水分胁迫下4种冷季型草坪草抗旱性比较研究

初晓辉，岳信龙，任 健，陈 功，单贵莲

（云南农业大学 草业科学系，云南 昆明 650201）

随着经济发展和国民生态意识的加强，草坪美化和改善环境的功能日益受到重视，草坪种植面积迅猛增长。但近年来，由于各行业用水需求大量增加，导致全国近300个城市用水紧张，其中，严重缺水的城市有110多个，耗水量高成为草坪业发展的最大制约因素之一［1，2］。干旱成为影响草坪草正常生长最主要的环境胁迫因子之一［3，4］。因此，研究草坪草抗旱性的差异，对草坪建植过程中抗旱草种的选择及缓解草坪用水供需矛盾具有非常重要的意义。

植物的抗旱性是指植物通过一定的抗旱方式在长期干旱胁迫下生存的能力。草坪草在遭受到干旱胁迫时，其外部形态特征、细胞质膜透性及细胞内的保护酶系统均会发生改变。以昆明地区广泛使用的4种冷季型草坪草为供试材料，测定不同水分胁迫强度下4种草坪草外观质量及生理指标的变化，探讨其抗旱性差异的生理基础及植物细胞对干旱胁迫的反应，为草坪建植过程中抗旱草种的选择提供依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试材料为4种常用的冷季型草坪草种，分别为匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera）品种‘海滨’（Seaside）、多年生黑麦草（Lolium perennel）品种“明星”（star）、高羊茅（Festuca arundinacea）品种“美洲虎”（Jaquar）、草地早熟禾（Poa pretensis）品种“肯塔基”（Kentucky），均由克劳沃集团提供。

1.2 试验设计

试验于遮雨温室进行。2011年6月20日，将采集于云南农业大学草坪基地的土壤（0～5cm表层土，田间持水量约65%）装入直径30.5cm，高20cm的塑料花盆内，将供试材料均匀播种于花盆，覆土1cm，正常管理。2011年8月10日进行水分胁迫试验，具体为：供试材料分别隔5d（T1）、10d（T2）、15d（T3）浇水1次，同时设每天浇水1次的供试材料为对照（T），浇水均匀喷灌至饱和（底部有水珠渗出）。9月10日处理结束，开展草坪外观质量的评价和各项生理指标的测定。每处理重复6次。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 草坪外观质量评价指标的测定 采用9分制评价法，参照 NTEP标准［5］，对供试材料的密度、质地、颜色、均匀性进行评分，评分时采取3人评价小组分别对不同处理条件下供试材料的外观质量评价指标进行打分，取各指标平均值作为最后得分。给不同的指标分配不同的权重（颜色2/9，密度3/9，质地2/9，均匀性2/9），根据以下公式计算出不同处理条件下供试材料外观质量的最后得分。

S＝（D×3＋C×2＋T×2＋U×2）/9

式中：S代表综合分，D代表密度，C代表颜色，T代表质地，U代表均匀性。最后得分越高，排名越高，草坪外观质量越好，坪用价值越高。

1.3.2 抗旱生理指标的测定 处理结束后，取新鲜叶片测定叶片相对含水量、细胞质膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量。其中叶片相对含水量采用称重法测定［6］，细胞质膜透性采用电导仪测定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸测定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮显色法测定［7］。3次重复。

1.4 数据分析

采用SPSS 11.5对数据进行方差分析及显著性检验。采用Excel2003作图。

1.5 供试草种抗旱性综合评价

采用模糊数学隶属函数法，以重度胁迫下草坪外观质量、叶片相对含水量、叶片电导率、MDA含量、Pro含量5个指标为评价指标，采用模糊数学隶属函数法求这些指标的隶属函数值，根据各隶属函数值平均值大小来确定供试草种抗旱性强弱。具体计算公式［1］如下：

