匍匐翦股颖品种(系)的坪用性状与耐热性评价

李秋果,卞英捷,梁照,杨志民,于景金

(南京农业大学草业学院,江苏 南京 210095)

草种质资源属于国家战略性资源,是筛选和培育优良新品种不可或缺的物质基础［1］,其丰富的遗传多样性为提高草坪草的品质和抗性提供了可能［2］。种质资源的获得有多种方式,其中引种是丰富植物种质资源的重要途径之一［3］。自20世纪80年代以来,许多研究学者已在我国多个地区开展了草地早熟禾(Poapratensis)［4］、高羊茅(Festucaarundinacea)［5］等常见草坪草的引种栽培试验,这为不同地区的城市绿化建设发挥了积极的推动作用。在进行草坪草引种工作时,草坪草生境地情况、草种的生态适应性和遗传背景均会对引种结果产生影响［6］。因此,明确草坪草品种在引种地区的适应性,可减少引种的盲目性,有利于品种选择和养护管理工作顺利展开。

匍匐翦股颖(Agrostisstolonifera)是一种质地细腻的禾本科冷季型草坪草,极耐低修剪,广泛应用于高尔夫球场果岭草坪或者高档观赏型草坪［7］。由于匍匐翦股颖的最适生长温度为15～24 ℃［8］,因此,在我国南过渡带地区,其生长常遭受到夏季高温胁迫。有研究指出,在我国南方地区,匍匐翦股颖的耐热性低于高羊茅、多年生黑麦草(Loliumperenne)和草地早熟禾等冷季型草坪草［9-10］。在高温胁迫下,匍匐翦股颖的光合作用［11］、呼吸作用［12］、抗氧化代谢［13］等生理生化活动受到影响,严重时可导致其草坪质量下降［14］。目前,国外诸多草坪草种质资源具有优质、抗湿热、耐旱和耐寒等优良性状,可为我国草坪草品种改良提供重要的基因资源,同时能够在短期内解决优质草坪草种缺乏的问题。我国建植草坪所需的匍匐翦股颖品种也主要引进自国外,但是这些草坪草品种在不同地区的地理气候条件适应性存在差异［15］,如:匍匐翦股颖品种‘Penn-1’在长沙地区综合性状评价较低,难以适应当地夏季的高温环境［16］,而‘Regent’和‘Invader’在该地区可基本保持四季常绿［17］。因此,本研究旨在南京地区越夏前、后对国外引进的匍匐翦股颖品种(系)进行田间坪用性状和适应性评价,通过室内盆栽试验进一步探究高温胁迫下不同品种(系)的耐热性差异,筛选出有推广利用潜力的抗逆品种(系),为我国气候过渡带地区从国外引进匍匐翦股颖品种的推广利用以及培育新的抗逆品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以近年来从美国和英国引进的具有优良抗性的14个匍匐翦股颖品种(系)为研究对象,目前均保存于南京农业大学白马科研教学基地草坪科学实验站。具体的品种(系)编号、名称和来源见表1。

表1 不同匍匐翦股颖的品种(系)编号、名称及来源Table 1 Code,name and origin of different creeping bentgrass cultivars(strains)

1.2 试验设计

1.2.1 田间试验地概况与设计此试验于2016年在田间条件下开展,试验地位于南京农业大学溧水区白马镇白马示范基地草坪科学试验站(北纬31°34′,东经119°10′)。随机区组设计,每个品种(系)设置3个重复(小区)。小区面积为1.5 m×1.5 m,小区之间的过道宽为0.5 m。坪床基质为田园土,植草前的土壤容重为1.4 g·cm-3,总孔隙度35.1%,pH7.2,田间持水量23.5%,有机质含量29.5 g·kg-1。经过翻耕、平整和压实后于2015年10月开始播种,播种量为6 g·m-2。2016年5月起,每周修剪1次草坪,修剪高度为3 cm,人工防除杂草,并于2016年9月追施30 g·m-2尿素。试验站内的WatchDog 2900ET自动气象站记录温、湿度等气象指标。在试验期间,平均气温21.8 ℃,8月最热,月均温度29.5 ℃;12月最冷,月均温度9.1 ℃;极端最高温度39.4 ℃,极端最低温度-2.2 ℃。年降雨量1 635.8 mm,其中7月平均降雨量最多(627.3 mm),12月平均降雨量最少(26.0 mm)。

