（草业科学专业论文）草坪型紫羊茅夏季休眠研究.pdf

摘要 本研究针对两个草坪型紫羊茅( f e s t u c ar u b r a l ) 品种，设定室内和室外实验， 结合遮荫与未遮荫两种生境条件，通过测定草坪型紫羊茅夏季休眠发生前后其植株 体含水量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶( s o d ) 和过氧化物酶( p o d ) 活性 等的变化，分析紫羊茅夏季发生休眠的诱因，为寻找解眠方法提供理论依据。 观察发现，2 0 0 5 年紫羊茅两品种在遮荫情况下均未发生休眠，而在未遮荫环境 下均发生不同程度的休眠现象。品种派尼自6 月3 0 日开始进入休眠。至7 月1 5 日休眠 基本结束：品种佛罗伦萨自7 月5 日开始发生休眠，至7 月l o 日休眠基本结束。2 0 0 6 年两种生境条件下均未出现明显休眠现象。 分析结果表明。两种休眠程度不同的紫羊茅，在休眠发生前植株水分含量降低， 同时体内游离脯氨酸含量均有不同程度的增加现象。在高温情况下两品种s o d 及 p o d 活性均有先升高后降低现象。品种间水分含量、游离脯氨酸含量、s o d 活性、 p o d 活性在多数情况下存在显著性差异。 研究发现上述变化的发生是伴随着本地区高温、低湿现象而出现的一种规律性 变化，随后植物进入休眠状态。据此推测草坪型紫羊茅发生夏季休眠主要是由夏季 高温、干旱等环境因子胁迫造成的，且发生夏季休眠的程度因品种而异。 关键词：草坪型紫羊茅；夏季休眠：游离脯氨酸：s o d ：p o d t u r f - t y p ef e s t u c ar u b r a ls u m m e r d o r m a n c yr e s e a r c h a b s t r a c t s t u d yo nt h et w ot y p i c a lg r a s s l a n d si nh o h h o ti ni n n e rm o n g o l i a , f i n dt h el a wo ft h e e m e r g e n c eo fd o r m a n ts u n i i n e rm f f - 孵f e s t u c ar u b r al v a r i e t i e s ，b yo b s e r v i n gn a b l f a l s e t t i n ga n ds h a d et os u r v i v et w on o r m a lg r o w t hc o n d i t i o n s ，r e s e a r c h i n gf e s t u c ar u b r al s u m m e rd o r m a n c yb e f o r ea n da f t e rb o d yw a t e rc o n t e n to fp l a n t , p r o l i n ec o n t e n t , s o da n d p o d ，u s i n gf e s t u c ar u b r al s u m m a d o r m a n c yi n c e n t i v et ol o o k i n gf o ro p p o s i t em e 也o d s i no r d e rt op r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i s f i n dt h a tt h et w ok i n d so ff e s t u c ar u b r ali ns h a d ei t sd o r m a n c yd i dn o th a p p e n , a n d u n d e rn o r m a lc i r c u m s t a n c e sh a v eo c c u r r e di nd i f f e r e n td e g r e e so fd o r m a n c y p a i n io n j u n e3 0e n t e r e dd o r m a n c yu n t i lj u l y1 5d o r m a n c yb a s i c a l l ye n d e d f l o r e n c es i n c ej u l y5 b e g a nd o r m a n tu n t i lj u l y1 0b a s i c a l l ye n d e d v a r i o u sc i r c u m s t a n c e st h e r ei sn oo b v i o u s d o r m a n c yh a p p e ni n2 0 0 6 l a b o r a t o r ya n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h et w od i f f e r e n tl