盐胁迫下四种草坪草抗性的研究

盐胁迫下四种草坪草抗性的研究

学 生：韩晓文

指导老师：陈仕贵

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

摘 要：在0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 的NaCl浓度下，选择四种生长状况良好的草坪草，进行砂培抗盐性试验，结果表明：4个草坪草品种在0.5% 浓度下，基本不受盐害，大部分能抗1.0%以下的NaCl浓度的胁迫，在2.0%的NaCl浓度下则大部分受到盐害。不同草种间差异明显,高浓度(2.0% )下所有草坪草均不能存活, 而低浓度(0.5% )下高羊茅存活时间最长。四种草坪草的抗盐性顺序依次是：高羊茅>普通狗牙根>草地早熟禾>多年生黑麦草。

关键词：草坪草；盐胁迫；耐盐性；

Study On The Salt-tolerance For Four Kinds Of Turf Grass Species

Student: Han Xiaowen

Tutor: Chen Shigui

(College of Agriculture, Hunan Agricultural University, Changsha, 410128)

Abstract: Under the good condition of growing,different turf grass cultivars were selected,and panted in pots of sand,their salt-tolence was tested with nutrient solutions containing 0.5%、1.0%、1.5%、2.0%NaCl concentraition.The results showed that the cultivars could tolerate solution of 0.5%NaCl concentration and could resistence salt with 1.0%，most of them suffered NaCl injury with 2.0% salt concentration。The difference between different species were significant, all turfgrass could not live in 2.0% salt solution, and the tall fescue lived the longest time in salt solution no more than 0.5%. The salt- tolerance of four kinds of turfgrass is:the fist is Tall Fescue, the second is Bermudagrass, the next is Kentucky Bluegrass, the fourth is Perennial Ryegraas.

Key words : turfgrass; saltstress; salt resistance

1 前言

选择耐盐性能高的草坪草品种是草坪建植技术的关键, 耐盐性也是草坪草的重要生态适应性指标之一。实验室条件下的盐胁迫处理可以鉴定草坪草苗期的耐盐能力, 为草坪草引种和草坪建植提供科学依据。盐胁迫是抑制植物生长的主要环境因素之一,目前全球20%的耕地受到盐害威胁, 长期以来, 关于如何提高植物的抗盐性, 增加在盐胁迫下农作物的产量一直是人们关注的焦点。植物对盐胁迫的反应机制和抗盐机理的探明, 是指导通过生物工程方法或其它措施改造植物提高其抗盐能力的前提[1、2]。近年来, 我国草坪业发展迅速, 新的优良草坪草种(品种)不断涌现, 同时也大量从国外引进优良的草坪草品种。草坪业的发展为草坪科学的研究不断提出了新课题, 研究草坪草对盐胁迫的反应及适应性,提高草坪草的耐盐能力和草坪质量越来越引起草坪界的兴趣, 对于今后草坪的选种、建植和管理具有重要意义。

(1)盐胁迫的发生机理。盐胁迫涉及的致胁变因素很多, 目前普遍认为盐胁迫发生机理有两个方面, 一是渗透胁迫。盐胁迫下, 植物细胞内渗透势大于细胞外渗透势, 细胞失水致使植物缺水形成生理干旱; 二是离子毒害作用。不同离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl- 等) 过量渗入细胞后, 使原生质凝集, 叶绿素被破坏, 蛋白质合成受到抑制, 蛋白质水解作用加强, 造成氨基酸积累。这些氨基酸又会转化为丁二胺、戊二胺等, 达到一定浓度时, 细胞就会中毒死亡[3]。另一方面, 这些离子的存在使得一些低浓度的矿质营养元素供应不足, 降低光合作用和呼吸作用的强度, 植物因此生长受抑。

