1、不同钙水平对多花黑麦草生长特性的影响草学CAOXUE不同钙水平对多花黑麦草生长特性的影响左意才，许钟丹，徐彦红，李斌，席溢*(贵州大学动物科学学院，贵州贵阳550025)摘要:筛选多花黑麦草适宜生长的钙水平，为多花黑麦草钙响应机理以及多花黑麦草的种植提供理论依据。以多花黑麦草为实验材料，采用石英砂盆栽法，设置 6 个供钙水平(0、25、50、100、500、1 000mg/kg)，分析不同钙水平下多花黑麦草生长、生理指标的变化，并利用隶属函数综合评价。结果表明:(1)钙浓度为 500、1 000mg/kg 时，植物因高钙胁迫均未存活;(2)钙浓度100mg/kg 时，随着钙浓度的增加，株高、叶
2、宽、叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素呈现先升高后降低的趋势，丙二醛含量呈减少趋势，超氧化物歧化酶活性差异不显著，脯氨酸含量在钙浓度为 100mg/kg 时显著高于其他处理。隶属函数综合评价表明，25 mg/kg 是多花黑麦草最适宜生长的钙水平。关键词:钙;多花黑麦草;形态指标;生理指标;隶属函数中图分类号:S544.035文献标识码:A文章编号:20963971(2023)01003307DOI:10.3969/j.issn.20963971.2023.01.006收稿日期:20220918基金项目:大学生创新创业训练计划项目 贵大(校)创字2016007;贵州省科学技术基金项目(黔科合支
3、撑 2018 2258 和黔科合基础 2020 1Y126);贵州省草地生态畜牧业人才基地(CJD201813)共同资助作者简介:左意才(1993)，男，贵州毕节人，在读学生，Email:462800863 *通讯作者:席溢(1987)，女，贵州安顺人，博士，副教授，硕士生导师，从事植物生理生态学、草地生态学研究，Email:yxi 钙(Ca)是植物必需元素之一，是生长发育重要的调节因子，也是细胞壁重要的组成部分，还是细胞响应外界环境重要的信号分子1，Ca 供应不足或过量都会引起生理失调。缺 Ca，首先出现在幼嫩组织，如顶芽、幼叶、根尖;叶片无光暗绿、叶小、卷曲变形，严重时幼叶坏死2;节间短小
4、，出现早衰、易倒伏、结实率降低或不结实3;最严重时根部生长受抑制，最终植株死亡4。高浓度的 Ca 胁迫，也会对种子萌发、光合作用、生长速率等造成消极影响。细胞质中高浓度的游离 Ca2+，会影响与磷代谢相关的生理活动，阻碍细胞正常的信号传导，进而影响正常的生殖生长，严重时将导致细胞坏死5。植物细胞对 Ca2+的吸收和土壤溶液中 Ca2+的含量成正比，富含 Ca2+的土壤会导致细胞对 Ca2+的吸收量超过需要量6。喀斯特地区土壤中 Ca2+丰富，含量是酸性土壤的 3 倍以上7。贵州是我国乃至世界喀斯特发育最典型、最复杂、分布面积最大的片区之一8，特殊的成土背景与气候条件，决定了土壤有机质含量低、C
5、a 含量较高、保水保土能力差。因此，研究喀斯特地区植物适应 Ca2+胁迫的机制和培育耐受 Ca2+胁迫的农作物及重要经济作物品种是十分必要的。以多花黑麦草(Lolium multiflorum L)为研究对象，探讨 Ca 对其生长特性的影响，确定适宜种植的 Ca 水平，对指导喀斯特地区多花黑麦草的生产种植有重要意义。关于多花黑麦草抗逆性的研究很多911，但有33草学CAOXUE草业科学2023 年第 1 期总第 270 期关 Ca2+对其胁迫的报道鲜少。逆境胁迫，植物通过抗氧化酶系统清除活性氧自由基，降低其对细胞的损伤;还通过合成渗透调节物质，降低细胞的水势，阻止水分过度损失。龙明华等12 研
6、究表明，缺 Ca、低 Ca、高 Ca 胁迫，甜瓜叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量、相对电导率、可溶性蛋白含量，均显著高于正常供 Ca 植株;项俊等13 对苔藓的研究表明，Ca 胁迫对可溶性糖和游离脯氨酸(Pro)的影响较大，低浓度 Ca 降低了 Pro、可溶性糖、MDA 含量，但随 Ca 浓度增加，Pro 和可溶性糖含量升高，MDA 含量也有所提高。1材料与方法1.1实验设计本实验以多花黑麦草(安格斯 1 号)为材料，采用砂培法进行种植。石英砂先用清水浸泡，除去粘土和有机质，至洗涤的水呈无色透明为止;再用 3%盐酸浸泡 1
