張 哲,杜桂娟，馬鳳江，楊 姝，劉 洋

(遼寧省農(nóng)科院耕作栽培研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110161)

植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在低光照環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生許多形態(tài)和生理特征的變化,以適應(yīng)低光量子密度,維持自身系統(tǒng)平衡,保持生命活動(dòng)正常進(jìn)行[1]。Naidu和Delucia[2]認(rèn)為適應(yīng)就是植物在新環(huán)境中通過(guò)形態(tài)學(xué)和生理學(xué)的改變而增加獲取碳的能力。遮陰條件下植物會(huì)產(chǎn)生一系列耐蔭機(jī)制,表現(xiàn)出沖出遮陰環(huán)境的趨勢(shì),主要包括莖伸長(zhǎng)[3-5]、株高增加[6]、葉面積增加[7]、頂端優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)[4]和根系生長(zhǎng)量減小[8]等。一些研究認(rèn)為,遮陰降低了葉綠素含量。江海東等[9]對(duì)高羊茅(Festucaarundinecea)進(jìn)行光照和遮陰處理,發(fā)現(xiàn)遮陰嚴(yán)重降低了葉綠素含量；遮陰對(duì)植物的影響還表現(xiàn)在植物的物質(zhì)代謝上,可溶性糖既是光合產(chǎn)物,也是植物在逆境中有效的滲調(diào)物質(zhì)。所以,在遮陰條件下,作為光合產(chǎn)物的可溶性糖和作為滲調(diào)物質(zhì)的可溶性糖之間存在一個(gè)平衡關(guān)系,一方面,遮陰逆境下,植物光合作用減弱,光合產(chǎn)物減少，但另一方面,處于逆境中的植株要求有滲調(diào)物質(zhì)的積累來(lái)抵御逆境[10]；丙二醛是膜質(zhì)過(guò)氧化的最終產(chǎn)物。植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，往往發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化，其積累會(huì)對(duì)膜和細(xì)胞造成一定傷害，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度[11]。本研究分析遮陰條件下豆科牧草的耐蔭機(jī)理,選擇耐蔭性較強(qiáng)的豆科牧草，以期為林下種草提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為適宜沈陽(yáng)種植的5種豆科牧草，分別為：紫花苜蓿、草木樨、白三葉、沙打旺和百脈根，品種和來(lái)源詳見(jiàn)表1。

表1 供試品種及來(lái)源

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院智能溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)全光對(duì)照(CK)、一層黑網(wǎng)遮光、兩層黑網(wǎng)遮光、三層黑網(wǎng)遮光4個(gè)處理。于晴天條件下用便攜式光量子測(cè)定儀測(cè)定光照強(qiáng)度,CK為920 μmol/(m2·s)，3個(gè)遮陰處理的光照強(qiáng)度分別為546、376和208 μmol/(m2·s),4個(gè)處理實(shí)際透光率分別約為100%、60%、41%和23%。2010年5月27日，使用直徑25 cm，深25 cm的塑料花盆80個(gè),基質(zhì)采用底肥+80%普通黏土+20%草炭土混合,進(jìn)行裝盆并澆透，5月28日播種，蓋土。三葉期期間，待所有盆栽長(zhǎng)勢(shì)基本一致，每盆留苗10株，于6月29日開(kāi)始進(jìn)行遮陰處理,其中透光60%處理、透光41%處理、透光23%處理和對(duì)照各20盆。30 d后不同處理的植株在形態(tài)上差異較大，并且有部分植株出現(xiàn)萎蔫甚至死亡現(xiàn)象，這與覃鳳飛等[12]在遮陰條件下9個(gè)紫花苜蓿品種苗期形態(tài)及生長(zhǎng)響應(yīng)的研究中表現(xiàn)相似，此時(shí)對(duì)所處理植株進(jìn)行測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1形態(tài)指標(biāo) 每盆選出植株3株，用鋼尺對(duì)其株高、根長(zhǎng)、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并數(shù)分蘗數(shù)，計(jì)算出每個(gè)重復(fù)的平均值。

