楊志超，張永亮，石立媛，潘 東

(內(nèi)蒙古民族大學 農(nóng)學院，內(nèi)蒙古飼用作物工程技術研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028042)

利用苜蓿(Medicagosativa)與多年生禾本科牧草混播建立高產(chǎn)人工草地，是發(fā)展草牧業(yè)的重要途徑之一。苜蓿與禾本科牧草混播不僅可以提高牧草產(chǎn)量和條件[1-4]，還能改善土壤質(zhì)量[5-7]。雖然豆禾混播草地表現(xiàn)出許多優(yōu)越性，但因在混播中豆科與禾本科牧草之間存在著養(yǎng)分、水分、光照和空間等競爭因素[8]，如果混播組分競爭力不同，結(jié)果將出現(xiàn)一方逐漸消退，另一方逐漸占據(jù)優(yōu)勢的現(xiàn)象[9-10]。在國內(nèi)對混播草地豆科與禾本科牧草種間競爭機理進行了較多研究，但主要集中在種間競爭效果[8-9,11-13]和混播牧草光合生理特性[14-16]等方面，有關混播牧草種間競爭脅迫下的抗逆性研究鮮見報道。在田間試驗條件下，通過測定苜蓿與禾草混播后葉片超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性以及脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量等指標來分析不同混播方式下紫花苜蓿與無芒雀麥(Bromusinermis)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、虉草(Phalarisarundinacea)和貓尾草(Phleumpratense)的抗氧化特性，為科爾沁沙地苜蓿與禾草混播草地建植提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學農(nóng)牧業(yè)科技示范園區(qū)。試驗地區(qū)為典型的溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃，≥10℃積溫3 184℃，無霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生長季(4～9月)降水量占全年的89%。土壤為風沙土，土壤有機質(zhì)含量4.86 g/kg，速效鉀94.65 mg/kg，速效磷10.46 mg/kg，堿解氮11.15 mg/kg，pH為8.2。具有噴灌條件，干旱時灌水，各處理每次灌水時間相等。

1.2 試驗設計

試驗設混播禾草種類(A因素)和混播比例(B因素)兩個因素。混播禾草種類有紫花苜蓿-無芒雀麥、紫花苜蓿-垂穗披堿草、紫花苜蓿-通草1號虉草(P.arundinaceacv.Tongcao No.1)和紫花苜蓿-貓尾草等4種，分別用A1、A2、A3、A4表示；混播比例為1∶1(B1)、2∶2(B2)、1∶2(B3)和2∶1(B4)4個處理，以單播苜蓿和單播禾草為對照。苜蓿單播量15 kg/hm2，無芒雀麥和垂穗披堿草單播量30 kg/hm2，虉草單播量15 kg/hm2。混播組分中苜蓿播種量分別占單播量的50%(B1)、50%(B2)、33%(B3)和67%(B4)；禾草播種量分別占單播量的50%(B1)、50%(B2)、67%(B3)和33%(B4)。采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積5 m×4 m，行距30 cm，每小區(qū)12行，3次重復。

1.3 測定項目與方法

播種當年于8月3日在苜蓿盛花期進行第1次刈割，留茬5 cm。9月10日對再生草分種取樣，選取頂部往下數(shù)第3～4片無損壞葉片10 g，在液氮中迅速冷凍，帶回實驗室后，存放冰柜中保存?zhèn)溆谩３趸锲缁?SOD)活性采用NBT光還原法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法測定[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用DPS 17.10進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播禾草種類對混播植物抗氧化系統(tǒng)的影響

2.1.1 混播禾草種類對混播植物SOD活性的影響 不同禾草葉片SOD活性差異明顯。虉草(A3)葉中SOD含量最高，分別比無芒雀麥(A1)和披堿草(A2)高29.94%和20.69%(P<0.01)，其次是貓尾草(A4)，分別比無芒雀麥(A1)和披堿草(A2)高出21.83%和13.16%(P<0.01)；A3和A4以及A2和A1處理禾草SOD活性差異不顯著(P>0.05)。A4和A3處理苜蓿SOD活性分別比A2處理高12.37%和13.68%(P<0.05)，其余處理間苜蓿SOD活性沒有顯著差異(表1，2)。

