隨著經濟的發展和人們對物質、精神文化需求的提高,草坪在園林綠化中的作用日趨重要。冷季型草坪草在我國許多北方城市的園林綠化中應用廣泛,因其養護管理需要耗費大量的水資源,對干旱少雨的北方地區造成了很大的市政供水困難,水資源短缺成為北方地區限制草坪大面積推廣的關鍵因素。
多效唑,即國外報道的PP333,是我國改革開放時期研制成功的一種高等植物生長調節劑,其化學名為\\(2RS,3RS\\)-1-\\(4-氯苯基\\)-4,4-二甲基-2-\\(1H-1,2,4-三唑-1-基\\)戊-3-醇。其作用機制是抑制赤霉素在植物體內的合成,從而延緩縱向生長,促進橫向生長,提高植物的抗逆性,延緩衰老等。應用多效唑提高農作物的抗逆性已取得了較好的效果,如多效唑可提高小麥\\(Triticum aestivum\\)的抗氧化脅迫、抗旱性和抗熱性[1-2],0.3%的多效唑可提高玉米\\(Zea mays\\)幼苗的抗旱性[3]。有關草坪的應用研究多為植物生長調節劑對草坪草生長和成坪質量的影響,羅天瓊等[4]篩選出多效唑、矮壯素對百勝早熟禾\\(Poa pratensis'Barvictor'\\)、黔草1號高羊茅\\(Festucaarundinacea'Qiancao No.1'\\)和首相黑麥草\\(Lolium perenne'Shouxiang'\\)的生長、再生有抑制作用,而赤霉素對其有明顯的抑制作用。近年來關于植物生長調節劑提高草坪草抗性影響的研究成為一個熱點,于名禮和孫麗萍[5]的研究表明,多效唑處理后的高羊茅在干旱脅迫下,葉綠素含量、SOD活性水平下降幅度減小,脯氨酸積累緩慢、葉片保水能力高,說明多效唑能提高其抗旱脅迫能力,并篩選出60mg/m2的最佳處理濃度。研究多集中在對單一草坪草的作用影響方面,而有關多效唑對多個草坪草種內和種間抗旱性影響的分析對比研究尚未見報道。
干旱脅迫是影響草坪草生長最主要的環境脅迫之一。植物受干旱脅迫時的最直接反應即為萎蔫脫水,使膜結構脅變,外滲液增加,同時光合作用減弱,葉綠素含量減少,干旱條件下植物細胞中生物活性氧的積累導致細胞的損傷或死亡,而清除活性氧的保護酶如SOD的存在和活性增強是細胞免于傷害或植物抗逆的重要原因[6]。田山君等[7]在對玉米苗期抗旱性品種的篩選研究中,選用了對干旱脅迫較為敏感的相對電導率、離體葉片失水速率、脯氨酸和葉綠素等作為玉米抗旱性的評價指標。本研究以3種草坪草的6個品種作為試驗材料,通過研究干旱脅迫下施用不同濃度的多效唑對6種草坪草相對含水量\\(relative water content,RWC\\)、質膜透性、葉綠素含量、游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶\\(SOD\\)活性的影響,旨在分析比較不同濃度的多效唑對提高草坪草抗旱性的影響,從而篩選出每種草坪草的最佳處理濃度,為多效唑在草坪中的節水栽培應用提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 供試材料
從北方園林綠化常見的草坪草種中篩選出3種最為常用的草坪草,并從中各選出2個性狀優異的品種,分別為多年生黑麥草的2個品種轟炸機\\(Bomber\\)和紳士\\(Esquire\\),紫羊茅\\(Festuca rubra\\)的2個品種北方\\(Bei-fang\\)和夢神\\(Rubra\\),草地早熟禾的2個品種肯塔基\\(Kentucky\\)和優異\\(Merit\\),均由哈爾濱碧豐草業有限公司提供。多效唑為四川國光公司生產的15%可濕性粉劑。
1.2 試驗設計
試驗于2013年9月在東北林業大學園林學院溫室中進行,溫室平均溫度25℃,濕度為45%~50%。采用盆栽方式,選用直徑17cm,高17cm的塑料花盆,基質配比為園土∶蛭石2∶1,草坪草種子用1%次氯酸鈉溶液進行消毒,晾干后按草地早熟禾、多年生黑麥草和紫羊茅的播量20,30和35g/m2進行播種,培育期內正常養護管理,每隔2d澆1次水,每次澆水時稱重,以保證每盆土壤水分恒定。采用2個因素隨機區組設計,其中草坪草品種6個,多效唑濃度梯度6個,分別為0,50,100,200,300和400mg/L,每個處理6次重復。待成苗后統一修剪至5cm,用噴霧器進行葉面噴施,用量為1L/m2,連續噴施3d。在第4天開始停止澆水,進行持續的干旱脅迫處理,于處理后的第30天取樣測定各項生理指標。
1.3 測定指標及方法
