4个白三叶品系对不同灌水频率的生理响应

肖向华，王玉祥，张 博

(新疆草地资源与生态重点实验室/新疆农业大学草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830052)

4个白三叶品系对不同灌水频率的生理响应

肖向华，王玉祥，张 博

(新疆草地资源与生态重点实验室/新疆农业大学草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830052)

试验以新疆白三叶(Trifoliumrepens)为材料，以海法作对照，通过设置不同的微喷灌水频率(1、3、5、7 d/次)，研究白三叶各品系生理指标的变化规律，以期为在白三叶建植过程中制定合理的灌溉制度提供基础数据。试验结果表明：随着灌水频率的减小,海法，S82，S92，S96品系的叶面积逐渐减小；叶绿素含量先下降，再小幅度增加后趋于稳定；叶片相对含水量无明显差异；游离脯氨酸含量先增加后减少；S82和S96品系的可溶性糖含量呈现升-降-升的变化趋势，S92却出现相反趋势；丙二醛含量呈现是先增加后减少，再增加的变化趋势。根据白三叶各项生理指标的数据综合分析认为，白三叶适宜的灌水时间为年5 d/次，4个品系的抗旱性由强到弱的顺序是S82>S92>海法>S96。

白三叶；灌水频率；叶片含水量；脯氨酸

白三叶在20世纪90年代被引进，作为景观草坪种植,形成了一定特色而受到许多人的好评，经过近10年的研究[1-2]，作为一种观赏坪用植物,在发展规模和发展速度上居草坪草首位。其叶色花色美观，喜温暖湿润气候，适应性强，属典型的温带气候区风土草种，节节生根长叶，并长出新的匍匐茎向四周蔓延，侵占性强，为一般牧草所不及[3]，且白三叶具有固氮能力，种植白三叶可提高土壤肥力、增加地面覆盖、控制杂草生长、保持土壤温度、减少土壤侵蚀[4]。

新疆白三叶是十分优良的牧草资源，具有抗逆性强、抗病耐热、抗寒耐旱且耐盐碱等特点[5]。它不仅具有生长范围广、易于种植、便于管理等优点,而且优越的固氮性能、与禾本科牧草的良好组合生长能力,使其对草地畜牧业的发展和维持草地生态系统的稳定都具有极其重要的作用。

新疆农业大学草业科学系以新疆北疆地区20个县市的野生白三叶种质资源为育种材料，运用杂交育种技术，从抗逆性、坪用性能等方面经过10年的努力，筛选出综合性能较好的多个草坪新品系。为了进一步探寻新疆白三叶新品系的抗旱性，试验以选育的3个新品系S82，S92和S96为材料，海法作为对照，通过设置不同灌水频率，研究不同处理下白三叶的叶面积大小、叶绿素、叶片相对含水量以及游离脯氨酸、可溶性糖及丙二醛含量的变化，探寻灌水频率对白三叶生长发育的影响，为进一步开展白三叶新品系的灌溉制度研究提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验区位于新疆呼图壁种牛场的新疆农业大学草地生态试验站。试验站位于天山北坡中段山前洪积—冲积扇与冲积平原的过渡带，E 86°7′、N 44°8′，海拔439～454 m。该地区气候干燥少雨，蒸发量大，全年日照时间长，其中夏季是一年中辐射量最多的季节，月日照时数达320 h以上，日照百分率70%以上，年总辐射量为5.56×102 KJ/cm2，年日照时数3 110 h，冬季漫长严寒，夏季干旱少雨，昼夜温差较大，是典型的大陆性干旱气候，该地区年降水量161.3 mm，年蒸发量2 312.7 mm，生长季平均湿度54%。1月平均气温-16.9℃，7月平均气温25.6℃，年均温16.7℃，极端最高温43.1℃，无霜期173 d，生长季4～9月[6]。