2.1.2 混播禾草種類對混播植物POD活性的影響 A2處理禾草POD活性最高，其次是A3處理。其中，A2處理禾草POD活性分別比A1，A3和A4處理高250.04%，20.22%和350.42%倍，差異均達極顯著水平(P<0.01)；A3處理禾草POD活性分別比A1和A4處理高191.18%和274.68%(P<0.01)。A1和A4處理之間差異不顯著(表1)。A1處理下苜蓿POD活性比A4處理高19.47%(P<0.01)；A3處理POD活性比A4處理高16.40%(P<0.05)；其余處理之間無顯著差異。

2.1.3 混播禾草種類對混播植物MDA含量的影響 A3、A4處理禾草MDA含量極顯著(P<0.01)低于A1和A2處理，其中,A3處理低50.35%和51.53%，A4處理低67.29%和68.06%；A4處理禾草MDA含量又極顯著低于A3處理(P<0.01)；A2和A1處理之間沒有顯著性差異。不同禾草種類處理對苜蓿葉片中MDA含量沒有顯著影響(表1，2)。

表1 混播禾草種類處理下禾草葉片的抗氧化特性Table 1 The effects of mixed sowing grass species on the antioxidant properties of grasses

注：同列不同大寫字母表示不同混播組合產(chǎn)量差異極顯著(P<0.01),同列不同小寫字母表示不同混播組合產(chǎn)量差異顯著(P<0.05),下同

表2 混播禾草種類處理下苜蓿葉片的抗氧化特性Table 2 The effects of mixed sowing grass species on the antioxidantproperties of alfalfa

2.1.4 混播禾草種類對混播植物Pro含量的影響 A3處理禾草Pro含量最高，分別比A1，A2和A4處理高79.59%，28.78%和95.56%，差異均達極顯著水平(P<0.01)，其中A2處理禾草Pro含量比A1和A4處理高39.46%和51.85%(P<0.01)；A1和A4處理禾草Pro含量沒有顯著差異(表1)。苜蓿與不同禾草混播后，A1處理苜蓿葉中Pro含量最高，分別比A2，A3和A4處理高17.76%，8.16%和24.89%，與A4處理差異極顯著(P<0.01)，與A2處理差異顯著(P<0.05)，A1和A3處理之間差異不顯著，A2，A3和A4處理之間差異不顯著(表2)。

2.2 混播比例對混播植物抗氧化系統(tǒng)的影響

2.2.1 混播比例對混播植物SOD活性的影響 B4處理禾草SOD活性最低，比B1，B2和B3處理低11.81%、11.38%(P<0.05)和8.62%(P>0.05)，其他各處理之間無顯著差異。單播苜蓿SOD活性最低，其次是B4處理，單播苜蓿分別比B1，B2和B3處理苜蓿SOD活性低20.91%，22.80%和21.58%，差異均達極顯著水平(P<0.01)；B4處理分別比B1，B2和B3處理低13.32%、15.38%和14.05%(P<0.05)，其余處理間苜蓿SOD活性差異不顯著(表3，4)。

2.2.2 混播比例對混播植物POD活性的影響 B1和B2處理禾草POD活性極顯著(P<0.01)高于B3和B4

處理，顯著(P<0.05)高于單播處理。B1與B2處理以及B3與B4處理之間禾草POD活性沒有顯著差異(表3)。B4處理禾草POD活性分別比B1、B2和B3處理低31.79%，30.58%和3.35%(P>0.01)。B1處理苜蓿POD活性最高，分別比B2，B3、B4和單播苜蓿處理高19.18%、21.45%、35.39%和31.79%，差異極顯著(P<0.01)。B4處理禾草POD活性分別比B1，B2和B3處理低26.14%，11.98%和10.30%(P>0.05)，其余混播比例下苜蓿POD活性均無顯著差異(表4)。

2.2.3 混播比例對混播植物MDA含量的影響 單播禾草MDA含量最高，分別比B1、B2、B3和B4處理高27.86%、44.35%、66.40%和46.42%，與B3處理差異極顯著(P<0.01)，與其他處理差異顯著(P<0.05)。B2處理禾草MDA含量比B3處理高30.14%(P<0.05)，其余處理間差異不顯著(表3)。除B1處理苜蓿MDA含量顯著(P<0.05)高于B3和B4處理外，其余處理苜蓿MDA含量均無顯著差異(表4)。