本試驗各處理分別測定葉片相對含水量\\(relative water content,RWC\\)、相對電導率\\(表征質膜透性\\)、葉綠素含量、游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶\\(SOD\\)活性。其中RWC采用稱重法[8]測定,葉片相對電導率測定參照電導儀法[9],葉綠素含量采用李合生[9]的乙醇提取比色法測定,游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法[9]測定,SOD活性采用氮藍四唑\\(NBT\\)還原法[9]測定。
1.4 數據處理
采用Excel 2013進行計算作圖,利用SPSS 19.0統計分析軟件進行方差分析。
2 結果與分析
2.1 干旱脅迫下多效唑對6種草坪草苗期相對含水量的影響
本試驗結果顯示,在干旱脅迫30d后,施加多效唑能提高6個草坪草品種苗期的RWC\\(如表1所示\\),并且隨著多效唑濃度的升高,各品種的RWC均呈先增大后減少的趨勢。通過方差分析可知,多效唑濃度梯度、品種間、品種×濃度梯度互作間的差異顯著\\(P<0.05\\),這表明干旱脅迫下不同多效唑濃度對草坪草RWC影響不同,且因品種而異。除50與400mg/L、100與200mg/L梯度處理下沒有明顯差異外\\(P>0.05\\),其他各濃度梯度間均有顯著差異\\(P<0.05\\)。施加PP333后,最佳濃度下各品種RWC的增長率由大到小依次為轟炸機>紳士>北方>夢神>優異>肯塔基。
2.2 干旱脅迫下多效唑對6種草坪草苗期相對電導率的影響
由表2可以看出,干旱脅迫下6種草坪草葉片相對電導率降低的幅度隨PP333濃度的升高先增大后減小,說明適宜濃度的多效唑可降低干旱脅迫對草坪草苗期質膜透性的傷害,增強抗旱性。方差分析可以看出,除轟炸機與北方、紳士與優異、肯塔基與優異間差異不顯著外\\(P>0.05\\),其余品種間的相對電導率差異均達到顯著水平\\(P<0.05\\)。不同多效唑濃度梯度間的相對電導率有顯著差異\\(P<0.05\\)。施加多效唑后,最佳濃度下各品種的相對電導率相比對照下降幅度由大到小依次為:轟炸機>紳士>北方>肯塔基>夢神>優異。
2.3 干旱脅迫下多效唑對6種草坪草苗期葉綠素含量的影響
干旱脅迫30d后,施加了PP333的6個草坪草品種與對照相比葉綠素含量均有不同程度的增加\\(表3\\)。通過方差分析,多效唑濃度梯度間、品種間、品種×多效唑濃度梯度互作間均有顯著性差異\\(P<0.05\\),這表明不同濃度的多效唑處理會引起葉綠素含量的變化。除50與400mg/L、100與200mg/L梯度間沒有顯著差異外\\(P>0.05\\),其他多效唑濃度梯度之間差異均達到顯著水平\\(P<0.05\\)。紳士與肯塔基、優異,北方與優異間的葉綠素含量差異不顯著\\(P>0.05\\),其他品種間都具有顯著性差異\\(P<0.05\\)。各品種在最佳濃度下葉綠素含量的增長率由大到小依次為:紳士>轟炸機>北方>優異>肯塔基>夢神?！?-3】
2.4 干旱脅迫下多效唑對6種草坪草苗期體內游離脯氨酸含量的影響
如表4所示,干旱脅迫下,6種草坪草脯氨酸含量隨施用多效唑濃度的增大呈下降趨勢,但下降的幅度不一樣。方差分析可知,除50和400mg/L多效唑濃度梯度之間差異不顯著外\\(P>0.05\\),其他濃度水平間游離脯氨酸含量差異呈顯著性水平\\(P<0.05\\)。各品種間差異顯著\\(P<0.05\\),最佳濃度下脯氨酸含量相比對照降幅由大到小依次為:優異>紳士>肯塔基>轟炸機>夢神>北方?！?】
2.5 干旱脅迫下多效唑對6種草坪草苗期超氧化物歧化酶\\(SOD\\)活力的影響
干旱脅迫30d后,各品種的SOD活性隨PP333處理濃度的增大,均呈先上升后下降的趨勢,與對照組相比,處理組不同程度地提高了SOD活性\\(表5\\)。通過方差分析可知,多效唑濃度梯度間、品種間、品種×濃度梯度間均有顯著差異\\(P<0.05\\)。
400mg/L與對照,50與300mg/L、100與200mg/L間差異不顯著\\(P>0.05\\),其他各濃度梯度間差異均達到顯著水平\\(P<0.05\\),各品種間除北方、夢神、優異三者外都有顯著差異\\(P<0.05\\)。經多效唑處理后,SOD活性上升幅度最大的是轟炸機,比對照高出85.94%,其次是紳士、北方、夢神和肯塔基\\(40%左右\\),最小的是優異,僅比對照高出17.63%?！?】
3 結論與討論
