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保水剂对草坪草抗旱性的影响

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摘要:以草坪草黑麦草(Lolium perenne L.)为试材,采用室内培养的方法,研究在干旱环境条件下保水剂(Super absorbent polymer,SAP)对草坪草生理生化指标的影响。结果表明,随着胁迫强度和时间的增加,无论添加保水剂与否,草坪草叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性持续降低,过氧化物酶(POD)活性呈先升高后降低的趋势,丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量和相对电导率持续上升,而根系活力持续降低;与未添加保水剂的相比,添加保水剂后,SOD、CAT、POD活性和Pro含量及根系活力均明显升高,MDA含量和叶片相对电导率均明显降低。
  关键词:草坪草(Lolium perenne L.);抗旱性;保水剂

我国水资源短缺,人均水资源占有量不足世界的1/4,且南北分布不均。据水利部2011年中国水资源公报,北方冬麦区、长江中下游和西南地区接连出现三次大范围严重干旱,说明我国干旱情况比较严重。干旱胁迫是限制草坪草生长的重要环境因子。随着草坪面积的不断增加,草坪耗水量也日益增加,加剧了缺水矛盾。因此,研究植物的抗旱机理,提高植物抗旱性就显得尤为重要。
  保水剂是一种高效吸水性树脂,施入土壤后能够快速吸收和保持相当于其自身重量百倍甚至千倍的水并形成凝胶,水不易析出,具有良好的吸水和保水性能,而且其稳定性和可逆性好,可多次重复利用[1]。由于保水剂特殊的化学成分、物理结构和吸水性能,被广泛应用于工业、农业、医学等领域,但在草坪草上的使用较少,且多数研究均是关于出苗和幼苗的生长[2,3]。已有关于草坪草与温度[4]、干旱胁迫[5]、不同基质和不同盐分浓度间的相互关系[6]的报道,发现草坪草有一定的抗胁迫能力,而且这种能力可以因胁迫强度和草坪草品种的变化而变化。本研究鉴于草坪草抗性差、耗水严重的现状,通过试验探究保水剂对草坪草抗旱性的影响,以期为提高草坪草抗性、减少耗水量提供理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  供试种子为多年生黑麦草(Lolium perenne L.),品种为爱神特2号,由北京布莱特草业有限公司提供。保水剂为沃特(丙烯酰胺与凹凸棒土有机无机复合),由胜利油田长安控股集团有限公司提供。土壤取自苏州大学独墅湖校园,其基础肥力为有机质14.42 g/kg,速效磷136.5 mg/kg,速效钾374.8 mg/kg,pH 7.59。试验所用试剂均为分析纯。
  1.2 试验设计与方法
  挑选健康饱满的种子,用蒸馏水洗净,用滤纸吸干,干净纱布包好,放入70%乙醇中泡30 s,用1%的高锰酸钾消毒,然后用蒸馏水反复冲冼干净,在无菌水中浸泡24 h。在已消毒的培养皿中放置无菌滤纸3张,将处理后的种子均匀地铺在滤纸上,催芽48 h。先将土以及保水剂混匀装入营养钵中,对照中不加保水剂,将饱满萌动的种子撒播于土表,覆盖0.5 cm风干土,在光照培养箱中培养,培养温度为20 ℃,光周期12 h/d。播种后,每天称重补水,待草坪草成坪后(约60 d)进行干旱胁迫处理。开始时土壤含水量设定为最大田间持水量,然后停止补水令土壤含水量自然下降到最大田间持水量的60%、50%、40%、30%,每天称重补水。各项指标每5天测定1次,共测定4次,每个处理3次重复。对照的土壤含水量维持在最大田间持水量(21%)。   1.3 样品测定
  细胞膜透性采用电导率法测定[7];脯氨酸(Pro)含量采用磺基水杨酸法测定;根系活力采用TTC法测定,超氧化物歧化酶(SOD)采用NBT法测定,过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法测定,过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定[8-10]。
  1.4 数据分析
  数据处理和绘图采用Microsoft Excel 2003、SPSS 17.0软件。
  2 结果与分析
  2.1 保水剂对草坪草叶片细胞膜透性的影响
