CN101869029B - 一种采用驯化植物种子提高高羊茅抗旱性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用驯化植物种子提高高羊茅抗旱性的方法。其中生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子。然后将驯化的高羊茅种子以130/m2于春天播种在土壤基质中，控制温度为20～26℃，相对湿度为30％～50％，播种初期，充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％-65％，实验周期为38d；培养38d后将高羊茅齐基质刈割，用蒸馏水冲洗干净，测量驯化后高羊茅的抗旱性指标。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市生活垃圾堆肥的合理、安全使用方法。更具体的说是一种采用驯化植物种子提高高羊茅抗旱性。
背景技术
草坪是指草本植物经人工建植和天然草地经人工改造形成后的具有美观与观赏效果，并能供人休闲、娱乐和适度体育运动的坪状草地。施肥处理是草坪养护管理体系中最重要的管理手段之一，为了及时补充草坪土壤中养分供应的不足，常常以施肥来使草坪质量保持在一个较高的水平。但城市人工草坪不像天然草地那样耐旱，尤其是耐渴能力很差。草坪根系较浅，不足以在土壤中吸收足够的水分，只能靠人工浇灌。在旱季草坪每天要浇一次水，即使在雨季，每月至少也要浇两次水。一旦缺水会导致草坪生长不良。尤其是在我国北方城市，每年要消耗大量的水，年灌水量大约为0.6-1.0m3/m2。所以每年每平方米草坪的用水成本为4.5元左右。草坪水分管理的高成本往往使得我国北方城市草坪水分不足，使得草坪的质量下降。长期供水不足，草坪就会慢慢的退化，从而导致草坪失去了原有的价值和功能，这个时候人们的选择只能是放弃草坪。因此，在人类面临水资源匮乏的今天，水资源的调配与利用将是草坪建植和管理上人们面临的最大挑战。在城市绿地上如何经济合理地利用水资源已成为一个热点研究问题。当今城市草坪绿地面积不断增长，其用水问题也就越来越受到关注，草坪绿地均面临不同程度的水分胁迫。保水剂和保水肥料的使用能在一定程度上缓解水分胁迫草坪植物的伤害，但不能从根本上解决草坪的干旱问题。
植物引种驯化活动推动了人类历史的发展，并将继续作为丰富植物品种多样性的一个有效途径。1997-1999年，施建军等选取21份禾本科牧草在果洛州达日县引种栽培，筛选出15种适宜栽培品种。刘洪展等以抗性玉米品种农大108为材料，研究了用20％和70％海水分别驯化的萌发种子和萌发期幼苗在生长后期50％海水胁迫过程中某些生理指标的变化，结果表明在不同发育阶段采取合理的驯化方式可以提高植物生长过程中对海水胁迫的适应能力。目前，草坪植物抗旱品种的引种与驯化越来越受到人们的重视。特别是利用生活垃圾堆肥高渗透压基质环境驯化抗旱植物品种的工作尚未见有文献报道。
发明内容
本发明将多年在高渗透压堆肥基质条件下生长驯化的高羊茅种子，与未驯化的同品种高羊茅种子进行研制，通过研究水分胁迫下驯化高羊茅的生理生态响应特征，为提高高羊茅抗旱性及应用提供依据。
为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种采用驯化植物种子提高高羊茅抗旱性的方法，其特征在于：
(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm，播种方式为春播，生活垃圾堆肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；
(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m2于春天播种在土壤基质中，控制温度为20～26℃，相对湿度为30％～50％，播种初期，充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％-65％，实验周期为38d；培养38d后将高羊茅齐基质刈割，用蒸馏水冲洗干净，测量驯化后高羊茅的抗旱性指标。
本发明通过在高渗透基质上种植高羊茅来起到驯化作用，从而使植物抗性的POD和CAT主要酶含量有了很大的提高，同时经过驯化后的高羊茅地上生物量和地下生物量都明显高于未驯化高羊茅，其叶绿素含量和保护酶活性也高于对照，说明驯化高羊茅的抗旱性明显高于未驯化高羊茅。
本发明的具体实验方法：
1研制方法
1.1实验地概况与实验设计及高羊茅的驯化
生活垃圾堆肥来自天津市小淀堆肥厂，基本理化性质为：pH 7.62，饱和含水量0.76ml/g，容重0.85g/ml，全氮5.18％，有效磷77.92mg/kg，有机质12.12％。草坪植物选用高羊茅(Festuca arundinacea L)。