（2）盐胁迫对生长状况的影响。盐分对植物个体形态发育具有显著的影响, 主要表现为盐胁迫抑制了植物组织和器官的生长, 加速了发育进程, 使营养生长期和开花期缩短, 减少了禾本科植物的分蘖数和籽粒数等。长时间处于盐胁迫下, 植物叶片的面积缩小[4] ,这可能是由于盐分影响了细胞分裂和细胞延伸的速率或是减少了细胞延伸的时间。细胞分裂受盐胁迫抑制在悬浮培养细胞中表现得最为明显[5] ,盐胁迫下草坪草的盖度、根生长、萎蔫及死亡时间[6]等都会受影响。据报道, 随盐浓度提高，草坪草成苗指数降低,幼苗活力减弱, 两者与耐盐性成正相关[7、8]。牛菊兰报道随盐浓度上升,草地早熟禾各品种初生根长度下降, 早熟禾各品种种子的发芽率及初生根长度随盐浓度的升高而降低,耐盐性强的品种在单位盐浓度上草坪盖度大, 其地上、地下生物量也大, 但也不排除草坪草品种特性的差异[9]。张淑艳[10]认为, 各品种的草地早熟禾种子在低浓度的盐胁迫下,相对发芽率有所上升, 但随着Na2CO3 处理浓度增高, 相对发芽率迅速下降。然而, 也有研究发现短时间内, 高浓度下盐分锻炼对胚芽和胚根的生长却有促进作用,因此,进行一定浓度的盐锻炼能够促进种子萌发。

（3）草坪草耐盐性的鉴定方法及指标的确定。在确定草坪草耐盐能力大小时, 所选用的指标不一。常见的有发芽率、幼苗成活率、叶片长度、生长速率、生物量、草坪质量(颜色、密度、叶片枯黄情况)、酶活性、膜透性、以及体内脯氨酸和甜菜碱等有机物质积累情况。有关草坪草耐盐性的研究多数是在实验室内观测种子或植株对单一或某些盐的反应。这种方法都有一定的缺陷, 一是离子组成与大田实验情况相差较大; 另外, 耐盐性评价不仅要以生物学特征为标准, 还应以草坪质量为标准。因此正确评价草坪草耐盐性应该室内与室外相结合。石德成等使用4种钠盐, 人工模拟多种盐度及PH的复杂盐生态条件, 用以区分盐及PH对羊草生长的影响[11]。徐恒刚等人采用电导法配制不同浓度盐结皮浸提液测定发芽率以及用实验区重盐碱土加中性砂壤土配制不同含盐量土壤来测定发芽期耐盐性[12]。这两种方法比较符合大田离子组成, 但是它仍然不能体现离子组成以及盐度的动态变化。Smith 等人[13]采用水培法用全盐溶液测定整株草坪草对盐的反应, 结果表明该方法可以非干扰地测定单个种对环境胁迫的反应, 但不能反应胁迫下种间的竞争。因此, 目前还没有更好的方法较正确地测定草坪草的耐盐性。大田实验仍然是最能客观反映草坪草适应性(包括耐盐力)的方法。