1.2 材料来源

试验材料为新疆农业大学草业科学系选育的白三叶新品系(S82，S92和S96)和海法。

1.3 试验设计

设置4个灌水频率：1、3、5、7 d/次，采用微喷灌溉方式，灌水量为375 m3/(hm2·次)，灌水时间为20∶00。2015年4月进行移栽，64个小区，小区面积2 m×2 m，白三叶草成坪后进行处理。

1.4 试验方法

试验连续处理60 d后进行取样观测。取样时间为早上8∶00，每个小区随机取50片中间叶片，测量叶面积大小、叶绿素含量、叶片相对含水量以及游离脯氨酸含量。

其中，叶面积采用Yaxin-1241叶面积仪测定，叶绿素含量采用日本叶绿素快速测定仪(SPAD-502)测定，叶片相对含水量采用烘干法测定，游离脯氨酸采用茚三酮法[7]测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[8]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[9]提取并测定。

1.5 数据分析

采用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行数据统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 灌水频率对叶面积的影响

各品系在灌水频率变小的情况下叶面积逐渐变小，但每5 d/次和每7 d/次灌水处理叶面积变化不大；S92在各处理下叶面积趋于稳定，且无明显差异，叶面积最小的分别是在每隔7 d/次灌水的S82(65.43 mm2)品系和S96(65.12 mm2)品系(图1)，在草坪草建植中，为节约水，减少叶片水分的蒸腾，选择叶面积相对较小的材料，能够有效的减少水分的散失。

2.2 灌水频率对叶绿素含量的影响

叶绿素为植物叶绿体内光合作用的重要物质，其功能主要为获得光能，进行水的光解并产生电子，驱动电子转移到反应中心。对试验材料进行不同灌水频率处理，各品系在不同灌水频率下叶绿素含量变化不明显；S82品系在不同灌水频率下叶绿素含量低于其他品系，且差异显著。海法，S82和S96材料在灌水频率逐渐减少的控水条件下叶绿素含量呈现降低的趋势(图2)。

图1 不同灌水频率下的叶面积Fig.1 Variatin of leaf area under different irrigation frequencies

图2 不同灌水频率下的叶绿素含量Fig.2 Variatin of chlorophyll content under different irrigation frequencies

2.3 灌水频率对叶片相对含水量的影响

叶片的相对含水量反应了植物的抗旱性能，在干旱胁迫中，叶片保持相对含水量的能力较弱。在不同灌水频率处理条件下，调查的白三叶各株系组间相对含水量无明显差异，其中S92品系，在每隔5 d/次处理下的叶片相对含水量最低，为78.69%，说明了S92品系在此处理下的保水能力较差，细胞持水能力弱(图3)。

2.4 灌水频率对游离脯氨酸含量的影响

游离脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，大量积累游离脯氨酸能防止脱水，显著增加细胞持水性能，各材料在灌水频率变小的情况下，游离脯氨酸的含量呈现增加状态，海法，S82和S92品系在每隔7 d/次处理条件下的游离脯氨酸含量均大于其他间隔处理下的含量，其中S82品系在每隔7 d/次灌水条件下的游离脯氨酸含量最高，为1.37 μg/g，但S96品系在灌水频率变小的情况下自第5 d起体内游离脯氨酸含量就趋于稳定；4份白三叶材料中，不同灌水频率下的游离脯氨酸含量不同，S82品系在每隔7 d/次处理下游离脯氨酸含量最高，S96品系的游离脯氨酸含量在此时最低，表明S82和S92品系能在缺水条件下正常生长，其次是海法和S96品系(图4)。

图3 不同灌水频率下的叶片相对含水量Fig.3 Variatin of leaf relative water content under different irrigation frequencies

图4 不同灌水频率下的游离脯氨酸含量Fig.4 Variatin of free proline content under different irrigation frequencies

