光暗周期对野牛草生长及生理影响_王欣铭.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0014王欣铭，邹博坤，钱永强.光暗周期对野牛草生长及生理影响.草业科学,2023,40(1):152-161.WANGXM,ZOUBK,QIANYQ.EffectsofdifferentphotoperiodsonthegrowthandphysiologyofBuchloe datyloides.PrataculturalScience,2023,40(1):152-161.光暗周期对野牛草生长及生理影响王欣铭，邹博坤，钱永强（中国林业科学研究院生态保护与修复研究所/国家林业和草原局草原研究中心,北京100091）摘要：为了探索野牛草(Buchloe datyloides)生长最适光周期，本研究选取两个野牛草品种Sundancer和Texoka，设置 3 个不同光周期处理，光照/黑暗分别为 12h/12h、16h/8h、22h/2h。对株高、地上生物量、匍匐茎数量、叶茎形态学及生理指标测定分析，结果表明：1)光照时间的延长对野牛草株高、地上生物量积累和匍匐茎数量均有促进作用，且在光照/黑暗为22h/2h 处理下促进效果最明显。2)形态学上，光照/黑暗为22h/2h 处理下叶片较宽且维管束密度大，茎杆叶鞘较其他处理更为紧密。3)延长光照时间有利于野牛草可溶性糖和淀粉等光合产物的积累，三者在光照/黑暗为 22h/2h 处理下积累量显著高于其他处理(P0.05)。根据上述结果并结合隶属函数法综合分析，结果表明，光照/黑暗为22h/2h 处理更有利于野牛草的营养生长。研究结果对于阐明野牛草对光周期的反应机理、加速新品种培育提供理论参考。关键词：野牛草；光周期；营养生长；生长特性；解剖结构；匍匐茎；生理代谢文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0152-10Effects of different photoperiods on the growth and physiology of Buchloe datyloidesWANGXinming,ZOUBokun,QIANYongqiang(InstituteofEcologicalProtectionandRestoration,ChineseAcademyofForestry/GrasslandResearchCenter,NationalForestryandGrasslandAdministration,Beijing100091,China)Abstract:To explore a suitable photoperiod for rapid vegetative growth of buffalograss(Buchloe datyloides),growth,morphology,andphysiologicalindexesoftwocultivarsofbuffalograss(SundancerandTexoka)underdifferentphotoperiodtreatmentslight/dark(L/D)were12h/12h,16h/8h,and22h/2hweredeterminedandanalyzed.Theresultswereasfollows:1)Theextensionoflightdurationpromotedtheplantheight,biomassaccumulation,andnumberofstolonsofbuffalograss,theeffectsbeingmostobviousunderL/D(22h/2h)treatment.2)Theleaveswerewider,thedensityofvascular bundles was higher,and the leaf sheaths were closer in L/D(22 h/2 h)treatment than in other treatments.3)Prolongedphotoperiodenhancedtheaccumulationofphotosynthatessuchassolublesugarandstarch,andthecontentswere significantly higher in L/D(22 h/2 h)treatment(P 0.05)than in other treatments.Based on these results andmembershipfunctionmethod,L/D(22h/2h)treatmentwasmoreconducivetothevegetativegrowthofbuffalograss.Theseresultsmayprovideatheoreticalreferencetofurtherunderstandthereactionmechanismofbuffalograsstochangesinthephotoperiodandacceleratethebreedingofnewbuffalograssvarieties.Keywords:Buchloe datyloides;photoperiod;vegetative growth;growth characteristics;anatomic structure;stolon;physiologicalmetabolismCorresponding author:QIANYongqiangE-mail:收稿日期：2022-01-06接受日期：2022-04-28基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2019ZE001)；泰山产业领军人才项目(No.tscy20180536)第一作者：王欣铭(1997-)，男,山东青岛人,在读硕士生,研究方向为草业科学。