2.2.4 混播比例對混播植物Pro含量的影響 不同混播比例對禾草Pro含量均無顯著影響(表3)，而對苜蓿Pro含量有明顯影響(表4)。B1處理Pro含量最高，比B2，B3和B4處理高24.48%，27.41%和49.50%，差異極顯著(P<0.01)；單播苜蓿苜蓿Pro含量分別比B3和B4處理高17.77%(P<0.05)和38.19%(P<0.01)，B2處理Pro含量比B4處理高20.10%(P<0.05)，其余處理間苜蓿Pro含量無顯著差異(P>0.05)。

表3 混播比例處理下禾草葉片的抗氧化特性Table 3 The effects of mixed sowing ratios on the antioxidant properties of grass

表4 混播比例處理下苜蓿葉片的抗氧化特性Table 4 The effects of mixed sowing ratios on the antioxidant properties of alfalfa

苜蓿與禾草2∶1混播禾草的抗氧化酶(SOD、POD)活性最低。單播苜蓿和2∶1混播苜蓿具有較低的抗氧化酶活性。

2.3 混播組合對混播植物抗氧化系統(tǒng)的影響

2.3.1 混播組合對混播植物SOD活性的影響 混播組合對禾草SOD活性影響明顯(表5)。20個不同混播組合，A3B1組合禾草SOD活性最高，達到304.21 U/g，顯著高于A1B0、A1B4、A2B1、A2B2、A2B3、A2B4組合(P<0.05)。不同混播比例下虉草的SOD活性明顯高于披堿草。混播組合對苜蓿SOD活性的影響沒有禾草明顯(表6)。除A4B1組合苜蓿SOD活性顯著高于A2B4組合和單播苜蓿外，其余組合苜蓿SOD活性沒有顯著差異(表5)。

表5 混播組合處理下禾草葉片的抗氧化特性Table 5 The effects of mixed sowing combinations on the antioxidant properties of grass

注：B0表示苜蓿播種量為零，是單播禾草

2.3.2 混播組合對混播植物POD活性的影響 在不同混播組合條件下，A2B1組合禾草體內(nèi)POD活性最高(表5)，達到276.07 U/(g·min)，顯著高于A2B2組合之外的其他混播組合(P<0.05)。貓尾草不同混播比例組合POD活性普遍比較低，在29.13～74.54 U/(g·min)，而披堿草不同混播比例組合POD活性普遍較高，為156.21～276.07 U/(g·min)，顯著高于貓尾草組合(P<0.05)。苜蓿POD活性以A3B1組合最高(表6)，達到383.09 U/(g·min)，與其他處理組合(A1B1除外)間差異均達顯著水平(P<0.05)。A2B4組合苜蓿POD活性最低，僅為 187.24 U/(g·min)，顯著低于A1B1、A1B2、A1B3、A1B4、A2B1、A2B2、A2B3和A3B1組合(P<0.05)。

2.3.3 混播組合對混播植物MDA含量的影響 A2B0和A1B0組合禾草MDA含量顯著高于其他組合(P<0.05)。貓尾草不同混播比例組合MDA含量普遍較低，為1.77～4.36 μmol/g(表5)，而披堿草為5.65～12.84 μmol/g，無芒雀麥為6.69～12.83 μmol/g，除A2B3外，其余組合均顯著高于貓尾草組合(P<0.05)。在不同混播組合條件下，苜蓿MDA含量最高的組合是A2B1,顯著高于A3B2，A3B3和A1B4組合(P<0.05)，其余混播組合間苜蓿MDA含量差異不顯著(表6)。

2.3.4 混播組合對混播植物Pro含量的影響 不同混播組合處理下，禾草Pro含量以A3B3組合最高，其次是A3B0，A1B3組合Pro含量最低，其中A3B3組合與其他組合(A3B0，A2B1和A3B4除外)間差異均達顯著水平(P<0.05)，A3B0，A2B1和A3B4組合顯著高于A1B1，A1B3和A2B4以及貓尾草的不同混播比例組合(P<0.05)。苜蓿Pro含量最高的混播組合為A1B1組合，其次是A1B2組合，與其他組合(A3B1除外)間差異均達顯著水平(P<0.05)。

表6 混播組合處理下苜蓿的抗氧化特性Table 6 The effects of mixed sowing combinations on the antioxidant properties of alfalfa

