多花黑麥草對磷脅迫的響應及耐磷指標的篩選

材料與方法

1.1 試驗時(shí)間、地點(diǎn)

試驗于2017年3月開(kāi)始，在貴州大學(xué)南校區校內進(jìn)行。

1.2 試驗設計

以多花黑麥草安格斯1號為材料，采用砂培法進(jìn)行種植。

石英砂用水浸泡，除去黏土和有機質(zhì)，至洗滌的水呈無(wú)色透明為止;再用3%鹽酸浸泡7 d;然后用霍格蘭營(yíng)養液浸泡，每天2次，至pH值穩定為止。將處理好的石英砂裝入直徑29.5 cm、深21.5 cm的花盆中，每盆裝9.0 kg。

挑選均勻飽滿(mǎn)的黑麥草種子，將其置于2% H2O2溶液中浸泡10 min進(jìn)行消毒，再用蒸餾水沖洗6遍，晾干備用，將處理后的種子置床培養。待種子發(fā)芽，苗長(cháng)7 cm以上時(shí)，選擇高度近似、生長(cháng)情況相近的幼苗移栽花盆中，移栽深度為 2 cm。為確保植株有足夠的養分，每周定期為植株澆灌霍格蘭營(yíng)養液。

共設置6個(gè)磷水平（0、2.5、5.0、10.0、25.0、50.0 mg/kg），分別用CK、P2.5、P5.0、P10.0、P25.0、P50.0表示，磷源為NaH2PO4，試驗開(kāi)始時(shí)溶解在水中，施入石英砂中。每個(gè)磷水平有3盆重復，每盆定苗3株黑麥草。

1.3 指標測定

從3月31號開(kāi)始，每周測量1次株高和最寬葉寬，直到4月底結束。收割多花黑麥草，測定其他生理指標。

光合色素的測定參照高俊鳳的方法[8];丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法;脯氨酸（Pro）含量的測定采用酸性茚三酮法[9];超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[10]。

1.4 數據處理與分析

根據所得數據，求各指標的相對值，具體見(jiàn)公式（1）。加權隸屬函數相關(guān)公式見(jiàn)式（2）～式（5）。

各指標相對值（X）=磷處理各指標測定值對照各指標測定值;

利用Excel 13.0軟件整理數據和繪制圖像，SPSS 19.0軟件分析數據。

2 結果與分析

2.1 不同磷水平處理對多花黑麥草形態(tài)的影響

株高和葉寬是反映禾本科植物生物性狀的重要指標。由表1可知，在3月31日、4月21日和4月28日時(shí)，各磷水平處理對株高的影響沒(méi)有顯著(zhù)性差異;隨著(zhù)磷水平的增加，株高整體呈現先增加后降低的趨勢;在4月21日時(shí)，磷水平為5、10 mg/kg時(shí)，株高相對較高;同一磷水平處理，生長(cháng)后期株高顯著(zhù)高于生長(cháng)前期（P<0.05），如P50.0處理在4月28日、4月21日所測株高顯著(zhù)高于4月14日、4月7日和3月31日。

由表2可知，不同磷水平處理在同一時(shí)間和同一磷水平處理在不同時(shí)間對葉寬的影響差異都顯著(zhù)?？傮w來(lái)說(shuō)，磷水平5、10 mg/kg對葉寬的促進(jìn)作用最顯著(zhù)。

2.2 不同磷水平處理對多花黑麥草生理特性的影響

從圖1可知，磷水平為2.5 mg/kg，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量均為最高，顯著(zhù)高于對照及其他處理，與其他處理間存在顯著(zhù)性差異（P<0.05）;隨著(zhù)磷水平的增加，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量整體呈現出先上升后下降的趨勢。

從圖2可知，磷水平為50.0 mg/kg時(shí)，丙二醛含量與對照組相比沒(méi)有顯著(zhù)性差異（P>0.05），但顯著(zhù)高于其他處理。

由圖3可知，磷水平為5.0 mg/kg時(shí)，脯氨酸含量最高，與磷水平為10.0 mg/kg時(shí)相比沒(méi)有顯著(zhù)性差異（P>0.05），但均高于其他處理。在磷水平為<5.0 mg/kg時(shí)，脯氨酸含量呈現上升的趨勢。