① 如果指标与抗旱性成正相关，则

Fij＝Xij－Ximin/Ximax－Ximin

② 如果指标与抗旱性成负相关，则

Fij＝1－（Xij－Ximin/Ximax－Ximin）

式中：Fij为i种j性状值；Ximin为j性状中最小值；Ximax为j性状中最大值；Xij为i种j性状的抗旱隶属值。

将抗旱隶属值进行累加，求得平均数：

2 结果与分析

2.1 水分胁迫下草坪草外观质量的变化

参照NTEP 9分制评价法对水分胁迫下供试草坪草外观质量进行评价，结果表明（表1），在正常灌溉（T）和轻度胁迫（T1）条件下，匍匐翦股颖和草地早熟禾的外观质量评分值显著高于多年生黑麦草和高羊茅（P＜0.05）；随着胁迫程度的加深，4种草坪草的外观质量均显著下降，以匍匐翦股颖和草地早熟禾的外观质量下降更为显著。中度（T2）与重度（T3）胁迫下，4种冷季型草坪草的外观质量评分值的高低顺序为高羊茅＞多年生黑麦草＞草地早熟禾＞匍匐翦股颖。

表1 水分胁迫下4种冷季型草坪草外观质量Table 1 Changes of appearance quality of four cool－season turfgrass under water stress

2.2 水分胁迫下草坪草生理指标的变化

2.2.1 叶片相对含水量（RWC）的变化 在干旱或高温等逆境胁迫下，各种植物叶片相对含水量均下降，胁迫程度越深，植物叶片相对含水量越低［8］。对于不同品种来说，处理条件一致时叶片相对含水量减少速度小者抗旱性应较强［9］。水分胁迫下，4种冷季型草坪草的叶片相对含水量均下降。与正常灌溉（T）相比，轻度水分胁迫下（T1），4种冷季型草坪草的叶片相对含水量下降不明显，中度（T2）与重度（T3）水分胁迫下，4种冷季型草坪草的叶片相对含水量显著下降，以匍匐翦股颖和草地早熟禾叶片相对含水量下降较为显著（图1），说明匍匐翦股颖和草地早熟禾的叶片持水能力低于多年生黑麦草和高羊茅。

图1 水分胁迫下的4种冷季型草坪草叶片相对含水量Fig.1 Effect of water stree on leaf ralative water content of four cool－season turfgrass

2.2.2 叶片质膜透性的变化 电导率是表征细胞膜透性变化的常用指标，相同处理条件下，细胞膜透性增大的速度越快，说明植物的抗性越弱［10］。水分胁迫引起叶片渗出液电导率均呈上升的变化趋势，且胁迫水平不同，电导率增加的幅度不同，即细胞膜透性发生变化的程度不同。与正常灌溉（T）相比，轻度水分胁迫下（T1），叶片电导率增加不显著，中度水分胁迫下（T2），叶片电导率缓慢上升，重度水分胁迫下（T3），各草种叶片电导率均大幅度上升（图2），表明重度水分胁迫下，细胞膜遭到严重破坏，膜透性增大，细胞内的电解质外渗。根据重度胁迫下各草种电导率的排序可知各品种冷季型草坪草抗旱性高低顺序为：高羊茅＞多年生黑麦草＞草地早熟禾＞匍匐翦股颖。

2.2.3 叶片丙二醛（MDA）含量变化 植物器官在逆境条件下，往往发生膜脂过氧化作用，丙二醛（MDA）是其产物之一，通常将其作为脂质过氧化指标，用于表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反映的强弱［11，12］。一般而言，干旱胁迫下抗旱性越强的品种其MDA含量上升幅度越小［13］。

水分胁迫下4种冷季型草坪草叶片内MDA含量均呈上升的变化趋势，且随水分胁迫程度的加深，叶片内MDA含量显著增加，以草地早熟禾和匍匐翦股颖的MDA含量增加较为显著（图3）。若以MDA增长幅度作为衡量标准，则4种冷季型草坪草抗旱性高低顺序为：高羊茅＞多年生黑麦草＞匍匐翦股颖＞草地早熟禾。

2.2.4 叶片游离脯氨酸（Pro）含量变化 在逆境胁迫下，脯氨酸在细胞质内大量积累，可以降低渗透势，有助于细胞或组织吸水，对植物进行正常生理活动起到重要的渗透调节作用，从而提高抗旱能力［1］。一般情况下，脯氨酸含量上升越快，幅度越大，说明植物的抗旱性越强［1］。水分胁迫下4种冷季型草坪草叶片中游离脯氨酸含量均呈增加的变化趋势，且随水分胁迫程度的加深，Pro含量显著增加（图4）。