1.2.2 室内试验设计采用室内盆栽试验,于2021年在人工气候室中进行不同温度处理。使用黑色方形花盆(上口直径10 cm,下底径7.5 cm,高8.5 cm)作为栽培容器,基质为河沙。采用埋茎法进行繁殖,匍匐茎取自南京农业大学白马示范基地草坪科学试验站。每周使用通用型水溶肥(施可得园艺有限公司)施肥1次,每天浇1次自来水,保证水分充足。隔天修剪1次,遵循1/3原则进行修剪,保持植株高度在4～5 cm。待材料生长一致时,将全部试验材料转移至人工气候室进行过渡培养,相对湿度设置为60%,光照时间14 h,温度为25 ℃/20 ℃(昼/夜)。过渡培养6 d后在人工气候室分别进行常温处理(25 ℃/20 ℃,昼/夜)与高温处理(38 ℃/28 ℃,昼/夜),每个处理下分别设置14个品种(系)水平,每个水平分别设置4次生物学重复。人工气候室的相对湿度为60%,光照时间14 h,处理期间每盆材料每天浇施200 mL自来水。每天随机更换试验材料摆放位置,减少环境因素对试验的影响。

1.3 测定指标

1.3.1 坪用性状和适应性评价以《草品种审定技术规程:GB/T 30395—2013》［18］为依据,在田间测定不同匍匐翦股颖品种(系)的坪用性状指标(密度、均一性、色泽和质地)及适应性指标(耐旱性和耐热性)。详细评分标准分级见表2。主要测定时期为南京地区越夏前、后,即2016年5月和9月。

表2 各指标的评分标准Table 2 The evaluation standards of different indexes

草坪密度通过定量测定10 cm×10 cm样方内的分蘖枝条数进行评分,每个小区随机选择3个样方。草坪均一性和叶片色泽的测定均采用目测估计法。在每个小区随机选取草层上部30张叶片,测量叶片最宽处的宽度后对草坪质地进行评分。草坪耐旱性根据其在南京地区干旱时期(8月和9月)的田间表现进行目测评价,1～9分视觉评级:1分代表草坪草处于完全萎蔫、休眠的状态,耐旱性弱;8～9分代表草坪草无萎蔫、完全恢复,耐旱性强。草坪草耐热性的视觉评级根据越夏率评分:1分代表草坪的越夏率小于30%,耐热性较差;8～9分代表草坪的越夏率大于90%,耐热性较强。在每小区随机设1处有代表性的样框(10 cm×10 cm),分别于越夏前(5月)和越夏后(9月)计数样框内的枝条数量,根据计算公式得到越夏率。越夏率=越夏后枝条数/越夏前枝条数×100%。同时,结合草坪草质量综合评价进行处理与统计,各单项质量评价指标评分的平均分为总评分。

1.3.2 耐热性评价本试验的测定指标为草坪质量耐热指数、生长速率、叶长和叶宽。分别于常温和高温处理0、28和42 d,按照全美草坪草评价体系(the national turfgrass evaluation program,NTEP)［19］,对不同温度处理下的草坪草的质地、颜色、均一性和密度等观测指标进行综合评分,不同匍匐翦股颖间的耐热差异使用草坪质量耐热指数进行评价。草坪质量耐热指数=高温胁迫下的草坪质量/常温处理下的草坪质量。选择生长情况比较一致的匍匐茎进行标记,每盆生物学重复标记4条匍匐茎,分别于处理35和42 d测量1次匍匐茎的长度,以2次测定值之差除以生长时间计算生长速率。于常温和高温处理42 d,分别随机选取植物材料的第1片完全展开叶片(从匍匐茎顶端往下数)测量叶长和叶宽,每盆材料测量3片叶子。

1.4 数据处理

本试验利用SPSS 21.0软件进行方差分析并通过Duncan’s多重比较检验不同匍匐翦股颖品种(系)间的差异显著性(P<0.05);采用Sigmaplot 14.0软件绘图。通过SPSS 21.0软件中的系统聚类分析对不同匍匐翦股颖品种(系)进行耐热性分类。

2 结果与分析

2.1 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪密度

在越夏前、后,不同匍匐翦股颖品种(系)间的草坪密度均存在显著差异(图1)。在5月,不同品种(系)的草坪密度均较高,其中BT065的草坪密度最佳,分别比BT003和BT004显著提高52.1%和20.0%。在越夏后的9月,14个品种(系)的草坪密度呈不同程度的下降趋势,评分总体上降低至2～3分,但BT003的草坪密度与除BT004之外的其他品种(系)相比显著提高0.87～2.50倍。

图1 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪密度Fig.1 Density of different creeping bentgrass cultivars(strains)不同小写字母表示同一时间不同品种(系)间差异显著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters represent significant differences among different cultivars(strains)at the same time(P<0.05). The same as follows.