3 討論

在苜蓿與禾草混播組合中既存在種間對養(yǎng)分、水分及空間資源的競爭，也存在光資源競爭。在二茬草生長時期，苜蓿再生速度明顯強于禾草，同時期苜蓿株高也明顯高于禾草，因此，苜蓿會對禾草產(chǎn)生遮蔭脅迫。在不同混播禾草種類和混播比例下，混播草地植物所受到的逆境脅迫程度也不盡相同。而在逆境脅迫下，植物體內(nèi)的活性氧數(shù)量劇增，作為應激反應，抗氧化酶活性和抗氧化劑含量會迅速升高，以清除氧自由基，維持細胞內(nèi)氧自由基的平衡[17]。SOD和POD是清除超氧自由基和過氧化氫，阻止或是減輕羥基自由基對植株生物膜破壞的主要酶，MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量可以反映膜脂過氧化程度和植物對逆境抗性的強弱[18]，當細胞遭受逆境脅迫時，細胞膜發(fā)生氧化分解，MDA大量積累，其含量越高表明植物抗逆境能力越差[19]。

有研究表明，在遮蔭脅迫下高羊茅抗氧化酶活性會呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢[20]，隨遮蔭度增加，金蓮花SOD 活性持續(xù)下降[21]。也有學者認為，不同生育期遮蔭對植物葉片SOD、POD活性和MDA含量影響程度不同，抽穗期遮蔭過程中，谷子植株表現(xiàn)出一定的自我調(diào)節(jié)能力，低遮蔭密度條件下，SOD、POD活性升高，MDA含量降低[22]。試驗中混播條件下虉草具有較高的SOD、POD活性和Pro含量，而MDA含量較低，表明其抗逆性或受種間競爭脅迫影響小于其余3種禾草。在苜蓿-虉草混播草地苜蓿也具有較高的SOD、POD活性和Pro含量，而MDA含量較低，表明苜蓿-虉草混播草地在播種當年種間干擾相對較小，受競爭脅迫影響不明顯。豆禾混播比例顯著影響禾草SOD、POD活性。豆禾2∶1混播顯著降低了禾草的SOD、POD活性，這是因為豆禾2∶1混播草地苜蓿對禾草的競爭脅迫程度明顯大于其他混播比例，尤其是對禾草的遮蔭脅迫程度大于其余混播草地。在豆禾2∶1混播草地混播苜蓿的SOD、POD活性和MDA含量、Pro含量均最低，這可能是苜蓿種內(nèi)競爭脅迫所致，因為豆禾2∶1混播草地混播苜蓿的種群密度明顯大于豆禾1∶1、2∶2和1∶2混播。苜蓿-禾草2∶2混播時，禾草和苜蓿具有較高的SOD和POD活性及較低的MDA含量。這是因為植物SOD和POD 活性的變化順序和增長幅度受植物抗性、植物種類、脅迫強度等諸多因素的影響[23]。在苜蓿-禾草混播群落，禾草會受到苜蓿遮蔭脅迫。遮蔭可誘導植物SOD、POD活性下降，膜脂過氧化程度加劇，MDA含量升高。

在混播群落中，除存在遮蔭脅迫外，還存在種間資源競爭脅迫，而不同植物種類對種間競爭脅迫的響應不同。馬嬌等[25]研究發(fā)現(xiàn)，高羊茅、草地早熟禾和多年生黑麥草混播草坪草對絲茅入侵的生理響應存在顯著的種間差異，絲茅密度越大對草坪草傷害越大，本試驗與馬嬌等[25]、呂晉慧等[23]報道結(jié)論相似。苜蓿-無芒雀麥、苜蓿-虉草2∶2混播，禾草與苜蓿均具有較高的SOD、POD活性和較低的MDA含量，表明這兩種混播草地禾草與苜蓿受種間競爭脅迫傷害相對較小。

4 結(jié)論

苜蓿與4種禾草混播群落中，混播虉草的抗氧化能力大于其他3種禾草，苜蓿的抗氧化能力在苜蓿-貓尾草混播群落中大于其他3種混播群落。

豆禾2∶1混播顯著降低了禾草的SOD和POD活性，禾草受種間競爭脅迫影響較大。2∶2混播時，禾草和苜蓿均具有較高的SOD和POD活性，禾草生長良好，受種間競爭脅迫傷害相對較小。