一般研究認為,草坪草對干旱脅迫的最迅速反應為水分代謝,因此相對含水量的多少是植物抵抗干旱能力強弱的最直接體現[10],此外植物受到干旱脅迫時,細胞膜的結構和功能都會受到不同程度的傷害,細胞內部分電解質外滲,導致細胞膜透性增加,一般細胞膜透性越低,植物的抗旱性越強[11]。本試驗研究結果顯示,多效唑處理對6種草坪草苗期的相對含水量和相對電導率有明顯影響,在干旱脅迫下能提高草坪草葉片的相對含水量,降低相對電導率,增強其抗旱性。轟炸機在PP333 200mg/L處理時有較高的相對含水量,在300mg/L處理有較低的相對電導率,紳士以100mg/L濃度的處理效果最佳;100mg/L的PP333處理顯著降低北方和夢神的蒸騰失水量和相對電導率,提高其抗旱性;肯塔基和優異分別在200和300mg/L處理時效果最為明顯。葉綠素是植物進行光合作用的主要物質,反映了草坪草生長的內在動力,當葉綠素含量升高時,植物的光合速率就相應地加快,其含量的多少也反映出草坪草在干旱脅迫下的景觀質量好壞\\(色澤方面\\)[12]。植物受到干旱脅迫時,由于發生氣孔關閉使得凈光合作用降低,抗旱性強的品種光合速率要大于抗旱性弱的品種。在干旱條件下,經多效唑處理后的6種草坪草與對照相比,葉綠素含量都有所提升,表明多效唑在一定程度上能提升草坪草的光合速率,從而提高其抗旱性。其中,轟炸機以200mg/L濃度的處理效果最好,紳士在100mg/L時有最高的葉綠素含量;經100mg/L PP333處理的北方和夢神的葉綠素含量相比于其他處理有顯著提高;肯塔基和優異分別以200和300mg/L處理效果最好。
一些研究表明,植物對環境脅迫及低滲透作出的最普遍反應就是累積脯氨酸[13]。植物體內的游離脯氨酸作為滲透調節物質在一定程度上反映了植株體內的水分狀況[14]。本研究結果表明,不同濃度的多效唑處理能降低或顯著降低6種草坪草體內的游離脯氨酸含量,并且隨著濃度的增大,脯氨酸含量先降后升,轟炸機在200mg/L濃度處理時脯氨酸含量最低,經100mg/L PP333處理的紳士有較強的抗旱性;100mg/L的PP333處理能使北方和夢神維持較低的脯氨酸積累,從而提高了抵抗干旱的能力;經100和200mg/L PP333處理的肯塔基較其他處理有較低的脯氨酸含量,優異以300mg/L濃度的處理效果最佳。有關脯氨酸的積累與植物抗旱性之間的關系一直存在爭議。有研究[15-16]認為,干旱脅迫下脯氨酸積累量與抗旱性呈正相關;也有研究[17]認為,脯氨酸的積累是干旱脅迫產生的結果,抗旱性弱的品種積累的量要較多些。
Marcum[18]對7種草的研究表明,鹽脅迫下的脯氨酸的積累對滲透調節的貢獻不大。草地早熟禾耐鹽性強的品種比耐鹽性弱的品種積累的脯氨酸少,說明脯氨酸的積累是植物受傷害的結果[19]。馬煒和王彩云[20]在對6種冷季型草坪草的22個品種抗旱性比較研究后認為,脯氨酸的含量只是反映植株受旱程度,在不抗旱品種中反而積累較多。翟飛飛等[21]對多年生黑麥草的抗寒性篩選研究表明,在低溫馴化過程中,抗寒性越強的多年生黑麥草其脯氨酸含量越低。本研究中,脯氨酸的積累與植物受傷害程度呈顯著正相關,PP333的施加顯著降低了干旱脅迫下草坪草體內的脯氨酸含量,說明適當濃度的PP333能減輕草坪草受干旱脅迫產生的傷害,此結論與Cai等[17]研究結果一致。
SOD與其他過氧化物酶等協同作用可防御活性氧或其他過氧化物自由基對植物細胞生物大分子物質的破壞,是植物體內重要的細胞保護酶防御系統之一。植物組織中SOD活性與其抗逆性強弱密切相關[22]。耐旱性強的品種比耐旱性弱的品種能維持較高的SOD活性。轟炸機和紳士分別在200和100mg/L濃度處理時有最大的SOD活性;北方和夢神的SOD活性隨PP333濃度的增加先升高后降低,在100mg/L處達到最大值;肯塔基和優異分別在200和300mg/L處理能維持較強的抗旱性。
干旱條件下,多效唑能提高草坪草苗期的相對含水量,降低干旱脅迫對細胞膜透性的傷害率,提高葉綠素含量,減緩體內游離脯氨酸含量的積累,并有效提高SOD活性。綜合各項指標得出,多年生黑麥草、紫羊茅和草地早熟禾3種草坪草在提高抗旱性上對多效唑的最適濃度各不相同,由大到小依次為草地早熟禾>多年生黑麥草>紫羊茅。這為今后草坪的養護管理提供一個新的途徑,參考本試驗結果,合理選擇多效唑濃度來提高草坪草的抗旱性,避免藥劑濃度過低對草坪沒有效果或過高使草坪產生藥害。
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