2.2 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪均一性

不同匍匐翦股颖品种(系)间的草坪均一性在5月和9月均存在显著差异,其中BT003和BT004在越夏后可以保持相对较好的草坪均一性(图2)。在5月,除了BT003和BT004外,其余12个品种(系)的草坪均一性均较高,与BT003和BT004相比分别显著提高44.4%～55.6%和8.3%～16.7%。在9月,不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪均一性明显下降,但BT003和BT004的下降幅度相对较缓,在越夏后的草坪均一性显著比其他品种(系)好,其中BT003比除了BT004之外的12个品种(系)提高1.18～3.00倍。

图2 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪均一性Fig.2 Uniformity of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.3 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪色泽

在南京地区越夏前、后,不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪色泽差异显著(图3)。在5月,不同品种(系)的色泽评分为5～6分,草坪色泽为绿色或者深绿色,BT063的色泽评分与BT062和BT070相比均显著提高16.0%。在越夏后,匍匐翦股颖的品种(系)的草坪色泽明显变浅,大部分品种(系)的草坪色泽评分为1～2分,但BT003和BT004的评分较其他品种(系)高,在越夏后保持了相对较深的色泽;其中,除BT004和BT064外,BT003的草坪色泽评分比其他11个品种(系)提高1.18～2.43倍。

图3 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪色泽Fig.3 Color of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.4 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪质地

如图4所示,在大田试验中,14个不同匍匐翦股颖品种(系)间的草坪质地在5月和10月均存在显著差异。在5月,BT001的草坪质地评分显著高于BT003、BT004、BT068、BT062、BT059、BT063、BT067,提高9.5%～17.9%。在10月,各品种(系)的叶宽变宽,质地评分下降,但BT004的质地评分相对较高,分别比BT064、BT065和BT069显著提高1.76、1.01和1.01倍。

图4 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪质地Fig.4 Texture of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.5 不同匍匐翦股颖品种(系)的耐旱性

在大田试验中,14个不同匍匐翦股颖品种(系)间的草坪耐旱性在8月和9月均存在显著差异,其中BT003为耐旱性较强的品种(系)(图5)。在8月,BT003的耐旱性最佳,BT063的耐旱性相对较差,BT003的耐旱性评分比BT063显著提高1.55倍,但与其他12个品种(系)相比没有显著差异。在9月,BT003和BT004的耐旱性较好,其中BT003与其他12个品种(系)相比分别显著提高1.23～3.83倍。

图5 不同匍匐翦股颖品种(系)的耐旱性Fig.5 Drought tolerance of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.6 不同匍匐翦股颖品种(系)的耐热性

根据越夏率对不同品种(系)进行耐热性评分,不同匍匐翦股颖品种(系)间的耐热性差异显著,其中BT003的耐热性最强,BT004和BT061的耐热性次之,其余11个品种(系)的耐热性没有显著差异(图6)。BT003的耐热性评分与BT004和BT061相比分别显著提高0.45和1.05倍,与BT001、BT059和BT062等11个品种(系)相比则显著提高5.21～7.70倍。

图6 不同匍匐翦股颖品种(系)的耐热性Fig.6 Heat tolerance of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.7 不同匍匐翦股颖品种(系)的综合质量评价

根据2016年越夏前、后的数据并依照优、良、中、差、劣5个等级的划分标准(优、良、中、差、劣分别对应8～9分、6～7分、4～5分、2～3分和1分),对14个匍匐翦股颖品种(系)的草坪质量进行综合评价。结果(图7)表明,BT003、BT004和BT061的草坪质量综合评分为中等,其余的11个品种(系)的草坪综合质量等级均属于差等。

图7 不同匍匐翦股颖品种(系)的综合质量评价Fig.7 Comprehensive quality evaluation of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.8 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪质量耐热指数

