水后,用玉米素處理的3組高羊茅與土壤含水量為25%時均有明顯差異(P<0.05)，而CK確沒有明顯差異；而用玉米素處理的濃度為100 μmol/L多年生黑麥草才與土壤含水量為25%有明顯差異。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對高羊茅及多年生黑麥草葉片萎焉度均有顯著影響(P<0.05)(表3)。

表2 葉片萎焉度

表3 不同玉米素施用量下高羊茅和多年生黑麥草葉片相對含水量Table 3 The leaf relative water content of tall fescue and perennial ryegrass under different treatments %

2.2.3 電導率 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的電導率顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草電導率顯著低于對照(P<0.05)。干旱末期低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對多年生黑麥草電導率才有顯著影響(P<0.05)，而在整個試驗期限內，對高羊茅電導率無明顯影響(P>0.05)(表4)。

2.3 草坪生化指標(MDA，脯氨酸含量)

2.3.1 MDA含量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的MDA含量顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草MDA含量顯著低于對照(P<0.05)。在整個試驗期限內，低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對高羊茅和多年生黑麥草MDA含量基本均無顯著影響(P>0.05)(表5)。

表5 高羊茅和多年生黑麥草MDA含量

2.3.2 脯氨酸含量 干旱脅迫使高羊茅和多年生黑麥草的脯氨酸含量顯著升高(P<0.05)。隨著干旱處理的持續，高濃度玉米素處理(50或100 μmol/L)的高羊茅和多年生黑麥草MDA含量顯著低于對照(P<0.05)。在干旱末期，低濃度玉米素處理(10 μmol/L)對高羊茅和多年生黑麥草MDA含量基本均有顯著影響(P<0.05)(表6)。

2.4 地下生物量

高羊茅的地下生物量在玉米素使用濃度為0時最小，當濃度為50 μmol/L時最大，且與CK差別不顯著(P>0.05)。多年生黑麥草隨著玉米素施用濃度的增加地下生物量逐漸增大，但是與正常灌溉條件下的黑麥草地下生物量有差異顯著(P<0.05)(圖1)。

3 討論

3.1 施用玉米素能顯著提高高羊茅和多年生黑麥草草坪的坪觀質量

施用玉米素能夠顯著提高高羊茅和多年生黑麥草的坪觀質量，當玉米素處理濃度為50 μmol/L時，其坪觀質量與其他處理組有差異，葉片整體生長水平與干旱脅迫開始前的差異最不明顯。對于多年生黑麥草，玉米素處理濃度為100 μmol/L的試驗組坪觀質量與其他3組有顯著差異，證明玉米素在這個濃度時對多年生黑麥草的外觀質量有一定的改良作用。

表6 不同玉米素施用量下高羊茅脯氨酸含量Table 6 The proline contents of tall fescue and perennial ryegrass under different treatments μg/g

圖1 高羊茅與多年生黑麥草地下生物量Fig.1 The underground biomass of tall fescue and perennial ryegrass

3.2 施用玉米素能顯著提高高羊茅和多年生黑麥草抗旱性

兩種草坪草的生理指標在不同濃度的玉米素處理下都有差異性。研究表明，玉米素可促進小麥胚芽鞘的滲透調節作用，在細胞缺水條件下，維持細胞膜的正常滲透壓。試驗結果表明，葉片的水分含量與萎蔫度的不同，以及細胞膜透性的改變，均證明經過玉米素處理的草坪草的葉片水分比沒有經過玉米素處理的對照缺失速度緩慢，同樣條件下所得到的葉片水分含量更多，且差異顯著。同樣，細胞膜透性更小，破壞程度不顯著。已經有部分研究顯示，細胞分裂素對禾本科的抗旱能力有一定的提高作用，它可以增強逆境條件下植物抗氧化酶(SOD，POD 和CAT 等) 的活性，提高抗氧化物質(如谷胱苷肽和抗壞血酸等)的含量，維持生物膜功能的相對穩定性[18-21]。玉米素的使用也對于丙二醛和脯氨酸的含量有一定影響作用。MDA是植物組織在逆境下遭受氧化脅迫發生膜脂過氧化的產物，其含量的高低反映膜受損程度。而脯氨酸作為植物細胞質中的滲透物質，其積累量的上升可以一定程度降低水勢，從而增強植物的吸水能力，提高其自身的抵抗逆境的能力。施用了玉米素的草坪草的MDA含量變化趨勢不大，說明細胞膜的受損程度不顯著，在一定條件下得到保護，從而降低了干旱惡劣條件對植物的損傷。

4 結論

高羊茅在玉米素施用濃度為50 μmol/L時，抗干旱脅迫能力最強，而當濃度達到100 μmol/L時，抗旱能力有所下降，是由于玉米素作為細胞分裂素的一種，會增強植物細胞的呼吸，從而使得氧含量升高，新生代謝旺盛，導致水分蒸騰加快，使得抗旱能力減弱。也有由于因為玉米素造成了脫落酸含量下降，從而使得抗旱能力下降。具體原因依然需要進一步的研究探索。

隨著玉米素施用量的不斷增加，多年生黑麥草抗旱能力呈現上升趨勢。玉米素濃度為100或100 μmol/L以上，對草坪草的抗旱能力影響比較大。具體的最佳施用濃度，還需要進一步的研究。

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Effect of zeatin on drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass

LI Lin-jie ,GUO Wei-er,CHANG Zhi-hui

(TurfgrassResearchInstitute,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

The effect of zeatin with 4 concentrations (0,10,50 and 100 μmol/L) on drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass under 2 drought tress treatments and full watering treatment.The turf appearance,leaf relative water content,leaf wilting,electric conductivity,proline,malondialdehyde and underground biomass were measured.The results showed that zeatin increased the turf quality and leaf relative water content,alleviated the leaf wilting and electric conductivity,and reduced the contents of proline and malondialdehyde of two turfgrasses compared to the controls under the drought stress.During late stress stage,the higher concentration of zeatin (50 μmol/L or 100 μmol/L) significantly promoted the drought resistant of two turfgrasses.In conclusion,the higher concentration of zeatin performed better on improving the drought resistance of tall fescue and perennial ryegrass.

zeatin；cytokinin；drought resistance；tall fescue；perennial ryegrass

2015-10-27；

2016-01-04

北京林業大學大學生科研訓練計劃項目(X201410022006)資助

李林潔(1994-)，四川人。 E-mail：15311794795@163.com

S 688.4；Q 945.28

A

1009-5500(2017)01-0061-06