時連輝，李蘇翼，李恕艷

（山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院／土肥資源高效利用國家工程實驗室，山東 泰安 271018）

基質(zhì)作為植物生長的基礎(chǔ)和媒介，能為植物提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的以水、肥、氣、熱為基礎(chǔ)的生長環(huán)境。研究表明，基質(zhì)的孔隙特性（孔隙度、孔徑分配）主要受到粒徑的影響，而孔隙特性直接影響基質(zhì)中水、氣的含量和分配，進而對植物的根系環(huán)境和水分吸收產(chǎn)生影響［1］。

粒徑對基質(zhì)的水氣特性影響較大［2］，國內(nèi)外學者對此有了一些研究，如Verdonck［3］、李炎艷［4］等研究表明基質(zhì)粒徑的大小對基質(zhì)的易利用水和通氣孔隙影響很大；田吉林等［5］通過對珍珠巖不同粒徑配比研究，粒徑（孔徑）分配對基質(zhì)物理性質(zhì)、水分常數(shù)和對栽培黃瓜生長有較大的影響。也有研究表明堆肥不同粒徑對植物抗逆性的影響存在差異，如錢勁華等［6］研究發(fā)現(xiàn)不同粒徑生活垃圾堆肥與土壤的組配基質(zhì)對改善植物的生理生態(tài)調(diào)節(jié)功能、緩解水分脅迫帶來傷害的效果不同，這為研究基質(zhì)不同粒徑對植物抗逆性的影響提供了可能。

目前對高羊茅抗旱性的研究較多，但多集中在添加外源物質(zhì)、施肥、浸種等［7、8］方面，對于不同粒徑基質(zhì)的保水性差異影響植物抗旱性方面的研究還鮮有報道。經(jīng)高溫堆制發(fā)酵后的菇渣堆肥結(jié)構(gòu)組成趨于穩(wěn)定，是各類農(nóng)作物栽培的良好基質(zhì)，對作物生長有明顯的促進作用［9］。因此本試驗選用堆肥化菇渣為種植基質(zhì)，研究3種不同粒徑菇渣基質(zhì)對干旱脅迫下高羊茅生理特性的影響，以期為高羊茅節(jié)水抗旱和拓寬其使用范圍提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菇渣堆肥基質(zhì)：將菇渣去袋后用鏈條機打碎，調(diào)節(jié)水分至材料最大持水量的60%左右，進行高溫堆肥，每周翻堆一次，待溫度自然降至50℃以下時晾曬，裝袋備用。菇渣堆肥基本理化性狀為pH值7.22、EC值3.99 mS／cm，有機質(zhì)含量637.7 g／kg、全氮17.7 g／kg、全磷8.4 g／kg、全鉀4.4 g／kg。

供試草種：高羊茅（Festuca arundinacea L.）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理：以基施未篩分菇渣堆肥為對照（CK），設(shè)置基施菇渣堆肥粒徑＜5 mm（L）、＜3 mm（M）、＜2 mm（S）3個處理。隨機區(qū)組排列，重復3次。小區(qū)面積為2 m×1 m＝2 m2。L、M、S處理為菇渣堆肥分別過5、3、2 mm土壤篩一次性篩分獲得?；|(zhì)鋪設(shè)厚度5 cm，相鄰小區(qū)間設(shè)20 cm寬的混凝土隔離帶。高羊茅播種量為30 g／m2。

試驗于2019年5月1日—6月30日在山東農(nóng)業(yè)大學南校區(qū)資環(huán)試驗基地進行，設(shè)置開放式遮雨棚，共持續(xù)約60 d。6月20日7∶00前灌透最后一次水并自此停止一切水分供應(yīng)，至草坪草出現(xiàn)永久萎蔫為止，進行干旱脅迫試驗。6月21日開始每隔兩天取樣一次，取相同生長勢的高羊茅放入冰壺中迅速帶回實驗室待測。

1.3 測定項目與方法

葉片相對含水量（RWC）的測定采用飽和稱重法［10］：RWC（%）＝（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）／（飽和鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）×100；葉片相對電導率采用電導儀法［11］測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法［12］測定。SOD活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法［12］測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法［12］測定；CAT活性采用紫外分光光度法［12］測定。葉片可溶性糖采用苯酚法［11］測定；葉片可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250法［11］測定；葉片脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法［12］測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SAS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下不同粒徑菇渣堆肥對高羊茅葉片相對含水量的影響

