劉 穎,沈益新,顧洪如,丁成龍

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,江蘇 南京 210095;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧研究所,江蘇 南京 210014)

溫度是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一,低溫可限制草坪草的生長和分布。結(jié)縷草屬植物(Zoysia)隸屬于禾本科(Gramineae)虎耳草亞科(Chloridoideas),是廣泛分布于熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區(qū)的暖季型草坪草種,因具有低維護(hù)、耐踐踏、抗高溫干旱、耐瘠薄、抗病蟲害和抗鹽堿等優(yōu)良生物學(xué)特性[1-3],被廣泛用于建植運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪、開放休閑廣場(chǎng)草坪及生態(tài)環(huán)保功能型草坪,并被我國草學(xué)會(huì)草坪學(xué)術(shù)委員會(huì)列為我國重點(diǎn)開發(fā)的3大草坪草種之一[4]。但結(jié)縷草對(duì)溫度的要求比較高,當(dāng)氣溫降到10℃以下時(shí),生長緩慢或停止,地上莖、葉開始變紫發(fā)黃,大大降低了觀賞價(jià)值。在溫帶地區(qū),結(jié)縷草的綠期為220 d,甚至不能安全越冬,極大地限制了結(jié)縷草的推廣及應(yīng)用[5]。如何提高抗寒性、縮短枯黃期是結(jié)縷草生產(chǎn)上急需解決的問題。結(jié)縷草的抗寒性因品種(系)、生育期、器官和組織的不同而存在明顯的差異。李亞[6]等分析比較了結(jié)縷草屬內(nèi)的抗寒性,發(fā)現(xiàn)不同種源在抗寒性上有明顯差異。植物的抗寒性是多基因控制的數(shù)量性狀,因此,采用具有較好抗寒性的親本進(jìn)行雜交,將有利于在雜交后代中增加抗寒性的積累,并有可能培育出更抗寒的新品種[7]。試驗(yàn)以采自日本的結(jié)縷草品系室蘭和表山北及其雜交后代為材料,通過田間物候期的觀測(cè)結(jié)合電導(dǎo)法配合Logisitic方程確定各品系葉片的半致死溫度,比較分析其抗寒性的差異,為選育耐寒型結(jié)縷草新品系提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草坪試驗(yàn)田,地處長江中下游,N 32°32′、E 118°48′,屬亞熱帶季風(fēng)溫暖濕潤氣候。年平均氣溫15.7℃,≥10℃年積溫4 800℃,年均降水量1 100 mm,全年無霜期220～240 d,土壤為黃棕壤土,有機(jī)質(zhì)含量1.30%,全N含量0.09%,pH值6.90。

1.2 試驗(yàn)材料

以原產(chǎn)日本北界北海道(N 43°22′)結(jié)縷草品系室蘭與日本南界九州地區(qū)(N 30°22′)表山北為親本,進(jìn)行雜交育種,共得到86份雜交后代,統(tǒng)一種植于試驗(yàn)田,小區(qū)面積1 m×1 m,小區(qū)間距1 m。除進(jìn)行必要的灌溉和病蟲害防治外,不進(jìn)行其他特殊管理。

2008年以親本室蘭和表山北為對(duì)照,測(cè)定返青期、均一性、密度、枯黃期等指標(biāo)對(duì)86份雜交后代進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),從中選出8份性狀良好的雜交后代為供試材料進(jìn)行抗寒性評(píng)價(jià)。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)

返青期返青植株占總植株50%的時(shí)間;枯萎期枯黃植株占總植株50%的時(shí)間青綠期返青至枯黃持續(xù)的天數(shù);越冬率越冬后與越冬前草坪覆蓋度的百分比表示。