在高温胁迫下,14个匍匐翦股颖品种(系)的草坪质量耐热指数随着处理时间的延长而逐渐降低,但基本上耐热性均较强(表3)。在处理0 d,各品种(系)间生长均一且未遭受到高温胁迫,在草坪质量耐热指数上没有表现出显著性差异。在处理28 d,BT062的草坪质量胁迫指数最高,与BT001、BT004、BT060和BT063相比差异显著,但与其他品种(系)差异不显著;BT004和BT060的草坪质量胁迫指数较低,显著低于BT003、BT059、BT061、BT062、BT064和BT065。在处理42 d,大部分品种(系)的草坪质量胁迫指数较高,而BT067的草坪质量胁迫指数显著低于除BT004、BT060和BT069之外的10个品种(系),约降低14%～29%。从平均值来看,BT062草坪质量最佳,与BT061相比没有显著差异,但显著优于其他11个品种(系);在14个匍匐翦股颖品种(系)中,BT004、BT060、和BT069受高温胁迫较为严重,其草坪质量胁迫指数均显著低于BT003、BT059、BT061、BT062、BT064、BT065和BT068。

表3 不同匍匐翦股颖品种(系)的草坪质量耐热指数Table 3 Turf quality heat tolerance index of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.9 不同匍匐翦股颖品种(系)的系统聚类图

以草坪质量耐热指数为依据,使用ward法进行系统聚类分析。如图8所示,以欧式6为标准,可将14个匍匐翦股颖品种(系)聚成3类,分别5个耐热型、6个中间型和3个热敏感型匍匐翦股颖品种(系)。其中,耐热型匍匐翦股颖品种(系)为BT003、BT059、BT061、BT062和BT068;中间型匍匐翦股颖品种(系)为BT001、BT063、BT064、BT065、BT067和BT070;热敏感型匍匐翦股颖品种(系)为BT004、BT060和BT069。

图8 不同匍匐翦股颖品种(系)的系统聚类图Fig.8 Systematic cluster diagram of different creeping bentgrass cultivars(strains)

2.10 不同匍匐翦股颖品种(系)的生长速率

在常温和高温条件下,14个匍匐翦股颖品种(系)的生长速率均差异显著;此外,高温胁迫还导致各品种(系)的生长速率明显降低(图9)。在耐热型匍匐翦股颖品种(系)中,BT003在常温和高温下的生长速率均较快,其生长速率显著高于BT061、BT062和BT068;中间型匍匐翦股颖品种(系)的生长速率在常温和高温处理下均没有显著差异;在常温条件下,热敏感型匍匐翦股颖品种(系)中的BT060生长速率最快,与BT004和BT069相比分别显著提高2.02和1.48倍,但是在高温胁迫时不同热敏感型品种(系)间的生长速率无显著差异。

图9 常温和高温条件下匍匐翦股颖品种(系)的生长速率Fig.9 Growth rate of creeping bentgrass cultivars(strains)under non-stress and heat condition不同小写字母表示同一处理不同品种(系)间差异显著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters represent significant differences among different cultivars(strains)under the same treatment(P<0.05). The same below.

2.11 不同匍匐翦股颖品种(系)的叶长

由图10可知:在耐热型匍匐翦股颖品种(系)中,常温条件下的BT003叶片相对较长,显著长于BT059、BT061和BT062;在高温条件下,绝大多数的耐热型品种(系)的叶长明显变短,BT003、BT059和BT068显著小于BT062。在中间型匍匐翦股颖品种(系)中,常温条件下的BT001叶长较长,与其他中间型品种(系)相比显著增加44.6%～69.9%,但是在高温胁迫下不同的中间型品种(系)间没有显著差异。在热敏感型匍匐翦股颖品种(系)中,常温条件下的BT004叶长最长,分别比BT060和BT069显著增加30.1%和63.7%;此外,高温胁迫同样也缩短了热敏感型品种(系)的叶长,但是不同的热敏感型品种(系)间无显著差异。

图10 常温和高温条件下不同匍匐翦股颖品种(系)的叶长Fig.10 Leaf length of different creeping bentgrass cultivars(strains)under non-stress and heat condition

2.12 不同匍匐翦股颖品种(系)的叶宽

在常温条件下,耐热型匍匐翦股颖品种(系)中的BT061叶宽最窄,与BT003、BT059、BT062和BT068相比显著减少14.7%～37.6%;高温在一定程度上导致耐热型品种(系)的叶宽变窄,BT062和BT068的叶宽显著小于BT003(图11)。在中间型匍匐翦股颖品种(系)中,BT063在常温和高温条件下的叶宽均最窄。在常温条件下,BT063的叶宽比BT001、BT064、BT065、BT067和BT070显著降低18.7%～30.1%;在高温处理下,与BT001、BT064和BT067相比,BT063的叶宽显著减少16.6%～29.9%。在热敏感型品种(系)中,在常温条件下BT069的叶宽与BT060相比显著减少;在高温处理下,BT069的叶宽比BT004和BT060显著降低7.6%～18.7%。