e v e l so fd o r m a n c yf e s t u c a r u b r al ，p l a n tw a t e rc o n t e n td e c r e a s e d ，m e a n w h i l ei n t i m a t ep r o l i n ec o n t e n th a v ei n c r e 鹊e d i nv a r y i n gd e g r e e sb e f o r ed o r m a n c y u n d e rh i g ht e m p e r a t u r e ，t w ov a r i e t i e so fs o da n d p o d a c t i v i t yb o t hf i r s ti n c r e a s ea n d t h e nd e c r e a s e m o s t l yt h e r ea s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t o f w a t e rc o n t e n t , p r a l i n ec o n t e n t , s o da n dp o d f i n d i n g st h a tt h eo c c l l i r e n c co ft h e c h a n g e sa r ca c c o m p a n i e db yr e g i o n a lh e a t , l o w h u m i d i t ya n d t h ep h e n o m e n o no far e g u l a rc h a n g i n g ，t h e nt h el a w ne n t e rd o r m a n c y b a s e d o nt h i st u r f - t y p ef e s t u c ar u b r al s u m m e rd o r m a n c yo c c u r ，m a i n l yr e s u l tf r o mt h es b m m e r h e a t , p r e s s u r eo f d r o u g h t i t se x t e n to f s u m m e rd o r m a n c y v a r i e sw i t hs p e c i e sd i f f e r e n c e k e yw o r d s ：t u r f - t y p ef e s t u c ar u b r al ： d ir e c t e d b y ：p r o fw a n ( j ia n g u a n g p p ii c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：t i a ny a n ( g r a s s l a n d s c t e n c e ) ( c o l l a g eo f e n v t m n m e n t ，i n n e rm o n g o h aa g r i c u l t u r a lu m v 部, s i t y - h o h h o t0 1 0 0 1 8 c h i n a ) 1 图1 2 图2 3 图3 4 图4 5 图5 6 图6 7 图7 8 图8 9 图9 l o 图l o 1 1 图l l 1 2 图1 2 插图和附表清单 不同情况下地面温度变化曲线1l 实验地紫羊茅发生休眠分布情况示意图1 2 2 0 0 5 年不同品种紫羊茅生长高度对比图1 3 不同温度、湿度处理_ f 不同品种紫羊茅的生长高度1 4 紫羊茅根长度变化1 4 綮羊茅根粗度变化1 4 紫羊茅根水分变化1 5 2 0 0 5 、2 0 0 6 年紫羊茅植株含水量变化曲线1 5 2 0 0 5 年不同条件下紫羊茅植株水分含量变化曲线1 6 两品种紫羊茅游离脯氨酸含量变化曲线 紫羊茅两品种s o d 活性变化曲线2 0 紫羊茅两品种p o d 活性变化曲线 1 3 表l2 0 0 5 与2 0 0 6 年月平均气温表9 1 4 表2 温度、湿度情况( 3 8 月) 1 0 1 5 表32 0 0 5 年地面及根层土壤温度。1 0 1 6 表42 0 0 6 年地面及根层土壤温度1 0 1 7 表5 两品种紫羊茅田间密度调查表1 l 1 8 表6 派尼在不同环境条仟下植株含水量差异性检验1 7 1 9 表7 佛罗伦萨在不同环境条件下植株含水量差异性检验t 7 2 0 表8 未遮荫条件下紫羊茅品种间植株含水量差异性检验1 8 2 1 表9 遮荫情况下紫羊茅品种间植株含水量差异性检验1 8 2 2 表l o 紫羊茅植株含水量( x ) 与游离脯氨酸累积量( y ) 的关系1 9 2 3 表1 1紫羊茅品种问游离脯氮酸含量差异显著性检验2 0 2 4 表1 2 紫羊茅植株含水量( x ) 与s o d 活性( y ) 的关系。