1.4 低溫處理及電導(dǎo)率測(cè)定

試驗(yàn)于2009年5月進(jìn)行。采樣參照朱根海等[8]的方法,取健康植株的當(dāng)年新生葉片,采摘后立即用潮濕紗布包裹,裝入密封的塑料袋,帶回實(shí)驗(yàn)室。用自來水、去離子水各沖洗3次,吸干表面水分。將各品系的葉片分成9份,放入大試管中,置于Poly Science 9610低溫循環(huán)儀進(jìn)行模擬低溫處理。以1℃/h的速度降溫于-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13 ℃共9個(gè)溫度梯度,到達(dá)設(shè)定的溫度時(shí)停留1.5 h,然后再繼續(xù)降溫。將低溫處理后的樣品取出,剪成約0.5 cm長小段,充分混勻后準(zhǔn)確稱取0.2 g,3次重復(fù),放入潔凈的刻度試管中,加20 mL去離子水,室溫下放在恒溫振蕩器上震蕩24 h后,用DOS-307型電導(dǎo)儀測(cè)其冰凍電導(dǎo)率,然后置沸水浴中10 min,冷卻至室溫后測(cè)其煮沸電導(dǎo)率。按下列公式計(jì)算其相對(duì)電導(dǎo)率:

相對(duì)電導(dǎo)率(%)=(冷凍電導(dǎo)率/煮沸電導(dǎo)率)×100。

1.5 數(shù)據(jù)處理

朱根海等[8]研究報(bào)道,低溫脅迫下細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率與溫度之間的關(guān)系呈現(xiàn)S型曲線,與Logistic方程Y=K/(1+ae-bx)具有較好的擬合度。求該 Logistic方程的二階導(dǎo)數(shù),并令其等于零,即可獲得曲線的拐點(diǎn),X=ln(1/a)/b,即為半致死溫度(LT50)。在此點(diǎn),低溫電解質(zhì)的遞增效應(yīng)很大。利用莫惠棟[9]的方程回歸統(tǒng)計(jì)法對(duì)溫度和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行 Logistic回歸分析,計(jì)算LT50并進(jìn)行擬合度檢驗(yàn),根據(jù)莫惠棟的報(bào)道,如果Y為累計(jì)頻率,則常數(shù)K為100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間物候期及越冬率觀測(cè)

越冬率可反映植株在同一田間條件下抗寒能力的強(qiáng)弱,綠期是草坪坪用價(jià)值的重要指標(biāo)。由表1可知,Z93越冬率最高,為72.6%,綠期也最長,達(dá)257 d;Z46最差,越冬率為46.6%,綠期只有223 d。

2.2 低溫下結(jié)縷草各品系相對(duì)電導(dǎo)率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

低溫處理?xiàng)l件下各品系相對(duì)電導(dǎo)率的變化表明,供試的10個(gè)結(jié)縷草品系的相對(duì)電導(dǎo)率隨溫度下降而上升,且均呈明顯的S型曲線。以親本室蘭、表山北為例(圖1),溫度開始下降時(shí),相對(duì)電導(dǎo)率緩慢上升;在-7～-9℃,隨著溫度的下降,相對(duì)電導(dǎo)率有一急劇升高的過程,是膜透性遭受傷害的敏感區(qū)域,當(dāng)降到一定溫度時(shí),相對(duì)電導(dǎo)率又表現(xiàn)為上升緩慢且趨于平穩(wěn),隨著處理溫度的持續(xù)降低,葉片的原生質(zhì)膜透性增大,相對(duì)電導(dǎo)率升高,直至接近100%,質(zhì)膜被完全破壞。

表1 結(jié)縷草各品系田間物候期觀測(cè)Table 1 Observation of phenophase of different lines of Zoysia in field

圖1 結(jié)縷草葉片相對(duì)電導(dǎo)率與溫度變化的關(guān)系Fig.1 Relationship between temperature change and relative electolyte leakage of Zoysia

2.3 半致死溫度比較

根據(jù)各品系在不同低溫處理下的相對(duì)電導(dǎo)率所求得的Logistic方程、LT50及擬合度列于表2,材料次序以半致死溫度升序排列。各品系Logistic方程的擬合度均達(dá)到顯著(P＜0.05)或極顯著水平(P＜0.01)。

供試材料LT50的變化為-6.68～-9.72℃,其中抗寒性最差的為Z46(-6.68℃),抗寒性最強(qiáng)的為Z93(-9.72℃),與李亞等[6]結(jié)縷草抗寒試驗(yàn)結(jié)果LT50的變化為-2.72～-9.72℃相比,本試驗(yàn)各結(jié)縷草品系的葉片抗寒性均較強(qiáng)。

