随着经济的发展和人们对物质、精神文化需求的提高,草坪在园林绿化中的作用日趋重要。冷季型草坪草在我国许多北方城市的园林绿化中应用广泛,因其养护管理需要耗费大量的水资源,对干旱少雨的北方地区造成了很大的市政供水困难,水资源短缺成为北方地区限制草坪大面积推广的关键因素。
多效唑,即国外报道的PP333,是我国改革开放时期研制成功的一种高等植物生长调节剂,其化学名为(2RS,3RS)-1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-2-(1H-1,2,4-三唑-1-基)戊-3-醇。其作用机制是抑制赤霉素在植物体内的合成,从而延缓纵向生长,促进横向生长,提高植物的抗逆性,延缓衰老等。应用多效唑提高农作物的抗逆性已取得了较好的效果,如多效唑可提高小麦(Triticum aestivum)的抗氧化胁迫、抗旱性和抗热性[1-2],0.3%的多效唑可提高玉米(Zea mays)幼苗的抗旱性[3]。有关草坪的应用研究多为植物生长调节剂对草坪草生长和成坪质量的影响,罗天琼等[4]筛选出多效唑、矮壮素对百胜早熟禾(Poa pratensis'Barvictor')、黔草1号高羊茅(Festucaarundinacea'Qiancao No.1')和首相黑麦草(Lolium perenne'Shouxiang')的生长、再生有抑制作用,而赤霉素对其有明显的抑制作用。近年来关于植物生长调节剂提高草坪草抗性影响的研究成为一个热点,于名礼和孙丽萍[5]的研究表明,多效唑处理后的高羊茅在干旱胁迫下,叶绿素含量、SOD活性水平下降幅度减小,脯氨酸积累缓慢、叶片保水能力高,说明多效唑能提高其抗旱胁迫能力,并筛选出60mg/m2的最佳处理浓度。研究多集中在对单一草坪草的作用影响方面,而有关多效唑对多个草坪草种内和种间抗旱性影响的分析对比研究尚未见报道。
干旱胁迫是影响草坪草生长最主要的环境胁迫之一。植物受干旱胁迫时的最直接反应即为萎蔫脱水,使膜结构胁变,外渗液增加,同时光合作用减弱,叶绿素含量减少,干旱条件下植物细胞中生物活性氧的积累导致细胞的损伤或死亡,而清除活性氧的保护酶如SOD的存在和活性增强是细胞免于伤害或植物抗逆的重要原因[6]。田山君等[7]在对玉米苗期抗旱性品种的筛选研究中,选用了对干旱胁迫较为敏感的相对电导率、离体叶片失水速率、脯氨酸和叶绿素等作为玉米抗旱性的评价指标。本研究以3种草坪草的6个品种作为试验材料,通过研究干旱胁迫下施用不同浓度的多效唑对6种草坪草相对含水量(relative water content,RWC)、质膜透性、叶绿素含量、游离脯氨酸含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响,旨在分析比较不同浓度的多效唑对提高草坪草抗旱性的影响,从而筛选出每种草坪草的最佳处理浓度,为多效唑在草坪中的节水栽培应用提供理论依据。 1 材料与方法
1.1 供试材料
从北方园林绿化常见的草坪草种中筛选出3种最为常用的草坪草,并从中各选出2个性状优异的品种,分别为多年生黑麦草的2个品种轰炸机(Bomber)和绅士(Esquire),紫羊茅(Festuca rubra)的2个品种北方(Bei-fang)和梦神(Rubra),草地早熟禾的2个品种肯塔基(Kentucky)和优异(Merit),均由哈尔滨碧丰草业有限公司提供。多效唑为四川国光公司生产的15%可湿性粉剂。
1.2 试验设计
试验于2013年9月在东北林业大学园林学院温室中进行,温室平均温度25℃,湿度为45%~50%。采用盆栽方式,选用直径17cm,高17cm的塑料花盆,基质配比为园土∶蛭石2∶1,草坪草种子用1%次氯酸钠溶液进行消毒,晾干后按草地早熟禾、多年生黑麦草和紫羊茅的播量20,30和35g/m2进行播种,培育期内正常养护管理,每隔2d浇1次水,每次浇水时称重,以保证每盆土壤水分恒定。采用2个因素随机区组设计,其中草坪草品种6个,多效唑浓度梯度6个,分别为0,50,100,200,300和400mg/L,每个处理6次重复。待成苗后统一修剪至5cm,用喷雾器进行叶面喷施,用量为1L/m2,连续喷施3d。在第4天开始停止浇水,进行持续的干旱胁迫处理,于处理后的第30天取样测定各项生理指标。
1.3 测定指标及方法 本试验各处理分别测定叶片相对含水量(relative water content,RWC)、相对电导率(表征质膜透性)、叶绿素含量、游离脯氨酸含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性。其中RWC采用称重法[8]测定,叶片相对电导率测定参照电导仪法[9],叶绿素含量采用李合生[9]的乙醇提取比色法测定,游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸法[9]测定,SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)还原法[9]测定。
