施肥、刈割对短尖苔草生理生化特征的影响

杨灿鑫，吴耀文，刘文胜

（中南林业科技大学湖南省环境资源植物开发与利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410018）

近年我国畜牧业快速发展的同时，饲料（特别是冬季青饲料）短缺的问题越来越严重［1］，因此，开发具有产量高、品质优良、生态效益好的牧草是当前畜牧业发展的迫切需求。短尖苔草（Carex brevicuspis）已被用作牛、羊、鹅等畜禽的饲料，该植物为莎草科多年生草本植物，主要分布在我国大陆东部和台湾省，具有分布广泛［2-3］、营养价值高［4］、生物量大等特点。该植物在每年11月洞庭湖退水后迅速萌芽生长，至翌年5月停止生长［5］，可有效补充畜牧业冬季青饲料的不足。因而，短尖苔草是一种值得开发的冬季青牧草资源。

施肥、刈割是提高牧草产量与品质的常用措施，在生产中广泛采用。合理施肥与刈割均可促进植物生长、提高牧草产量，过量施肥与刈割则对牧草产生胁迫［6-7］，为适应该胁迫，植物将产生相应的生理适应机制［8］。例如，施肥可调节冬油菜（Brassica campestri）［9］、多花黑麦草（Lolium multif l orum）［10］越冬期的相关生理指标，从而提高其抗寒和抗旱能力。刈割可增加冬小麦（Triticum aestivum）可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性，为其恢复生长提供生理基础［11］。因而，施肥与刈割后植物生理特征的响应是其适应胁迫的重要机制，揭示该生理机制是有效开发牧草资源的关键环节。

在盆栽实验基础上，对短尖苔草进行施肥、刈割处理，测定其生理生化特征，探明施肥、刈割与生理生化特征的关系，为该植物栽培管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料采集

2016年11月短尖苔草部分植株开花时在洞庭湖的岳阳市岳阳县麻塘镇区段（113°06′E，29°26′N）采集。样品采集时，选择人为干扰少、长势良好、生长高度基本一致的地段为样地。在样地内设置10条相距10 m、长度为100 m的样线。在样线上每隔10 m挖取短尖苔草的根茎，采集土壤深度为30 cm。10条样线共采集100个根茎，采集完成后带回实验室培养。

1.2 盆栽实验

盆栽实验于2017年1月开始。选取大小一致、根茎完整的植株进行移栽，移栽时将大的植物体区分为带根茎带单株，每个单株大小一致。栽植于石英沙与蛭石均匀混合为基质的花盆内（高13 cm、直径20 cm），每盆1株，共计90株90盆。实验在温室进行，温度控制在25℃左右，平均相对湿度控制在60%。移栽14 d后进行施肥、刈割处理。

施肥处理：施肥量参照杨晴等［12］的方法，以建植人工草地的中等施肥量225 kg/km2为依据。分别以尿素（N 46.2%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 50%）为氮、磷、钾肥按1∶1∶1混合，设3个施肥梯度（0、20、30 g/m2）。

刈割处理：参照顾梦鹤等［13］的方法，移栽成活后，初花期统一刈割1次，留茬2 cm，待其恢复后实施刈割，以模拟该群落冬春季节自然放牧活动结束时的重度、中度和不放牧采食强度。刈割时留茬高度为2 cm（留此高度以免破坏生长点）。设3个刈割强度处理，分别为不刈割、1年刈割2次、1年刈割4次。

最后一次刈割时，取留茬的新鲜叶片进行相关生理指标测定。

1.3 生理生化指标测定

可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法，游离脯氨酸含量的测定采用茚三酮显色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用羚胺法，过氧化物酶（POD）活性的测定采用比色法，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用紫外吸收法，丙二醛（MDA）含量的测定采用TBA法，叶绿素含量的测定采用分光光度法［14］。

采用SPSS 16软件对试验数据进行单因素方差分析（One-wayANOVA），使用最小显著差异法（LSD法）对每个指标不同处理间的差异显著性进行多重比较，用Sigma Plot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 施肥、刈割处理短尖苔草叶绿素含量变化

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，是植物生长的重要指标。表1显示，随着施肥量的增加，短尖苔草叶绿素含量呈现先上升后下降的趋势。施肥量对短尖苔草叶绿素含量影响不显著，20 g/m2施肥处理短尖苔草叶绿素含量最高，较对照提高10.42%。随着刈割次数的增加，短尖苔草叶绿素含量呈现下降的趋势。刈割与不刈割对短尖苔草叶绿素含量影响显著，但刈割2次与刈割4次处理间差异不显著。刈割4次短尖苔草叶绿素含量最低，较对照下降21.30%。

表1 施肥、刈割处理对短尖苔草叶绿素含量的影响（mg/g）

2.2 施肥、刈割处理短尖苔草可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量变化

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸既是组成细胞结构的主要物质，也是增加渗透物质的重要组成成分。表2显示，短尖苔草可溶性糖含量随着施肥量及刈割次数的增加，均呈现先上升后下降的趋势。不同施肥与刈割处理短尖苔草可溶性糖含量差异均不显著。

表2显示，短尖苔草可溶性蛋白含量随施肥浓度及刈割次数的增加，均表现先下降后上升的趋势，30 g/m2施肥处理可溶性蛋白含量最高为0.24 g/L，显著高于短尖苔草可溶性蛋白含量对照。其含量比对照增加140.01%。刈割2次处理显著低于不刈割对照。其含量比对照减少37.50%。