從圖4可知，磷水平為25.0 mg/kg時(shí)，超氧化物歧化酶活性最大，顯著(zhù)大于磷水平為2.5、50.0 mg/kg時(shí)的活性（P<0.05）。當磷水平為5.0～25.0 mg/kg時(shí)，隨著(zhù)磷水平的增加，超氧化物歧化酶活性增強。

2.3 不同磷水平處理對多花黑麥草生長(cháng)特性的綜合評價(jià)

不同磷水平處理對多花黑麥草8個(gè)評價(jià)指標（株高、葉寬、葉綠素a含量、葉綠素b含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性，其相對值分別用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8表示）的影響存在不一致性（表3），僅利用單一指標評價(jià)不同磷水平處理對多花黑麥草的影響存在片面性。因此，通過(guò)對所有評價(jià)指標進(jìn)行系統分析，篩選出最合適的綜合指標是十分必要的。對8個(gè)評價(jià)指標進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現，有些評價(jià)指標間相關(guān)性顯著(zhù)或極顯著(zhù)（表4），如X5與X3之間相關(guān)性極顯著(zhù)（r=0.978，P<0.01），可認為X5與X3的耐磷性共同信息量為97.8%，且其余具有相關(guān)性的評價(jià)指標間也存在信息重疊現象。因此，篩選出既能有效代表所有單項評價(jià)指標，又彼此獨立且沒(méi)有信息重疊的綜合指標來(lái)評價(jià)多花黑麥草對磷的脅迫響應是十分必要的。

對8個(gè)評價(jià)指標進(jìn)行主成分分析，結果如表5所示。根據特征值大于1及累積貢獻率大于85%的原則，選取前2個(gè)主成分作為綜合指標，可有效反映8個(gè)評價(jià)指標87.332%的信息。在第1主成分（PC1）中，X1、X2、X3、X5、X7、X8指標的構成載荷較大;在第2主成分（PC2）中，X4、X6指標的構成載荷較大?？梢?jiàn)上述鑒定指標與多花黑麥草的耐磷性存在一定關(guān)系。利用2個(gè)綜合指標的特征向量建立綜合指標與原單項指標的線(xiàn)性組合方程，見(jiàn)式（9）～式（10）。

根據各指標的相對值（表3）和綜合指標的線(xiàn)性組合方程，得到綜合指標的值，根據式（2）～式（5）計算多花黑麥草2個(gè)綜合指標的隸屬函數值U（Zj）、權重和綜合評價(jià)值（D），結果見(jiàn)表6。根據D的大小，評價(jià)不同磷水平對多花黑麥草的影響效果為P10.0>P5.0>P2.5>P50.0>P25.0。在磷水平為10.0 mg/kg時(shí)，隸屬函數值最高，從前面的分析中也可以看出，除了丙二醛含量較低外，其余各項指標均比較適宜，綜合考慮多花黑麥草最適宜種植的磷水平為10.0 mg/kg。

2.4 多花黑麥草生長(cháng)初期耐磷指標的篩選

按灰色系統理論要求，將D和8個(gè)指標視為一個(gè)整體。數據進(jìn)行標準化處理，根據關(guān)聯(lián)分析四公理[11]，計算各指標與D的關(guān)聯(lián)系數，然后分別求出各指標與D的關(guān)聯(lián)度，并按關(guān)聯(lián)度大小排列出關(guān)聯(lián)序。

以D為參考數據列X0=（0.046，0.305，0.363，0.000，0.041），株高等8項指標為比較數列（子序列），記為Xi（i=1，2，3…，8），X1=（0.99，1.13，1.10，1.04，1.01）、X2=（102，1.57，1.64，1.38，1.45）、…、X8=（1.48，2.72，2.66，1.51，2.16）。使用式（5）對數據進(jìn)行標準化處理[12]，使用式（6）～式（7）計算關(guān)聯(lián)系數、關(guān)聯(lián)度，如表7所示。

關(guān)聯(lián)度的大小表示某一項指標對磷的耐受強度。根據表7的結果，各項指標對磷的耐受強度排序為超氧化物歧化酶活性>脯氨酸含量>株高>葉綠素a含量>葉寬>丙二醛含量>類(lèi)胡蘿卜素含量>葉綠素b含量。