2 l 2 5 表1 3 两品种紫羊茅s o d 活性变化的显著性检验2 2 2 6 表1 4 紫羊茅植株含水鼍( x ) 与p o d 活性( y ) 的关系2 3 2 7 表1 5 两品种紫羊茅p o d 活性变化的显著性检验2 4 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的- 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所儆的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名： ! 盈窆日期：2 丝2 ： ： 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 ， 子文档，允许论文被查阅和借阏学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：! 丑垫 指导教师签名：乏邕：丝 日 内蒙古农业大学硕士学位论文1 l 引言 1 1 植物休眠 休眠( d o r m a n c y ) 是一种很难定义的物候现象。在过去的4 0 年中，已有几种应 用较广的定义“1 ，如美国遗传学词典( 1 9 7 5 ) 的定义：休眠是植物之活力或发育已 经降低了的状态；d o o r e n b o s ( 1 9 5 3 ) 的定义：休眠是植物之生长组织尚未进行生长 的状态；r o m b e r g e r ( 1 9 6 3 ) 的定义：休眠是植物之生长和发育均为肉眼所不见的暂 时状态；a r m e n ( 1 9 6 8 ) 的定义：休眠是环境条件所引起的植物生长之暂停，这种 暂停为内部因素所控制，并伴随着新陈代谢活动的减弱，这种减弱与环境条件基本 无关：p e r r y ( 1 9 7 1 ) 的定义：休眠是植物生长的显著降低，顶端或侧生分生组织的 细胞分裂极少，甚至没有细胞分裂；s u s s m a n 和d o u t h i t ( 1 9 7 3 ) 的定义是：休眠是 植物组织的任何不活动期，或者是其物候发育的可恢复性中断；s a l i s b u r y 和r o s s ( 1 9 7 8 ) 的定义：休眠是植物种子或芽在适宜生长的湿度、温度等环境条件下仍不 能生长的状态；【日】藤伊正( 1 9 8 0 ) 定义：休眠是由器官内在生理因素或环境因素 造成的生理活性很低而停止生长的状态。h o b s o n ( 1 9 8 1 ) 的定义：休眠是植物之正 常发育过程完全或部分受阻的状态，这种状态可用恰当的生理处理来解除：r e e s ( 1 9 8 1 ) 的定义：休眠是某些外部因子诱导的、内部机制引起的植物生长之受阻， 或者是完全由内部机制引起的植物生长之受阻：l a n g 等( 1 9 8 7 ) 的定义：休眠是植 物体内包含有分生组织之任何结构的生长已经为肉眼所不见的阶段，这种阶段是暂 时的。显然l a n g 等对休眠的定义是比较完整的，因为它涉及了如下三个方面：提及 生长、发育或活力的减弱或停止，描述了休眠的载体，以及说明了能够恢复生长。 由于对休眠过程的认识不同，因而对休眠的术语的使用相当混乱。休眠通常分 为三种基本类型，即：生态休眠( q u i e s c e n c e ) ：为环境因子，如温度、营养亏缺、 水分胁迫等所调节也可以说是一种强迫性休眠；生理休眠( c o r r e l a t i v ei n h i b i t i o n ) ： 为生物环境( 生长限制因子) ，即休眠结构( 组织或器官) 以外的生理因素( 如顶端 优势，光周期反应，激素) 所调节，即使在环境条件有利时亦保持休眠；但是若去 除相邻器官( 叶或芽) 的限制源，则休眠结构会迅速恢复生长；( 3 ) 遗传休眠( r e s t ) ： 为休眠结构本身的生理因素( 如低温需要，光周期反应) 所调节，即使在环境条件 有利，并且也没有邻近器官的限制，休眠结构亦不能生长，此时外源生长激素的影 响极其微弱，也可以说是一种自发休眠“1 。可以认为，自发休眠和强迫休眠是生理 上有本质差异的两种类型，遗憾的是目前我们还难于准确掌握休眠器官的休眠性质 和深度，但可以找到两种休眠类型的共同之处，即二者都处于生理活性极其低落的 状态，都暂时停止了生长o ，。 植物体或其器官在发育的过程中，生长和代谢出现暂时停顿的时期。通常是由 内部生理原因决定的，种子、茎、芽都可处于休眠状态。植物体或其器官具有一定 的休眠期，是有其意义的，特别是生活在冷、热、千、湿季节性变化很大的气候条 2 草坪型紫羊茅夏季休眠研究 件下，能使植物体渡过不良环境。如：植物冬季休眠，是抵御低温等不利环境威 胁的“措旋”。植物休眠是与气候变化相适应的。再者：沙漠里的某些植物缺水时， 能够暂时休眠，暂时停止生命活动。例如，万年青以及与蕨纲和木贼纲同种的植 物，在缺水的时候，会卷成灰色的、干燥的小球但只要给它浇上一点水，马上就 会慢慢地舒展开来，并重新恢复为绿色植物“1 。 