黑麥草不同品種響應(yīng)植被砼干熱生境的表型特征

楊杰峰，鄧紅華，費(fèi)永俊

（1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430200；2.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025）

黑麥草（LoliumperenneLinn.）屬禾本科（Gramineae）黑麥草屬（Lolium），是冷季型草坪的代表種，喜溫濕氣候，土壤疏松［1］，原產(chǎn)于歐洲，中國引種作牧草和草坪，是長江中下游及其以南地區(qū)重要的禾本科草類，其須根發(fā)達(dá)，分蘗力強(qiáng)，出苗快，長勢(shì)旺，耐踐踏［2］。草地黑麥草在冬季嚴(yán)寒低溫、夏季酷暑時(shí)期進(jìn)入生長低谷，特別在夏季干熱的氣候下，如果干旱缺水，其生活力顯著下降，部分葉片可能發(fā)黃，嚴(yán)重時(shí)莖葉枯干或進(jìn)入夏季休眠狀態(tài)［3］。在廣大的過渡帶地區(qū)，包括武漢、荊州、寧波和杭州等城市，草地黑麥草觀賞性比較好，但夏季高溫干旱對(duì)草地黑麥草生長有抑制作用，存在明顯的黃綠期，比較適合作混播材料［4-6］。目前，對(duì)草地黑麥草的研究多側(cè)重于畜牧業(yè)和肥料業(yè)方面［7-10］，較少研究其作為草坪草的用途，對(duì)其越夏性能的研究處于空白狀態(tài)。就外觀形態(tài)方面而言，選擇的鑒定指標(biāo)有些單一［11，12］。在研究方法方面，多運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析［13］、方差分析［7］。此外，雖然關(guān)于品種的適應(yīng)性和品種的篩選研究較多［14，15］，但在人工加熱后對(duì)其進(jìn)行干旱處理，并對(duì)處理后的草坪草恢復(fù)力的研究鮮見報(bào)道［11］。本試驗(yàn)通過測(cè)定與耐干熱性相關(guān)的傷害率、枯死率、葉色、質(zhì)地、氣孔大小、頻度等形態(tài)數(shù)量指標(biāo)和草坪草性狀指標(biāo)，探討黑麥草3個(gè)品種在高溫干旱脅迫下的形態(tài)變化，并且對(duì)其恢復(fù)力進(jìn)行測(cè)定和比較，闡明這2個(gè)生態(tài)因子對(duì)草地黑麥草生長發(fā)育的影響，為草地黑麥草在植被砼上以及過渡帶地區(qū)的抗逆研究和推廣利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2005年4月12日在長江大學(xué)植物資源與環(huán)境國家與地方共建基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試材料為多年生黑麥草的3個(gè)品種（種子由上海春茵草坪技術(shù)有限公司提供）：速生（Barverdi）、美達(dá)麗（Medalist）、愛森特（Accent），播于植被砼（以泥土、鋸末、水泥等材料為基質(zhì)，按照一定的配比，用40 cm×40 cm×10 cm的木頭模具做成）上，每個(gè)品種設(shè)置5個(gè)重復(fù)。4月18日開始萌芽，5月初各個(gè)植被砼植株數(shù)趨于穩(wěn)定，生長良好。

1.2 試驗(yàn)方法

隨機(jī)取自不同品種的成熟黑麥草葉片，剪取中上部分，分成1～2 cm的組織塊。立即將所采葉片放入FAA中，抽真空，固定24 h，并保存其中。將已固定的葉片轉(zhuǎn)移至清水中清洗數(shù)次并浸泡除去固定液，再將材料放于小紙片上，用新刀片輕輕、均勻地刮去上表皮和一些葉肉，將留存的表皮轉(zhuǎn)移至1%混合酶液（果膠酶和纖維素酶各50%）中，保持在室溫25～30℃條件下處理（解離）0.5 h，待葉肉完全解離后，再將表皮移至培養(yǎng)皿中用去離子水進(jìn)行清洗，清除殘留的葉肉，換一次去離子水轉(zhuǎn)入表面皿鏡檢（適合的材料制片）。用4%鐵礬染5～10 min后用自來水漂洗10 min，去離子水沖洗，再用0.5%蘇木精染3～5 min，自來水洗約0.5 min，再用2%鐵礬適度分色（3～4 min），自來水漂洗10 min后取出展平在載玻片上，用甘油封片，光鏡觀察，采用Olympus顯微攝影［15］。