2.5 灌水频率对可溶性糖含量的影响

可溶性糖是植物体内参与渗透调节的重要物质，并起到维持蛋白质稳定的作用。4份白三叶材料中，不同灌水频率下的可溶性糖含量不同。海法和S92品系的可溶性糖含量随着灌水频率的减小而不断增加，S82和S96品系则出现先增加后减少的趋势，其中海法在每隔7 d/次灌水处理条件下的含量达到最大值，为20.87 μg/g；其次是S82品系在5 d/次灌水处理条件下的含量，为19.99 μg/g；S92品系在每隔1 d/次灌水处理条件下含量最低，为12.23 μg/g。海法和S92品系在每隔7 d/次灌水处理下可溶性糖含量显著增加，而S82和S96品系在每隔5 d/次灌水处理下可溶性糖含量就已经达到最大值，继续延长灌水时间，则出现下降趋势(图5)。

2.6 灌水频率对丙二醛含量的影响

丙二醛是常用的膜脂过氧化指标，在生物体内，会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合，且具有细胞毒性，能够反映生物膜受损程度。白三叶随着灌水频率的减少，叶片丙二醛含量呈现出先增加后减低的趋势，其中海法和S96品系在每隔5 d/次的灌水频率的处理下达到最大值，说明叶片受到严重的干旱胁迫，生长受到限制，并在每隔7 d/次的灌水频率处理后显著下降；而S82和S92品系则在每隔3 d/次的灌水频率处理下就已达到峰值，继续延长灌水时间后生长微弱，甚至停止(图6)。

图5 不同灌水频率下的可溶性糖含量Fig.5 Variatin of soluble sugar content under different irrigation frequencies

图6 不同灌水频率下的丙二醛含量Fig.6 Variatin of MDA content under different irrigation frequencies

2.7 相关性分析

4个白三叶品系的叶面积、叶绿素、叶片相对含水量、游离脯氨酸、可溶性糖、丙二醛之间的相关性分析表明，游离脯氨酸含量和叶片相对含水量呈现显著负相关，相关系数为0.488，而与可溶性糖达到极显著正相关，相关系数为0.576(表1)。叶片中可溶性糖含量的多少对叶片相对含水量和游离脯氨酸含量的影响较大。其中叶面积与叶绿素含量出现弱的正相关，但与叶片相对含水量、游离脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量均呈现弱的负相关，由此发现，白三叶叶片大小和生理指标的相互作用较小，且某一性状的选择对其他性状的影响不大。

表1 相关性分析Table 1 Correlation analysis

注：*在置信度为0.05时，相关性是显著的；**在置信度为0.01时，相关性显著

3 讨论

植物叶片的主要生理功能是进行光合和蒸腾作用，以及合成有机物质，其大小直接影响水分蒸腾。在选育草坪草方面，蒸腾作用小且根系深长是抗旱性优良的主要特点之一[10]，S92品系在各处理条件下的叶面积最小且无明显差异；在干旱胁迫条件下能增加叶绿素酶的活性，分解大量色素，增加了植物细胞内的自由基，破坏膜的完整性，叶绿素的降解速度也就加快，在间隔时间短的灌水时间内叶绿素含量高于灌水频率低情况下的叶绿素含量；干旱可引起植物组织失水，植物叶片相对含水量能反应出在土壤缺水时植物体内水分的亏缺程度和植物的持水能力[11-12]，叶片相对含水量越高时，植物的保水能力越强，细胞受环境的影响就越小[13-14]，S92品系在每隔5 d/次灌水条件下叶片相对含水量由于受到干旱胁迫达到最小值，这与刘晓松等[4]研究相似；脯氨酸是植物抗逆性的生理指标，游离脯氨酸含量变化能反应出植物受到胁迫后的生理响应,在逆境条件下，大多数植物脯氨酸含量会增加，含量越高，植物体的抗逆能力就会越强[15-18]。S82和S92品系与其他品系相比，在每隔7 d/次灌水条件下的游离脯氨酸含量远高于其他同处理的品系，证明了S82和S92品系在此处理下的抗旱能力最强，适宜作为最耐旱的草坪草进行推广。白三叶叶片中可溶性糖含量在每隔为3 d/次的灌水频率处理后迅速上升，S82和S96品系在每隔为5 d/次的灌水频率处理时出现峰值，而海法和S92品系在每隔为7 d/次的灌水频率处理时达到最大值，轻度干旱胁迫可以增加可溶性糖含量，提高植株保水能力，重度胁迫后使得植株体内可溶性糖的积累和运输受阻，S82和S96品系在每隔为5 d/次的灌水频率处理后可溶性糖含量逐渐降低，这与周正贵[19]研究结果相似。丙二醛具有细胞毒性，其含量过高，导致植株体内蛋白质分子间交联，破坏生物膜，且细胞质膜透性可直接反映草坪草的抗旱能力。随着灌水频率的减小，叶片中丙二醛的含量均是先增加后降低，研究结果与覃鹏等[20]的结论类似，但李继新等[21]研究发现，烟草叶片丙二醛含量随着干旱胁迫程度呈现增加趋势。