1.3.2生理指標(biāo) 每次將牧草的地上與地下部分一并從試驗(yàn)地取回,地下部分用清水沖洗干凈并立即用濾紙充分吸干表面的水分后測(cè)其生理指標(biāo)。牧草的葉綠素、可溶性糖和丙二醛含量于2010年7月29日分別取鮮樣進(jìn)行測(cè)定。葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素測(cè)定儀測(cè)定，選取的葉片均為最頂端的三片葉子；可溶性糖和丙二醛含量的測(cè)定分別采用蒽酮比色法[13]硫代巴比妥酸法[13]。

1.4數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Office Word 2007和DPSv 6.50數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。

2 結(jié)果

2.1對(duì)牧草形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1株高 遮陰處理30 d后對(duì)所處理植株進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)透光率為23%的沙打旺全部死亡。同一品種在不同遮陰處理?xiàng)l件下的株高差異十分顯著,5種豆科牧草的株高均呈現(xiàn)出對(duì)照>60%透光>41%透光>23%透光的趨勢(shì),其中，紫花苜蓿、草木樨、沙打旺和百脈根在不同遮陰處理?xiàng)l件下均存在極顯著差異(P<0.01)，白三葉的對(duì)照顯著高于41%透光，極顯著高于23%透光,60%透光與41%透光、23%透光差異不顯著(P>0.05)(表2)。

2.1.2根長(zhǎng) 同一品種在不同遮陰處理?xiàng)l件下的根長(zhǎng)差異十分明顯,5種豆科牧草的根長(zhǎng)總體呈現(xiàn)出對(duì)照>60%透光>41%透光>23%透光的趨勢(shì),其中，紫花苜蓿的根長(zhǎng)在不同遮陰處理?xiàng)l件下均存在極顯著差異(P<0.01)；草木樨的根長(zhǎng)在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，但在60%透光和41%透光下根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05)；白三葉的根長(zhǎng)在全光照下顯著大于41%透光和23%透光下(P<0.05)；沙打旺的根長(zhǎng)在全光照下與60%透光和41%透光下存在極顯著差異，但沙打旺在60%透光下和41%透光下根長(zhǎng)差異不明顯；百脈根的根長(zhǎng)在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光下存在極顯著差異，但各透光處理間根長(zhǎng)彼此差異不顯著(表2)。

表2 遮陰對(duì)5種豆科牧草形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.3分蘗數(shù) 同一品種在不同遮陰處理?xiàng)l件下的分蘗數(shù)差異明顯,5種豆科牧草的分蘗數(shù)均為對(duì)照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的分蘗數(shù)在全光照下與23%透光存在極顯著差異 (P<0.01)，與41%透光差異顯著(P<0.05)，與60%透光差異不顯著(P>0.05)；草木樨的分蘗數(shù)在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，在60%透光和41%透光下存在顯著差異；白三葉的分蘗數(shù)在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，但在60%透光和41%透光下差異不顯著；沙打旺的分蘗數(shù)在全光照下與60%透光和41%透光存在極顯著差異；百脈根的分蘗數(shù)在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異(表2)。

2.1.4最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度 同一品種在不同遮陰處理?xiàng)l件下的最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度差異明顯,其中白三葉無(wú)節(jié)間，其他4種牧草最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度均為對(duì)照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度在全光照下顯著長(zhǎng)于在23%透光和41%透光下(P<0.05)，但23%透光和41%透光差異不顯著(P>0.05)；草木樨的最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度在全光照下與在23%透光下存在極顯著差異(P<0.01 )，與60%透光和41%透光差異不顯著；沙打旺的最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度在全光照下與41%透光下存在極顯著差異，與60%透光下差異顯著；百脈根的最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異，60%透光與41%透光差異顯著(表2)。