本文所说的紫羊茅的夏季休眠是在夏季特定环境条件下，除去病、虫因素外紫 羊茅地上部分停止生长，由绿变黄变枯，经过一段时间茎基部节上重新分蘖，继 续生长变绿的现象。 1 2 植物休眠与逆境 环境( e n v i r o n m e n t ) 是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或 间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。1 。植物生活空间的自然条件 总和称为植物环境，包括许多性质不同的单因子。如水分因子、温度因子、土壤因 子、光照因子、气体因子、生物因子及人类的社会经济活动等。这些因子往往直接 或间接的影响着植物的生长，发育、生殖、行为和分布。如：红松( p i n u sk o y a i e n s i s ) 主要生长在北温带湿润区山地，望天树( p a y a s h o y e ac h i n e s e s ) 主要见于西双版纳 热带雨林，而芦苇则到处可见。每种植物对环境因子的适应范围的大小主要决定于 各植物的遗传特性“1 。由于长期的自然选择，植物与其生存环境达到了“协同进化”， 但是同时也可见到不协调的地方，因周围环境是经常变动的而植物体是一个开放系 统，其生活与环境变化同步，不适宜的环境条件对植物韵正常生长发育甚至生存都 是不利的“3 植物的生存环境并不总是适宜的，经常受到复杂多变的逆境胁迫( s t r e s s ) 。植物的 环境胁迫因素有生物的( b i o t i c ) 和非生物的( a b i o t i c ) 两大类。生物因素包括：竞争、 抑制、生化互作、共生微生物缺乏、人类活动、病虫草害、动物危害等：非生物因素 包括物理因素和化学因素，物理因素包括干旱、热害、冷害、冻害、淹水( 涝、渍) 、 光辐射、机械伤害、电伤害、磁伤害、风害等，化学因素包括元素缺乏、元素过剩、 低p h 、高p h 、盐碱、空气污染、杀虫剂和除草剂、毒素等。植物对各种逆境胁迫的抗 御或适应能力称为抗逆性( s t r e s sr e s i s t a n c e ) 。植物的抗逆性来自两个方面，一是自然 进化适应( 自然选择) 获得的，如野生植物；二是人工选择培育，通过诱变筛选、杂 交育种、基因工程等方法，进行植物抗逆性的改良：另外还可通过人工保护和调控措 施增强植物抗逆性n ”。 抗逆性也成为草坪植物对环境的一种适应性反应。在寒冷、高温、干旱、水涝和 盐碱等不良环境之下，草坪草在长期的适应过程中表现出一定限度的忍受能力和适应 性，人们常把这种对不良的特殊环境的适应性和抵抗力通称为草坪草的抗性。根据 草坪草对气候和生态环境的适应性。可将草坪草分为两大类：暖地型草坪草和冷地型 内蒙古农业大学硕士学位论文3 草坪草。但是。无论是暖地型草坪草还是冷地型草坪草当生境条件超越草坪植物生育 的活动范围时。其生命过程减弱，甚至用落叶等方式丢弃敏感器官和依赖潜伏在地下 的器官逃避逆境条件。当生境条件继续恶化至致死界限时，伤害原生质直至致患，导 致植株死亡嘶 1 2 1 温度对植物的影响 温度作为生物机能的一种动力，影响植物的蒸腾、水势、吸收和新陈代谢，以 及几乎所有的酶促反应、休眠和生长发育。任何一种植物，其生命活动中每一生理 生化过程都有酶系统的参与。然而每一种酶的活性都有它的最低温度、最适温度和 最高温度，相应形成生物生长的“三基点”。一旦超过植物的耐受能力，酶的活性就 将受到制约。 一般把草坪草具有忍受高温而受害最小、减产最少和抵御高温危害的一种生理特 征称为抗热性“”。草坪草对极端温度有延缓或阻止伤害的功能，使原生质在短期内避 免受害并以非常快的速度对热害反映出应激能力，在几小时内完成抗热性锻炼。除此 之外草坪草常常通过丢弃地上部分丽依赖包埋在芽鞘中的幼芽或基部的潜伏芽部不受 到损伤来抵御高温逆境。草坪草的耐热性因有关的生命过程不同而各种各样，耐热的 草坪草在代谢上的基本特点是构成原生质的蛋白质相对稳定。或者说酶蛋白耐高温， 不易因高温而变性和凝聚，甚至通过开启某些基因表达对高温产生抗性d o l e 因而，在 高温下仍能维持一定的正常代谢，而具有抗热特性但是这种适应是有限度的。超出 限度，植物就会受到不同程度的危害，其危害的大小取决于温度变幅的大小、持续时 间的长短及温度变化的速度。若变幅太大，或持续时间较长，或变化速度较快，草坪 草就会受到严重伤害甚至死亡。如果持续时间短暂，草坪草可耐受非常高的温度。它 们用丢弃敏感结构( 如落叶) 或将其营养体缩为地下器官借以逃避，待不利季节过后 则再重新萌发。 1 2 2 水分对植物的影响 植物体内含量最多的是水分，没有了水分植物将无法生存。水对植物的作用总结 起来有以下几点：水分是溶剂；水分是植物体代谢的产物；水分是植物体物质产生的 原料；水分是植物原生质体的主要成分；水分是植物固有姿态的维持者；水分是植物 体温的维持者。 植物的水分状况对环境胁迫的反应比较敏感。但当环境条件恢复正常时植物的水 分状况恢复较快；而其它的生理反应恢复较慢。或者不能恢复，在寒冷、冻害、热害、 旱害和病害发生时，植物的水分状况都有共同的表现，就是植物的吸水量降低，蒸腾 量也减少。