水分脅迫對(duì)溝葉結(jié)縷草和假儉草生理反應(yīng)的影響

水分脅迫對(duì)溝葉結(jié)縷草和假儉草生理反應(yīng)的影響

在廣闊的陸生植物中，一些植物生長(zhǎng)在干燥的條件下，隨著人類的變化，它們逐漸產(chǎn)生了適應(yīng)某些地方干旱的壓力的能力。廣泛而深入地研究這些植物在干旱脅迫條件下所發(fā)生的從生長(zhǎng)、生理直至代謝的一系列變化,以及這些變化與抗旱能力之間的關(guān)系,對(duì)于草坪的生產(chǎn)者和管理者來(lái)說(shuō),了解草坪草的抗旱差異性及其抗旱機(jī)理,提高管理策略和培育抗旱品種或栽培品種尤為重要。通過(guò)模擬大田生產(chǎn),在土壤持續(xù)干旱條件下,對(duì)2種常見(jiàn)暖季型草坪禾草假儉草(Eremochloaophiuroides)和溝葉結(jié)縷草(Zoysiamatrella)的生理生化等方面初步研究,探討草坪草的抗旱生理機(jī)制。1材料和方法1.1草坪為坪,深栽培肥,對(duì)草坪生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。供試草種為假儉草(Eremochloaophiuroides)和溝葉結(jié)縷草(Zoysiamatrella),繁殖材料均采自同院草坪品種圃內(nèi)。于2000年2月分別將2種草坪草用點(diǎn)栽法栽植于70cm×50cm的塑料箱內(nèi),栽后作正常管理,至6月底各試驗(yàn)箱草坪成坪。脅迫試驗(yàn)從7月20日開(kāi)始,各箱于此日分別澆上透水。處理分為2個(gè)水平:1)I水平:干旱處理,從7月21日起持續(xù)不澆水,土壤通過(guò)表面蒸發(fā)和草坪草蒸騰不斷失去水分,草坪草由于土壤有效水分虧缺產(chǎn)生萎焉現(xiàn)象,直至死亡;2)CK水平:對(duì)照處理,進(jìn)行正常水分管理。試驗(yàn)于8月19日結(jié)束。1.2測(cè)量設(shè)計(jì)和測(cè)試1土壤的絕對(duì)含水量采用烘干法,105℃連續(xù)烘干8h。22絕對(duì)水分取鮮葉樣,立即稱取鮮重,再浸入水中24h,取出后吸干表面水分稱重,然后在80℃烘干至恒重。32葉片透明參照譚常的方法。葉片質(zhì)膜透性用相對(duì)電導(dǎo)率表示。41牛皮氨酸含量采用張殿中等描述的磺基水楊酸浸提法。51根活力的測(cè)定取嫩根0.5g用TTC法測(cè)定。61sod活性和sda含量的測(cè)定稱取鮮葉樣品0.5g,按汪安琳法測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1溝葉結(jié)高質(zhì)量生長(zhǎng)情況在切斷外來(lái)水分供應(yīng)的情況下,2種草坪草干旱處理的土壤含水量因土壤蒸發(fā)和草坪蒸騰而不斷下降(圖1),在整個(gè)試驗(yàn)期間內(nèi),雖然假儉草的土壤含水率一直低于溝葉結(jié)縷草,但溝葉結(jié)縷草的土壤含水率的下降幅度大于假儉草。另外,對(duì)供試材料的植株恢復(fù)情況進(jìn)行了觀察。脅迫第8天(7月28日),溝葉結(jié)縷草葉片開(kāi)始卷曲成針狀,假儉草出現(xiàn)卷曲枯黃現(xiàn)象;第14天(8月3日),隨機(jī)挖取3塊10cm×10cm草塊作澆水處理,第2天溝葉結(jié)縷草仍能恢復(fù)正常,而假儉草只有部分恢復(fù)綠色;第21天(8月10日),同樣挖出草塊,以后作正常澆水處理,3天后溝葉結(jié)縷草仍有少量恢復(fù),而假儉草完全沒(méi)有綠葉出現(xiàn)。因此,可以認(rèn)為,溝葉結(jié)縷草的耐旱能力大于假儉草。2.2土壤含水率的變化在水分脅迫下,植物首先表現(xiàn)的是植物體含水量的下降。從圖2可以看出,在持續(xù)土壤干旱脅迫下,葉片絕對(duì)含水率不斷下降,明顯低于對(duì)照。至干旱脅迫第6天(7月26日),溝葉結(jié)縷草的葉片含水量變化并不明顯,而假儉草卻明顯下降,顯示出其對(duì)土壤含水量變化的敏感性。以后兩者都表現(xiàn)為持續(xù)下降,但假儉草的葉片含水率下降幅度大于溝葉結(jié)縷草,說(shuō)明其對(duì)干旱的適應(yīng)能力比較差。