采用簡單隨機(jī)取樣法，切取15 cm×15 cm×8 cm的植被砼，每個(gè)品種取5塊，同時(shí)盆景園中設(shè)對(duì)照1塊，3個(gè)品種共計(jì)15塊，將所有移栽苗搬至實(shí)驗(yàn)室，利用電熱鼓風(fēng)干燥箱于50℃抽濕處理，時(shí)間以Glade在此條件下的半數(shù)致死量所需時(shí)間53 min為標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)期間，將對(duì)照進(jìn)行避雨干旱（不澆水）管理。待高溫處理結(jié)束后，對(duì)所有移栽苗進(jìn)行停水5 d處理，記錄其地上部分的形態(tài)數(shù)量指標(biāo)和草坪性狀指標(biāo)。于5月30日至6月10日恢復(fù)正常水肥管理，觀察各品種（包括對(duì)照）恢復(fù)生長情況，比較數(shù)量指標(biāo)和草坪性狀指標(biāo)，從而確定各品種的耐干熱性及恢復(fù)能力。

1.2.1 氣孔大小的測(cè)定 每份材料上分別選擇6個(gè)視野，每個(gè)視野選擇5個(gè)氣孔，進(jìn)行氣孔長度和寬度的測(cè)定。同時(shí)取典型視野照相（本試驗(yàn)中葉片離體失水后氣孔處于關(guān)閉狀態(tài)，故所測(cè)各數(shù)值均為氣孔關(guān)閉狀態(tài)下的數(shù)值，氣孔長度是啞鈴形保衛(wèi)細(xì)胞長度；氣孔寬度是垂直于啞鈴形保衛(wèi)細(xì)胞的最寬值）。1.2.2 氣孔密度的測(cè)定 對(duì)材料隨機(jī)觀測(cè)視野中的氣孔數(shù)，每段觀測(cè)30次，根據(jù)標(biāo)尺計(jì)算單位面積的氣孔數(shù)。

1.2.3 傷害程度的測(cè)定 在高溫干旱處理后、恢復(fù)時(shí)期測(cè)定處理和對(duì)照的傷害率和枯死率，以1小塊植被砼為1個(gè)測(cè)定對(duì)象，每個(gè)品種測(cè)5組數(shù)值，取平均數(shù)并作圖。

1.2.4 葉色的測(cè)定 分別在高溫干旱處理前、高溫干旱處理后2個(gè)時(shí)期用目測(cè)法估測(cè)葉色值。按5級(jí)制來分級(jí)：1為淡黃綠；2為黃綠；3為綠；4為深綠；5為墨綠［16］。每個(gè)植被砼隨機(jī)測(cè)30個(gè)數(shù)值，取平均數(shù)。

1.2.5 質(zhì)地的測(cè)定 質(zhì)地反映草坪草纖細(xì)與光滑的程度。一般認(rèn)為，葉寬越窄，則質(zhì)地越光滑。在移栽時(shí)、高溫干旱處理前、高溫干旱處理后3個(gè)階段進(jìn)行，用直尺測(cè)量二級(jí)葉片的葉寬。葉寬即測(cè)二級(jí)葉片在自然狀態(tài)下的最寬處。每個(gè)品種隨機(jī)測(cè)15個(gè)數(shù)值，取其平均值。按5級(jí)制來分級(jí)：1為葉片糙硬，寬度≥5 mm；2為葉片革質(zhì)，4 mm≤寬度＜5 mm；3為葉片光滑，3 mm≤寬度＜4 mm；4為葉片光滑，2 mm≤寬度＜3 mm；5為葉片柔滑，寬度＜2 mm［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫干旱脅迫對(duì)黑麥草的傷害及其恢復(fù)能力

傷害表現(xiàn)是鑒定草坪草抗逆性最為直觀簡便的方式，將高溫干旱處理下表現(xiàn)卷曲、黃化及全部萎蔫葉片占全部植株葉片的百分?jǐn)?shù)作為草坪草的傷害率；高溫干旱處理下表現(xiàn)死亡的葉片占全部植株葉片的百分?jǐn)?shù)作為草坪草的枯死率。由圖1A可知，草地黑麥草各品種經(jīng)高溫干旱處理后都受到不同程度的傷害。從傷害率來看，Barverdi受傷害程度最嚴(yán)重，為77.10%，其次為Medalist，傷害率為67.35%，Accent傷害率最低，為45.72%；在枯死率方面，Accent枯死率最高，為19.49%，其次為Barverdi，枯死率為16.92%，枯死率最低為Medalist，為15.95%。綜合各品種的傷害程度可知，Barverdi總體傷害程度（傷害率和枯死率之和）最高，達(dá)94.02%，Medalist次之，為83.30%，Accent最低，為65.21%。經(jīng)過高溫干旱處理后，供試品種間傷害程度變化趨勢(shì)不同（圖1B）。其中，Barverdi和Medalist在恢復(fù)正常的水肥管理后，枯死率均上升。說明兩者的恢復(fù)力較差，對(duì)高溫干旱非常敏感。而Accent對(duì)高溫干旱不敏感，傷害率隨恢復(fù)期的延長而下降，下降幅度為10.80個(gè)百分點(diǎn)。在恢復(fù)期，3個(gè)供試品種的枯死率均有所上升，而在傷害率方面，除Medalist外，另2個(gè)品種傷害率均有下降。各植株傷害表現(xiàn)僅限于枯黃和失綠2種情況，但植株死亡現(xiàn)象較普遍。結(jié)果表明，Accent恢復(fù)力好于其他品種，Barverdi和Medalist恢復(fù)力較差，特別是Barverdi的枯死率和Medalist傷害率在恢復(fù)正常水肥管理后仍有上升。

