肖向華，王玉祥，張 博

(新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830052)

4個(gè)白三葉品系對(duì)不同灌水頻率的生理響應(yīng)

肖向華，王玉祥，張 博

(新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830052)

試驗(yàn)以新疆白三葉(Trifoliumrepens)為材料，以海法作對(duì)照，通過(guò)設(shè)置不同的微噴灌水頻率(1、3、5、7 d/次)，研究白三葉各品系生理指標(biāo)的變化規(guī)律，以期為在白三葉建植過(guò)程中制定合理的灌溉制度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著灌水頻率的減小,海法，S82，S92，S96品系的葉面積逐漸減??；葉綠素含量先下降，再小幅度增加后趨于穩(wěn)定；葉片相對(duì)含水量無(wú)明顯差異；游離脯氨酸含量先增加后減少；S82和S96品系的可溶性糖含量呈現(xiàn)升-降-升的變化趨勢(shì)，S92卻出現(xiàn)相反趨勢(shì)；丙二醛含量呈現(xiàn)是先增加后減少，再增加的變化趨勢(shì)。根據(jù)白三葉各項(xiàng)生理指標(biāo)的數(shù)據(jù)綜合分析認(rèn)為，白三葉適宜的灌水時(shí)間為年5 d/次，4個(gè)品系的抗旱性由強(qiáng)到弱的順序是S82>S92>海法>S96。

白三葉；灌水頻率；葉片含水量；脯氨酸

白三葉在20世紀(jì)90年代被引進(jìn)，作為景觀草坪種植,形成了一定特色而受到許多人的好評(píng)，經(jīng)過(guò)近10年的研究[1-2]，作為一種觀賞坪用植物,在發(fā)展規(guī)模和發(fā)展速度上居草坪草首位。其葉色花色美觀，喜溫暖濕潤(rùn)氣候，適應(yīng)性強(qiáng)，屬典型的溫帶氣候區(qū)風(fēng)土草種，節(jié)節(jié)生根長(zhǎng)葉，并長(zhǎng)出新的匍匐莖向四周蔓延，侵占性強(qiáng)，為一般牧草所不及[3]，且白三葉具有固氮能力，種植白三葉可提高土壤肥力、增加地面覆蓋、控制雜草生長(zhǎng)、保持土壤溫度、減少土壤侵蝕[4]。

新疆白三葉是十分優(yōu)良的牧草資源，具有抗逆性強(qiáng)、抗病耐熱、抗寒耐旱且耐鹽堿等特點(diǎn)[5]。它不僅具有生長(zhǎng)范圍廣、易于種植、便于管理等優(yōu)點(diǎn),而且優(yōu)越的固氮性能、與禾本科牧草的良好組合生長(zhǎng)能力,使其對(duì)草地畜牧業(yè)的發(fā)展和維持草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定都具有極其重要的作用。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系以新疆北疆地區(qū)20個(gè)縣市的野生白三葉種質(zhì)資源為育種材料，運(yùn)用雜交育種技術(shù)，從抗逆性、坪用性能等方面經(jīng)過(guò)10年的努力，篩選出綜合性能較好的多個(gè)草坪新品系。為了進(jìn)一步探尋新疆白三葉新品系的抗旱性，試驗(yàn)以選育的3個(gè)新品系S82，S92和S96為材料，海法作為對(duì)照，通過(guò)設(shè)置不同灌水頻率，研究不同處理下白三葉的葉面積大小、葉綠素、葉片相對(duì)含水量以及游離脯氨酸、可溶性糖及丙二醛含量的變化，探尋灌水頻率對(duì)白三葉生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為進(jìn)一步開(kāi)展白三葉新品系的灌溉制度研究提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆呼圖壁種牛場(chǎng)的新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草地生態(tài)試驗(yàn)站。試驗(yàn)站位于天山北坡中段山前洪積—沖積扇與沖積平原的過(guò)渡帶，E 86°7′、N 44°8′，海拔439～454 m。該地區(qū)氣候干燥少雨，蒸發(fā)量大，全年日照時(shí)間長(zhǎng)，其中夏季是一年中輻射量最多的季節(jié)，月日照時(shí)數(shù)達(dá)320 h以上，日照百分率70%以上，年總輻射量為5.56×102 KJ/cm2，年日照時(shí)數(shù)3 110 h，冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，夏季干旱少雨，晝夜溫差較大，是典型的大陸性干旱氣候，該地區(qū)年降水量161.3 mm，年蒸發(fā)量2 312.7 mm，生長(zhǎng)季平均濕度54%。1月平均氣溫-16.9℃，7月平均氣溫25.6℃，年均溫16.7℃，極端最高溫43.1℃，無(wú)霜期173 d，生長(zhǎng)季4～9月[6]。