（4）提高草坪草耐盐性的措施。①选育耐盐品种。我国的草坪草种质资源丰富，与国外相比，遗传资料丰富，抗逆性、抗病力等明显优于引进品种，我国栽培牧草的区域广阔，生态条件复杂，立足本地选育独特草坪草，特别是从野生种中选育耐盐碱能力强的野生草坪草品种，在充分收集用于育种目标原始材料的基础上，以杂交育种作为主要育种手段，因为从育种的显著成果来看，无论是在，粮食作物育种还是在草坪草育种中，突破性品种的育成几乎无一不取决于对优良种质资源的反复杂交[14]，不同植物或同一植物的不同品种之间耐盐性是有差异的，利用生物技术将耐盐基因转入目标基因中，使其能够表达，从而提高其抗盐性。植物组织技术和细胞培养技术的发展，为选择耐盐植物提供了一条新的途径，利用突变体筛选的方法也取得了很大的进展。我国至今已对烟草、甘蔗、水稻等植物进行了耐盐突变体的研究，得到了一些具有较高水平的耐盐碱细胞系及由此产生的耐盐碱植株[15,16]。抗盐碱性均属数量形状，由多基因控制，培育转基因抗盐植物难度较大。目前人类逐渐确定了与耐盐碱和耐旱相关的基因，并进行了定位研究[17]，对草坪草在此方面所做的研究还为之甚少。但有报道将抗旱和抗盐碱的BADH 基因（编码甜菜碱醛脱氢酶）转化草地早熟禾的研究，在建立了草地早熟禾愈伤组织和高效再生系统后，将 Ubil 控制的 BADH基因与 Actl控制的基因用基因枪法转化草地早熟禾愈伤组织，以潮霉素筛选后，得到的转基因植物，提高了抗盐性[18]。今后应大力开展转基因抗盐草坪草的研究，从而筛选培育出耐盐的草坪草。②施肥。施肥不仅能为草坪草的生长提供所需的营养物质还能在一定程度上减轻或缓解盐胁迫对其造成的伤害。在野牛草盐胁迫试验中加入 10mmol/LCa ，结果促进了野牛草的生长，茎叶中 N a+的积累也减少，还有研究表明， 毛稃紫羊茅在 PH=8.2～8.5的盐化土壤上，在新建植草坪地施羊粪，可使草坪成坪提前 15d[19]。③加入外源物质。外源物质如水杨酸、ABA等可在一定程度上缓解植物受到的盐害，用海藻提取剂和三唑类化合物处理盐胁迫下草地早熟禾，结果提高了草地早熟禾的抗盐力，促进了植株地上部分和根的生长。④ 播前种子处理。在种子播前用盐溶液处理，可显著提高在盐渍土壤的出苗率及生长量，这在棉花、小麦等经济作物和粮食作物上已做出了研究，并取得了显著成果。但在草坪草盐浸种方面的研究几乎还无人涉及，只有沈禹颖报道了耐盐牧草的胚根和胚芽经高浓度盐分刺激后生长较好，说明用高盐度的盐水浸种可促进发芽，从而提高种子的耐盐性[20]。⑤供试四种草坪草的特点。高羊茅：高羊茅为多年生丛生型草本。茎圆形，直立，粗壮，簇生。叶鞘圆形，光滑或有时粗糙，开裂，边缘透明，基部红色；叶舌膜质，0.2～0.8mm长，截平；叶环显著，宽大，分开，常在边缘有短毛，黄绿色；叶耳小而狭窄；叶片扁平，坚硬，5～10mm宽，上面接近顶端处粗糙，叶脉不鲜明，但光滑，有小突起，中脉明显，顶端渐尖，边缘粗糙透明。花序为圆锥花序，直立或下垂，披针形到卵圆形，有时收缩；花序轴和分枝粗糙，每一小穗上有4或5朵小花。高羊茅适宜于寒冷潮湿和温暖潮湿过渡带生长。高羊茅对高温有一定的抵抗能力，高温下叶片的生长会受到限制，但仍保持颜色和外观的一致性。高羊茅是最耐旱和耐践踏的冷季型草坪草之一，耐荫性中等。适应的土壤范围很广，在肥沃、潮湿、富含有机质的细壤中生长最好，对肥料反应明显。PH值的适应范围是4.7～8.5，最适宜PH值为5.5～7.5。高羊茅耐土壤潮湿，并可忍受较长时间的水淹。高羊茅的抗盐性较强，但比海滨雀稗要差一些。草地草熟禾：草地早熟禾又名六月禾，肯塔基蓝草、长叶草。冷地型，禾本科，早熟禾属。