孫曉梵， 張一龍， 李培英，2，3*， 孫宗玖，2，3

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2. 新疆草地資源與生態(tài)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830052； 3. 西部干旱區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830052)

近年來(lái)，干旱脅迫因發(fā)生頻率高、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)而成為影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一[1]。干旱脅迫可以從物候、形態(tài)到分子水平不同層次上影響植物生長(zhǎng)發(fā)育[2]，使植株出現(xiàn)萎蔫、光合作用減弱、體內(nèi)生化代謝紊亂等現(xiàn)象[3]。采取一定措施減輕干旱對(duì)幼苗傷害，提高幼苗抗旱性，對(duì)植物生產(chǎn)具有重要意義，因而探討使用植物激素、信號(hào)分子、微量元素等外源物質(zhì)是否能提高植物抗旱性研究有待開(kāi)展。

MeJA是茉莉酸經(jīng)甲酯化形成的一種環(huán)戊酮衍生物，被普遍認(rèn)為是一種很有前途的提高植物對(duì)逆境脅迫耐受性的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑[4]。作為天然植物成分，具有對(duì)人體無(wú)毒、環(huán)境友好以及微量高效等特點(diǎn)[5]。近年研究發(fā)現(xiàn)MeJA可以提高棉花(Gossypiumspp)[6]、水稻(Oryzasativa)[7]、玉米(Zeamays)[8]、小麥(Triticumaestivum)[9]等植物的耐旱、耐鹽害的能力。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn)MeJA處理干旱脅迫下的花椰菜(Brassicaoleracea)可以提高葉片的相對(duì)含水量、葉綠素含量以及抗氧化酶的活性，從而緩解干旱脅迫對(duì)其造成的不利影響。Munemasa等[11]研究發(fā)現(xiàn)花后噴施MeJA可顯著提高干旱脅迫下大豆(Glycinemax)植株葉片超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化物酶(Peroxidase，POD)等抗氧化酶的活性，增加干旱脅迫下產(chǎn)量和收獲指數(shù)。研究結(jié)果表明MeJA在調(diào)節(jié)高羊茅鎘脅迫中具有重要作用[12]，但對(duì)草坪草抗旱性的影響及作用機(jī)制研究較少。對(duì)于草坪草而言，干旱脅迫降低了其草坪質(zhì)量，影響其在城市綠地、園林綠化及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的基本功能，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失[13]。狗牙根(Cynodondactylon)是一種C4型禾本科植物，適應(yīng)在氣候炎熱、干旱環(huán)境種植，且一般認(rèn)為它比其他暖型草坪草具有更好的抗旱性[14]。為了促進(jìn)其推廣應(yīng)用，響應(yīng)園林綠化對(duì)草坪節(jié)水抗旱需求，有必要探討通過(guò)外源物質(zhì)添加減輕其在干旱下景觀受損，進(jìn)而減少灌溉頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水目的。因此，本研究以‘新農(nóng)1號(hào)’狗牙根[Cdactylon(L.)Pers.‘Xinnong No.1’]為材料，研究干旱下葉片噴施MeJA對(duì)狗牙根幼苗的脂膜穩(wěn)定性、抗氧化系統(tǒng)活性、以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量有何影響，明確其是否能提高狗牙根抗旱性，以及作用機(jī)制，為生產(chǎn)中提高狗牙根抗旱性提供可用技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)所采用的狗牙根‘新農(nóng)1號(hào)’，2019年采自新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪農(nóng)場(chǎng)。茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate，MeJA)購(gòu)自Sigma公司。將狗牙根種子均勻播種在花盆(口徑14 cm，高度14 cm)中，播量為每盆0.3 g。每盆裝土壤1.2 kg(花土∶河沙∶草炭土=2∶2∶1)，土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.35%，土壤堿解氮含量為121.98 mg·kg-1，土壤速效磷含量為14.91 mg·kg-1，土壤速效鉀含量為92.45 mg·kg-1。通過(guò)定量澆水、遮雨處理45 d后，試驗(yàn)材料達(dá)到成坪狀態(tài)，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，噴施0.75 μmol·L-1MeJA可以延緩狗牙根在自然干旱下的葉片枯黃，因而選定作為MeJA的處理濃度。試驗(yàn)在2020年7—8月，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境學(xué)院樓側(cè)試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理包括正常灌溉+噴蒸餾水(CK)、正常灌溉+噴MeJA(M)、干旱+噴蒸餾水(D)、干旱+噴MeJA(DM)，每個(gè)處理8盆。在干旱處理前連續(xù)3天在下午16時(shí)進(jìn)行噴施MeJA或蒸餾水。采用手搖噴霧器均勻噴施到試驗(yàn)狗牙根葉片正反面，葉面全部濕潤(rùn)無(wú)液滴滴下為宜，進(jìn)行充分灌溉后開(kāi)始進(jìn)行干旱處理。CK，M進(jìn)行正常灌溉，D，DM不灌溉，晚上進(jìn)行遮蓋處理防止下雨以及晨露提供水分。通過(guò)在干旱脅迫第0，7，14 d以及復(fù)水7 d后進(jìn)行取樣測(cè)定。通過(guò)水分測(cè)定，干旱7 d時(shí)為中度干旱，干旱14 d時(shí)為重度干旱。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