表1的相對(duì)水分虧缺(RWD)也顯示了這一點(diǎn)。首先表現(xiàn)水分虧缺的是假儉草,7月26日即達(dá)到41%,而同期溝葉結(jié)縷草只有9.6%,以后都表現(xiàn)為虧缺加深,但假儉草的變化幅度遠(yuǎn)超過(guò)溝葉結(jié)縷草,虧缺程度假儉草大于溝葉結(jié)縷草。2.3干旱脅迫對(duì)草坪根系活力的影響各草坪草植物體內(nèi)游離脯氨酸含量均受干旱脅迫的影響而明顯高于對(duì)照,呈增加趨勢(shì),證明了在水分脅迫條件下會(huì)造成體內(nèi)游離脯氨酸的累積這一結(jié)論。而且,隨著干旱脅迫程度的加深,游離脯氨酸含量不斷上升,達(dá)到某一高峰值后又相繼下降(見(jiàn)圖3)。但是不同草坪草在干旱脅迫條件下游離脯氨酸含量的具體變化過(guò)程并不一致:1)溝葉結(jié)縷草干旱脅迫第4天(7月24日)、第8天(7月28日)脯氨酸含量緩慢上升,而在第12天(8月1日)含量猛增,第16天(8月5日)達(dá)到高峰值,到第20天(8月9日)測(cè)定時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。2)假儉草干旱脅迫第4天(7月24日),脯氨酸含量即比對(duì)照高出10倍,脅迫第8天(7月28日)又猛增15倍左右,至第12天(8月1日)出現(xiàn)高峰值,以后開(kāi)始下降。高峰期時(shí)的脯氨酸含量略低于溝葉結(jié)縷草,從上可以看出,假儉草在干旱脅迫下,脯氨酸含量對(duì)脅迫的反應(yīng)十分敏感,很快升高,至8月1日為止的幾次測(cè)定,假儉草的脯氨酸含量均高于溝葉結(jié)縷草,且高峰期的出現(xiàn)較溝葉結(jié)縷草為早,但其高峰期時(shí)的絕對(duì)含量較溝葉結(jié)縷草高峰期為低。本試驗(yàn)中2種草坪草在干旱脅迫下根系活力動(dòng)態(tài)變化如圖4所示。從中可以看出,各種不同的草坪草在一定程度的干旱脅迫期間內(nèi)根系活力明顯高于對(duì)照,保持較高活力水平,但以后隨著干旱脅迫的加深,分別出現(xiàn)下降現(xiàn)象。溝葉結(jié)縷草在第13天(8月2日)達(dá)到最高值,以后逐漸下降;而假儉草從7月25日開(kāi)始根系活力立即出現(xiàn)下滑趨勢(shì)。高峰期出現(xiàn)后的根系活力下降現(xiàn)象,說(shuō)明干旱脅迫超過(guò)了植株根系的適應(yīng)能力范圍。從2種草坪草的根系活力變化情況中,不難推測(cè)溝葉結(jié)縷草的抗旱能力要大于假儉草這一結(jié)論。2.5干旱脅迫對(duì)草坪草rpp的影響研究結(jié)果顯示,在正常水分管理?xiàng)l件(對(duì)照水平)下,2種草坪草的RPP都比較低,波動(dòng)變化也小;但在干旱脅迫條件下,各種草坪草的葉片RPP很快高于對(duì)照(圖5)。在干旱脅迫初期,2種草坪草RPP變化都比較緩慢,之后都快速上升。假儉草在7月29日(第9天)至8月2日之間RPP劇增,8月2日升至對(duì)照的9倍左右,這說(shuō)明假儉草在7月29日,盡管受到了干旱脅迫,但細(xì)胞膜并沒(méi)有受到明顯傷害,以后由于脅迫的加深,引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的大量外滲,RPP劇烈上升;溝葉結(jié)縷草由于抗旱性較強(qiáng),在8月6日前RPP的變化并不明顯,以后由于細(xì)胞膜的受損,導(dǎo)致RPP猛增。從細(xì)胞透性的變化進(jìn)程中,可以明顯看出,溝葉結(jié)縷草的抗旱能力要大于假儉草。2.6血清sod活性結(jié)果如圖6所示,干旱脅迫初期,2種草坪草的SOD活性均高于對(duì)照,以后隨著干旱脅迫的加深,SOD活性不斷下降,分別低于對(duì)照處理。溝葉結(jié)縷草在8月7日(第18天)前,SOD活性一直維持在較高水平,持續(xù)高于對(duì)照,8月11日出現(xiàn)下降,降至52.36%;假儉草到7月30日為止,SOD活性高于對(duì)照,但以后持續(xù)下降,高水平活性的維持時(shí)間較溝葉結(jié)縷草短。