圖1 黑麥草各品種在高溫干旱脅迫下（A）及其在恢復(fù)期（B）的傷害程度

2.2 高溫干旱脅迫對(duì)不同品種黑麥草葉色及質(zhì)地的影響

葉色（綠度）是以顏色為基礎(chǔ)的草坪質(zhì)量評(píng)價(jià)單位，它是草坪修剪后地上枝條剩余量的量度［6］。草坪草葉色通常由于草坪草種（品種）不同，顏色有淺綠到濃綠發(fā)生變化。由表1可知，在高溫干旱處理前，Barverdi在品種內(nèi)色澤最深，為近深綠色，葉色得分最高。Accent和Medalist葉色相差不大，均為綠色。而在高溫干旱處理后，各品種葉色的得分均有不同程度下降，Accent得分最低，色澤黯淡無光，為淡黃綠色；Medalist得分居中，色澤為黃綠色；Barverdi得分最高，達(dá)到近綠色等級(jí)。

質(zhì)地是對(duì)葉寬和觸感的量度，人們往往傾向于細(xì)葉草坪草，在生產(chǎn)中，以葉寬1.5～3.3 mm為優(yōu)［16］。根據(jù)表1可知，在高溫干旱處理前各品種質(zhì)地都很好，葉形和手感都不錯(cuò)。但在高溫干旱處理后，葉片表現(xiàn)卷曲萎焉，葉片糙硬呈革質(zhì)狀。Accent葉片卷曲枯萎最為嚴(yán)重，質(zhì)地最差，受高溫干旱脅迫傷害最大；Medalist次之；Barverdi表現(xiàn)最佳，盡管葉片也有部分卷曲枯黃，但整體葉形和手感都不錯(cuò)，質(zhì)地較好。

表1 黑麥草各品種的葉色、質(zhì)地觀測(cè)得分

2.3 不同品種黑麥草表皮氣孔比較

由圖2可知，供試的不同品種黑麥草的氣孔長寬比，Barverdi與Medalist無顯著差異（P＜0.05），Barverdi與Accent有顯著差異（P＜0.05），Medalist與Accent有顯著差異（P＜0.05）；長寬比的平均值分別是2.003、2.153、1.531，Accent的氣孔的長寬比最小。3種黑麥草的氣孔密度分別為Accent［（213.25±2.79）個(gè)/mm2］＞Medalist［（181.08±1.96）個(gè)/mm2］＞Barverdi［（177.58±1.35）個(gè)/mm2］，最 大 差 異 值 為35.67個(gè)/mm2；可知Accent抗旱性最強(qiáng)，氣孔密度越大，越有利于蒸騰，有利于植物吸水，其在高溫干旱下的抗性越強(qiáng)；而在氣孔較大時(shí)雖也利于蒸騰，但從試驗(yàn)情況來看，在高溫干旱情況下，植物氣孔密度對(duì)抗性的影響比對(duì)氣孔大小的程度更大。

圖2 不同品種黑麥草下表皮氣孔長寬比（A）、氣孔密度（B）的比較

從3種黑麥草電鏡掃描結(jié)果（圖3）發(fā)現(xiàn)，Medalist葉表皮氣孔最為狹長（長寬比大），而Accent葉表皮氣孔較為粗短；在氣孔密度方面，Barverdi、Medalist的氣孔分布較為均勻，相對(duì)較小，而Accent的氣孔分布不均勻，密度相對(duì)較大。