1.2 材料來(lái)源

試驗(yàn)材料為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系選育的白三葉新品系(S82，S92和S96)和海法。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)灌水頻率：1、3、5、7 d/次，采用微噴灌溉方式，灌水量為375 m3/(hm2·次)，灌水時(shí)間為20∶00。2015年4月進(jìn)行移栽，64個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積2 m×2 m，白三葉草成坪后進(jìn)行處理。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)連續(xù)處理60 d后進(jìn)行取樣觀測(cè)。取樣時(shí)間為早上8∶00，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取50片中間葉片，測(cè)量葉面積大小、葉綠素含量、葉片相對(duì)含水量以及游離脯氨酸含量。

其中，葉面積采用Yaxin-1241葉面積儀測(cè)定，葉綠素含量采用日本葉綠素快速測(cè)定儀(SPAD-502)測(cè)定，葉片相對(duì)含水量采用烘干法測(cè)定，游離脯氨酸采用茚三酮法[7]測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[8]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[9]提取并測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水頻率對(duì)葉面積的影響

各品系在灌水頻率變小的情況下葉面積逐漸變小，但每5 d/次和每7 d/次灌水處理葉面積變化不大；S92在各處理下葉面積趨于穩(wěn)定，且無(wú)明顯差異，葉面積最小的分別是在每隔7 d/次灌水的S82(65.43 mm2)品系和S96(65.12 mm2)品系(圖1)，在草坪草建植中，為節(jié)約水，減少葉片水分的蒸騰，選擇葉面積相對(duì)較小的材料，能夠有效的減少水分的散失。

2.2 灌水頻率對(duì)葉綠素含量的影響

葉綠素為植物葉綠體內(nèi)光合作用的重要物質(zhì)，其功能主要為獲得光能，進(jìn)行水的光解并產(chǎn)生電子，驅(qū)動(dòng)電子轉(zhuǎn)移到反應(yīng)中心。對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行不同灌水頻率處理，各品系在不同灌水頻率下葉綠素含量變化不明顯；S82品系在不同灌水頻率下葉綠素含量低于其他品系，且差異顯著。海法，S82和S96材料在灌水頻率逐漸減少的控水條件下葉綠素含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)(圖2)。

圖1 不同灌水頻率下的葉面積Fig.1 Variatin of leaf area under different irrigation frequencies

圖2 不同灌水頻率下的葉綠素含量Fig.2 Variatin of chlorophyll content under different irrigation frequencies

2.3 灌水頻率對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響

葉片的相對(duì)含水量反應(yīng)了植物的抗旱性能，在干旱脅迫中，葉片保持相對(duì)含水量的能力較弱。在不同灌水頻率處理?xiàng)l件下，調(diào)查的白三葉各株系組間相對(duì)含水量無(wú)明顯差異，其中S92品系，在每隔5 d/次處理下的葉片相對(duì)含水量最低，為78.69%，說(shuō)明了S92品系在此處理下的保水能力較差，細(xì)胞持水能力弱(圖3)。

2.4 灌水頻率對(duì)游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，大量積累游離脯氨酸能防止脫水，顯著增加細(xì)胞持水性能，各材料在灌水頻率變小的情況下，游離脯氨酸的含量呈現(xiàn)增加狀態(tài)，海法，S82和S92品系在每隔7 d/次處理?xiàng)l件下的游離脯氨酸含量均大于其他間隔處理下的含量，其中S82品系在每隔7 d/次灌水條件下的游離脯氨酸含量最高，為1.37 μg/g，但S96品系在灌水頻率變小的情況下自第5 d起體內(nèi)游離脯氨酸含量就趨于穩(wěn)定；4份白三葉材料中，不同灌水頻率下的游離脯氨酸含量不同，S82品系在每隔7 d/次處理下游離脯氨酸含量最高，S96品系的游離脯氨酸含量在此時(shí)最低，表明S82和S92品系能在缺水條件下正常生長(zhǎng)，其次是海法和S96品系(圖4)。

圖3 不同灌水頻率下的葉片相對(duì)含水量Fig.3 Variatin of leaf relative water content under different irrigation frequencies

圖4 不同灌水頻率下的游離脯氨酸含量Fig.4 Variatin of free proline content under different irrigation frequencies