表2显示，短尖苔草脯氨酸含量随施肥浓度及刈割次数的增加，均呈现先增加后降低的趋势。20 g/m2施肥处理短尖苔草可溶性蛋白含量显著高于其他施肥处理，较对照增加55.77%。刈割2次处理短尖苔草可溶性蛋白含量显著高于其他刈割处理，较不刈割对照增加71.49%。

表2 施肥、刈割处理对短尖苔草可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响

2.3 施肥、刈割处理短尖苔草抗氧化酶活性和MDA含量的变化

SOD、POD、CAT为植物体内重要的抗氧化酶，其活性是反映植物抗逆性高低的主要指标。表3显示，短尖苔草SOD活性随着施肥量及刈割次数的增加，均呈现先上升后下降趋势。20 g/m2施肥处理SOD活性显著高于其他施肥处理，较对照增加24.85%；刈割2次处理SOD活性显著高于其他刈割处理，较不刈割对照增加11.96%。

表3显示，短尖苔草POD活性随着施肥量的增加呈现先增加后降低趋势，随着刈割次数的增加，呈现降低的趋势。20 g/m2施肥处理POD活性显著高于其他施肥处理，较对照增加23.96%；刈割4次处理POD活性显著高于其他刈割处理，较不刈割对照增加137.96%。

表3显示，CAT活性随施肥量增加呈现先增加后降低的趋势，随着刈割次数的增加，短尖苔草CAT活性呈现递增的趋势。20 g/m2施肥处理CAT活性显著高于其他施肥处理，较对照增加27.85%；刈割4次处理CAT活性显著高于其他刈割处理，较不刈割对照增加211.77%。

MDA是细胞膜脂过氧化反应的产物，其含量的变化可作为检测逆境条件下膜系统受损程度的指标［15］。表3显示，短尖苔草MDA含量随着施肥量及刈割次数的增加，均表现出先上升后下降的趋势。20 g/m2施肥处理MDA含量显著高于其他施肥处理，刈割处理对短尖苔草MDA含量影响不显著。

3 结论与讨论

叶绿素是植物进行光合作用的基础，是植物生长的重要指标［16］。本研究结果表明，随着施肥浓度的增加，短尖苔草叶绿素含量呈现先上升后下降的趋势，这与钱永生等［17］对沟叶结缕草进行施肥处理研究结果一致，说明适度施肥可提高植物的光合作用能力。本研究结果还表明，随着刈割次数的增加，短尖苔草的叶绿素含量呈现下降的趋势，其原因可能是刈割干扰后，植物的光合叶面积大幅减少、光合效率降低，叶绿素含量随之下降。因而，弄清适合的刈割频次是提高短尖苔草产量的关键。

渗透调节物质是植物受到胁迫时维持细胞正常代谢环境、减轻伤害的措施，可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸均为常见的渗透调节物质。本研究结果表明，随着施肥浓度的增加，短尖苔草的可溶性糖、脯氨酸含量均呈现先上升后下降的趋势，这与孙常青等［18］、张婷婷等［19］的研究结果一致。其原因可能是适当的施肥会促进光合作用，从而增加可溶性糖等光合产物含量；当施肥过多，光合作用被抑制，可溶性糖含量则随之减少。本研究显示随着刈割次数的增加，短尖苔草可溶性糖含量呈现先上升后下降的趋势。其原因可能是低频率刈割胁迫下，植物的自我保护机制可促进糖的合成，以满足植物生长所需的营养物质；高频率刈割胁迫则直接破坏了可溶性糖分子结构或抑制其合成，导致其含量降低［20］。本研究还显示短尖苔草脯氨酸含量随刈割次数的增加呈现先增加后降低的趋势。其原因可能是低频率刈割胁迫，短尖苔草为抵抗外界伤害，植物体积累脯氨酸；随着刈割胁迫的增加，渗透调节平衡被打破，细胞无法修复，导致脯氨酸含量下降。

SOD、CAT、POD均为抗氧化酶，可有效阻止氧自由基在植物细胞内的积累，以减轻其毒害作用［21-22］。本研究结果表明，随着施肥浓度的增加，短尖苔草的SOD、POD、CAT活性均呈现先上升后下降的趋势，这与秦梦等［23］对板蓝根配方施肥生理生化指标及生长指标的研究结果一致。其原因可能是由于光合和呼吸过程引发氧自由基积累，导致细胞氧自由基积累［24］。抗氧化酶为诱导酶，细胞中积累的氧自由基激活了抗氧化酶保护系统，使SOD和CAT活提高而抑制膜脂过氧化。本研究显示随着刈割次数的增加，短尖苔草的POD、CAT活性呈现上升趋势，SOD活性呈现先上升后下降趋势，这与迟文峰等［25］对不同刈割次数紫花苜蓿根系中保护酶活性的研究结果一致，说明在刈割条件下植物可通过增加抗氧化酶活性减轻氧化胁迫。

MDA是植物在胁迫下脂质过氧化产生的一种具有细胞毒性的物质，是细胞膜脂受伤害程度的指标［24］。本研究中，随着施肥浓度的增加，短尖苔草MDA含量呈现先上升后下降的趋势。其原因可能是低施肥量条件下植物体内过氧化作用较强；而较高施肥量条件下植物抗氧化机制起作用，从而导致MDA含量下降。

总体而言，随着施肥量 的增加，短尖苔草渗透调节物质含量、抗氧化酶活性等均呈现先增加后下降的趋势，说明低施肥量可促进植物抗逆性。随着刈割次数的增加，短尖苔草渗透调节物质含量增加，抗氧化酶活性呈上升趋势，说明低刈割频率可促进植物抗逆性。