多年生草本植物，原产欧洲、亚洲北部及非洲北部,现遍及全球温带区。草地早熟禾喜光耐阴，喜温暖湿润，又具有很强的耐寒能力，在我国北部-27℃的寒冷地区均能安全越冬。早熟禾耐旱性和耐热性稍差，在缺水和炎热的夏季生长缓慢或停滞，适合排水良好、质地疏松而富有机质的土壤，在含石灰质的土壤上生长更旺盛。根状茎繁殖迅速，再生力强，较耐践踏，北京地区3月中下旬返青，11月下旬枯黄，在上海等沿海城市冬季不枯黄。草地早熟在国外草坪应用上排在首要地位，广泛应用于各类绿地中与其它冷地型草坪混合栽培，生长年限较长，草质细软，颜色光亮鲜绿，绿色期长。草地早熟禾的抗盐性相对高羊茅和海滨雀稗来说要逊色许多，但也可以在一定的盐浓度下较好的生长。多年生黑麦草：多年生黑麦草是禾本科黑麦草属的多年生草坪植物。它具有细弱的根状茎，须根稠密。秆丛生，质地柔软，叶亦柔软，有微毛。穗状花序，颖果种子矩圆形，棕褐色至深棕色，顶端有毛茸。多年生黑麦草喜温暖湿润气候，适宜在年降水量为1000～1500mm，冬无严寒、夏无酷暑，肥沃、湿润、排水良好的土壤上生长，适宜的PH值为6～7。生长最适温为20℃。多年生黑麦草耐践踏性、剪割后再生性均较强，但不耐低剪，一般绿地留茬高度以4～6cm为宜。它的耐阴能力稍差，喜在阳光处生长。由于多年生黑麦草结籽正常，通常均采用播种繁殖。播前需要精细整地，提早 l天深灌土地，次日在表土半湿条件下进行播种。如条件许可，耕翻土地时宜施入适量基肥，对草苗生长有利。黑麦草种子发芽迅速，一般播后5～7d即可出苗，出苗后幼苗期应注意供给水分及拔除杂草。由于它的分蘖力极强，必须定期修剪，以控制其生长高度，并促进其基部增加分蘖密度，使其迅速覆盖成形。为了使黑麦草形成草坪，经常保持绿色，喷施氮肥十分重要，长江流域一般于梅雨季节施用，用量为3kg/100m2。黑麦草播种量为15～30g/m2，秋播和春播均可，但以秋播最为适宜，因秋播杂草较少，幼苗期养护管理省工。多年生黑麦草也可采用营养繁殖。通常在扩大繁殖优良品种或种子供应不足情况下采用。一般挖起lm2草块，约可扩大移栽5～10m2，而且栽植后成活迅速，成苗率很高。多年生黑麦草的抗盐性较差，不适合于在盐碱地生长。普通狗牙根：普通狗牙根是是分布最广的暖季型草坪草之一，又名百慕达草、绊根草、地板根。其为多年生草本，具根茎和匍匐茎。秆细而坚韧，下部匍匐地面蔓延甚长，节上长生不定根，直立部分高10～30cm, 直径1～1.5mm，秆壁厚，光滑无毛，有时略两侧压扁。叶片线条形，长1～12cm,宽1～3mm，先端渐尖，通常两面无毛。叶鞘微具脊，无毛或有疏柔毛，鞘口常具柔毛；叶舌为纤毛状。穗状花序，小穗灰绿色或带紫色。普通狗牙根是生长最快、建坪最快的暖地型草坪草；再生能力强，耐践踏，耐低修剪。由于生长快，易形成芜枝层，依次需要较频繁的垂直修剪，该措施也可提高狗压根的低温保护性。因种子不易采收，主要通过短枝、草皮来建坪。目前多采用分根繁殖，一般在春夏期进行，栽植后应保持土壤湿润，20d左右即能生出匍匐茎。由于根系较浅，夏季干旱时应注意经常浇水。冬季草根部应增施薄肥覆盖，夏季宜施氮肥、磷肥。普通狗牙根是适于世界各温暖潮湿和温暖半干旱地区长寿命的多年生草，极耐热和抗旱，但不抗寒也不耐荫。其随着秋季寒冷温度的到来而退色，并在整个冬季进入休眠状态。叶和茎内色素的损失使狗牙根呈浅褐色。当土壤温度低于10℃时，狗牙根便开始退色，并且直到春天高于这个温度时才逐渐恢复。引种到过渡气候带的较冷地区的狗牙根，易受寒冷的威胁，4～5年就会死于低温。狗牙根适应的土壤范围很广，但最适于生长在排水较好、肥沃、较细的土壤上。狗牙根要求土壤PH值为5.5～7.5。它较耐淹，水淹下生长变慢；耐盐性也较好。

