劉穎

(青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省高寒草地適應(yīng)性管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

三江源區(qū)地處青藏高原腹地，是我國生態(tài)環(huán)境的極敏感區(qū)和氣候變化的啟動區(qū)。雖然近些年國家開始大力開展生態(tài)治理工作，但三江源區(qū)依然有近一半面積的退化高寒草地，治理難度依然嚴(yán)峻，亟需抗逆性強(qiáng)、侵占能力好的生態(tài)先鋒草種。青海草地早熟禾(PoapratensisL. cv. Qinghai) 為青海省重要的野生栽培品種，該品種的成功馴化填補(bǔ)了三江源區(qū)海拔3 500 m 以上根莖型禾草缺乏的空白[1]，因其具有極強(qiáng)的抗寒性、耐牧性和根莖分蘗再生能力等優(yōu)良特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于青海省三江源區(qū)、祁連山區(qū)等地的“黑土灘”退化草地綜合治理工程。但在生產(chǎn)利用的過程中發(fā)現(xiàn)，青海草地早熟禾對水肥條件的要求比較高，根系深度較淺[2]。而植物的根系深度與抗旱性和產(chǎn)量都成正比[3,4]。因此，在栽培過程中利用生長調(diào)節(jié)劑促進(jìn)青海草地早熟禾的根系深度，對加強(qiáng)其抗逆性、提高其產(chǎn)量、增強(qiáng)其人工草地的水源涵養(yǎng)能力，擴(kuò)大其應(yīng)用前景與范圍的意義重大。

獨(dú)角金內(nèi)酯(GR24)近些年已經(jīng)被定義為新一類植物激素，可能在根系構(gòu)型形成方面起關(guān)鍵作用[5,6]。目前，還未見關(guān)于GR24促進(jìn)植物根系深度的報(bào)道。在禾草上關(guān)于GR24促進(jìn)植物根系伸長的報(bào)道同樣也非常少，Liu等和Hu等分別報(bào)道過GR24可促進(jìn)高羊茅(Festucaarundinacea)根系的伸長[7,8]。但在模式植物中，有很多關(guān)于GR24促進(jìn)植物根系伸長的報(bào)道，可以借鑒。另外，微根窗技術(shù)是一種非破壞性、定點(diǎn)直接觀察的技術(shù)，是活體根系監(jiān)測、根系動態(tài)生長監(jiān)測最主要的方法[9]。因此，本研究擬利用微根窗技術(shù)，在田間原位觀測獨(dú)角金內(nèi)酯對青海草地早熟禾根系深度和長度的影響，為今后在青海草地早熟禾人工草地上應(yīng)用獨(dú)角金內(nèi)酯提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于青海省海南藏族自治州貴南縣過馬營洛加村，屬高原大陸性寒溫氣候，年均氣溫2.3 ℃，7月最高(13.6 ℃)，1月最低 (-11.0 ℃)。年降水量352.7 mm。地理坐標(biāo)為101.21 °E，3576 °N，海拔3 317 m。試驗(yàn)地種植上一年空置，并施入羊糞作為底肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究以青海草地早熟禾為研究材料，于2021年7月種植青海草地早熟禾試驗(yàn)田小區(qū)，每個(gè)小區(qū)12 m2(3 mX4 m)，設(shè)置GR24葉面噴施和對照2個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共6個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。小區(qū)間隔0.8 m。播種量為7.5 kg/hm2，播種方式為撒播。GR24噴施濃度為 0.5 μmol/L。GR24噴施時(shí)間為種植當(dāng)年出苗后兩個(gè)月。

1.3 測定方法

本研究采用微根窗技術(shù)原位觀測獨(dú)角金內(nèi)酯對青海草地早熟禾根系深度的影響。在青海草地早熟禾人工草地種植前將根管埋入試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)埋設(shè)3根根管，根管埋設(shè)角度為45°。采用CI-600 儀器(CID，Camas，Wash.，美國)原位觀測青海草地早熟禾的根系深度和總根長，并在每根管中選擇一條相對幼嫩、完整，拍攝清楚的根觀測其長度變化。觀測時(shí)間為在出苗后兩個(gè)月噴施GR24時(shí)(0 Month)、噴施GR24一個(gè)月后(1 Month)、噴施GR24兩個(gè)月后(2 Month)和第二年牧草返青后一個(gè)月(SY 1 Month)。單根生長速率等于噴施后單根長度減去前一次測定的該根系長度再除以間隔生長天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS(13.0版，IBM公司，阿蒙克市，紐約州)進(jìn)行差異顯著性分析。差異顯著性分析采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)方法，P< 0.05為顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 GR24對青海草地早熟禾根系深度的影響

本研究通過間斷性觀測青海草地早熟禾的根系深度發(fā)現(xiàn)，噴施GR24可顯著增加青海草地早熟禾的根系深度，尤其是在噴施后的第一個(gè)月(P<0.05)。噴施GR24前，根系深度平均在27 cm 左右，噴施GR24后一個(gè)月根系深度增加至59.5 cm，對照為46.98 cm。在噴施GR24后的第二個(gè)月和第二年牧草返青后的第一個(gè)月仍可保持第一個(gè)月的促進(jìn)增量(如圖1)。