3 討論

3.1 不同磷水平處理對多花黑麥草生長(cháng)的影響

磷是植物生長(cháng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養元素之一，不僅是植物體內許多重要化合物的組分，而且還以多種途徑參與植物代謝[13]。植物細胞抵抗逆境損傷的重要保護酶系統如SOD和過(guò)氧化物酶（POD）等是植物體內活性氧的清道夫，在清除植株體內多余的活性氧、避免細胞受到氧損傷等過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)巨大的作用[14]。不同的磷水平處理對植物的生長(cháng)指標和生理指標有較大的差異，隨著(zhù)磷水平的增加，株高呈現先上升后下降的趨勢，與董秋平等的研究結果[14]有相似性。本研究中隨著(zhù)磷水平的增加，多花黑麥草的葉綠素含量下降，該結果與前人對類(lèi)蘆、玉米和桉樹(shù)的研究結果[12，15-16]不一致。與之相反，陳秀鈴研究發(fā)現，鄧恩桉葉片葉綠素含量在低磷肋迫下顯著(zhù)增加[17]，與本研究結果一致，這說(shuō)明不同的植物對磷處理的應答具有一定的差異，植物可通過(guò)自身調節葉綠素含量來(lái)適應。此外，本研究中，隨著(zhù)磷水平的增加，葉綠素a、葉綠素b、脯氨酸含量呈現先上升后下降的趨勢，超氧化物歧化酶活性呈現先下降后上升的趨勢，該結果與余姣妲等對杉木的研究結果[18]有相似之處，也有所差別，這表明在磷脅迫下，不同植物的適應機制有差異性。

3.2 不同磷水平處理對多花黑麥草影響的綜合評價(jià)及耐磷指標的篩選

關(guān)于植物耐磷的形態(tài)及生理指標有很多，筆者選取8個(gè)指標用于多花黑麥草對不同磷水平處理效果響應的評價(jià)。通過(guò)主成分分析可將8個(gè)原始的單項指標轉換成2個(gè)新的相對獨立的綜合指標，進(jìn)一步對2個(gè)新的綜合指標利用隸屬函數分析法得到耐磷綜合評價(jià)值，避免了利用單個(gè)性狀指標描述多花黑麥草對磷響應的局限性。張加強等運用灰色關(guān)聯(lián)分析篩選出亞麻芽期的耐鎘鑒定指標[19];蘇德偉等運用灰色關(guān)聯(lián)分析得出葉片相對含水量、葉綠素含量、丙二醛含量、可溶性多糖含量與抗旱指數的關(guān)聯(lián)度較大[20];崔博文等運用灰色關(guān)聯(lián)分析得出類(lèi)胡蘿卜素質(zhì)量分數、根系活力、丙二醛質(zhì)量分數和游離脯氨酸質(zhì)量分數與馬尾松耐低磷性關(guān)系密切[21]，此法在數據分析上已得到廣泛應用[22-24]。本試驗在主成分分析和隸屬函數分析的基礎上，利用這8個(gè)與耐磷性密切相關(guān)的形態(tài)及生理指標與耐磷綜合評價(jià)值進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，篩選出超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量、株高、葉綠素a含量與綜合評價(jià)值的關(guān)聯(lián)度最大，可作為反映多花黑麥草對磷響應效果的分析指標。由于本試驗僅涉及1個(gè)多花黑麥草品種對磷的生理響應的研究，篩選出的耐磷指標存在一定的局限性，因此，還需進(jìn)一步研究不同品種多花黑麥草對磷的生理響應，從而篩選出更具有代表性的耐磷指標。

4 結論

在一定的磷水平范圍內，磷水平的增加對多花黑麥草的生長(cháng)有促進(jìn)作用，多花黑麥草各指標對磷的耐受水平也不同。通過(guò)主成分分析和隸屬函數法對多花黑麥草8個(gè)鑒定指標的耐磷系數進(jìn)行綜合評價(jià)得出，磷水平10.0 mg/kg時(shí)最適宜多花黑麥草生長(cháng);灰色關(guān)聯(lián)相關(guān)分析結果表明，在綜合評價(jià)值和各耐磷指標的關(guān)聯(lián)度中，超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量、株高、葉綠素a含量與綜合評價(jià)值的關(guān)聯(lián)度較大，可作為多花黑麥草耐磷評價(jià)指標。

參考文獻：

[1]皇甫江云，盧欣石，趙熙貴，等. 貴州草地資源現狀及開(kāi)發(fā)利用對策[J]. 草業(yè)科學(xué)，2009，26（9）：70-76.

