初曉輝，岳信龍，任 健，陳 功，單貴蓮

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國民生態(tài)意識的加強(qiáng)，草坪美化和改善環(huán)境的功能日益受到重視，草坪種植面積迅猛增長。但近年來，由于各行業(yè)用水需求大量增加，導(dǎo)致全國近300個(gè)城市用水緊張，其中，嚴(yán)重缺水的城市有110多個(gè)，耗水量高成為草坪業(yè)發(fā)展的最大制約因素之一［1，2］。干旱成為影響草坪草正常生長最主要的環(huán)境脅迫因子之一［3，4］。因此，研究草坪草抗旱性的差異，對草坪建植過程中抗旱草種的選擇及緩解草坪用水供需矛盾具有非常重要的意義。

植物的抗旱性是指植物通過一定的抗旱方式在長期干旱脅迫下生存的能力。草坪草在遭受到干旱脅迫時(shí)，其外部形態(tài)特征、細(xì)胞質(zhì)膜透性及細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)均會發(fā)生改變。以昆明地區(qū)廣泛使用的4種冷季型草坪草為供試材料，測定不同水分脅迫強(qiáng)度下4種草坪草外觀質(zhì)量及生理指標(biāo)的變化，探討其抗旱性差異的生理基礎(chǔ)及植物細(xì)胞對干旱脅迫的反應(yīng)，為草坪建植過程中抗旱草種的選擇提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試材料為4種常用的冷季型草坪草種，分別為匍匐翦股穎（Agrostis stolonifera）品種‘海濱’（Seaside）、多年生黑麥草（Lolium perennel）品種“明星”（star）、高羊茅（Festuca arundinacea）品種“美洲虎”（Jaquar）、草地早熟禾（Poa pretensis）品種“肯塔基”（Kentucky），均由克勞沃集團(tuán)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于遮雨溫室進(jìn)行。2011年6月20日，將采集于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草坪基地的土壤（0～5cm表層土，田間持水量約65%）裝入直徑30.5cm，高20cm的塑料花盆內(nèi)，將供試材料均勻播種于花盆，覆土1cm，正常管理。2011年8月10日進(jìn)行水分脅迫試驗(yàn)，具體為：供試材料分別隔5d（T1）、10d（T2）、15d（T3）澆水1次，同時(shí)設(shè)每天澆水1次的供試材料為對照（T），澆水均勻噴灌至飽和（底部有水珠滲出）。9月10日處理結(jié)束，開展草坪外觀質(zhì)量的評價(jià)和各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。每處理重復(fù)6次。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 草坪外觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的測定 采用9分制評價(jià)法，參照 NTEP標(biāo)準(zhǔn)［5］，對供試材料的密度、質(zhì)地、顏色、均勻性進(jìn)行評分，評分時(shí)采取3人評價(jià)小組分別對不同處理?xiàng)l件下供試材料的外觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，取各指標(biāo)平均值作為最后得分。給不同的指標(biāo)分配不同的權(quán)重（顏色2/9，密度3/9，質(zhì)地2/9，均勻性2/9），根據(jù)以下公式計(jì)算出不同處理?xiàng)l件下供試材料外觀質(zhì)量的最后得分。

S＝（D×3＋C×2＋T×2＋U×2）/9

式中：S代表綜合分，D代表密度，C代表顏色，T代表質(zhì)地，U代表均勻性。最后得分越高，排名越高，草坪外觀質(zhì)量越好，坪用價(jià)值越高。

1.3.2 抗旱生理指標(biāo)的測定 處理結(jié)束后，取新鮮葉片測定葉片相對含水量、細(xì)胞質(zhì)膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量。其中葉片相對含水量采用稱重法測定［6］，細(xì)胞質(zhì)膜透性采用電導(dǎo)儀測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法測定［7］。3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 11.5對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)。采用Excel2003作圖。

1.5 供試草種抗旱性綜合評價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，以重度脅迫下草坪外觀質(zhì)量、葉片相對含水量、葉片電導(dǎo)率、MDA含量、Pro含量5個(gè)指標(biāo)為評價(jià)指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法求這些指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，根據(jù)各隸屬函數(shù)值平均值大小來確定供試草種抗旱性強(qiáng)弱。具體計(jì)算公式［1］如下：