2.5 灌水頻率對(duì)可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物體內(nèi)參與滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，并起到維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定的作用。4份白三葉材料中，不同灌水頻率下的可溶性糖含量不同。海法和S92品系的可溶性糖含量隨著灌水頻率的減小而不斷增加，S82和S96品系則出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其中海法在每隔7 d/次灌水處理?xiàng)l件下的含量達(dá)到最大值，為20.87 μg/g；其次是S82品系在5 d/次灌水處理?xiàng)l件下的含量，為19.99 μg/g；S92品系在每隔1 d/次灌水處理?xiàng)l件下含量最低，為12.23 μg/g。海法和S92品系在每隔7 d/次灌水處理下可溶性糖含量顯著增加，而S82和S96品系在每隔5 d/次灌水處理下可溶性糖含量就已經(jīng)達(dá)到最大值，繼續(xù)延長(zhǎng)灌水時(shí)間，則出現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖5)。

2.6 灌水頻率對(duì)丙二醛含量的影響

丙二醛是常用的膜脂過(guò)氧化指標(biāo)，在生物體內(nèi)，會(huì)引起蛋白質(zhì)、核酸等生命大分子的交聯(lián)聚合，且具有細(xì)胞毒性，能夠反映生物膜受損程度。白三葉隨著灌水頻率的減少，葉片丙二醛含量呈現(xiàn)出先增加后減低的趨勢(shì)，其中海法和S96品系在每隔5 d/次的灌水頻率的處理下達(dá)到最大值，說(shuō)明葉片受到嚴(yán)重的干旱脅迫，生長(zhǎng)受到限制，并在每隔7 d/次的灌水頻率處理后顯著下降；而S82和S92品系則在每隔3 d/次的灌水頻率處理下就已達(dá)到峰值，繼續(xù)延長(zhǎng)灌水時(shí)間后生長(zhǎng)微弱，甚至停止(圖6)。

圖5 不同灌水頻率下的可溶性糖含量Fig.5 Variatin of soluble sugar content under different irrigation frequencies

圖6 不同灌水頻率下的丙二醛含量Fig.6 Variatin of MDA content under different irrigation frequencies

2.7 相關(guān)性分析

4個(gè)白三葉品系的葉面積、葉綠素、葉片相對(duì)含水量、游離脯氨酸、可溶性糖、丙二醛之間的相關(guān)性分析表明，游離脯氨酸含量和葉片相對(duì)含水量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.488，而與可溶性糖達(dá)到極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.576(表1)。葉片中可溶性糖含量的多少對(duì)葉片相對(duì)含水量和游離脯氨酸含量的影響較大。其中葉面積與葉綠素含量出現(xiàn)弱的正相關(guān)，但與葉片相對(duì)含水量、游離脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量均呈現(xiàn)弱的負(fù)相關(guān)，由此發(fā)現(xiàn)，白三葉葉片大小和生理指標(biāo)的相互作用較小，且某一性狀的選擇對(duì)其他性狀的影響不大。

表1 相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis

注：*在置信度為0.05時(shí)，相關(guān)性是顯著的；**在置信度為0.01時(shí)，相關(guān)性顯著

3 討論

植物葉片的主要生理功能是進(jìn)行光合和蒸騰作用，以及合成有機(jī)物質(zhì)，其大小直接影響水分蒸騰。在選育草坪草方面，蒸騰作用小且根系深長(zhǎng)是抗旱性?xún)?yōu)良的主要特點(diǎn)之一[10]，S92品系在各處理?xiàng)l件下的葉面積最小且無(wú)明顯差異；在干旱脅迫條件下能增加葉綠素酶的活性，分解大量色素，增加了植物細(xì)胞內(nèi)的自由基，破壞膜的完整性，葉綠素的降解速度也就加快，在間隔時(shí)間短的灌水時(shí)間內(nèi)葉綠素含量高于灌水頻率低情況下的葉綠素含量；干旱可引起植物組織失水，植物葉片相對(duì)含水量能反應(yīng)出在土壤缺水時(shí)植物體內(nèi)水分的虧缺程度和植物的持水能力[11-12]，葉片相對(duì)含水量越高時(shí)，植物的保水能力越強(qiáng)，細(xì)胞受環(huán)境的影響就越小[13-14]，S92品系在每隔5 d/次灌水條件下葉片相對(duì)含水量由于受到干旱脅迫達(dá)到最小值，這與劉曉松等[4]研究相似；脯氨酸是植物抗逆性的生理指標(biāo)，游離脯氨酸含量變化能反應(yīng)出植物受到脅迫后的生理響應(yīng),在逆境條件下，大多數(shù)植物脯氨酸含量會(huì)增加，含量越高，植物體的抗逆能力就會(huì)越強(qiáng)[15-18]。S82和S92品系與其他品系相比，在每隔7 d/次灌水條件下的游離脯氨酸含量遠(yuǎn)高于其他同處理的品系，證明了S82和S92品系在此處理下的抗旱能力最強(qiáng)，適宜作為最耐旱的草坪草進(jìn)行推廣。白三葉葉片中可溶性糖含量在每隔為3 d/次的灌水頻率處理后迅速上升，S82和S96品系在每隔為5 d/次的灌水頻率處理時(shí)出現(xiàn)峰值，而海法和S92品系在每隔為7 d/次的灌水頻率處理時(shí)達(dá)到最大值，輕度干旱脅迫可以增加可溶性糖含量，提高植株保水能力，重度脅迫后使得植株體內(nèi)可溶性糖的積累和運(yùn)輸受阻，S82和S96品系在每隔為5 d/次的灌水頻率處理后可溶性糖含量逐漸降低，這與周正貴[19]研究結(jié)果相似。丙二醛具有細(xì)胞毒性，其含量過(guò)高，導(dǎo)致植株體內(nèi)蛋白質(zhì)分子間交聯(lián)，破壞生物膜，且細(xì)胞質(zhì)膜透性可直接反映草坪草的抗旱能力。隨著灌水頻率的減小，葉片中丙二醛的含量均是先增加后降低，研究結(jié)果與覃鵬等[20]的結(jié)論類(lèi)似，但李繼新等[21]研究發(fā)現(xiàn)，煙草葉片丙二醛含量隨著干旱脅迫程度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