2.7脅迫對(duì)一種特性的影響,主要表現(xiàn)為試驗(yàn)表明(圖7),正常水分管理的草坪草,MDA含量變化比較穩(wěn)定,基本維持在一定的水平上。而在干旱脅迫條件下,2種草坪草的MDA含量明顯增加,高于對(duì)照,但在脅迫初期,其變化幅度較小,以后隨著脅迫的進(jìn)一步加深,MDA含量急劇上升。假儉草到7月30日(第10天)為止,MDA含量比較穩(wěn)定,但以后很快增加;而抗旱性較強(qiáng)的溝葉結(jié)縷草在8月7日前,MDA一直緩慢增加,直至8月11日測(cè)定時(shí),才大幅度上升。結(jié)合RPP和SOD的變化進(jìn)程,可以看出,MDA含量的大幅度增加的時(shí)間,與RPP大幅度上升及SOD大幅度下降的時(shí)間基本上是一致的。3干旱脅迫對(duì)植物抗旱性的影響3.12種暖季型草坪草在干旱處理過(guò)程中,從各階段恢復(fù)供水后的反應(yīng)情況來(lái)看,出現(xiàn)普遍死亡的首先是假儉草,其次為溝葉結(jié)縷草,因此,可以認(rèn)為,抗旱能力溝葉結(jié)縷草大于假儉草。3.2在干旱脅迫過(guò)程中,草坪草的生理活動(dòng)發(fā)生了明顯的變化。1)隨干旱脅迫的加深,草坪草的葉片含水量持續(xù)下降,相對(duì)水分虧缺不斷上升。2)鑒于干旱脅迫下植物體內(nèi)脯氨酸累積的普遍性,人們開(kāi)始致力于脯氨酸積累與植物抗旱性關(guān)系的研究。有人試圖簡(jiǎn)單地提出把高脯氨酸累積能力作為禾谷類作物品種抗旱性鑒別的指標(biāo),而且也得到過(guò)某些實(shí)驗(yàn)證明如Singh等人,但也有人提出異議,如Hanson,Hahi等人和Levy。張力君通過(guò)對(duì)抗旱力不同的駝絨黎(Ceratoideslatens)幼苗研究認(rèn)為,如以干旱脅迫植物致死臨界期脯氨酸積累量作為鑒定植物抗旱性的標(biāo)準(zhǔn),則植物脯氨酸積累量與幼苗抗旱性呈正相關(guān)。曹儀植等報(bào)道,3種不同抗旱性的禾本科植物在水分脅迫下,抗旱性差的品種首先積累脯氨酸,但脅迫48h以后很快呈下降趨勢(shì),而抗旱性強(qiáng)的品種即使在脅迫120h的情況下仍呈上升趨勢(shì),且脯氨酸積累量也接近抗旱性差的品種。本研究表明,2種暖季型草坪草在干旱脅迫條件下,游離脯氨酸含量都明顯增加,但增加的速度和高峰期出現(xiàn)的時(shí)間不一致,累積的含量也有很大差異。結(jié)合這2種草坪草的抗旱性特點(diǎn),得出如下推論:a.不同草種在干旱脅迫條件下均表現(xiàn)為脯氨酸大量累積,因此游離脯氨酸含量的變化不失為反映植株受旱程度的很好指標(biāo);b.不能以某一時(shí)間的脯氨酸含量的大小來(lái)衡量抗旱能力的強(qiáng)弱,否則會(huì)導(dǎo)致假象。在本試驗(yàn)中,如以脅迫第4天(7月24日)的脯氨酸含量來(lái)衡量抗旱性能,則很可能會(huì)得出溝葉結(jié)縷草不如假儉草的錯(cuò)誤結(jié)論。c.游離脯氨酸含量的大小可以作為植物抗旱能力的生理指標(biāo)。試驗(yàn)表明,如果以游離脯氨酸含量高峰期出現(xiàn)的早晚及高峰期時(shí)的含量高低作為衡量標(biāo)準(zhǔn),可以較好地反應(yīng)草坪草抗旱能力的強(qiáng)弱。3)2種草坪草在水分脅迫下在不同長(zhǎng)短的時(shí)間范圍內(nèi)先升后降的現(xiàn)象說(shuō)明,適度的干旱脅迫能夠提高植物的根系活力,起到“煉苗”的作用,但隨著脅迫的進(jìn)一步加深,根系活力逐漸下降。抗旱性強(qiáng)的草坪草維持高水平的根系活力時(shí)間較長(zhǎng),反之則短。4)脅迫初期,2種草坪草的RPP、MDA都表現(xiàn)為緩慢增加,SOD活性超過(guò)對(duì)照水平,但隨著脅迫的不斷發(fā)展,RPP、MDA大幅度上升,SOD急劇下降,并且二者出現(xiàn)的時(shí)間幾乎相同。這說(shuō)明,在MDA積累到一定程度(即閾值)前,RPP的變化比較緩慢,只有當(dāng)MDA積累到一定數(shù)量后才會(huì)引起質(zhì)膜的嚴(yán)重破壞,膜透性加大,造成離子大量外滲,二者之間具有互動(dòng)作用;