图11 常温和高温条件下不同匍匐翦股颖品种(系)的叶宽Fig.11 Leaf width of different creeping bentgrass cultivars(strains)under non-stress and heat condition

3 讨论

在南过渡带地区,匍匐翦股颖常常难以顺利越夏,增加了草坪养护管理的难度。本研究通过在越夏前、后开展14个匍匐翦股颖品种(系)的坪用性状和适应性评价,同时在室内高温胁迫下进行耐热性评价,从而筛选出综合质量评价较高且耐热的品种。坪用性状主要包括密度、均一性、色泽和质地等多个指标,能够体现不同品种(系)的坪用价值。本研究中,不同匍匐翦股颖品种(系)间的坪用指标在越夏前、后均存在差异,各项指标在越夏前表现较好,但是在越夏后均明显下降,说明夏季高温对匍匐翦股颖造成了一定的生长胁迫。草坪密度是评价草坪质量最重要的指标之一,密度越大,形成的草坪越致密,草坪质量也越高［20］。草坪均一性则反映了草坪外观的平整程度和均匀程度。越夏后,BT003和BT004的密度和均一性较好,在夏季高温后能保持相对良好的生长情况。在色泽方面,不同品种(系)的草坪叶片在越夏前为深绿色,在越夏后叶片颜色变浅,色泽评分降低,但是BT003、BT004和BT064的色泽评分下降幅度较小,说明草坪的绿色状况和观赏质量较高。研究表明,匍匐翦股颖的耐热性和耐旱性较弱［21-22］。在本试验中,越夏后的不同品种(系)的抗性均减弱,但是BT003和BT004的耐旱性较强,BT003的耐热性最强,BT004和BT061次之。不同匍匐翦股颖品种(系)间的田间坪用性状和适应性差异可能是由于不同品种(系)间的遗传差异所致,还需要开展后续试验进行深入探究。

耐热性评价能够体现草坪草在高温胁迫下的不同表现。由于不同匍匐翦股颖品种(系)间存在生长习性和遗传背景差异,因此采用耐热指数指标来衡量不同品种(系)间的耐热差异,有利于得到更加客观的结果［23］。在本试验中,随着处理时间的延长,匍匐翦股颖的叶尖逐渐干枯,叶片颜色变灰绿,各品种(系)的草坪质量耐热指数逐渐减小,说明高温胁迫降低了匍匐翦股颖的草坪质量。此外,参试的14个匍匐翦股颖品种(系)间的耐热性存在差异,BT003、BT059、BT061、BT062和BT068为耐热型,其他品种(系)为热敏感型。草坪质地是一个体现草坪叶片的细腻与光滑程度的重要指标,一般以叶宽来表示,质地越佳的草坪,其叶宽通常越窄［24］。本研究中,不同品种(系)的叶片均相对较窄,叶宽都在3 mm以下,说明草坪质地较好。草坪草的叶长大小与草坪草的观赏性有关,在一定程度上决定了其坪用性状的好坏,叶长较短的草坪草冠层整齐,具有良好的景观效果［25］,且可以减少修剪频率。试验数据显示,在常温条件下,耐热型品种(系)中的BT059和BT061叶片相对较长,而在高温胁迫下大多数匍匐翦股颖品种(系)的叶长明显变短。因为高温胁迫还会减缓匍匐翦股颖的生长速率［26］,从而影响草坪的密度和盖度,所以在高温胁迫下仍保持较快的生长速率的品种可能有利于提高草坪草的耐热性。在耐热型匍匐翦股颖品种(系)中,BT003的生长速率相对较快,说明其具有一定的应用潜力。

草坪质量评价指标体系是获得客观、准确的评价结果的前提与基础［27］。在草坪建植时,草坪质量综合评价指标分值的高低是品种选择的重要依据［28］。在南京越夏前、后,BT003、BT004和BT061在田间的草坪密度、均一性、色泽、质地和适应性表现相对较好,草坪综合质量评分均为中等。在盆栽试验中,BT003、BT059、BT061、BT062和BT068属于耐热型品种(系),且质地佳,其中BT003的生长速率较快。然而,在耐热性评价中,BT004为热敏感型品种(系),与大田试验评价结果不太一致,这可能是由于不同试验的评价指标和环境因素差异性而导致的。综上所述,BT003(T-1)和BT061［Barracuda(MVS-AP-101)］的综合表现突出,越夏能力相对较强,适合在南京地区推广应用。