与正常灌溉（T）相比，轻度水分胁迫下（T1），叶片内Pro含量增加不显著，中度（T2）和重度（T3）水分胁迫下，各草种叶片内Pro含量显著增加，以高羊茅和多年生黑麦草的Pro含量增加较为显著。若以中度和重度胁迫下各草种叶片内Pro含量作为衡量标准，则4种冷季型草坪草抗旱性高低顺序为：高羊茅＞多年生黑麦草＞草地早熟禾＞匍匐翦股颖。

图2 水分胁迫下4种冷季型草坪草叶片的电导率Fig.2 Effect of water stree on electrial conductivity of four cool－season turfgrass

图3 水分胁迫下4种冷季型草坪草丙二醛的含量Fig.3 Effect of water stree on MDA content of four cool－season turfgrass

图4 水分胁迫下4种冷季型草坪草叶片脯氨酸的含量Fig.4 Effect of water stree on Pro contnt of four cool－season turfgrass

2.3 4种冷季型草坪草抗旱性综合评价

植物的抗旱性是一个受多种因素影响的较为复杂的综合性状，这些因素的综合作用促进了抗旱性的形成。因此植物抗旱性应该用多项指标来综合评价，使评定结果与实际结果更为接近。试验以重度胁迫下4种草坪草外观质量评分值、叶片相对含水量、叶片电导率、MDA含量、Pro含量为评价指标，采用模糊数学隶属函数法对供试草种抗旱性强弱进行评价，评价结果表明，4种冷季型草坪草抗旱能力高低顺序为：高羊茅＞多年生黑麦草＞草地早熟禾＞匍匐翦股颖（表2）。

表2 4种冷季型草坪草抗旱能力综合评价排序Table 2 Comprehensive evaluation of drought resistance for four cool－season turfgrasses

3 讨论与结论

3.1 冷季型草坪草抗旱机理探讨

植物的抗旱性是指植物通过一定的抗旱方式在干旱胁迫下生存的能力。不同的植物在不同的生长期或不同的生理状态，其抵御干旱的机制是复杂多变的。轻度干旱胁迫下，草坪草通过保持植株内部组织较高的水势来延迟脱水的发生，表现为御旱机制；重度干旱胁迫下，植物叶片相对含水量降低，脯氨酸等代谢产物明显增多，在较低的细胞水势下维持一定程度的基础代谢水平，主要表现为耐旱机制［14］。

试验表明，在干旱胁迫下，4种冷季型草坪草通过MDA等渗透调节物质含量的增加来增强其对干旱的适应和抵抗能力，这与其他草坪草在干旱胁迫下的生理变化是一致的［15－19］。前人研究表明，多种草种都有在逆境条件下积累渗透调节物质、改变保护酶活性的能力，来抵御逆境，减轻伤害的适应机制，但其积累量和对逆境的敏感性因逆境条件、组织器官和草种的不同而不同，这是不同草种在适应不同环境后各组织器官所形成的适应性反应［20］。

3.2 4种冷季型草坪草抗旱性模糊综合评价

研究结果表明，水分胁迫下，不同草种的外观质量随胁迫程度加深而降低，叶片相对含水量下降，细胞质膜透性、MDA含量、Pro含量升高。胁迫使细胞膜受到伤害，削弱其选择透性，细胞液外渗液增加，即表现为电导率增大。胁迫使细胞膜质过氧化程度加强，MDA含量持续增大，Pro等渗透调节物质大量积累。抗性强的品种在干旱条件下叶片相对含水量降低幅度小，电导率、MDA含量上升较慢，Pro含量大量积累，植物受伤害程度较轻。综合重度胁迫下5个抗旱指标的测定结果，采用模糊数学隶属函数法对供试草种抗旱性强弱进行评价，评价结果表明，供试的4种冷季型草坪草种抗旱能力的强弱顺序为：高羊茅＞多年生黑麦草＞草地早熟禾＞匍匐翦股颖。

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