由表1看出，隨脅迫時間延長各處理高羊茅葉片相對含水量均呈逐漸降低趨勢。脅迫第1 d，不同粒徑處理的高羊茅葉片相對含水量表現(xiàn)為L＞M＞CK＞S，且S處理與L、M處理差異顯著。這是因為水分充足時，粒徑細小的基質(zhì)會導致根際通氣狀況不佳，進而影響根系活力和植物體對水分的吸收，表現(xiàn)出葉片相對含水量最低。隨著干旱脅迫的加劇，不同粒徑處理的高羊茅葉片相對含水量大小表現(xiàn)為M＞S＞L＞CK，且M處理與其它處理差異顯著。脅迫第9 d各處理葉片相對含水量較第1 d分別降低38.74%（M）、40.69%（S）和42.87%（L），CK降幅最大，為47.28%；其中M處理較CK高16.76%。表明本試驗條件下，＜3 mm粒徑的菇渣基質(zhì)更有利于高羊茅體內(nèi)的水分代謝，從而減緩葉片含水量的下降。

表1 不同粒徑菇渣基質(zhì)對高羊茅葉片相對含水量的影響 （%）

2.2 干旱脅迫下不同粒徑菇渣堆肥對高羊茅葉片相對電導率和MDA含量的影響

由表2看出，隨干旱脅迫時間延長，各處理高羊茅葉片相對電導率和MDA含量變化趨勢一致，均逐漸上升。干旱脅迫初期（1 d）各處理高羊茅葉片相對電導率和MDA含量表現(xiàn)為CK＞S＞L＞M，脅迫中后期（7～9 d）表現(xiàn)為CK＞L＞S＞M。其中，M處理第9 d較第1 d分別提高3.77倍和4.16倍；M 處理分別比CK低20.03%和36.25%，差異達顯著水平（P＜0.05）；L、S處理的相對電導率和MDA含量分別提高4.45倍和5.21倍、4.17倍和4.22倍，均小于CK增幅（4.60倍和5.56倍）。表明干旱脅迫條件下，＜3 mm粒徑菇渣處理的高羊茅葉片膜脂過氧化程度最低，細胞膜穩(wěn)定性較好，在干旱脅迫過程中表現(xiàn)出一定優(yōu)勢。

表2 不同粒徑菇渣基質(zhì)對高羊茅葉片相對電導率和MDA含量的影響

2.3 干旱脅迫下不同粒徑菇渣堆肥對高羊茅葉片保護酶活性的影響

由表3可知，隨干旱脅迫時間延長，各處理高羊茅葉片的SOD活性總體呈先升高后降低的趨勢，脅迫第7 d，各處理SOD活性均達到峰值。在整個脅迫期，SOD活性始終表現(xiàn)為L＞S＞M ＞CK，其中以L處理最高，且與其他處理差異顯著（P＜0.05），S處理次之，與L、CK處理差異顯著（P＜0.05），M處理在脅迫第1 d與CK差異不顯著，之后差異均顯著（P＜0.05）。L、M、S處理脅迫第7 d時的SOD活性較第1 d分別提高101.27%、98.57%、100.11%，均高于CK增幅（94.45%），而脅迫至9 d時較第7 d的降幅分別為15.49%（L）、19.35%（M）和18.22%（S），均低于CK降幅（24.67%）。

從表3還可看出，在干旱脅迫過程中，各處理葉片的POD、CAT活性與SOD活性變化趨勢一致，也呈先升高后降低的趨勢。脅迫第7 d，各處理POD、CAT活性達到最大值。脅迫3～9 d，M處理的POD、CAT活性始終保持最高，脅迫9 d時分別較CK高25.51%和28.33%，且與其它處理差異顯著（P＜0.05）。同時，M處理的POD、CAT活性在脅迫7 d時增幅最大（55.06%和158.91%），脅迫9 d時降幅最?。?2.02%和12.52%）。表明本試驗條件下，＜3 mm粒徑的菇渣基質(zhì)能使高羊茅葉片中的POD、CAT活性保持較高水平，以有效緩解干旱條件誘導產(chǎn)生的氧化脅迫。

表3 不同粒徑菇渣基質(zhì)對高羊茅葉片保護酶活性的影響

2.4 干旱脅迫下不同粒徑菇渣基質(zhì)對高羊茅葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表4看出，隨著干旱程度的加重，高羊茅葉片脯氨酸含量和可溶性糖含量逐漸增加。在整個脅迫期間，脯氨酸含量始終表現(xiàn)為L＞M ＞S＞CK，且各處理間差異顯著（P＜0.05）。脅迫9 d時脯氨酸含量增幅分別為6.44倍（L）、6.42倍（M）和7.26倍（S），均高于CK增幅（5.96倍）。在脅迫中后期（3～9 d），各處理高羊茅葉片可溶性糖含量表現(xiàn)為S＞M＞L＞CK。脅迫9 d時，S處理較CK高40.77%；較第1 d，S處理增幅最大（178.52%），L處理（165.88%）和M處理（178.09%）的增幅也高于CK（123.05%）。