4 結(jié)論

同一品系不同灌水頻率下，S82，S92和S96品系在各處理下的葉面積均小于對(duì)照海法，其中S92品系的葉面積在4個(gè)不同灌水頻率之間無(wú)明顯變化，且差異不顯著，S82、S96品系在不同灌水頻率下的變化一致，均在灌水處理為每5 d/次時(shí)葉面積減小；在間隔時(shí)間短的控水時(shí)間內(nèi)葉綠素含量高于灌水頻率低的葉綠素含量；S92品系在不同灌水頻率下葉片相對(duì)含水量變化較大，在每隔5 d/次灌水條件下時(shí)達(dá)到最低值，S82品系在4個(gè)灌水頻率下變化不大，但差異顯著；S96品系游離脯氨酸含量在每5 d/次和每7 d/次灌水1次時(shí)變化最大，其他品系均在每7 d/次灌水1次時(shí)變化最大，且差異顯著。葉片中可溶性糖含量隨著灌水頻率的減小逐漸增加，其中S82和S96在每5 d/次灌水1次后出現(xiàn)下降趨勢(shì)。丙二醛含量均是先增加后減少，明顯高于對(duì)照海法，且各處理間差異顯著。

不同灌水頻率處理下分析：S82、S92品系對(duì)水需求相對(duì)較少，抗旱性最強(qiáng)，其順序?yàn)镾82>S92>海法>S96；最適宜、最節(jié)水的灌溉是每隔5 d/次灌水1次。

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Physiological responses of four strains ofTrifoliumrepensto irrigation frequency

XIAO Xiang-hua,WANG Yu-xiang,ZHANG Bo

(KeyLaboratoryofGrasslandResourceandEcologyofXinjiang;InstituteofGrassIndustry,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

The pattern of physiological indexes of Xinjiang white clover (Trifoliumrepens) was studied by setting different micro spray irrigation frequency in order to provide the basic data for establishing irrigation system and Haifa was used as the control.The results showed that the leaf area of the same strain decreased under different irrigation frequency (1 days/times,3 days/times,5 days/times,7 days/times);The chlorophyll content decreased gradually;The relative leaf water content had no obvious difference;The free proline content increased significantly;The content of soluble sugar in leaf gradually decreased with the increase of irrigation frequency.However,the content of soluble sugar in strains of S82 and S96 decreased after 5 days irrigation;The MDA content was increased and then decreased,and was significantly higher than that of the control.The leaf area of Haifa,S82,S92,S96 strains decreased under the same irrigation frequency;The chlorophyll content decreased firstly,then increased and then tended to be stabilized;The relative leaf water content had no obvious difference;The free proline content increased and then decreased;The soluble sugar content of S82 and S96 strains firstly increased and then decreased,and then increased.The soluble sugar conten of S92 showed the opposite trend compared to S82 and S96 strains;The content of MDA increased firstly and then decreased,and then increased.Based on comprehensive analysis,the suitable irrigation time was an interval of 5 days,the ranking of the drought resistance of four strains was S82>S92> Haifa >S96

Trifoliumrepens;irrigation frequency;leaf relative water content;proline

2016-04-01；

2016-04-29

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(201403048-8)資助

肖向華(1989- )，女，新疆博樂(lè)人，在讀碩士。 E-mail：412897392@qq.com

S 688.4

A

1009-5500(2017)02-0057-06

王玉祥為通訊作者。