1.4 数据处理
采用Excel 2013进行计算作图,利用SPSS 19.0统计分析软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫下多效唑对6种草坪草苗期相对含水量的影响
本试验结果显示,在干旱胁迫30d后,施加多效唑能提高6个草坪草品种苗期的RWC(如表1所示),并且随着多效唑浓度的升高,各品种的RWC均呈先增大后减少的趋势。通过方差分析可知,多效唑浓度梯度、品种间、品种×浓度梯度互作间的差异显着(P<0.05),这表明干旱胁迫下不同多效唑浓度对草坪草RWC影响不同,且因品种而异。除50与400mg/L、100与200mg/L梯度处理下没有明显差异外(P>0.05),其他各浓度梯度间均有显着差异(P<0.05)。施加PP333后,最佳浓度下各品种RWC的增长率由大到小依次为轰炸机>绅士>北方>梦神>优异>肯塔基。
2.2 干旱胁迫下多效唑对6种草坪草苗期相对电导率的影响
由表2可以看出,干旱胁迫下6种草坪草叶片相对电导率降低的幅度随PP333浓度的升高先增大后减小,说明适宜浓度的多效唑可降低干旱胁迫对草坪草苗期质膜透性的伤害,增强抗旱性。方差分析可以看出,除轰炸机与北方、绅士与优异、肯塔基与优异间差异不显着外(P>0.05),其余品种间的相对电导率差异均达到显着水平(P<0.05)。不同多效唑浓度梯度间的相对电导率有显着差异(P<0.05)。施加多效唑后,最佳浓度下各品种的相对电导率相比对照下降幅度由大到小依次为:轰炸机>绅士>北方>肯塔基>梦神>优异。
2.3 干旱胁迫下多效唑对6种草坪草苗期叶绿素含量的影响
干旱胁迫30d后,施加了PP333的6个草坪草品种与对照相比叶绿素含量均有不同程度的增加(表3)。通过方差分析,多效唑浓度梯度间、品种间、品种×多效唑浓度梯度互作间均有显着性差异(P<0.05),这表明不同浓度的多效唑处理会引起叶绿素含量的变化。除50与400mg/L、100与200mg/L梯度间没有显着差异外(P>0.05),其他多效唑浓度梯度之间差异均达到显着水平(P<0.05)。绅士与肯塔基、优异,北方与优异间的叶绿素含量差异不显着(P>0.05),其他品种间都具有显着性差异(P<0.05)。各品种在最佳浓度下叶绿素含量的增长率由大到小依次为:绅士>轰炸机>北方>优异>肯塔基>梦神。【1-3】
2.4 干旱胁迫下多效唑对6种草坪草苗期体内游离脯氨酸含量的影响
如表4所示,干旱胁迫下,6种草坪草脯氨酸含量随施用多效唑浓度的增大呈下降趋势,但下降的幅度不一样。方差分析可知,除50和400mg/L多效唑浓度梯度之间差异不显着外(P>0.05),其他浓度水平间游离脯氨酸含量差异呈显着性水平(P<0.05)。各品种间差异显着(P<0.05),最佳浓度下脯氨酸含量相比对照降幅由大到小依次为:优异>绅士>肯塔基>轰炸机>梦神>北方。【4】
2.5 干旱胁迫下多效唑对6种草坪草苗期超氧化物歧化酶(SOD)活力的影响
干旱胁迫30d后,各品种的SOD活性随PP333处理浓度的增大,均呈先上升后下降的趋势,与对照组相比,处理组不同程度地提高了SOD活性(表5)。通过方差分析可知,多效唑浓度梯度间、品种间、品种×浓度梯度间均有显着差异(P<0.05)。
400mg/L与对照,50与300mg/L、100与200mg/L间差异不显着(P>0.05),其他各浓度梯度间差异均达到显着水平(P<0.05),各品种间除北方、梦神、优异三者外都有显着差异(P<0.05)。经多效唑处理后,SOD活性上升幅度最大的是轰炸机,比对照高出85.94%,其次是绅士、北方、梦神和肯塔基(40%左右),最小的是优异,仅比对照高出17.63%。【5】
3 结论与讨论