  叶片细胞膜受伤害的程度可通过电导率值反映,其值的大小与抗旱性有关[11]。由图1可知,无论添加保水剂与否,在干旱胁迫下草坪草的相对电导率均随胁迫时间的延长而逐渐增大。在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12 天添加保水剂处理的相对电导率比对照下降了8.75、8.01、5.34和4.94个百分点,其中除第12 天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理相对电导率比对照下降了2.22、6.94、3.66和6.79个百分点,第3和第12 天处理差异显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照下降了3.80、2.32、3.25和1.22个百分点,第3和第9天处理差异显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照下降了3.17、2.20、1.53和3.08个百分点,第3和第6 天处理差异显著。
  2.2 保水剂对草坪草脯氨酸含量的影响
  由图2可知,随胁迫时间的延长草坪草Pro含量逐步升高。在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12天添加保水剂处理的Pro含量比对照分别上升了6.10%、13.06%、21.91%和15.83%,第9和12 天处理差异显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理的Pro含量比对照分别上升了14.70%、19.14%、37.62%和34.17%,其中除第6 天处理差异不显著外,其余处理的差异均显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理的Pro含量比对照分别上升了4.58%、25.73%、14.34%和32.72%,除第3 天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理的Pro含量比对照上升了67.88%、65.70%、56.49%和46.56%,各处理差异均显著。
  2.3 保水剂对草坪草根系活力的影响
  由图3可知,添加保水剂处理与不添加对照在干旱胁迫下草坪草的根系活力均呈下降趋势。随胁迫时间的延长,在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12 天,添加保水剂处理的草坪草根系活力比对照分别上升了12.47%、15.48%、23.05%和58.86%,第9和12天处理差异显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理的草坪草根系活力比对照分别上升了37.54%、32.82%、48.37%和45.16%,各处理差异均显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了22.94%、21.69%、15.74%和39.67%,各处理差异均显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了18.44%、7.67%、10.31%和37.61%,第12 天处理差异显著。
  2.4 保水剂对草坪草SOD活性的影响
  由图4知,在干旱胁迫下草坪草的SOD活性随胁迫时间的延长而逐步下降。随胁迫时间的延长,在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12天,添加保水剂处理的SOD活性比对照分别上升了14.96%、22.11%、12.47%和20.80%,第6和9天处理差异显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了11.58%、7.67%、11.67%和11.81%,除第3 天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了11.27%、12.19%、14.00%和20.17%,各处理差异均显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了11.07%、13.02%、7.46%和3.96%,除第12天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。
  2.5 保水剂对草坪草CAT活性的影响
  干旱胁迫下草坪草CAT活性随胁迫时间的延长而逐步下降(图5)。在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12天,添加保水剂的CAT活性比对照分别上升了33.73%、16.36%、5.99%和8.32%,各处理差异均显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了22.26%、7.52%、7.71%和14.24%,各处理差异均显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了12.64%、9.32%、13.24%和10.18%,除第12 天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了33.48%、21.96%、9.85%和8.84%,各处理差异均显著。