從表4還可看出，在干旱脅迫進程中，各處理高羊茅葉片的可溶性蛋白含量總體呈先升高后降低的趨勢，脅迫第7 d時達到峰值，M、S、L處理較第1 d分別提高84.31%、77.24%、77.16%，均高于CK增幅（66.73%）。整個脅迫期，可溶性蛋白含量始終表現(xiàn)為M＞S＞L＞CK，且M處理與其他各處理差異顯著（P＜0.05）。脅迫9 d時M處理較對照高63.62%；與第7 d相比，M、S、L處理可溶性蛋白含量降幅分別為37.10%、38.75%和44.34%，均低于CK降幅（51.61%）。綜合脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量分析可知，干旱脅迫條件下，＜3 mm粒徑菇渣處理的高羊茅葉片滲透調(diào)節(jié)能力最強，能更好地減輕干旱脅迫對高羊茅的不良影響。

表4 不同粒徑菇渣基質(zhì)對高羊茅葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

3 討論

植物的耐旱性主要是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加、膜脂成分的變化、自由基的清除作用等綜合因素作用的結(jié)果［13，14］。在干旱脅迫下，不同處理的植物失水速度有差異，進而引起植物細胞膜受傷害程度、體內(nèi)膜脂過氧化物含量及活性氧保護酶活性差異，這是不同粒徑基質(zhì)的高羊茅抗旱性機制差異的一個重要原因［15］。金忠民等［16］研究發(fā)現(xiàn)，在3種濃度PEG-6000脅迫下，6個品種高羊茅的SOD、POD活性都呈先升高后降低趨勢。本研究中，干旱脅迫導致高羊茅葉片相對電導率和MDA含量上升。這主要是因為水分脅迫使細胞膜受損，膜透性增加，大量離子外滲，從而使植物細胞浸取液的電導率升高，而超氧陰離子自由基的增加會引起細胞膜脂過氧化作用，使植株體內(nèi)產(chǎn)生大量MDA［17-19］。隨著干旱脅迫時間的延長，各處理高羊茅葉片的SOD、POD、CAT活性呈現(xiàn)出一致的反應(yīng)，在干旱脅迫初中期（1～7 d），高羊茅通過升高抗氧化酶活性來抵御超氧陰離子自由基等造成的氧脅迫傷害，脅迫7 d后，抗氧化酶活性都急劇下降，說明此時細胞內(nèi)活性氧的形成和清除系統(tǒng)之間的平衡被打破，這與前人研究結(jié)果一致。在整個脅迫過程中，＜5 mm粒徑的菇渣處理高羊茅葉片SOD活性最高，而＜3 mm粒徑的菇渣基質(zhì)則使高羊茅葉片中的POD和CAT活性保持較高水平。

植物受到干旱脅迫時通過提高細胞液濃度，例如主動積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（無機離子、有機酸、可溶性糖、可溶性蛋白以及脯氨酸等），造成滲透勢降低，以保持其體內(nèi)的水分，維持細胞膨壓，這是植物適應(yīng)干旱脅迫的重要生理機制之一［20，21］。本研究表明，各處理葉片內(nèi)游離脯氨酸和可溶性糖含量都隨著干旱脅迫時間的延長而增加，可溶性蛋白含量則先升高后降低。在應(yīng)對干旱脅迫時，不同粒徑菇渣處理的高羊茅積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量出現(xiàn)顯著差異，＜5 mm粒徑的菇渣處理主要依靠積累脯氨酸的方式進行滲透調(diào)節(jié)，＜3 mm粒徑的菇渣處理主要依靠積累可溶性蛋白，而小粒徑（＜2 mm）菇渣處理則主要通過積累可溶性糖的方式進行滲透調(diào)節(jié)。但綜合脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量考慮，干旱條件下＜3 mm粒徑菇渣基質(zhì)栽植的高羊茅葉片滲透調(diào)節(jié)能力最強。

4 結(jié)論

不同基質(zhì)粒徑對高羊茅避旱性和耐旱性的影響差異顯著，且并不是粒徑越小越有利于高羊茅抗旱，在干旱脅迫末期，＜3 mm粒徑處理的葉片相對含水量、POD活性、CAT活性、可溶性蛋白含量最高，分別較對照提高16.76%、25.51%、28.33%、63.62%，而相對電導率和MDA含量最低，分別比對照降低20.03%和36.25%。說明＜3 mm粒徑與其他粒徑等級相比在持續(xù)干旱脅迫下提高高羊茅抗旱能力效果最佳。