E-mail:通信作者：钱永强(1979-)，男，山东日照人，研究员，博士，研究方向为草业科学。E-mail:152-161草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/野牛草(Buchloe dactyloides)为禾本科画眉草亚科野牛草属植物，原产地位于北美洲中部的半干旱温带和亚热带地区1，是兼具饲用、坪用及生态修复等多种用途的暖季型草种2。野牛草自 20 世纪 40 年代引入我国以来，因其突出的抗旱耐寒、耐贫瘠、抗病虫害、易管护等优点，已被广泛应用于我国华北地区困难立地生态修复、路域流域边道生态治理、公园绿地建植等。近年来，随着国家草原生态修复、矿区治理以及国土绿化等生态建设加速，野牛草需求量急剧增加。为摆脱长期完全依赖进口的被动局面，通过缩短育种周期，快速培育自主产权的优良新品种已成为社会广泛关注的焦点。近年来，有研究者提出快速育种的概念，即通过在不同时期为不同植物提供最适的光照、温度、二氧化碳浓度等条件并结合提前收获种子进行播种，达到缩短育种周期的效果3。Watson 等3通过设置光照/黑暗(L/D)为22h/2h、昼夜温度 22/17，并结合提前收获使小麦(Triticum aestivum)的育种周期从每代 113d(大田或温室)缩短至 66d；此外，还有研究人员开发了针对鹰嘴豆(Cicer arietinu)、木豆(Cajanus cajan)、大豆(Glycine max)、高粱(Sorghumbicolor)等植物的快速育种方案4-7。在已报道的快速育种方案中，绝大多数研究主要通过改变光照条件的方法达到促进植物快速生长发育的目的。光照是影响植物生长发育的重要环境因素，植物的整个生命周期都会受到光照环境的影响8。改变光照条件可显著影响植物的营养生长和生殖生长9-11。有研究发现，通过改变光周期、光质、光强等条件，可以提高芝麻菜(Eruca sativa)的生长速度和光合效率12，在日累积光量相同的情况下，低光合光子通量密度(photosyntheticphotonfluxdensity,PPFD)长日照处理下生菜(Lactuca sativa)的生物量显著高于高 PPFD 短日照处理13。Zhang 等14的研究发现，将光照时间延长到 16h，更有利于番茄(Lycopersicon esculentum)的发育；Adamipour 等15发现，田间持水量和光照时间的降低，会导致苇状羊茅(Festuca arundinacea)生物量、叶绿素含量及抗氧化酶活性的下降，而延长光照时间则可以降低干旱对苇状羊茅的胁迫影响，并引发其提早开花结实。另有研究发现，持续光照条件下武当木兰(Magnoliasprengeri)种子的发芽率、发芽势、株高、鲜重等指标均达到最大值16。因此本研究拟以野牛草为材料，通过研究光周期对野牛草营养生长及生理代谢影响，探明野牛草营养生长阶段快速生长的最适光照时间，以期为构建野牛草快速育种技术体系奠定基础。1 材料与方法 1.1 试验材料野 牛 草 为 多 年 生 日 中 性 植 物，花 期 7 月 至10 月，最 适 生 长 温 度 26 32。供 试 材 料 为Sundancer、Texoka品种，Sundancer的坪用价值突出，具有生长快、抗性好、密度高、植株矮等特点，而Texoka高度耐寒和耐旱且能够适应高强度放牧，维护成本低，因此多被作为牧草种植。播种前对野牛草种子进行筛选，选择大小相似且饱满的种子，播种于长、宽、高分别为 50、20、15cm的花盆中，播种深度 1cm，在光照培养箱中进行培养。培养条件为：光照/黑暗(L/D)为12h/12h，光照强度为 450mol(m2s)1，温度为 25，湿度为 70%。每隔 3d 每盆浇水 100mL，保持土表湿润。14d后，将材料转入不同光周期的培养箱中进行光周期处理。1.2 试验设计试验采用两个品种：Sundancer(S)、Texoka(T)，根据 Watson 等12的试验结果，以 L/D=12h/12h 为对照，设置 L/D为 16h/8h、22h/2h，共 6 个处理(S12、S16、S22、T12、T16、T22)，每个处理 6 个重复。其他培养条件采用前期研究中的最适条件：光照温度/黑暗温度=28/25，湿度60%80%，光照强度为 450mol(m2s)1。每 7d 进行一次生长指标测定，处理 42d 后采样进行生理指标的测定。42d 后野牛草植株进入成熟期，匍匐茎生长，初步具备开花所需营养条件，因此选择 42d这一时间进行营养生长阶段的各指标测定。1.3 测定指标与方法1.3.1 生长指标分别于处理 7、14、21、28、35、42d 时对植株进行株高、地上部分重量的测定，处理 42d 时记录匍匐茎的数量。每个重复选择 5 株具有代表性的植第1期王欣铭等：光暗周期对野牛草生长及生理影响153http:/株进行测定，并迅速测定 3 株地上部鲜重，随后在105 杀青 30min，继续 80 烘干至恒重，测定地上部干重。1.3.2 形态学观察处理 42d 时取各处理完全展开第 2 片叶片的中部和距土表 2cm 处的茎段，每处理每部位取 3 个重复，取样后迅速保存于棕色西林瓶中，加入 FAA固定液(70%乙醇冰醋酸38%甲醛=1811)，抽真空后更换固定液保存于 4 冰箱中用于制作石蜡切片。样品经乙醇脱水、二甲苯透明、浸蜡、包埋、切片、脱蜡、复水、苏木精伊红复染、中性树胶封片制成永久装片，切片厚度 8m，在光学显微镜(BX51，Olympus，日本)下观察和拍照。1.3.3 生理指标处理 42d 时，取两个品种不同光周期处理的叶片，一部分叶片快速置于液氮中冷冻后保存于20冰箱中用于叶绿素、可溶性蛋白和丙二醛含量等生理指标的测定，其余在 105 杀青 30min 后 80烘干至恒重用于还原糖、可溶性糖和淀粉含量的测定。参考高俊凤17的方法，采用 80%丙酮提取法测定叶绿素含量，考马斯亮