2 材料与方法

2.1 供试材料

供试验的四种草坪草种子在湖南省长沙市红星花卉市场三木园林技术服务部购买,分别为：高羊茅, 草地草熟禾, 多年生黑麦草,普通狗牙根。见表1：

表1：供试验的四种草坪草

Table 1: Four kinds of turf grass for experiment

2.2 盆栽准备

供试塑料盆直径为6cm ,高8 cm , 先在盆底铺少许石砾, 然后放入蛭石, 共分4组(每种草坪草设一个组), 每组做4个处理（分别在盐浓度为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%处理每种草坪草），每个处理做3次重复, 共计48 盆。以A代表高羊茅,B代表草地早熟禾,C代表多年生黑麦草，D代表普通狗牙根，并分别在盆上贴上标签，见表2。各标签所代表的草坪草品种见表1。

表2 盆栽标号及处理设计

Table 2 Bonsais markings and processing design

2.3 盆栽管理

在湖南农业大学农学院实验室内完成, 采用自然光照, 夜间不辅人工光照。以蛭石为培养基质, 另加清洗干净的工业用沙及少许砾石。在蛭石的表面播种, 然后在表面覆盖4mm的沙子, 正常浇水, 待出苗达4cm 高时浇灌营养液(N∶P∶K为2∶1∶1的商业营养肥),播种密度: 3株/cm2。

2.4 盐胁迫处理

2.4.1 处理化学物质及方案

盐胁迫物质为化学纯NaCl, 以Na+ 的百分比浓度为标准,共设0.5%、1.0%、1.5%、2.0%4个盐分梯度, 并分别以a、b、c、d代表4种盐浓度对4种草坪草做4个处理，每一处理重复3次。见表二。

2.4.2 处理时间

待播种后第27d开始盐胁迫处理,每5d重复处理1次。

2.4.3 处理量

每次处理量为10ml，并附5 ml营养液一起施入。其余时间不浇营养液也不浇水[ 1～ 3 ]。

2.5 观测项目

2.5.1 观察时间及结果

从盐胁迫处理日起, 每天观察1次。观察结果为在4个盐浓度下4种草坪草达到半萎蔫、萎蔫、死亡的时间，并取时间的平均值。

2.5.2 观察标准

半萎蔫以一半叶片失色变暗, 叶片稍卷曲为准； 萎蔫以全部叶片深暗, 叶片稍卷曲为准； 死亡以全部叶片暗黄, 叶片全部卷曲,部分或全部干枯为准[21]。观察总天数为43d。

3 试验结果与分析

3.1 供试各草坪草的试验结果

在供试条件下, 可以发现四种草坪草达到3种不同萎蔫情况的时间如表3 所示。

表3 不同浓度盐胁迫下四种草坪草达到半萎蔫、萎蔫和死亡时间(d)

Table 3 Different densities salts, four kind of turfgrass to achieve half –withers,withers, and the death time (d)

备注：#表示草坪草在该浓度下不会出现萎蔫

3.2 分析

当向土壤材料中加入所配的盐溶液时, 土壤中可溶性盐分增多, 使得土壤溶液水势降低, 当降到一定程度时, 草坪草幼苗吸水困难, 水分外渗, 造成生理干旱, 使幼苗呈半萎蔫、萎蔫状态，严重时幼苗便会死亡。由于所加盐分的浓度不一样, 同时不同种草坪草对盐的抗性有差异, 所以达到这3 种状态的时间不一样, 或者有的根本达不到某种状态。由表2 可以看出, 在0.5% 的盐浓度下,高羊茅和普通狗牙根没有达到萎蔫和死亡状态, 而草地早熟禾、多年生黑麦草达到了萎蔫状态却没有达到死亡状态, 在1.0% 的盐浓度下, 高羊茅和普通狗牙根没有达到死亡状态, 而其余两种达到了死亡状态。