2.2對(duì)牧草生理指標(biāo)的影響

2.2.1葉綠素 在不同遮陰處理?xiàng)l件下5種豆科牧草的葉綠素含量均為對(duì)照>60%透光>41%透光>23%透光,其中，紫花苜蓿的葉綠素含量在全光照下與60%透光、41%透光和23%透光存在極顯著差異(P<0.01)；草木樨的葉綠素含量在全光照下與41%透光和23%透光存在極顯著差異，與在60%透光下的葉綠素含量差異顯著(P<0.05)；白三葉的葉綠素含量在全光照下與23%透光存在極顯著差異，與在41%透光下存在顯著差異；百脈根的葉綠素含量在全光照下與41%透光和23%透光下存在極顯著差異，并且顯著高于在60%透光下的葉綠素含量；沙打旺的葉綠素含量在全光照下與60%透光和41%透光存在極顯著差異(表3)。隨著光強(qiáng)的減弱，5種豆科牧草葉綠素含量的變幅表現(xiàn)為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

2.2.2可溶性糖和丙二醛 在不同遮陰處理?xiàng)l件下5種豆科牧草的可溶性糖含量差異明顯,其中，紫花苜蓿的可溶性糖含量在全光照下與41%透光和23%透光存在極顯著差異(P<0.01)，并且顯著高于60%透光下的可溶性糖含量(P<0.05)；草木樨的可溶性糖含量在41%透光下最高，與23%透光存在極顯著差異，并且顯著高于在60%透光和全光照下的可溶性糖含量；白三葉的可溶性糖含量在不同處理?xiàng)l件下變化較小，其中在全光照下與60%透光和23%透光存在極顯著差異，但與在41%透光差異不顯著(P>0.05)；沙打旺的可溶性糖含量在全光照下與60%透光存在極顯著差異，但與41%透光差異不顯著；百脈根的可溶性糖含量在全光照下與60%透光和23%透光存在極顯著差異，與41%透光存在顯著差異(表3)。隨著光強(qiáng)的減弱，5種豆科牧草可溶性糖含量的變幅表現(xiàn)為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

在不同遮陰處理?xiàng)l件下5種豆科牧草的丙二醛含量差異明顯，5種豆科牧草均表現(xiàn)出在23%透光下的丙二醛含量最高,其中，紫花苜蓿和草木樨的丙二醛含量均在23%透光下分別與在60%透光、全光照下存在極顯著差異(P<0.01)，并且顯著高于在41%透光下的丙二醛含量(P<0.05)；白三葉的丙二醛含量在不同處理?xiàng)l件下差異不顯著(P>0.05)；沙打旺的丙二醛含量在全光照下與41%透光存在極顯著差異，并且顯著低于在60%透光下的丙二醛含量；百脈根的丙二醛含量在全光照下與23%透光存在極顯著差異，但與在60%透光和41%透光下的丙二醛含量差異不顯著(表3)；隨著光強(qiáng)的減弱，5種豆科牧草丙二醛含量的變幅表現(xiàn)為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉。

3 討論與結(jié)論

3.1遮陰與牧草形態(tài)的關(guān)系 從形態(tài)學(xué)角度分析,耐蔭性強(qiáng)的植物會(huì)將有限的能量更多地分配到地上部分,以獲取更多光量子來(lái)適應(yīng)遮陰環(huán)境[14-15]。本研究中隨透光率的減弱，5種豆科牧草均表現(xiàn)出株高降低，根長(zhǎng)降低，分蘗數(shù)減少，最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度降低。這與王國(guó)良等[16]分析遮陰對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)草量影響的結(jié)果相似。但5種牧草的形態(tài)指標(biāo)減少趨勢(shì)存在著一定差異，其中白三葉的形態(tài)指標(biāo)受遮陰的影響最小。另外,在23%透光下沙打旺出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，而且沙打旺的形態(tài)指標(biāo)受遮陰處理影響最顯著，說(shuō)明沙打旺的耐蔭性是5種豆科牧草中最差的,不適合在林下種植。