① 如果指標(biāo)與抗旱性成正相關(guān)，則

Fij＝Xij－Ximin/Ximax－Ximin

② 如果指標(biāo)與抗旱性成負(fù)相關(guān)，則

Fij＝1－（Xij－Ximin/Ximax－Ximin）

式中：Fij為i種j性狀值；Ximin為j性狀中最小值；Ximax為j性狀中最大值；Xij為i種j性狀的抗旱隸屬值。

將抗旱隸屬值進(jìn)行累加，求得平均數(shù)：

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫下草坪草外觀質(zhì)量的變化

參照NTEP 9分制評價(jià)法對水分脅迫下供試草坪草外觀質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明（表1），在正常灌溉（T）和輕度脅迫（T1）條件下，匍匐翦股穎和草地早熟禾的外觀質(zhì)量評分值顯著高于多年生黑麥草和高羊茅（P＜0.05）；隨著脅迫程度的加深，4種草坪草的外觀質(zhì)量均顯著下降，以匍匐翦股穎和草地早熟禾的外觀質(zhì)量下降更為顯著。中度（T2）與重度（T3）脅迫下，4種冷季型草坪草的外觀質(zhì)量評分值的高低順序?yàn)楦哐蛎径嗄晟邴湶荩静莸卦缡旌蹋举橘媵骞煞f。

表1 水分脅迫下4種冷季型草坪草外觀質(zhì)量Table 1 Changes of appearance quality of four cool－season turfgrass under water stress

2.2 水分脅迫下草坪草生理指標(biāo)的變化

2.2.1 葉片相對含水量（RWC）的變化 在干旱或高溫等逆境脅迫下，各種植物葉片相對含水量均下降，脅迫程度越深，植物葉片相對含水量越低［8］。對于不同品種來說，處理?xiàng)l件一致時(shí)葉片相對含水量減少速度小者抗旱性應(yīng)較強(qiáng)［9］。水分脅迫下，4種冷季型草坪草的葉片相對含水量均下降。與正常灌溉（T）相比，輕度水分脅迫下（T1），4種冷季型草坪草的葉片相對含水量下降不明顯，中度（T2）與重度（T3）水分脅迫下，4種冷季型草坪草的葉片相對含水量顯著下降，以匍匐翦股穎和草地早熟禾葉片相對含水量下降較為顯著（圖1），說明匍匐翦股穎和草地早熟禾的葉片持水能力低于多年生黑麥草和高羊茅。

圖1 水分脅迫下的4種冷季型草坪草葉片相對含水量Fig.1 Effect of water stree on leaf ralative water content of four cool－season turfgrass

2.2.2 葉片質(zhì)膜透性的變化 電導(dǎo)率是表征細(xì)胞膜透性變化的常用指標(biāo)，相同處理?xiàng)l件下，細(xì)胞膜透性增大的速度越快，說明植物的抗性越弱［10］。水分脅迫引起葉片滲出液電導(dǎo)率均呈上升的變化趨勢，且脅迫水平不同，電導(dǎo)率增加的幅度不同，即細(xì)胞膜透性發(fā)生變化的程度不同。與正常灌溉（T）相比，輕度水分脅迫下（T1），葉片電導(dǎo)率增加不顯著，中度水分脅迫下（T2），葉片電導(dǎo)率緩慢上升，重度水分脅迫下（T3），各草種葉片電導(dǎo)率均大幅度上升（圖2），表明重度水分脅迫下，細(xì)胞膜遭到嚴(yán)重破壞，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲。根據(jù)重度脅迫下各草種電導(dǎo)率的排序可知各品種冷季型草坪草抗旱性高低順序?yàn)椋焊哐蛎径嗄晟邴湶荩静莸卦缡旌蹋举橘媵骞煞f。

2.2.3 葉片丙二醛（MDA）含量變化 植物器官在逆境條件下，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是其產(chǎn)物之一，通常將其作為脂質(zhì)過氧化指標(biāo)，用于表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反映的強(qiáng)弱［11，12］。一般而言，干旱脅迫下抗旱性越強(qiáng)的品種其MDA含量上升幅度越小［13］。

水分脅迫下4種冷季型草坪草葉片內(nèi)MDA含量均呈上升的變化趨勢，且隨水分脅迫程度的加深，葉片內(nèi)MDA含量顯著增加，以草地早熟禾和匍匐翦股穎的MDA含量增加較為顯著（圖3）。若以MDA增長幅度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，則4種冷季型草坪草抗旱性高低順序?yàn)椋焊哐蛎径嗄晟邴湶荩举橘媵骞煞f＞草地早熟禾。

2.2.4 葉片游離脯氨酸（Pro）含量變化 在逆境脅迫下，脯氨酸在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)大量積累，可以降低滲透勢，有助于細(xì)胞或組織吸水，對植物進(jìn)行正常生理活動起到重要的滲透調(diào)節(jié)作用，從而提高抗旱能力［1］。一般情況下，脯氨酸含量上升越快，幅度越大，說明植物的抗旱性越強(qiáng)［1］。水分脅迫下4種冷季型草坪草葉片中游離脯氨酸含量均呈增加的變化趨勢，且隨水分脅迫程度的加深，Pro含量顯著增加（圖4）。