因此，植物水分状况的变化至少说明此时植物受到环境胁迫哪。蒋明义等 ( 1 9 9 1 ，1 9 9 6 ，1 9 9 9 ) ：吕长平等( 1 9 9 6 ) ；王宝山( 1 9 8 8 ) ；陈少裕。( 1 9 9 1 ) 提出水 4 草坪型紫羊茅夏季休鼹研究 分胁迫导致植物膜伤害，其膜伤害的原因是由于细胞自由基代谢的平衡遭到破坏，有 利于自由基的产生，过剩自由基引发或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的损伤。 1 2 3 保护酶与抗逆性 6 0 年代末，f d d o v i c h 等提出了生物自由基( f r e e r a d i c a l ) 伤害学说o “，使人们了解 到在逆境胁迫下自由基增加，细胞膜受伤害。自从( 1 9 6 9 年) m c c o r d 和f r i d o v i c h 发现 了清除超氧化物自由基的超氧化物歧化酶( s o d ) o ”。人们对s o d 的生物学作用越来越 重视。 s o d 、p o d 等酶类是细胞抵御活性氧伤害的重要保护酶系统，它们在清除超氧自由 基，过氧化氢和过氧化物以及阻止或减少羟基自由基形成等方面起着重要作用u ”。 一般认为，植物抗逆性的表达实际上是植物对不利环境信号的接受、传递和对信号 作出一系列反应的过程。植物在正常情况下的酶促反应、叶绿体和线粒体的电子传递 过程和一些低分子有机物的自动反应，都会产生活性氧物质，但他们很快能被植物体 内的s o d 、p o d 、c a t 等保护酶所清除。而在逆境胁迫下，这种活性氧的产生与清除之 间的平衡会被破坏。植物的清除能力下降，活性氧含量就增加，这样随着受胁迫时间 的延续，植物所受的伤害也将随之加重。前入研究认为，在环境或温度不适宜的逆境 下会促进活性氧的积累。活性氧的种类有超氧阴离子( 0 2 。) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、羟自 由基( - o h ) 和单线态氧( 1 0 2 ) ，这些物质能够引发或加剧膜脂过氧化作用与膜质脱脂 化作用，造成细胞膜系统损伤，严重时会导致植物细胞死亡“1 。可见，在逆境下，细 胞内自由基平衡体系维持对植物的抗性而言是至关重要的o ”。s o d 酶能够催化0 2 、o h 、 h 2 0 2 与1 0 2 等发生歧化反应生成h 2 0 2 与0 2 ，p o d 酶与c a t 酶则能使h 2 0 2 转化成h 2 0 与 0 2 ，这些保护酶均能有效地清除细胞内自由基，从而对维持自由基的平衡具有重要的 作用“” 1 2 4 脯氨酸与抗逆性 脯氨酸是一种重要的有机渗透调节物质。早在本世纪初就发现脯氨酸是植物蛋白质 的组分之一，并以游离状态广泛地存在于植物体中。由于脯氨酸在逆境条件下普遍的 和异乎寻常的增加，导致对研究脯氨酸的增加特别是对干旱引起脯氨酸增加的原因作 了较为详尽的研究o ”。正常条件下，植物体中游离脯氨酸的含量并不多，约在0 2 7 9 g 单重范围内，占游离脯氨酸的百分之几。但在逆境条件下( 干旱、盐渍、冷冻等) 植 物体内游离脯氨酸可增加1 0 - - 1 0 0 倍，达到占游离脯氨酸的4 0 以上“”。 脯氨酸在植物细胞中主要起渗透调节作用，叶片脯氨酸含量增加，可提高细胞溶质 含量，增强其渗透调节能力。脯氨酸增加强度越大。其渗透调节能力越强。 植物在于旱、盐胁迫等逆境条件下积累脯氨酸是一种较普遍的现象，但对脯氨酸积 累的生理生态意义。还未达成一致的看法。目莳把脯氨酸积累的作用大致归结为以下 内蘩古农业大学硕士学位论文5 几个方面：一是可作为细胞的有效渗透调节物质；二是保护酶和膜的结构；三是可直 接利用的无毒形式的氮源，作为能源和呼吸底物，参与叶绿素的合成等：四是从脯氨 酸在逆境条件下积累的途径来看。它既可能有适应性的意义，又可能是细胞结构和功 能受损伤的表现，是一种伤害反应”。“”。 1 3 国内外研究进展 根据国内外文献记载，对于植物的夏季休眠目前的研究水平仍处于其夏季休眠的 表现现象及其对产量及景观效果的影响，而对于其发生的生态条件和生理响应机制的 系统研究却开展的甚少，尤其对于草本植物在温带地区发生的夏季休眠几乎没有研 究。近年来。关于高温胁迫对植物的为害和作用机理方面的，研究国内外进展不同， 研究大多集中在粮食作物及蔬菜、果树方面。采用离体器官进行不同的高温处理；研 究不同程度的高温对植物各生长发育时期的影响。金子黎次等经研究人工栽培条件下 发现，夏季的温度对仙客来的生长发育有着至关重要的影响。高温可以造成植株停止 生长、叶片失绿脱落，进入强迫性的夏季休眠”。也有文献记载：超氧化物歧化酶 ( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 被认为是细胞膜的保护酶。酶活性愈高。消除氧自由 基的能力越强，植物的抗逆性也愈强，上述结论主要是在作物、牧草和蔬菜等植物的 研究中获得，而草坪草这种具有特殊用途，地上部被不断移走的植物，有关方面的研 究报道较少伽本研究针对影响紫羊茅夏季休眠的实际温、湿度情况，主要是研究自 然条件下温、湿度变化对紫羊茅的影响，具有一定的科学根据和实际意义。 