[2]栗振義，張綺芯，仝宗永，等. 不同紫花苜蓿品種對低磷環(huán)境的形態(tài)與生理響應分析[J]. 中國農業(yè)科學(xué)，2017，50（20）：3898-3907.

[3]張國偉，路海玲，周治國. 棉花萌發(fā)期和苗期耐鹽性及耐鹽指標評價(jià)[C]//中國棉花學(xué)會(huì ). 中國棉花學(xué)會(huì )2010年年會(huì )論文匯編. 2010：243-250.

[4]張盼盼，馮佰利，王鵬科，等. PEG脅迫下糜子苗期抗旱指標鑒選研究[J]. 中國農業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，17（1）：53-59.

[5]羅俊杰，歐巧明，葉春雷，等. 重要胡麻栽培品種的抗旱性綜合評價(jià)及指標篩選[J]. 作物學(xué)報，2014，40（7）：1259-1273.

[6]程建峰，潘曉云，劉宜柏，等. 水稻抗旱性鑒定的形態(tài)指標[J]. 生態(tài)學(xué)報，2005，25（11）：3117-3125.

[7]劉光輝，陳全家，吳鵬昊，等. 棉花花鈴期抗旱性綜合評價(jià)及指標篩選[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2016，17（1）：53-62，69.

[8]高俊鳳. 植物生理學(xué)實(shí)驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2006：74-77.

[9]李合生. 植物生理生化實(shí)驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000：258-260.

[10]張志良，瞿偉菁，李小方. 植物生理學(xué)實(shí)驗指導[M]. 4版. 北京：高等教育出版社，2009：268-269.

[11]鄧聚龍. 灰色預測與決策[M]. 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1986：97-98.

[12]武蘭芳. 玉米主要農藝性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 玉米科學(xué)，1997，5（1）：72-75.

[13]梁秀蘭，林英春，年 海，等. 低磷脅迫對不同基因型玉米主要生理生化特性的影響[J]. 作物學(xué)報，2005，31（5）：667-669.

[14]董秋平，趙 恢，張小芳，等. 低磷脅迫下不同野生大豆的形態(tài)和生理響應差異[J]. 江蘇農業(yè)科學(xué)，2017，45（9）：79-83.

[15]黃 勇. 不同桉樹(shù)品種適應磷脅迫的生理學(xué)機制研究[D]. 福州：福建農林大學(xué)，2007.

[16]蔡麗平，吳鵬飛，侯曉龍，等. 磷脅迫對水土保持先鋒植物類(lèi)蘆光合特性的影響[J]. 水土保持學(xué)報，2012，26（6）：281-285.

[17]陳秀鈴. 鄧恩桉低磷脅迫下生理生態(tài)響應機理研究[D]. 福州：福建農林大學(xué)，2009.

[18]于姣妲，李 瑩，殷丹陽(yáng)，等. 杉木對低磷脅迫的響應和生理適應機制[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2017，30（4）：566-575.

[19]張加強，史小華. 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的亞麻芽期耐鎘鑒定指標的選取[J]. 浙江農業(yè)科學(xué)，2017，58（10）：1714-1716.

[20]蘇德偉，梅 蘭，林 輝，等. 萊牧1號抗旱生理響應及灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 農業(yè)科學(xué)與技術(shù)（英文版），2017，18（7）：1158-1163.

[21]崔博文，喬 光，范付華，等. 不同種源馬尾松種質(zhì)耐低磷的主成分與灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 西南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，39（8）：49-56.

[22]陳 靜，沈生元，謝慶春，等. 甜玉米鮮穗產(chǎn)量與主要農藝性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 江蘇農業(yè)科學(xué)，2017，45（10）：48-51.

[23]胡 誠，喬 艷，劉友梅，等. 不同施肥管理措施下土壤生物環(huán)境的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 湖北農業(yè)科學(xué)，2017，56（7）：1228-1231.

[24]鐘 麗. 油菜產(chǎn)量與主要性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J]. 南方農業(yè)學(xué)報，2012，43（4）：421-424.