圖1 GR24對青海草地早熟禾根系深度的影響

2.2 GR24對青海草地早熟禾根系總長度的影響

本研究通過間斷性觀測青海草地早熟禾的根系總長度發(fā)現(xiàn)，噴施GR24可顯著增加青海草地早熟禾的根系總長度，尤其是在噴施后的第一個(gè)月(P<0.05)。噴施GR24前，根系總長度平均在90 cm 左右，噴施GR24后一個(gè)月根系總長度增加量是對照的1.67倍。在噴施GR24后的第二個(gè)月和第二年牧草返青后的第一個(gè)月仍可保持此前的促進(jìn)增量(如圖2)。

圖2 GR24對青海草地早熟禾根系總長度的影響

2.3 GR24對青海草地早熟禾單根伸長速率的影響

通過對單根根系長度的觀測發(fā)現(xiàn)，噴施GR24一個(gè)月后，青海草地早熟禾的單根伸長速率顯著增加(P<0.05)。噴施GR24后第一個(gè)月單根伸長速率為1.20 cm/d，對照為0.62 cm/d，GR24處理是對照的1.93倍。在噴施GR24后的第二個(gè)月和牧草返青后的第一個(gè)月促進(jìn)效果不顯著(如圖3)。

圖3 GR24對青海草地早熟禾單根伸長速率的影響

3 討論

近些年，調(diào)控禾草根系深度的研究多集中在外在因素(土壤、肥料、水份、光、熱、機(jī)械刺激等)，除生長素外其它植物激素對植物根系深度調(diào)控方面的報(bào)道較少。Ogura等指出EXOCYST70A3通過動態(tài)調(diào)節(jié)植物生長素的運(yùn)輸來塑造擬南芥(Arabidopsisthaliana)根系深度[10]。目前，還未見關(guān)于GR24促進(jìn)植物根系深度的報(bào)道。本研究噴施GR24對青海草地早熟禾的根系深度的促進(jìn)作用主要集中在噴施后的第一個(gè)月，噴施GR24后青海草地早熟禾的根系深度增加了26.6%。而在噴施后第二個(gè)月和返青后第一個(gè)月的促進(jìn)作用不顯著。其原因可能為GR24等激素類物質(zhì)在植物體內(nèi)代謝非?？焖佟Ａ硗猓瑖娛〨R24后第一個(gè)月根系深度的驟增主要是因?yàn)?月份正值秋季植物根系生長的旺盛期，處理與對照組均增加較大。

根系伸長是決定植物根系深度的重要因素。目前，科學(xué)界公認(rèn)的是植物內(nèi)源激素的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)及信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)是調(diào)節(jié)根系伸長的主要因素。相關(guān)研究結(jié)果表明，GR24對模式植物根系伸長的調(diào)控主要是介入了生長素的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)或信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：Ruyter-Spira等證明GR24可通過調(diào)節(jié)擬南芥根系尖端分生組織細(xì)胞數(shù)量和局部植物生長素水平來增加主根長度[11]；Sun 等指出SPL14/17(可介導(dǎo)生長素轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因PIN1b啟動子的反式激活)作用于獨(dú)腳金內(nèi)酯信號通路下游，調(diào)節(jié)水稻(Oryzasativa)種子根的伸長[12]；Koltai等指出GR24對番茄(Solanumlycopersicon)根毛伸長的調(diào)控同樣是介導(dǎo)了生長素的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑[13]。除生長素外，Kapulnik等利用擬南芥突變體指出獨(dú)角金內(nèi)酯對根毛伸長的調(diào)控依賴于乙烯合成途徑，生長素信號網(wǎng)絡(luò)在其中起連接作用。這說明在調(diào)控根系伸長方面，GR24與乙烯的代謝途徑同樣密切相關(guān)[14]。在禾草上關(guān)于GR24促進(jìn)植物根系伸長的報(bào)道比較少，Liu 等指出GR24可顯著促進(jìn)高羊茅的根系伸長[8]，這與本研究的結(jié)果相似(GR24可顯著提高青海草地早熟禾的單根伸長速率)。Hu等進(jìn)一步指出GR24是通過增加細(xì)胞分裂和降低生長素轉(zhuǎn)運(yùn)促進(jìn)高羊茅根系的伸長[7]。本研究噴施GR24對青海草地早熟禾根系長度的促進(jìn)作用同促進(jìn)根系深度的結(jié)果一樣，只在噴施后的第一個(gè)月效果顯著。噴施GR24后，青海草地早熟禾的總根長增加了499.3%，單根伸長速率增加了93.5%。此結(jié)果表明，GR24對青海草地早熟禾根系深度的促進(jìn)作用可能是源于對根系伸長的促進(jìn)作用。綜上所述，青海草地早熟禾種植當(dāng)年(出苗后第二個(gè)月)噴施0.5 μmol/L GR24可顯著增加其根系深度、總根長，并促進(jìn)其單根伸長速率，促進(jìn)效果僅在噴施當(dāng)月顯著。