4 结论

同一品系不同灌水频率下，S82，S92和S96品系在各处理下的叶面积均小于对照海法，其中S92品系的叶面积在4个不同灌水频率之间无明显变化，且差异不显著，S82、S96品系在不同灌水频率下的变化一致，均在灌水处理为每5 d/次时叶面积减小；在间隔时间短的控水时间内叶绿素含量高于灌水频率低的叶绿素含量；S92品系在不同灌水频率下叶片相对含水量变化较大，在每隔5 d/次灌水条件下时达到最低值，S82品系在4个灌水频率下变化不大，但差异显著；S96品系游离脯氨酸含量在每5 d/次和每7 d/次灌水1次时变化最大，其他品系均在每7 d/次灌水1次时变化最大，且差异显著。叶片中可溶性糖含量随着灌水频率的减小逐渐增加，其中S82和S96在每5 d/次灌水1次后出现下降趋势。丙二醛含量均是先增加后减少，明显高于对照海法，且各处理间差异显著。

不同灌水频率处理下分析：S82、S92品系对水需求相对较少，抗旱性最强，其顺序为S82>S92>海法>S96；最适宜、最节水的灌溉是每隔5 d/次灌水1次。

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Physiological responses of four strains ofTrifoliumrepensto irrigation frequency

XIAO Xiang-hua,WANG Yu-xiang,ZHANG Bo

(KeyLaboratoryofGrasslandResourceandEcologyofXinjiang;InstituteofGrassIndustry,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

The pattern of physiological indexes of Xinjiang white clover (Trifoliumrepens) was studied by setting different micro spray irrigation frequency in order to provide the basic data for establishing irrigation system and Haifa was used as the control.The results showed that the leaf area of the same strain decreased under different irrigation frequency (1 days/times,3 days/times,5 days/times,7 days/times);The chlorophyll content decreased gradually;The relative leaf water content had no obvious difference;The free proline content increased significantly;The content of soluble sugar in leaf gradually decreased with the increase of irrigation frequency.However,the content of soluble sugar in strains of S82 and S96 decreased after 5 days irrigation;The MDA content was increased and then decreased,and was significantly higher than that of the control.The leaf area of Haifa,S82,S92,S96 strains decreased under the same irrigation frequency;The chlorophyll content decreased firstly,then increased and then tended to be stabilized;The relative leaf water content had no obvious difference;The free proline content increased and then decreased;The soluble sugar content of S82 and S96 strains firstly increased and then decreased,and then increased.The soluble sugar conten of S92 showed the opposite trend compared to S82 and S96 strains;The content of MDA increased firstly and then decreased,and then increased.Based on comprehensive analysis,the suitable irrigation time was an interval of 5 days,the ranking of the drought resistance of four strains was S82>S92> Haifa >S96

Trifoliumrepens;irrigation frequency;leaf relative water content;proline

2016-04-01；

2016-04-29

农业部公益性行业专项(201403048-8)资助

肖向华(1989- )，女，新疆博乐人，在读硕士。 E-mail：412897392@qq.com

S 688.4

A

1009-5500(2017)02-0057-06

王玉祥为通讯作者。