实验地设在天津师范大学北院，地理位置为北纬39°13′、东经117°2′，属暖温带半湿润季风型气候。年平均气温12.3℃，平均降水量550～680mm。试验地面积为10×22m2，充分整地后，将总重为50t的生活垃圾堆肥平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，种子在适量灌水条件下萌发，一周后开始出苗，至40d后出苗基本稳定。指标测定从建植开始，观测各单播及混播草坪植物的出苗日期；出苗稳定后，并定期测垂直株高和生物量。每年早春观测各处理及对照小区草坪植物开始返青日期，返青后定期测定各小区草坪植物盖度、株高及生物量。高羊茅(Festuca arundinacea L)于2004年建植，经驯化4年后收获其种子。
1.2实验方法
选用上述驯化的高羊茅种子为实验材料，并以未驯化的同品种高羊茅种子作对照(CK)。栽培所需土壤取自于天津师范大学院内园土，其性质为：pH 7.44，有机质含量4.68％，全氮0.21％，有效磷22.03mg·kg-1，饱和含水量0.58ml·g-1。盆栽试验采用直径7cm，高10cm的塑料盆。每盆中土壤基质为200g，高羊茅播种量0.5g，3次重复。实验在实验室内进行，温度为20～26℃，相对湿度为30％～50％。播种初期，每盆充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％-65％(重度干旱胁迫)，实验周期为38d。
1.3测定方法
生长指标测定：培养38d后，测量株高，每个培养容器定株测定3株，取其平均值为高羊茅株高。然后将高羊茅齐基质刈割，根用蒸馏水冲洗干净，测量根长和须根数。将植株地上和地下部置于烘箱中105℃条件下杀青30min，于80℃烘干至恒重，测量其地上部和地下部的干重。
叶绿素含量测定：高羊茅叶绿素参照文献的方法进行测定。
保护酶活性测定：POD活性采用愈创木酚法；CAT活性测定采用紫外分光光度法。
数据处理：采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0进行两样本的独立数据t检验分析。
2研制结果
2.1高羊茅驯化的垃圾堆肥基质背景分析
由表1可见，生活垃圾堆肥富含有机质和植物所需的多种营养元素(表1)，同时也含有较高的盐分，长期施用会导致土壤盐渍化。垃圾堆肥含盐量较高，而基质含盐量是影响种子出苗率的因素之一，作为基质，其用量不宜过高。垃圾堆肥中含有很高的盐分，全盐含量在11.6g/kg左右。因此，本实验所选高羊茅经历了高渗透垃圾堆肥基质驯化的过程。
表1生活垃圾堆肥基本理化性质
2.2水分胁迫下驯化高羊茅地上生物量和株高
从图1-1；图1-2可以看出，在水分胁迫下，驯化高羊茅的地上干重和株高都明显高于未驯化高羊茅。和对照相比，驯化高羊茅地上干重照提高了81.8％，且达到显著水平(P＜0.5)*P＜0.05，下同。
3.3水分胁迫下驯化对高羊茅根系的影响
根系是植物吸收养分和水分的主要器官，所以根系是衡量植物抗旱性的重要指标。由表2可知，水分胁迫下，从根系的生长来看驯化高羊茅的生长情况好于未驯化高羊茅；其中根重、根长、和须根数分别比对照提高了41.7％、1.7％和2.5％。
表2水分胁迫下驯化对高羊茅根系的影响
3.4水分胁迫下驯化对高羊茅叶绿素含量的影响
叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，其含量的多少与植物的光合作用及其强度有密切的关系。从表3可以看出，水分胁迫下，驯化高羊茅的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素分别比对照高出10.9％、22.3％和13.9％，叶绿素b和总叶绿素都达到了显著水平(P＜0.5)。
表3水分胁迫下驯化对高羊茅叶绿素含量的影响
3.5干旱胁迫下驯化对高羊茅保护酶含量的影响
POD和CAT是保护酶***的主要酶，植物的抗性及对环境的适应与其保护酶含量密切相关。不良环境能诱发植物产生大量的自由基，其对植物膜***及蛋白质有伤害作用，但生物体内的保护酶***能清除产生的自由基。水分胁迫下驯化高羊茅的POD和CAT含量都比对照提高了55.87％和84.6％且均达到了显著水平(P＜0.5)。
4研制结论
通过在高渗透基质上种植高羊茅来起到驯化作用，研究了水分胁迫下能适应干旱环境的新品种。研究发现，驯化高羊茅的地上生物量和地下生物量都明显高于未驯化高羊茅，驯化高羊茅的地上干重比对照提高了81.8％，且达到显著水平(P＜0.05)株高也比对照提高了7.1％。其叶绿素含量和保护酶活性也高于对照，说明驯化高羊茅的抗旱性明显高于未驯化高羊茅。这一研究将为高羊茅的引种、建植与管理以及培育抗旱品种的有效理论和实践依据。
附图说明：
图1-1；图1-2水分胁迫下驯化高羊茅的地上生物量；
图2-1；图2-2为水分胁迫下驯化对高羊茅保护酶的影响。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供下述制备方法实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。
实施例1
(1)前期准备：生活垃圾堆肥来自天津市小淀堆肥厂，基本理化性质为：pH 7.62，饱和含水量0.76ml/g，容重0.85g/ml，全氮5.18％，有效磷77.92mg/kg，有机质12.12％。草坪植物选用高羊茅(Festuca arundinacea L.)。