與正常灌溉（T）相比，輕度水分脅迫下（T1），葉片內(nèi)Pro含量增加不顯著，中度（T2）和重度（T3）水分脅迫下，各草種葉片內(nèi)Pro含量顯著增加，以高羊茅和多年生黑麥草的Pro含量增加較為顯著。若以中度和重度脅迫下各草種葉片內(nèi)Pro含量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，則4種冷季型草坪草抗旱性高低順序?yàn)椋焊哐蛎径嗄晟邴湶荩静莸卦缡旌蹋举橘媵骞煞f。

圖2 水分脅迫下4種冷季型草坪草葉片的電導(dǎo)率Fig.2 Effect of water stree on electrial conductivity of four cool－season turfgrass

圖3 水分脅迫下4種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

圖4 水分脅迫下4種冷季型草坪草葉片脯氨酸的含量Fig.4 Effect of water stree on Pro contnt of four cool－season turfgrass

2.3 4種冷季型草坪草抗旱性綜合評價(jià)

植物的抗旱性是一個(gè)受多種因素影響的較為復(fù)雜的綜合性狀，這些因素的綜合作用促進(jìn)了抗旱性的形成。因此植物抗旱性應(yīng)該用多項(xiàng)指標(biāo)來綜合評價(jià)，使評定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果更為接近。試驗(yàn)以重度脅迫下4種草坪草外觀質(zhì)量評分值、葉片相對含水量、葉片電導(dǎo)率、MDA含量、Pro含量為評價(jià)指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對供試草種抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果表明，4種冷季型草坪草抗旱能力高低順序?yàn)椋焊哐蛎径嗄晟邴湶荩静莸卦缡旌蹋举橘媵骞煞f（表2）。

表2 4種冷季型草坪草抗旱能力綜合評價(jià)排序Table 2 Comprehensive evaluation of drought resistance for four cool－season turfgrasses

3 討論與結(jié)論

3.1 冷季型草坪草抗旱機(jī)理探討

植物的抗旱性是指植物通過一定的抗旱方式在干旱脅迫下生存的能力。不同的植物在不同的生長期或不同的生理狀態(tài)，其抵御干旱的機(jī)制是復(fù)雜多變的。輕度干旱脅迫下，草坪草通過保持植株內(nèi)部組織較高的水勢來延遲脫水的發(fā)生，表現(xiàn)為御旱機(jī)制；重度干旱脅迫下，植物葉片相對含水量降低，脯氨酸等代謝產(chǎn)物明顯增多，在較低的細(xì)胞水勢下維持一定程度的基礎(chǔ)代謝水平，主要表現(xiàn)為耐旱機(jī)制［14］。

試驗(yàn)表明，在干旱脅迫下，4種冷季型草坪草通過MDA等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加來增強(qiáng)其對干旱的適應(yīng)和抵抗能力，這與其他草坪草在干旱脅迫下的生理變化是一致的［15－19］。前人研究表明，多種草種都有在逆境條件下積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、改變保護(hù)酶活性的能力，來抵御逆境，減輕傷害的適應(yīng)機(jī)制，但其積累量和對逆境的敏感性因逆境條件、組織器官和草種的不同而不同，這是不同草種在適應(yīng)不同環(huán)境后各組織器官所形成的適應(yīng)性反應(yīng)［20］。

3.2 4種冷季型草坪草抗旱性模糊綜合評價(jià)

研究結(jié)果表明，水分脅迫下，不同草種的外觀質(zhì)量隨脅迫程度加深而降低，葉片相對含水量下降，細(xì)胞質(zhì)膜透性、MDA含量、Pro含量升高。脅迫使細(xì)胞膜受到傷害，削弱其選擇透性，細(xì)胞液外滲液增加，即表現(xiàn)為電導(dǎo)率增大。脅迫使細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度加強(qiáng)，MDA含量持續(xù)增大，Pro等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累。抗性強(qiáng)的品種在干旱條件下葉片相對含水量降低幅度小，電導(dǎo)率、MDA含量上升較慢，Pro含量大量積累，植物受傷害程度較輕。綜合重度脅迫下5個(gè)抗旱指標(biāo)的測定結(jié)果，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對供試草種抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果表明，供試的4種冷季型草坪草種抗旱能力的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊哐蛎径嗄晟邴湶荩静莸卦缡旌蹋举橘媵骞煞f。

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