7、周;然后用霍格兰营养液浸泡，每天 2 次，至 pH 呈中性为止。将处理好的石英砂装入上径 29cm、下径19cm、深 23cm 的花盆中，每盆装 9kg。挑选均匀饱满的黑麦草种子，将其置于 2%的H2O2溶液中浸泡 10min 消毒，再用蒸馏水冲洗 6 遍，晾干备用。将处理后的种子置床培养，待种子发芽，苗长 7cm 以上时，选择高度近似、生长情况相近的幼苗移栽花盆中，移栽深度为2cm。为确保植株有足够的养分，每周定期为植株浇灌霍格兰营养液。根据土壤中 Ca 含量范围14，实验设置 6 个供Ca水 平，分 别 为0、25、50、100、500、1 000mg/kg，用CK、Ca25、Ca50、C
8、a100、Ca500、Ca1000表示;Ca 源为 CaCl2，实验开始时溶解在水中，施入石英砂中。每个 Ca 水平有 3 盆重复，每盆定苗3 株黑麦草。500、1 000mg/kg 的 Ca 浓度产生高 Ca胁迫，该浓度下的黑麦草均未存活。1.2指标测定从3 月31 号开始，每周测量 1 次株高和最宽叶宽，直到4 月底结束。收割黑麦草，测定其他生理指标。光合色素测定采用丙酮提取;MDA 含量采用硫代巴比妥酸显色法;Pro 含量采用酸性茚三酮法;SOD 活性采用 NBT 光化还原法15。1.3数据处理与分析采用隶属函数分析法综合评价不同 Ca 水平对多花黑麦草的影响。其中，正相关的指标按照公式
9、Di=(xiZimin)/(ZimaxZimin)求得，负相关的指标按照 Di=1(ZiZimin)/(ZimaxZimin)求得16。利用 Excel 整理数据，Origin 绘制图像，SPSS 分析数据。2结果与分析2.1钙水平对多花黑麦草形态指标的影响(见表 1、表 2)株高和叶宽是反映禾本科植物生长的重要指标，是植物的生物学性状。由表 1、表 2 可知，生长初期，不同 Ca 水平对株高和叶宽的影响差异不显著，到中后期出现差异。当 Ca 水平为 25mg/kg 时，株高和叶宽为最大值。随着 Ca 水平的增加，株高、叶片呈现先增加后降低的趋势;相同 Ca 水平下，多花黑麦草株高和叶宽的变化
10、在不同时间有一定的差异性(P0.05)，生长初期差异不显著，生长后期差异开始显著。表 1不同钙水平对株高的影响cm钙水平3 月 31 日4 月 7 日4 月 14 日4 月 21 日4 月 28 日CK4.770.70a5.250.96a6.151.40a10.451.83b13.472.13bCa255.151.39a6.081.19a7.731.46a13.372.03a16.231.53aCa504.980.69a5.370.92a5.920.92a8.132.38bc9.782.37cCa1004.180.56a5.070.68a6.252.11a7.732.29c9.002.83c注
11、:同列不同小写字母表示不同钙水平在相同时间的显著性差异(P0.05)。下同。43不同钙水平对多花黑麦草生长特性的影响草学CAOXUE表 2不同钙水平对叶宽的影响mm钙水平3 月 31 日4 月 7 日4 月 14 日4 月 21 日4 月 28 日CK0.800.25a0.880.26ab1.200.20a1.600.41b2.220.34abCa250.950.05a1.080.12a1.170.12a2.170.31a2.580.40aCa500.830.21a0.830.21b1.020.17a1.330.37b1.600.55cCa1000.880.19a0.970.08ab1.120