1 4 本研究的目的和意义 近2 0 年来，草坪业发展迅速，成绩卓著。草坪已广泛应用于城乡美化、环境保 护、娱乐设施、体育场地以及水库、高速公路、河岸堤坡的防护等方面。体现了巨大 的生态效益、景观价值和娱乐功能，草坪业的发展为草坪科学的研究不断提出新的课 题“。 草坪型紫羊茅( f e s t u c ar u b r al ) ，为禾本科羊茅属多年生草本植物。是全世界应 用较广的一种主体草坪草，紫羊茅尤其喜凉爽湿润的气候条件，广泛分布于北半球温 带地区。凭其良好的特性和适应性应用于北方地区公园、林荫道、学校的单播草坪等。 是优良观赏性草坪草咖。 紫羊茅作为草坪草的优势： ( 1 ) 对土壤要求不严格，适应干燥的砂地和瘠薄地； ( 2 ) 其抗寒性极强，就是在北方高寒地区也能安全越冬且保持较长的绿色期； ( 3 ) 有较强的耐酸性、抗病能力和分蘖力； ( 4 ) 色泽鲜绿、质地柔软、形成的草坪富有弹性、且较耐践踏； 6草坪型紫羊茅夏季休隰研究 但是由于其夏季出现休眠现象缩短了绿色期，严重影响了观赏效果，进而大大的 限制了其应用。 因此，本课题以我国北方重要草坪型紫羊茅为研究材料，针对其在温带半干旱地 区普遍存在的夏季休眠问题进行深入系统的研究。其目的是为缩短紫羊茅的夏季休眠 期或彻底消除夏季休眠提供理论依据，为草坪学和园艺学中的绿色期理论增添新的内 容，同时对丰富植物抗性生态生理学也具有重要的实践意义。 2 材料与方法 2 1 实验地点概述 室外实验地位于呼和浩特市内蒙古农业大学科技园区牧草实验基地。地理位置为 n 4 0 0 4 9 、e1 1 1 0 4 1 ，海拔1 0 6 3 m ，属典型大陆性气候，年平均气温为5 4 ，7 月份 最热，极端最高气温可达3 6 9 c 。1 月份最冷，极端最低气温可达3 2 8 。年降水 量为4 0 0 m m 左右，多集中于7 ，8 ，9 月份，无霜期1 3 0 1 4 0 d 。土壤属暗粟钙士， 砂壤质，肥力中等，p n 值为7 5 左右。实验用地三分之一地块形成自然遮荫条件， 遮荫物为华北驼绒黎( c e r a t o i d e s a r b o r e s c e n s ( l o s i n s t 【) t s i e ne t c g ) 高近1 7 m 左右， 生长旺盛 室内实验地点位于内蒙古农业大学生态楼六楼牧草生产实验室。 2 2 研究材搴! 2 2 1 紫羊茅的形态特征及生物学特性 紫羊茅，别名红狐茅、乌兰宝体乌乐( 蒙) ，多年生根茎疏丛型禾草，叶较柔软， 宽1 5 之o c m ，对折或内卷成针状，上部叶展开。紫羊茅属早中生草甸种，分布于长 江流域以北各省，广布北半球温寒地带。每年4 月中旬返青，l o 月底停止生长。该草 色泽鲜绿。质地柔软，形成的草坪富有弹性，绿色期长，适应性强，抗逆性强。被认 为是北方寒冷地区具有极大推广利用价值的草坪草种。 2 2 2 实验材料基本情况 两品种紫羊茅产地均为加拿大，播种前，对供试材料进行室内发芽实验及于粒重 的测定。其种子发芽率分别为：派尼8 8 、佛罗伦萨8 4 ；千粒重分别为：派尼1 o l g 、 佛罗伦萨1 2 3 9 ；播种量均为1 8 9 缅2 ；田问密度分鄹为：派尼6 3 株绝m 2 、佛罗伦萨5 2 株 c m 2 。 2 3 研究内容与方法 本实验采取室外实验与室内实验相结合的方法，分别进行室外观测、取样；室内 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 分析、模拟等 室外：实验材料紫羊茅草坪。于2 0 0 4 年7 月种植。共两个品种，分三次重复即6 个小区，不同品种间隔种植，施农家肥，每星期浇水次，确保土壤湿润。实验小区 面积为3 m x 5 m ，种植后近4 0 d 成坪。本实验是在2 0 0 5 年6 月1 日开始进行。 室内：2 0 0 6 年6 月在内蒙古农业大学牧草生产实验室进行盆栽，栽培土为取自实 验地的大田壤土，过筛、去掉石块等杂物，实验用盆为面积0 2 1 m x 0 3 0 m ，高0 1 0 1 n 的有孔塑料盆，底部铺4 层无纺布，确保透气、透水，定期浇水，确保土壤湿润。自 播种开始同步观测( 指标同实验地观测) 。进行人工气候箱模拟的材料由实验地移栽 丽来，在实验室内培养近6 0 d ，待生长稳定后进行实验。 2 3 1 环境因子及形态特征调查 2 3 1 1 环境因子调查 定期记录实验地遮荫条件与未遮荫条件下地面温度、大气温度、大气湿度，实验 地土壤根层0 0 5m 、o 1 0 m 、0 1 5 m 处温度。 2 3 1 2 形态特征调查 形态特征调查分为实验地栽培观测和实验室栽培观测两部分。 出苗情况：每小区设三个小样方( o 2 0 m x 0 2 0 m ) 测试田间密度。 生长速度：实验地每隔4 巧d 测量一次绝对株高，每小区随机测量l o 株； 室内材料每2 d 每个处理随机测量5 株，同时进行定株( 5 株) 测量。 