體積土壤含水量(Volume water content，VWC)采用MP 508土壤水分傳感器測(cè)定，參考黃呂勇[15]的方法，利用土壤含水量(Soil water content，SWC)與VWC的擬合方程進(jìn)行SWC的計(jì)算。草坪質(zhì)量(Turf quality，TQ)參照美國(guó)草坪草評(píng)價(jià)體系(National turfgrass evaluation program，NTEP)標(biāo)準(zhǔn)[16]，以草坪的密度、色澤、質(zhì)地、均一性進(jìn)行評(píng)分，最好質(zhì)量為9級(jí)，死亡或枯黃草坪為0級(jí)，6級(jí)為可接受的正常草坪。

相對(duì)含水量(Relative water content，RWC)采用飽和稱(chēng)重法[17]。相對(duì)電導(dǎo)率(Relative electric conductivity，REC)采用電導(dǎo)儀法，用DDS-307型電導(dǎo)率儀測(cè)定。

抗氧化酶活性測(cè)定：SOD采用氮藍(lán)四唑光化還原法、POD采用愈創(chuàng)木酚法、CAT采用過(guò)氧化氫還原法進(jìn)行測(cè)定。采用上海優(yōu)選生物有限公司試劑盒測(cè)定過(guò)氧化氫(Hydrogen peroxide，H2O2)含量。

采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量[18]。采用蒽酮比色法進(jìn)行可溶性糖(Soluble sugar，SS)含量的測(cè)定[19]。采用考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行可溶性蛋白(Soluble protein，SP)含量的測(cè)定[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用SPSS 21.0軟件中One-way ANOVA進(jìn)行每個(gè)取樣時(shí)間4個(gè)處理間方差分析，并用Duncan法進(jìn)行處理間平均數(shù)比較，顯著性水平的判斷依據(jù)為P<0.05。最終Origin 2018進(jìn)行圖的制作。

2 結(jié)果分析

2.1 干旱和復(fù)水過(guò)程中土壤含水量的變化

由圖1可知，干旱處理0 d，各處理土壤含水量為38.33%～40.32%，且處理間無(wú)顯著差異，說(shuō)明干旱處理前各處理土壤水分條件保持一致。干旱7 d時(shí)，2個(gè)干旱處理含水量分別為21.86%和22.26%(土壤相對(duì)含水量為56%左右)，且二者間無(wú)顯著差異，但顯著低于2個(gè)正常灌溉處理(P<0.05)。干旱處理14 d時(shí)，2個(gè)干旱處理土壤含水量降低到12.56%左右(土壤相對(duì)含水量為32%左右)。復(fù)水后2個(gè)干旱處理土壤含水量得到一定恢復(fù)，但仍然顯著低于正常灌溉處理。

2.2 MeJA噴施對(duì)干旱及復(fù)水下狗牙根草坪質(zhì)量及葉片相對(duì)含水量的影響

圖2a可示，2個(gè)正常灌溉處理草坪質(zhì)量維持在8～8.5分之間，且二者間無(wú)顯著差異；而干旱處理D和DM隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)，草坪質(zhì)量呈逐漸降低趨勢(shì)。但與干旱處理(D)相比，干旱下噴施MeJA(DM)處理在干旱第14 d時(shí)草坪質(zhì)量顯著提高18.18%。復(fù)水后2個(gè)干旱處理的草坪質(zhì)量均得以恢復(fù)，與正常灌溉無(wú)顯著差異。