表2 結(jié)縷草Logistic方程及LT50Table 2 The Logistic equation and LT50of Zoysia

與雙親相比,雜交后代Z93、Z9、Z138和 Z144的LT50均低于親本,表明葉片的抗寒性較強(qiáng),其中,以Z93最強(qiáng),半致死溫度較室蘭低1.16℃,較表山北低1.80 ℃,其次為Z9、Z138和Z144;Z33和Z56的 LT50介于雙親之間,比室蘭的LT50高、比表山北的 LT50低,抗寒性介于室蘭和表山北;Z82和Z46的LT50高于雙親,Z82比表山北、室蘭分別高0.95℃和1.59℃,Z46則分別比親本高1.24℃和1.88℃,所以抗寒性低于室蘭、表山北,且Z82的葉片抗寒性略高于最不抗寒的Z46。從半致死溫度來看,不同結(jié)縷草材料的抗寒性強(qiáng)弱順序?yàn)閆93＞Z9＞Z138＞=Z144＞室蘭＞Z33＞Z56＞表山北＞Z82＞Z46。

3 討論

(1)細(xì)胞膜是生物體與環(huán)境之間的界面結(jié)構(gòu),對(duì)維持生物體正常的生理生化過程有重要的作用。細(xì)胞膜是細(xì)胞感受環(huán)境脅迫最敏感的部位[10],也是低溫傷害的原初部位[11]。Lyons[12],認(rèn)為冷敏感植物在遭受低溫脅迫時(shí),生物膜首先發(fā)生物相改變,由液晶相變?yōu)槟z相,生物膜的透性發(fā)生不同程度的增大,細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲,引起導(dǎo)電性的變化,根據(jù)細(xì)胞導(dǎo)電性的差異,確定膜透性大小,從而推測(cè)膜的受傷程度和對(duì)寒冷的抗性強(qiáng)弱。植物細(xì)胞電解質(zhì)的外滲程度可用相對(duì)電導(dǎo)率來表示,其大小可反映植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的低溫傷害程度。電解質(zhì)外滲法(電導(dǎo)法)就是依據(jù)此原理檢測(cè)植物抗寒性[13],以相對(duì)電導(dǎo)率擬合Logistic方程求得的LT50可反映植物在低溫下保持膜系統(tǒng)穩(wěn)定性和完整性的能力,比較植物抗寒能力的差異。

(2)由于遺傳背景的不同,結(jié)縷草屬植物的抗寒性存在明顯的種及品種間差異,且結(jié)縷草屬植物種間、品系間互交可育,使得選育抗寒性強(qiáng)的優(yōu)良草坪品種(系)有了相應(yīng)的遺傳基礎(chǔ)[6]。試驗(yàn)結(jié)果表明,10個(gè)結(jié)縷草品系的相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的變化而呈明顯的S型曲線。從S型曲線可以看出,在-11～-13℃葉片相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最大值?？购栽囼?yàn)結(jié)果表明,據(jù)葉片相對(duì)電導(dǎo)率模擬Logistic方程所求得的LT50變化為-6.68～-9.72℃,說明供試的10個(gè)結(jié)縷草品系的葉片抗寒性均較強(qiáng)。10個(gè)結(jié)縷草品系葉片的半致死溫度由低到高,即葉片的抗寒性由強(qiáng)到弱順序依次為:Z93＞Z9＞Z138＞=Z144＞室蘭＞Z33＞Z56＞表山北＞Z82＞Z46,與田間物候期和越冬率的觀測(cè)結(jié)果一致。

(3)本試驗(yàn)只進(jìn)行了一個(gè)時(shí)期的葉片電導(dǎo)率測(cè)定,而沒有考慮不同季節(jié)及低溫鍛煉對(duì)結(jié)縷草各品系半致死溫度的影響,因此,所得到的葉片LT50只是判別抗寒性差別的依據(jù)之一,要準(zhǔn)確判斷各品系的抗寒性,還需結(jié)合相關(guān)抗寒生理指標(biāo)的測(cè)定。

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