圖3 不同品種黑麥草葉表皮氣孔電鏡掃描結(jié)果

3 討論

比較3種黑麥草氣孔長寬比，Accent與Barverdi有顯著差異，Accent與Medalist有顯著差異，Medalist與Barverdi無顯著差異。Accent氣孔的長寬比最小，為1.531，Barverdi的次之，為2.003，Medalist的最大，為2.153；比較3種黑麥草下表皮的氣孔密度，Accent與Barverdi有顯著差異，Accent與Medalist有顯著差異，Medalist與Barverdi無顯著差異，Accent的密度最大，為（213.25±2.79）個(gè)/mm2，Medalist的次之，為（181.08±1.96）個(gè)/mm2，Barverdi的 最 小，為（177.58±1.35）個(gè)/mm2。不同品種抗高溫、抗旱性與氣孔大小和密度具有相應(yīng)的關(guān)系，氣孔頻度和大小越大，其抗性越強(qiáng)，但氣孔密度對(duì)抗性的影響比對(duì)氣孔大小的影響程度更大。綜合傷害比率、葉色和質(zhì)地3項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)以及恢復(fù)能力的測(cè)試，可知Accent耐干熱性最強(qiáng)，可以考慮作為砼護(hù)坡生態(tài)工程以及過渡帶地區(qū)的適用草種。

氣孔是植物葉片和外界環(huán)境進(jìn)行氣體交換的重要通道。水蒸氣、二氧化碳、氧氣都要經(jīng)過氣孔，氣孔的開閉會(huì)影響植物的蒸騰、光合、呼吸等生理過程［17，18］。氣孔的形態(tài)、大小、分布和數(shù)量影響植物的光合和蒸騰等生理活動(dòng)，氣孔頻度和氣孔大小直接影響內(nèi)部阻力，氣孔頻度大且氣孔大時(shí)，內(nèi)部阻力小，蒸騰較強(qiáng)，反之則阻力大，蒸騰較弱［19，20］。在作物、蔬菜花卉上，人們對(duì)氣孔形狀、發(fā)育及生理活動(dòng)等方面都做了比較深入的研究［［21-23］。王光耀等［24］研究了菜豆4個(gè)不同抗熱性品種的氣孔特性發(fā)現(xiàn)，不論是在常溫還是高溫下，抗熱性品種都能維持較長時(shí)間的低氣孔阻抗。同時(shí)抗熱品種氣孔的密度更大，本試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，耐干熱性好的Accent氣孔密度大于其他2個(gè)品種。

在3個(gè)供試草坪草品種中，綜合數(shù)量指標(biāo)和草坪性狀指標(biāo)可知，Accent在傷害程度中表現(xiàn)最佳，僅就各草種受高溫干旱脅迫傷害指標(biāo)而言，除Accent外，其他草種受傷害程度都在80%以上，如果單播這2個(gè)草地黑麥草品種建植草坪，由于越夏性能差，經(jīng)過2～3年后草坪就會(huì)退化，必須重新補(bǔ)播改良或重新建植。鑒于此，一方面，筆者建議可選用適用性好的草地黑麥草品種，如Accent與其他草坪草混播，起保護(hù)草種或冬季綠化的作用；另一方面考慮在盛夏高溫季節(jié)加強(qiáng)水肥、修剪等田間管理，以增強(qiáng)草坪植物抗逆性［25］。將不同處理在高溫干旱脅迫時(shí)期、恢復(fù)時(shí)期傷害率和枯死率進(jìn)行對(duì)比，可知Accent的耐干熱性好于其他品種，Medalist和Barverdi耐干熱性較差。本研究在黑麥草指標(biāo)評(píng)價(jià)上主要采用目測(cè)評(píng)估法，具有一定主觀性，為減少評(píng)估主觀影響，在質(zhì)量評(píng)定過程中可采用幾個(gè)評(píng)價(jià)者相對(duì)獨(dú)立評(píng)價(jià)，綜合評(píng)判［26］。只有把定量測(cè)定與定性觀察（引種試驗(yàn)）結(jié)合起來，對(duì)草種抗逆性的評(píng)價(jià)才是較全面和可靠的［27］。因此，采用植物體內(nèi)葉綠素含量測(cè)定綠度指標(biāo)、植株內(nèi)電導(dǎo)率測(cè)定抗熱性［28］，將測(cè)定指標(biāo)進(jìn)一步量化處理，會(huì)提高草坪草質(zhì)量評(píng)價(jià)精確度。

4 小結(jié)

試驗(yàn)表明，經(jīng)過高溫干旱處理，3個(gè)品種的葉色、質(zhì)地、葉寬、氣孔密度以及植株成活等指標(biāo)有顯著影響。在總體傷害程度（傷害率和枯死率）方面對(duì)Barverdi影響最大，Medalist其次，Accent最低；葉色方面，對(duì)Accent影響最大，Medalist次之，Barverdi最??；而在氣孔大小Barverdi＞Medalist＞Accent，氣孔密度為Accent＞Medalist＞Barverdi。