根水分：定期随机取样，烘干( 6 5 烘干1 2 h ) 根水艚鼢鼍攀x 1 0 0 ( 蝴) 根长：定期随机取样，每次取3 丛，每丛随机测量l o 条根长，取平均值。 根粗度：定期随机取样，每次取3 丛，每丛随机测量1 0 条根粗度，取平均值。 分蘖情况及第二年体眠发生前后植株体、根的形态变化：随时注意观测、记录。 2 3 2 生理生化指标测定 植株水分含量采用烘干法( 6 5 烘干1 2 h ) 测定，每个处理设三次重复。 植株水分含量= 堕堡! 蒜筹王重x l o 。 ( 公式2 ) 实验材料的采集与酶液制备： 用于生理指标保护酶( s o d 、p o d ) 、游离脯氨酸含量分析的植株地上部分。分 别在实验地紫羊茅休眠前、中、后( 6 月 8 月) 每隔7 d 取样一次，采用棋盘式取样法， 每个样地采集等量植株地上部分混匀，重复三次，装入冰盒带回实验室用于分析。 8 草坪型紫羊茅夏季休眠研究 准确称取0 5 9 样品。加入磷酸缓冲溶液( p b s ，p h = 7 8 ) ，冰浴研磨至匀浆。4 c ， 8 0 0 0 r p m 离，d 1 5 m i n ，取上清液备用。 游离脯氨酸的测定：游离脯氨酸含量采用茚三酮法“7 “测定。 游离脯氨酸含量( p g 1 0 0 t t g ) = 若嘉x l o o ( 公式3 ) 式中：c 一由标准曲线查得脯氨酸微克数： v _ 提取液总体积，( n i l ) ； a 测定液体积，( m 1 ) ： 保护酶的测定：s o d 活性采用n b t 光还原法”测定：反应介质( p h = 7 8 ，0 0 5 m o b q 磷酸缓冲液、1 3 0 mm o l l 甲硫氨酸溶液、7 5 0 t t r n o l l 氮蓝四唑溶液、1 0 0 1 a n o l e d t a - n a 2 溶液、蒸馏水) 2 6 5m l ，2 0 i l m o l l 核黄素溶液0 3i n i ，待测酶液0 0 5m l ，以不加待测 酶液( 缓冲液代替) 的试管为最大光化还原管，用缓冲液为空白管，将各管在4 0 0 0 1 p x 下反应1 0m i n 。反应液在5 6 0 n m 处测定o d 值，已知s o d 活性单位以抑制n b t 光化还原 的5 0 为一个酶活性单位表示，按式计算s o d 活性。 s o d 总活性【g ( f w ) 】2 曼端 公式4 ) 式中：s o d 总活性以酶单位每毫克鲜重表示5 a c z 照光对照管的吸光度； a e 样品管的吸光度： v t 样品液总体积( m 1 ) ； v 1 测定时样品用量( m 1 ) ； w - 样品鲜重( g ) 。 p o d 活性测定：采用愈创木酚法。”测定：反映混合液( p h - - 6 0 ，l o o m l 磷酸缓 冲液5 0 m l 、愈创木酚2 8 p k 3 0 过氧化氢1 9 p 1 ) 3 m l 。加入酶液i m l ，以磷酸缓冲液( 1 m i ) ， 作为对照，立即开启秒表记录时间，于分光光度计上测量波长4 7 0 r i m 下吸光度值，每 隔l m i n 读数一次。以每分钟吸光度变化值表示酶活性大小，即以“ m i n g ( 鲜重) 】 表示。 p o d 活性【m i n g 】= 鲁 式中：7 0 反应时间内吸光度的变化； w 植物鲜重( g ) ； v i 提取酶液总体积( “) ； v s 测定时取酶液体积( m 1 ) ； t - 反应时间( r a i n ) 。 ( 公式5 ) 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 2 3 3 数据分析 对形态学指标和生理指标，一般的数据处理及图表生成采用e x e e l l 软件，有关方 差分析、回归分析采用s a s 统计分析软件进行处理。 2 ，3 ，4 人工气候箱模拟 采用l r h 2 5 0 g s 人工气候箱模拟。 人工控温处理：人工气候箱的控温处理设置5 个温度梯度。每个梯度再分别设置 两种空气相对湿度：6 5 - 7 5 、4 0 5 0 ，进行分组模拟实验： 以下处理昼1 2 个小时，夜1 2 个小时。 第l 组作为适温对照处理，臼均温控制在2 3 ( 昼2 6 1 2 夜2 0 1 2 ) ： 第2 组为适温处理，日均温控制在2 6 ( 昼3 0 1 2 夜2 2 ) ； 第3 组次高温处理，日均温控制在2 9 1 2 ( 昼3 4 1 2 夜2 4 1 2 ) ； 第4 组为高温处理，日均温控制在3 6 1 2 ( 昼3 9 1 2 夜3 3 1 2 ) ； 第5 组极高温处理，日均温控制在4 l ( 昼4 3 1 2 夜3 9 1 2 ) 。 其中前4 组处理时间为4 d ，第5 组的高温胁迫的处理时闻为3 d ，所有处理的风速 0 5 t r d s ，日问光照强度1 0 0 0 1 u n o l - f n - 2 s - 。 3 结果与分析 3 1 温、湿度变化情况 2 0 0 5 年、2 0 0 6 年3 8 月份平均气温、大气温、湿度、土壤各根层温度情况见表l 4 。 