  2.6 保水剂对草坪草POD活性的影响
  由图6可知,随着干旱胁迫时间的延长,草坪草的POD活性呈先升高后降低的趋势。随胁迫时间的延长,在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12天,添加保水剂处理的POD活性比对照分别上升了17.66%、21.21%、11.04%和19.30%,除第9天处理差异不显著外,其余处理差异均显著。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了11.23%、12.52%、15.44%和21.59%,第6和12天处理差异显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了8.82%、11.73%、7.92%和11.01%,第6天处理差异显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别上升了8.33%、18.85%、16.89%和17.22%,第6和12 天处理差异显著。   2.7 保水剂对草坪草MDA含量的影响
  由图7可知,无论是否添加保水剂,草坪草的MDA含量随干旱胁迫时间的延长逐渐升高。在30%最大田间持水量胁迫下,第3、6、9、12天,添加保水剂处理比对照分别下降了6.53%、3.62%、6.52%和6.01%。在40%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别下降了5.91%、12.19%、14.99%和13.06%,除第3 天处理差异不显著,其余处理差异均显著。在50%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别下降了6.19%、3.49%、8.81%和10.01%,第9和第12天处理差异显著。在60%最大田间持水量胁迫下,添加保水剂处理比对照分别下降了5.93%、10.87%、14.86%和24.80%,除第3 天处理差异不显著,其余处理差异均显著。
  3 讨论
  质膜是活细胞与环境之间的界面与屏障,各种不良环境因素对细胞的影响先作用于质膜,表现为透性增大。胁迫导致的质膜损伤与电解质溶质的流出有关,在水分胁迫期间从细胞中外渗的电解质可以用作抗脱水性的测定[12]。本试验中发现,随着胁迫强度和时间的增加,叶片细胞膜透性增大,在相同胁迫程度和时间下,添加保水剂处理的叶片细胞膜透性增幅小于不添加保水剂。
  在干旱胁迫下,植物细胞会主动形成渗透调节物质,提高溶质浓度,降低水势,以利于从外界获得水分,从而适应不良环境。本试验中,在干旱胁迫下草坪草Pro含量迅速增加,且随胁迫强度和时间的增加Pro含量逐步增加。在相同的胁迫程度和时间下,添加保水剂处理的草坪草Pro含量增幅大于不添加保水剂处理。
  干旱胁迫下,在养分和水分吸收方面根系活力的维持对草坪草的耐旱性很重要,其强弱对避旱性也有显著影响,是植物抗旱性的重要生理指标[13]。本试验中,随着胁迫强度和时间的增加,草坪草根系活力下降。添加保水剂后,根系活力明显增加。
  在干旱胁迫下,植物体内会产生大量的活性氧自由基,造成氧化损伤,从而对植物产生严重的危害。这些活性氧自由基是通过植物体自身代谢产生的一类自由基,它们会损伤蛋白质、质膜、叶绿素及其他细胞组分。当这些活性氧对细胞产生伤害时,细胞内还存在活性氧清除剂,如SOD、CAT和POD[14,15],来清除活性氧自由基,以减弱对细胞的损伤。本试验中,随着胁迫强度和时间的增加,草坪草的SOD、CAT活性逐步降低,POD呈先升高后降低的趋势。但添加保水剂后,酶活性较未添加处理明显增大。
  MDA是膜脂过氧化的产物,其含量的多少可代表质膜受损伤程度的大小,其含量增幅的大小能够体现植物耐旱能力的强弱,其增幅与耐旱性呈反比。本试验表明,添加保水剂后,草坪草体内的MDA含量明显降低,MDA含量越低其抗旱性越强,这与刘国花[16]的研究一致。说明添加保水剂后,叶片细胞膜透性情况得到改善,但是因为胁迫时间不同,保水剂对其的影响效果有一定差异,说明保水剂能提高草坪草的抗旱能力。
  4 结论
  随着干旱胁迫强度和时间的增加,无论添加保水剂与否,草坪草叶片的SOD、CAT活性持续降低,POD活性呈先升高后降低的趋势,MDA、Pro含量和相对电导率持续上升,而根系活力持续降低。但在相同胁迫强度和时间下,与未加保水剂的相比,添加保水剂后草坪草的SOD、CAT、POD活性与Pro含量及根系活力均明显升高,MDA含量和叶片相对电导率均显著降低。说明保水剂对草坪植物的抗旱性有明显作用。
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文章分类: 行业动态
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