圖1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)土壤含水量的影響Fig.1 Effects of drought and rewatering on soil water content (SWC)注：不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，大寫(xiě)字母CK，M，D，DM分別表示正常灌溉+無(wú)茉莉酸甲酯、正常灌溉+茉莉酸甲酯、干旱+無(wú)茉莉酸甲酯、干旱+茉莉酸甲酯、，數(shù)字0,7,14,R-7分別代表第0 d、7 d、14天、復(fù)水7天后的處理天數(shù)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference between Treatments (P<0.05). CK,M,D,DM indicate normal irrigation + No-MejA,normal irrigation + MejA,drought + No-MejA,and drought + MejA,respectively,the numbers 0,7,14 and R-7 represent 0,7,14 days after treatment and 7 days after rewatering,respectively. The same as below

由圖2b可知，在各取樣時(shí)間，CK,M處理葉片相對(duì)含水量維持在85.67%～89.15%，且二者間無(wú)顯著差異。2個(gè)干旱處理隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)葉片相對(duì)含水量呈逐漸降低趨勢(shì)；干旱7 d，二者間葉片相對(duì)含水量無(wú)顯著差異，但干旱14 d和復(fù)水7 d時(shí)DM處理葉片相對(duì)含水量較D處理分別顯著高24.36%和7.44%，說(shuō)明噴施MeJA可在干旱下促進(jìn)狗牙根葉片含水量的維持，保證細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，且復(fù)水后也表現(xiàn)為更好地恢復(fù)。

圖2 干旱及復(fù)水下MeJA對(duì)狗牙根草坪質(zhì)量和葉片相對(duì)含水量的影響Fig.2 Effect of MeJA on turf quality and relative water content of bermudagrass seedlings under drought and rewatering

2.3 MeJA噴施對(duì)干旱及復(fù)水下狗牙根幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的影響

由圖3a可知，干旱及復(fù)水下，CK和M處理葉片EL維持在9.45%～13.39%，且兩個(gè)處理間無(wú)顯著差異；而干旱脅迫的D和DM處理隨干旱程度加劇其葉片EL呈逐漸上升趨勢(shì)，且DM處理葉片細(xì)胞膜質(zhì)受害較輕，在干旱第7，14 d及復(fù)水后EL均顯著低于D處理(P<0.05)，其值分別低13.02%，12.45%和27.88%。

由圖3b可知，干旱及復(fù)水下，CK和M處理葉片MDA含量維持在8.08～11.16 μmol·g-1，且2個(gè)處理間無(wú)顯著差異；但D和DM處理隨干旱脅迫加劇MDA含量呈逐漸上升，在干旱第7 d和14 d時(shí)DM處理MDA含量較D處理分別顯著下降25.87%，21.30%，而復(fù)水后各處理間MDA含量雖有差異，但沒(méi)達(dá)到顯著水平。

圖3 干旱及復(fù)水下MeJA對(duì)狗牙根相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響Fig.3 Effect of MeJA on electrolyte leakage and MDA content of bermudagrass seedlings after drought and rewatering

2.4 MeJA噴施對(duì)干旱及復(fù)水下狗牙根葉片H2O2含量及抗氧化酶活性的影響

如圖4a所示，干旱處理7 d，各處理間H2O2含量出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，且D較CK處理H2O2含量高20.96%；干旱14 d時(shí)，D和DM處理H2O2含量進(jìn)一步上升，顯著高于CK和M處理，但DM處理比D處理H2O2含量降低19.12%。

干旱0 d，4個(gè)處理間POD活性(圖4b)無(wú)顯著差異。隨干旱加劇，各處理間POD活性均呈上升趨勢(shì)，干旱14 d時(shí)達(dá)到峰值，且復(fù)水后其活性降低。干旱第7 d，14 d和復(fù)水后，DM較D處理POD活性顯著提高36.26%，38.12%和23.53%。說(shuō)明噴施MeJA可顯著提高干旱脅迫下狗牙根POD活性。

干旱0 d，4個(gè)處理間CAT活性(圖4c)無(wú)顯著差異；干旱14 d時(shí)，CK與M間CAT活性無(wú)顯著差異，但顯著低于DM和D處理，且DM處理較D處理CAT活性顯著高52.37%(P<0.05)。復(fù)水后，DM處理的CAT活性仍保持活躍，較D處理高48.97%。

狗牙根葉片SOD活性(圖4d)隨干旱程度加劇，呈先升后降趨勢(shì)，表現(xiàn)為干旱7 d達(dá)到峰值，且DM較D處理SOD活性顯著提高16.76%。干旱14 d時(shí)，2個(gè)干旱處理SOD活性顯著高于2個(gè)正常灌溉處理，但DM與D處理間無(wú)顯著差異。復(fù)水后SOD活性進(jìn)一步降低，表現(xiàn)為與干旱0 d基本相同。