从月平均气温看，2 0 0 5 年、2 0 0 6 年3 8 月份平均气温差别不大，2 0 0 5 年略高于2 0 0 6 年，差值为0 0 1 3 ( 2 ，而地面的平均温度2 0 0 5 年较2 0 0 6 年高2 1 ：平均湿度2 0 0 5 年比2 0 0 6 年低4 ，2 0 0 5 年地面温度最高时达到5 5 5 ，2 0 0 6 年最高达到5 4 1 2 。气温及根层温度 2 0 0 6 年均略低于2 0 0 5 年。 2 0 0 5 、2 0 0 6 年3 8 月。月平均气温见表1 ： 表12 0 0 5 与2 0 0 6 年月平均气温襄 单位： 2 0 0 5 矩 2 0 0 6 定 0 5 8 1 4 1 0 8 1 0 3 1 6 7 1 6 9 2 0 5 2 1 3 2 4 9 2 4 5 2 3 1 2 2 1 2 0 0 5 、2 0 0 6 年3 8 月有关温，湿度情况见表2 ： 1 0 草坪型紫羊茅夏季休眠研究 寰2 温度，瀑度情况( 3 _ 8 月) t a b l e 2l e m p e m t u r ea n dm o i s l u r c ( m a r c h - a u g u s l ) 时间是高气温( ) 丝耍望堕兰兰型复塑堕! 墅!一 所测平均最高 所测平均最低 2 0 0 5 年3 0 13 2 4 35 5 54 l 1 9 2 0 0 6 年2 8 23 0 3 35 4 4 5 2 1 2 0 0 5 年地面及根层土壤温度情况见表3 ： 衰32 0 0 5 年地面及根层土壤温度单位： t a b l e 3g r o u da n ds o i lt e m p e r a t u r ei n2 0 0 5u n i t ： 注；上表温度均为当日上午l o l i 点钟测量 2 0 0 6 年地面及根层土壤温度情况见表4 ： 寰42 0 0 6 年地面及报层土壤温度单位： t a b l e 4g r o u da n ds o i lt e m p e r a t u r ei n2 0 0 6u n i t ： 注：上表温度均为当日上午l o i i 时观测 3 2 不同年度、不同小环境下的温度差别 华北驼绒黎形成的自然遮荫条件改变了紫羊茅的生存环境，诸多改变的环境因子 中，地面温度的变化尤为直观、明显。未遮荫环境条件下，由于阳光直射。地面温度 很快上升。而驼绒黎的存在使阳光在上午无法照射到地面。地面温度上升较慢，因此， 遮荫处的温度始终低于未遮荫处的温度，如图l 所示，温差最大时达到8 。 如图所示，2 0 0 5 年无论在未遮葫条件下还是在遮荫条件下，温度变化波动性均 较大。相对于2 0 0 5 年，2 0 0 6 年的温度变化曲线走势较平缓，说明温度较稳定，变化较 内蒙古农业大学硕士学位论文 11 小，2 0 0 5 年、2 0 0 6 年3 8 月份地面平均温度分别为：3 2 4 3 、3 0 3 3 ，两年度平均温 差在2 左右。有研究表明温度波动性大对植物造成的伤害较大n m ，据此推测，2 0 0 6 年未休眠的原因可能为温度波动较平缓，对紫羊茅造成的伤害较小。 4 5 4 0 3 5 3 0 p 2 5 筐2 0 明1 5 i o s o 5 0 16 。0 8 5t 5 5 2 25 2 t0 6t 1 37 1 07 2 5t 2 98 0 3 日期 圈l 不同情况下地面温度变化曲线 f i g lt c m p c r a m 忙c l i 硼g i n g md i f f e r 蚰o rc o n d i t i o n s 遮荫对其它环境因子也有影响，如光照、空气湿度等，只是影响效果不直观，在 遮荫造成的微环境中测定这些因子需要更精密的仪器才能准确测定出其差别，就目前 的实验条件还达不到 3 3 紫羊茅生长特性 3 3 1 地上部分 出苗情况：播种后8 1 0 d 苗基本出齐；1 5 i s d 长出第2 片叶子；2 0 d 后开始出现分 蘖现象：4 0 d 左右成坪。 田间密度：对实验地田问密度进行调查的结果见表5 ： 表5 两品种紫羊茅田问密度调查寰单位：栋= ，c 一 1 曲l c 5t w ov i o f f e s t u c ar u b r al f i e l dd e m i t y i t ：p l u m g i n 4 注：圈中a l ，a 2 、a 3 地块种植派尼：b i ，b 2 ，b 3 地块种植佛罗伦萨 派尼各小区田问密度基本相同，佛罗伦萨各小区之间存在较大差异，田问密度的 大小顺序为b 2 b i b 3 。同- - d , 区内未遮荫处的田问密度大于遮荫处的田间密度。推 测是遮荫条件下温度较低造成发芽率下降所至。 1 2 草坪型紫羊茅夏季休眠研究 3 3 2 休眠情况 潞休眠地块 蠢蒯 圈2 实验地紫羊茅发生体眠分布情况示意圈 f i 萨f e s t u c ar u b r f ll d o r m a n c yd i m r l b m i o ni nt 嘟a m 注：图中a i 、a 2 、4 3 地块种植派尼# b i ，b 2 ，b 3 地块种植