在1.5% 的盐浓度下4种草坪草都可以达到死亡状态。由图1可以明显的看出，高羊茅达到半萎蔫、萎蔫和死亡状态的时间分别为17、24、33d，都多于其他三个草坪草，说明高羊茅的抗盐性要高于其他三种草坪草。普通狗牙根、草地早熟禾和多年生黑麦草达到半萎蔫的时间分别为22、20、15d，而几乎在同一天达到了萎蔫状态，之后分别在36、35、33d是达到了死亡状态。从中可以得出，抗盐性的顺序依次是：普通狗牙根>草地早熟禾>多年生黑麦草。

图1：盐浓度为1.5%时四种草坪草萎蔫的时间（d）

Fig 1: The salinity is 1.5% ，the time of four kinds of turfgrass to achive withers (d)

在2.0%的盐浓度下4种草坪草也都可以达到死亡状态。由图2可以看出，高羊茅达到半萎蔫、萎蔫和死亡状态的时间分别为23、40、41d，都多于其他三个草坪草，说明高羊茅的抗盐性要高于其他三种草坪草。普通狗牙根、草地早熟禾和多年生黑麦草达到半萎蔫的时间分别为16、13、10d，达到萎蔫的时间分别为23、21、18d，之后分别在29、24、21d达到了死亡状态。从中可以得出，抗盐性的顺序依次是：普通狗牙根>草地早熟禾>多年生黑麦草。

图2：盐浓度为2.0%时四种草坪草萎蔫的时间（d）

Fig 1: The salinity is2.0%，the time of four kinds of turfgrass to achive withers(d)

另外，从图1和图2可以看出，在盐浓度为2.0%时，四种草坪草不论是达到半萎蔫、萎蔫，还是达到死亡状态的时间都少于盐浓度为1.5%时6d以上。说明在盐浓度2.0%时，四种草坪草的抗盐性能都明显下降。

4 结论

4.1 种间抗盐性排序

从以上的分析可知, 草坪草不同种间抗盐性的差异较大, 由于在2.0% 的盐浓度时各种草坪草都死亡, 所以选此浓度的处理具有鲜明的比较性。

表4 四种草坪草在盐浓度为2.0% 时达到半萎蔫、萎蔫、死亡时的天数(d)

Table 4 the salinity is 2.0%, the time of four kindes turfgrass to achieves half-withers, withers

and the death (d)

由表3可见, 高羊茅的抗性最强, 多年生黑麦草抗性最差, 各草坪草抗盐性排列顺序为: 高羊茅> 普通狗牙根> 草地早熟禾> 多年生黑麦草。如下表所示：

表5 草坪草种间抗盐性排列顺序

Table 5 The order of anti-salty of turf grasses

4.2 误差考虑

由于人为观察的主观性, 所浇水为自来水(其中也含有部分盐分) 可能会造成一些试验误差, 另外实验室内光照不是很均一(如靠窗的光照时间长) , 也对试验有一定影响。

5 结语

目前我国在草坪草抗盐性生理方面的研究处于初级阶段, 与国外草坪业和国内其他行业相比, 草坪草方面的研究无论是深度还是广度尚存在相当大的差距, 研究的方法和指标体系都有待于进一步完善和改进, 一些耐盐的生理生化机制还有待进一步研究。同时草坪草的抗逆途径是多种多样的, 是变化的。Prioul 等认为, 研究植物的适应性, 不仅应包括结构和功能的反应, 而且应包括在自然环境条件下对不断遇到的环境因子波动的调节速度[22]。因此草坪草的抗性生理研究, 不应仅立足于田间和控制环境下, 同时应结合其他相关研究从整体和不同水平进行研究。随着现代分子生物技术的飞速发展, 植物抗逆基因工程研究已取得了长足的发展, 已有较多研究将抗盐基因克隆后整合进目标植物中, 并通过组织培养育出转基因植物, 达到人为控制植物抗性的目的, 开辟了选育耐盐植物品种的新途径。这一技术的应用, 对于草坪草抗盐机制的研究和其相关基因工程的进展将具有重要意义。

参考文献:

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