表3 遮陰對(duì)5種豆科牧草葉綠素、可溶性糖和丙二醛含量的影響

3.2遮陰與牧草葉綠素的關(guān)系 本研究表明，在遮陰條件下，不同品種葉綠素含量存在差異，這一觀點(diǎn)與陳傳軍等[17]和周興元等[18]對(duì)暖季型草坪草的研究結(jié)論一致；隨著光強(qiáng)減弱，5種豆科牧草均表現(xiàn)出葉綠素含量減少，這與江海東等[9]對(duì)高羊茅進(jìn)行光照和遮陰處理的研究相似。隨著光強(qiáng)減弱，在不同遮陰條件下5種豆科牧草葉綠素含量減少的幅度不同，其中白三葉的葉綠素含量變幅最小，分別減少5.5%、10.4%和19.9%，沙打旺的變幅最大，分別為13.7%、26.6%和100%，說(shuō)明白三葉的葉綠素含量受遮陰影響較小，而沙打旺則影響較大。但也有報(bào)道，遮陰提高了各草坪草葉片的葉綠素含量，一定程度上增加了綠色景觀效果，隨著遮陰程度的加大，其葉綠素含量呈顯著上升趨勢(shì)[18]。由于草坪草的葉綠素總是處于一個(gè)不斷合成和分解的動(dòng)態(tài)變化中，在強(qiáng)光下比在弱光下合成和分解達(dá)到平衡的濃度較低，從而使得葉綠素含量往往隨光照強(qiáng)度的降低而升高[19]。這個(gè)結(jié)論正好與本研究相反，為何出現(xiàn)此差異，有待進(jìn)一步研究。因此，用葉綠素含量判斷草種的耐蔭性，應(yīng)根據(jù)草種并結(jié)合其他指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.3遮陰與牧草物質(zhì)代謝的關(guān)系 紫花苜蓿的可溶性糖的合成隨光照強(qiáng)度的減弱而降低,這與楊渺等[14]對(duì)假儉草(Eremochloaophiuroides)耐蔭性的研究結(jié)果一致。但白三葉、百脈根、草木樨和沙打旺的可溶性糖含量隨光強(qiáng)的減弱表現(xiàn)出或增加或減少的趨勢(shì)，這與王迅等[10]在草坪草對(duì)遮陰脅迫的生理反應(yīng)中描述的基本一致。在23%透光下5種牧草可溶性糖含量的變幅均表現(xiàn)為沙打旺>紫花苜蓿>草木樨>百脈根>白三葉,而且白三葉較其他牧草積累了更多的可溶性糖,百脈根、紫花苜蓿、草木樨的可溶性糖含量差異不明顯，但由于百脈根的變幅小，所以百脈根耐蔭性較強(qiáng)；丙二醛是膜質(zhì)過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，隨著光強(qiáng)的減弱，植株受脅迫程度不同，但在23%透光下所有植株的丙二醛含量均不同程度增加，這與張彩峽和呼天明[20]在低溫弱光對(duì)苗期紫花苜蓿根頸生理特性的影響研究中相似。本研究中在不同遮陰條件脅迫下，白三葉和百脈根的丙二醛含量表現(xiàn)出或增加或減少的趨勢(shì)，且不同處理下白三葉丙二醛含量的差異不顯著,表明白三葉和百脈根在逆境下遭受傷害，膜質(zhì)過(guò)氧化作用不明顯，因此變幅較小，具有較強(qiáng)的耐蔭性；在41%和23%透光下紫花苜蓿和草木樨受到遮陰脅迫作用明顯，耐蔭性較差。綜合各項(xiàng)指標(biāo)表明,白三葉和百脈根較適合在耐蔭環(huán)境下生長(zhǎng)。

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