一般研究认为,草坪草对干旱胁迫的最迅速反应为水分代谢,因此相对含水量的多少是植物抵抗干旱能力强弱的最直接体现[10],此外植物受到干旱胁迫时,细胞膜的结构和功能都会受到不同程度的伤害,细胞内部分电解质外渗,导致细胞膜透性增加,一般细胞膜透性越低,植物的抗旱性越强[11]。本试验研究结果显示,多效唑处理对6种草坪草苗期的相对含水量和相对电导率有明显影响,在干旱胁迫下能提高草坪草叶片的相对含水量,降低相对电导率,增强其抗旱性。轰炸机在PP333 200mg/L处理时有较高的相对含水量,在300mg/L处理有较低的相对电导率,绅士以100mg/L浓度的处理效果最佳;100mg/L的PP333处理显着降低北方和梦神的蒸腾失水量和相对电导率,提高其抗旱性;肯塔基和优异分别在200和300mg/L处理时效果最为明显。叶绿素是植物进行光合作用的主要物质,反映了草坪草生长的内在动力,当叶绿素含量升高时,植物的光合速率就相应地加快,其含量的多少也反映出草坪草在干旱胁迫下的景观质量好坏(色泽方面)[12]。植物受到干旱胁迫时,由于发生气孔关闭使得净光合作用降低,抗旱性强的品种光合速率要大于抗旱性弱的品种。在干旱条件下,经多效唑处理后的6种草坪草与对照相比,叶绿素含量都有所提升,表明多效唑在一定程度上能提升草坪草的光合速率,从而提高其抗旱性。其中,轰炸机以200mg/L浓度的处理效果最好,绅士在100mg/L时有最高的叶绿素含量;经100mg/L PP333处理的北方和梦神的叶绿素含量相比于其他处理有显着提高;肯塔基和优异分别以200和300mg/L处理效果最好。
一些研究表明,植物对环境胁迫及低渗透作出的最普遍反应就是累积脯氨酸[13]。植物体内的游离脯氨酸作为渗透调节物质在一定程度上反映了植株体内的水分状况[14]。本研究结果表明,不同浓度的多效唑处理能降低或显着降低6种草坪草体内的游离脯氨酸含量,并且随着浓度的增大,脯氨酸含量先降后升,轰炸机在200mg/L浓度处理时脯氨酸含量最低,经100mg/L PP333处理的绅士有较强的抗旱性;100mg/L的PP333处理能使北方和梦神维持较低的脯氨酸积累,从而提高了抵抗干旱的能力;经100和200mg/L PP333处理的肯塔基较其他处理有较低的脯氨酸含量,优异以300mg/L浓度的处理效果最佳。有关脯氨酸的积累与植物抗旱性之间的关系一直存在争议。有研究[15-16]认为,干旱胁迫下脯氨酸积累量与抗旱性呈正相关;也有研究[17]认为,脯氨酸的积累是干旱胁迫产生的结果,抗旱性弱的品种积累的量要较多些。
Marcum[18]对7种草的研究表明,盐胁迫下的脯氨酸的积累对渗透调节的贡献不大。草地早熟禾耐盐性强的品种比耐盐性弱的品种积累的脯氨酸少,说明脯氨酸的积累是植物受伤害的结果[19]。马炜和王彩云[20]在对6种冷季型草坪草的22个品种抗旱性比较研究后认为,脯氨酸的含量只是反映植株受旱程度,在不抗旱品种中反而积累较多。翟飞飞等[21]对多年生黑麦草的抗寒性筛选研究表明,在低温驯化过程中,抗寒性越强的多年生黑麦草其脯氨酸含量越低。本研究中,脯氨酸的积累与植物受伤害程度呈显着正相关,PP333的施加显着降低了干旱胁迫下草坪草体内的脯氨酸含量,说明适当浓度的PP333能减轻草坪草受干旱胁迫产生的伤害,此结论与Cai等[17]研究结果一致。
SOD与其他过氧化物酶等协同作用可防御活性氧或其他过氧化物自由基对植物细胞生物大分子物质的破坏,是植物体内重要的细胞保护酶防御系统之一。植物组织中SOD活性与其抗逆性强弱密切相关[22]。耐旱性强的品种比耐旱性弱的品种能维持较高的SOD活性。轰炸机和绅士分别在200和100mg/L浓度处理时有最大的SOD活性;北方和梦神的SOD活性随PP333浓度的增加先升高后降低,在100mg/L处达到最大值;肯塔基和优异分别在200和300mg/L处理能维持较强的抗旱性。
干旱条件下,多效唑能提高草坪草苗期的相对含水量,降低干旱胁迫对细胞膜透性的伤害率,提高叶绿素含量,减缓体内游离脯氨酸含量的积累,并有效提高SOD活性。综合各项指标得出,多年生黑麦草、紫羊茅和草地早熟禾3种草坪草在提高抗旱性上对多效唑的最适浓度各不相同,由大到小依次为草地早熟禾>多年生黑麦草>紫羊茅。这为今后草坪的养护管理提供一个新的途径,参考本试验结果,合理选择多效唑浓度来提高草坪草的抗旱性,避免药剂浓度过低对草坪没有效果或过高使草坪产生药害。
参考文献:
[1]Kraus T E,Fletcher R A.Paclobutrazol protects wheat seedlings from heat and paraquat injury:is detoxification of active oxy-gen in-volved[J].Plant Cell Physiology,1994,35(1):45-52. [2] 许鸿源,周歧伟,杨美纯,等.PP333对小麦幼苗抗旱性的影响[J].作物学报,1995,(1):124-128. [3] 曹翠玲,杨力,胡景江.多效唑提高玉米幼苗抗旱性的生理机制研究[J].干旱地区农业研究,2009,27(2):153-158. [4] 罗天琼,莫志萍,莫本田,等.不同生长调节剂对草坪质量的影响[J].草业科学,2011,28(5):710-716. [5] 于名礼,孙丽萍.多效唑对高羊茅草坪草生长和抗旱性的影响[J].山东农业科学,2007,(1):53-56