12、.26a1.480.41b1.730.58bc2.2钙水平对多花黑麦草生理特性的影响(见表 3、图 1、图 2、图 3)由表3 可知，不同 Ca 水平对叶绿素 a、叶绿素 b和类胡萝卜素的影响有一定差异性，当 Ca 水平为50mg/kg时，叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素达到最大值，显著高于其他 Ca 水平(P0.05);叶绿素a、叶绿素 b 和类胡萝卜素随着 Ca 水平的增加呈现先增加后降低的趋势。表 3不同钙水平对光合色素的影响g/g钙水平叶绿素 a叶绿素 b类胡萝卜素CK1.800.010c0.460.008c0.410.001cCa251.930.018b0.490.007b0.5
13、00.004bCa502.150.009a0.550.004a0.510.002aCa1001.560.015d0.390.004d0.360.004dMDA 作为膜脂过氧化的一种产物，反映膜质过氧化程度。由图 1 可知，Ca 水平为零时，MDA 含量最高，显著高于其他水平(P0.05);随着 Ca 水平的升高，MDA 的含量呈减少趋势。图 1不同钙水平下丙二醛含量SOD 是植物体内消除活性氧的第一道防线，胁迫条件下其可降低活性氧对植物的伤害。由图 2 可知，当 Ca 水平为零时，SOD 活性最低，但与其他处理差异不显著(P0.05)。53草学CAOXUE草业科学2023 年第 1 期总第 2
14、70 期图 2 不同钙水平下超氧化物歧化酶活性Pro 是水溶性最大的氨基酸，在植物的渗透调节中起重要作用。由图 3 可知，Ca 水平为 100mg/kg时，Pro 含量达到最大值 298.21g/g，显著高于其他Ca 水平(P0.05)。图 3不同钙水平下脯氨酸含量2.3隶属函数综合评选不同 Ca 水平对多花黑麦草各生理指标的影响不尽相同，为科学评价多花黑麦草对 Ca 元素的耐受性，筛选最佳的 Ca 水平处理，研究以不同供 Ca 水平下各指标平均值为基础，采用隶属函数综合评价公式，分别计算不同供 Ca 水平下多花黑麦草8 个生理指标的隶属函数值，最后将每个供 Ca 水平下各项指标的隶属函数值累
15、加，取其平均值。隶属函数值越大，Ca 水平就越适宜多花黑麦草生长(见表 4)。由表 4 可知，最适宜多花黑麦草生长的 Ca 水平为 25mg/kg。表 4不同钙水平对多花黑麦草影响的隶属函数综合评价mg/kg指标钙水平02550100株高0.37181.00000.12820.000063不同钙水平对多花黑麦草生长特性的影响草学CAOXUE(续表4)指标钙水平02550100叶宽0.46431.00000.00000.2429叶绿素 a0.41090.63271.00000.0000叶绿素 b0.43000.62091.00000.0000类胡萝卜素0.35600.93551.00000.00
16、00丙二醛1.00000.43520.51990.0000脯氨酸0.17290.00000.20001.0000超氧化物歧化酶0.00001.00000.20000.6286函数均值0.40070.70300.50600.2339排序31243讨论与结论Ca 是三磷酸腺苷、水解酶、琥珀酸脱氢酶等的活化剂17。保持细胞内 Ca2+平衡，对植物正常生长十分重要，特别是高浓度 Ca2+中的植物，需有对应的生理机制，才能避免 Ca2+过量吸入。植株的高低是植物对逆境最直接的反映，叶是植物光合作用和蒸腾作用的主要器官，叶宽作为叶形指标，在植物逆境适应机制中有着一定的研究意义。Ca 胁迫会影响植株的形态及生理特征。Al Whaibi 等18 用不同浓度(0 100mmol/L)氯化钙(CaCl2)处理蚕豆(Vicia faba)幼苗，幼苗生长最适浓度为 60mmol/L;植株高度、干重及鲜重，在 80和 100mmol/L 浓度下显著降低。MS 培养基中培养土人参(Talinum paniculatum)，Ca2+浓度 0.1mmol/L时，平均株高可达 4.28cm，平均叶片数最多可达 12片;