两种不同类型多年生牧草耐刈性生理生态学机理研究

发布时间：2020-09-17 07:27

　　刈割是一种机械胁迫,它即可导致牧草体内水分代谢失衡、光合叶面积减少导致光合速率下降,但大多牧草对刈割均表现出较强的适应性,即耐刈性。而牧草耐刈性是牧草在经受人工刈割胁迫后自身恢复保护的一种特性,因而在园林和草坪管理及畜牧业发展上起重要作用。而且牧草的耐刈性与刈割引发的补偿性生长密切相关。然而,目前对牧草的补偿性生长生理机制研究较少。本文选取两种广为种植的黑麦草(Lolium perenne L)和紫花苜蓿(Medicago sativa)牧草为试验材料,通过研究刈割后两种多年生牧草叶片渗透调节物质和抗氧化酶变化,以揭示抗氧化酶和渗透调节物在抑制膜脂过氧化、维护氧自由基代谢平衡、水分平衡及与牧草耐刈性和补偿性生长的关系。1.为探究禾本科牧草在不同强度刈割后其叶片抗氧化保护系统和渗透调节物含量变化与其补偿性生长的关系,和其耐刈性的生理调控机理。本研究以多年生黑麦草为试验材料,对其进行了轻度(留茬22cm)、中度(留茬15cm)、重度(留茬7cm)、全部刈割(留茬0cm)刈割处理。在刈割后第6d和12d,分析测定了残留叶片和再生叶片生长速率,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活力,丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量。结果表明,刈割后黑麦草叶片补偿性生长较明显,其中全割后叶片补偿性生长最明显、轻度和中度次之,重度刈割无补偿性生长。与对照相比,不同强度刈割12 d,黑麦草再生叶和叶片平均MDA含量仍较低,但SOD和CAT活力增高,脯氨酸含量增加,POD活力和可溶性糖含量低于对照。这表明刈割伤害胁迫启动了牧草补偿性,而且残留叶片面积与其补偿生长速率成正相关。另外,虽然不同强度刈割下叶片补偿性生长速率不同,但不同强度刈割均激活残留叶片抗氧化保护酶系统和促进脯氨酸积累。在补偿生长过程中,CAT和SOD能及时清除残留叶片中积累的氧自由基,维持较低的膜脂过氧化和细胞膜完整性,积累的脯氨酸能维护细胞水分平衡。因此,抗氧化酶(SOD和CAT)和渗透调节物(脯氨酸)在黑麦草刈割后受伤部位快速自愈及残留叶片快速补偿生长中起重要生理保护作用。2.为探究豆科牧草在不同强度刈割后其叶片抗氧化保护系统和渗透调节物含量变化与其补偿性生长的关系,和其耐刈性的生理调控机理。本研究以紫花苜蓿为试验材料,对其进行了轻度(留茬25cm)、中重度(留茬17cm)、全部刈割(留茬6cm)处理。在刈割后第6d和12d,分析测定了植株高度、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活力,丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量。结果表明,不同强度刈割后紫花苜蓿补偿性生长不明显,各处理株高平均净生长量均较对照低,且随着刈割强度的增加,其下降的幅度降低。与对照相比,不同强度刈割12d紫花苜蓿再生叶MDA含量升高,SOD、POD、CAT活力和可溶性蛋白含量降低,脯氨酸含量高于对照。相比轻度、中重度刈割,全刈割叶片脯氨酸、可溶性蛋白含量升高。因此紫花苜蓿刈割后叶片抗氧化酶活力较低,无法及时清除氧自由基,而使膜脂过氧化程度较高,破坏细胞膜。同时刈割却促进叶片渗透调节物的积累,可溶性蛋白含量的积累对于维持细胞水分平衡起到重要的保护作用。而全刈割再生叶片相比轻度、中重度刈割含有较高的CAT活力和可溶性蛋白、脯氨酸含量,是全割相比其他刈割净生长量增加的重要原因。3.为探究环境胁迫和施肥处理对牧草耐刈性和补偿性生长的影响,以及适度施肥在加速牧草补偿性生长中作用。本研究对黑麦草分别进行了环境胁迫(干旱(浇水量为当地年降水量的10%)和盐(NaCl浓度为1.0%),和施肥处理(氮肥(尿素浓度450kg/hm~2)和钾肥(硫酸钾75kg/hm~2))。并在处理后对黑麦草进行轻度(留茬17cm)、中重度(留茬10cm)、全部刈割(6cm)处理,在刈割处理后第12 d,分析测定了叶片长度、再生叶片和残留叶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活力,丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量。结果表明,干旱处理下不同强度刈割黑麦草补偿性生长不明显,叶片长度净增长量均低于对照,全刈割叶片长度净增长量下降的幅度降低。不同强度刈割黑麦草再生叶片和残留叶的MDA含量高于对照,再生叶的SOD、POD活力和可溶性糖、脯氨酸含量均下降,全刈割再生叶CAT活力上升。因此,缺水干旱将抑制黑麦草耐刈性。其中干旱环境下刈割导致叶片膜脂过氧化程度增高、抗氧化酶活力以及渗透调节物质含量较低是抑制叶片补偿性生长的重要生理原因。盐处理(适度盐浓度)下中重度和全刈割后牧草出现明显补偿性生长,叶片净增长量高于对照。刈割12d中重度刈割再生叶MDA含量下降,可溶性蛋白含量上升,全刈割MDA含量上升,SOD、CAT活力和可溶性蛋白含量升高。可见,适度盐处理可提高黑麦草的耐刈性。其中,盐处理下全刈割处理后叶片CAT和SOD能及时清除残留叶片中积累的氧自由基,维持较低的膜脂过氧化程度在其补偿性生长中起重要生理保护作用。氮肥处理中重度刈割后牧草出现补偿性生长,叶片净增长量较对照升高。刈割12d中重度MDA含量下降,POD活力和可溶性蛋白含量上升。这表明适度氮肥处理可提高牧草耐刈性。氮肥处理下刈割后叶片抗氧化酶活力提高和渗透调节物积累增高可能是中重度刈割后牧草快速补偿性生长的重要原因。钾肥处理下不同强度刈割后牧草叶片净增长量均高于对照,表现出明显的补偿性生长。刈割12d不同强度刈割处理下再生叶片MDA含量高于处理的对照,SOD、CAT活力和脯氨酸含量均高于处理的对照。结果表明钾肥处理可提高牧草的耐刈性,其中刈割后叶片抗氧化酶(SOD、CAT)活力和渗透调节物(脯氨酸)含量的增高在黑麦草快速自愈进行补偿性生长中起着重要生理保护作用。总之,两种不同类型多年生牧草对刈割的响应不同,禾本科牧草耐刈性高于豆科植物,这与两植物的生物学特性有关。禾本科牧草为地下芽植物,适度刈割不仅不会伤其生长点,而且可加速生长,补偿性生长明显。豆科植物为地上芽植物,刈割会解除顶端优势导致能量的再分配引发再生缓慢,补偿性生长不显著。但两种牧草对刈割的生理响应是相同的。
【学位单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q945.79;S54

【参考文献】