圖4 干旱及復(fù)水下MeJA對(duì)狗牙根H2O2含量及抗氧化酶活性影響Fig.4 Effect of MeJA on antioxidant enzyme activities and H2O2content of bermudagrass seedlings under drought and rewatering

2.5 MeJA噴施對(duì)干旱及復(fù)水下狗牙根滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從圖5a可以看出，狗牙根葉片可溶性蛋白(SP)含量隨干旱程度加劇，呈先升后降趨勢(shì)。干旱0 d時(shí)各處理間可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異，維持在31.78～35.38 mg·g-1左右；干旱7 d達(dá)到峰值，但DM和D處理在各取樣節(jié)點(diǎn)均無(wú)顯著差異。

由圖5b可知，在干旱0 d時(shí)可溶性糖(SS)含量差異不顯著，維持在12.54～13.66 mg·g-1左右。干旱第7 d，D處理SS含量開(kāi)始小幅上升，顯著比DM處理提高20.78%；干旱14 d時(shí)，SS含量達(dá)到峰值，且DM處理顯著高于D處理(P<0.05)20.56%。復(fù)水后各處理SS含量顯著下降且恢復(fù)至對(duì)照水平。

圖5 干旱及復(fù)水下MeJA對(duì)狗牙根可溶性蛋白、糖的影響Fig.5 Effect of MeJA on SP and SS content of bermudagrass under drought and rewatering

根據(jù)圖6b得知，4個(gè)處理間狗牙根葉片總氮含量在干旱0，7 d以及復(fù)水后均無(wú)顯著差異，維持在2.11～2.76 g·kg-1。干旱14 d時(shí)，D處理顯著低于正常灌溉處理，DM處理雖葉片總氮含量測(cè)定值高于D處理，但差異不顯著。

圖6 干旱及復(fù)水下MeJA對(duì)狗牙根硝態(tài)氮、全氮含量的影響Fig.6 Effect of MeJA on and total nitrogen content of bermudagrass under drought and rewatering

3 討論

3.1 噴施MeJA對(duì)干旱下狗牙根水分代謝的影響

MeJA作為植物體內(nèi)一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)類(lèi)激素，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育造成一定影響。葉片RWC可以反映干旱脅迫后植物體內(nèi)水分的虧缺情況。本研究中，隨著干旱加劇、土壤含水量減少，狗牙根幼苗的RWC下降顯著，而噴施MeJA可以顯著減緩RWC的降低、保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，促進(jìn)各項(xiàng)代謝的正常進(jìn)行，與錢(qián)云妹等[21]在高羊茅上的研究結(jié)果相似。馬超[22]在小麥上也同樣發(fā)現(xiàn)，0.25 μM的MeJA處理組與干旱處理組相比，其鮮重、干重和RWC均出現(xiàn)顯著提高。

3.2 噴施MeJA對(duì)干旱下狗牙根抗氧化系統(tǒng)影響

3.3 噴施MeJA對(duì)干旱下狗牙根滲調(diào)物質(zhì)影響

滲透調(diào)節(jié)是植物在干旱脅迫下維持體內(nèi)水分平衡的重要手段之一。干旱脅迫下，由于脅迫程度、植物種類(lèi)、部位以及器官的不同，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化也會(huì)不同。研究發(fā)現(xiàn)，JA浸種可以通過(guò)增加可溶性糖、多糖、游離氨基酸、脯氨酸和可溶性蛋白含量緩解玉米在干旱脅迫下的損傷[26]。楊藝[6]在棉花上也同樣發(fā)現(xiàn)，JA和MeJA處理能顯著增加種苗干旱脅迫下脯氨酸含量、降低葉片滲透勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱初期，MeJA處理可提高狗牙根體內(nèi)可溶性蛋白含量，干旱后期，可通過(guò)促進(jìn)淀粉水解加速以及糖利用減少[27]導(dǎo)致可溶性糖積累。

4 結(jié)論

干旱前噴施0.75 μmol·L-1MeJA，可通過(guò)提升中度干旱下狗牙根葉片SOD活性、POD活性、增加SP含量來(lái)維持草坪質(zhì)量；重度干旱下可提升葉片POD活性、CAT活性增加SS含量以減少干旱對(duì)狗牙根影響，延長(zhǎng)草坪景觀維持時(shí)間。