实验田土壤属壤质草甸土，土壤肥沃，地力均匀。试验地面积为10×22m2，充分整地后，将总重为50t的生活垃圾堆肥平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，种子在适量灌水条件下萌发，一周后开始出苗，至40d后出苗基本稳定。
指标测定从建植开始，观测各单播及混播草坪植物的出苗日期；出苗稳定后，并定期测垂直株高和生物量。每年早春观测各处理及对照小区草坪植物开始返青日期，返青后定期测定各小区草坪植物盖度、株高及生物量。高羊茅于2004年建植，经驯化4年后收获其种子。
(2)实验方法
选用上述驯化的高羊茅种子为实验材料，栽培所需土壤其性质为：pH 7.44，有机质含量4.68％，全氮0.21％，有效磷22.03mg·kg-1，饱和含水量0.58ml.g-1。
盆栽试验采用塑料盆。每盆中土壤基质为200g，高羊茅播种量0.5g，3次重复。控制温度为25℃，相对湿度为50％。播种初期，每盆充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％(重度干旱胁迫)，实验周期为38d。测量株高，每个培养容器定株测定3株，取其平均值为高羊茅株高。然后将高羊茅齐基质刈割，根用蒸馏水冲洗干净，测量根长和须根数。将植株地上和地下部置于烘箱中105℃条件下杀青30min，于80℃烘干至恒重，测定各项生长指标。从根系的生长来看驯化高羊茅的生长情况好于未驯化高羊茅。其中根重、根长、和须根数分别比对照提高了41.7％、1.7％和2.5％。
实施例2
前期准备同实施例1。
选用上述驯化的高羊茅种子为实验材料，栽培所需土壤其性质为：pH 7.44，有机质含量4.68％，全氮0.21％，有效磷22.03mg·kg-1，饱和含水量0.58ml.g-1。盆栽试验采用塑料盆。每盆中土壤基质为200g，高羊茅播种量0.8g，3次重复。控制温度为22℃，相对湿度为35％。播种初期，每盆充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的60％(重度干旱胁迫)，实验周期为38d。测量株高，每个培养容器定株测定3株，取其平均值为高羊茅株高。然后将高羊茅齐基质刈割，根用蒸馏水冲洗干净，测量根长和须根数。将植株地上和地下部置于烘箱中105℃条件下杀青30min，于80℃烘干至恒重，测定各项生长指标。驯化高羊茅的地上干重比对照提高了81.8％。
实施例3
前期准备同实施例1。
选用上述驯化的高羊茅种子为实验材料，栽培所需土壤其性质为：pH 7.44，有机质含量4.68％，全氮0.21％，有效磷22.03mg·kg-1，饱和含水量0.58ml.g-1。盆栽试验采用直径7cm，高10cm的塑料盆。每盆中土壤基质为200g，高羊茅播种量1g，3次重复。控制温度为26℃，相对湿度为30％。播种初期，每盆充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的65％(重度干旱胁迫)，实验周期为38d。测量株高，每个培养容器定株测定3株，取其平均值为高羊茅株高。然后将高羊茅齐基质刈割，根用蒸馏水冲洗干净，测量根长和须根数。将植株地上和地下部置于烘箱中105℃条件下杀青30min，于80℃烘干至恒重，测定各项生长指标。结果：水分胁迫下驯化高羊茅的POD和CAT含量都比对照提高了55.87％和84.6％且均达到了显著水平。
实施例4
生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子。然后将驯化的高羊茅种子以130g/m2于春天播种在土壤基质中，控制温度为20～26℃，相对湿度为35％，播种初期，充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％，实验周期为38d；培养38d后将高羊茅齐基质刈割，用蒸馏水冲洗干净，测量驯化后高羊茅的抗旱性指标。
Claims (1)
1.一种采用驯化植物种子提高高羊茅抗旱性的方法，其特征在于：
(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm，播种方式为春播，生活垃圾堆肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；
(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m2于春天播种在土壤基质中，控制温度为20～26℃，相对湿度为30％～50％，播种初期，充分浇水，保证种子能顺利萌发和幼苗初期生长；两周后按照水分胁迫程度定量给水，达到田间持水量的55％-65％，实验周期为38d；培养38d后将高羊茅齐基质刈割，用蒸馏水冲洗干净，测量驯化后高羊茅的抗旱性指标。
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