刘颖
(青海大学畜牧兽医科学院，青海省高寒草地适应性管理重点实验室，青海 西宁 810016)
三江源区地处青藏高原腹地，是我国生态环境的极敏感区和气候变化的启动区。虽然近些年国家开始大力开展生态治理工作，但三江源区依然有近一半面积的退化高寒草地，治理难度依然严峻，亟需抗逆性强、侵占能力好的生态先锋草种。青海草地早熟禾(PoapratensisL. cv. Qinghai) 为青海省重要的野生栽培品种，该品种的成功驯化填补了三江源区海拔3 500 m 以上根茎型禾草缺乏的空白[1]，因其具有极强的抗寒性、耐牧性和根茎分蘖再生能力等优良特点，被广泛应用于青海省三江源区、祁连山区等地的“黑土滩”退化草地综合治理工程。但在生产利用的过程中发现，青海草地早熟禾对水肥条件的要求比较高，根系深度较浅[2]。而植物的根系深度与抗旱性和产量都成正比[3,4]。因此，在栽培过程中利用生长调节剂促进青海草地早熟禾的根系深度，对加强其抗逆性、提高其产量、增强其人工草地的水源涵养能力，扩大其应用前景与范围的意义重大。
独角金内酯(GR24)近些年已经被定义为新一类植物激素，可能在根系构型形成方面起关键作用[5,6]。目前，还未见关于GR24促进植物根系深度的报道。在禾草上关于GR24促进植物根系伸长的报道同样也非常少，Liu等和Hu等分别报道过GR24可促进高羊茅(Festucaarundinacea)根系的伸长[7,8]。但在模式植物中，有很多关于GR24促进植物根系伸长的报道，可以借鉴。另外，微根窗技术是一种非破坏性、定点直接观察的技术，是活体根系监测、根系动态生长监测最主要的方法[9]。因此，本研究拟利用微根窗技术，在田间原位观测独角金内酯对青海草地早熟禾根系深度和长度的影响，为今后在青海草地早熟禾人工草地上应用独角金内酯提供理论基础。
1.1 试验地概况
试验地位于青海省海南藏族自治州贵南县过马营洛加村，属高原大陆性寒温气候，年均气温2.3 ℃，7月最高(13.6 ℃)，1月最低 (-11.0 ℃)。年降水量352.7 mm。地理坐标为101.21 °E，3576 °N，海拔3 317 m。试验地种植上一年空置，并施入羊粪作为底肥。
1.2 试验设计
本研究以青海草地早熟禾为研究材料，于2021年7月种植青海草地早熟禾试验田小区，每个小区12 m2(3 mX4 m)，设置GR24叶面喷施和对照2个处理，每个处理3个重复，共6个试验小区。小区间隔0.8 m。播种量为7.5 kg/hm2，播种方式为撒播。GR24喷施浓度为 0.5 μmol/L。GR24喷施时间为种植当年出苗后两个月。
1.3 测定方法
本研究采用微根窗技术原位观测独角金内酯对青海草地早熟禾根系深度的影响。在青海草地早熟禾人工草地种植前将根管埋入试验小区内，每个试验小区埋设3根根管，根管埋设角度为45°。采用CI-600 仪器(CID，Camas，Wash.，美国)原位观测青海草地早熟禾的根系深度和总根长，并在每根管中选择一条相对幼嫩、完整，拍摄清楚的根观测其长度变化。观测时间为在出苗后两个月喷施GR24时(0 Month)、喷施GR24一个月后(1 Month)、喷施GR24两个月后(2 Month)和第二年牧草返青后一个月(SY 1 Month)。单根生长速率等于喷施后单根长度减去前一次测定的该根系长度再除以间隔生长天数。
1.4 数据分析
使用SPSS(13.0版，IBM公司，阿蒙克市，纽约州)进行差异显著性分析。差异显著性分析采用独立样本T检验方法，P< 0.05为显著。
2.1 GR24对青海草地早熟禾根系深度的影响
本研究通过间断性观测青海草地早熟禾的根系深度发现，喷施GR24可显著增加青海草地早熟禾的根系深度，尤其是在喷施后的第一个月(P<0.05)。喷施GR24前，根系深度平均在27 cm 左右，喷施GR24后一个月根系深度增加至59.5 cm，对照为46.98 cm。在喷施GR24后的第二个月和第二年牧草返青后的第一个月仍可保持第一个月的促进增量(如图1)。
图1 GR24对青海草地早熟禾根系深度的影响
2.2 GR24对青海草地早熟禾根系总长度的影响
本研究通过间断性观测青海草地早熟禾的根系总长度发现，喷施GR24可显著增加青海草地早熟禾的根系总长度，尤其是在喷施后的第一个月(P<0.05)。喷施GR24前，根系总长度平均在90 cm 左右，喷施GR24后一个月根系总长度增加量是对照的1.67倍。在喷施GR24后的第二个月和第二年牧草返青后的第一个月仍可保持此前的促进增量(如图2)。
图2 GR24对青海草地早熟禾根系总长度的影响
2.3 GR24对青海草地早熟禾单根伸长速率的影响
通过对单根根系长度的观测发现，喷施GR24一个月后，青海草地早熟禾的单根伸长速率显著增加(P<0.05)。喷施GR24后第一个月单根伸长速率为1.20 cm/d，对照为0.62 cm/d，GR24处理是对照的1.93倍。在喷施GR24后的第二个月和牧草返青后的第一个月促进效果不显著(如图3)。
图3 GR24对青海草地早熟禾单根伸长速率的影响
近些年，调控禾草根系深度的研究多集中在外在因素(土壤、肥料、水份、光、热、机械刺激等)，除生长素外其它植物激素对植物根系深度调控方面的报道较少。Ogura等指出EXOCYST70A3通过动态调节植物生长素的运输来塑造拟南芥(Arabidopsisthaliana)根系深度[10]。目前，还未见关于GR24促进植物根系深度的报道。本研究喷施GR24对青海草地早熟禾的根系深度的促进作用主要集中在喷施后的第一个月，喷施GR24后青海草地早熟禾的根系深度增加了26.6%。而在喷施后第二个月和返青后第一个月的促进作用不显著。其原因可能为GR24等激素类物质在植物体内代谢非常快速。另外，喷施GR24后第一个月根系深度的骤增主要是因为9月份正值秋季植物根系生长的旺盛期，处理与对照组均增加较大。
根系伸长是决定植物根系深度的重要因素。目前，科学界公认的是植物内源激素的合成、转运及信号传导网络是调节根系伸长的主要因素。相关研究结果表明，GR24对模式植物根系伸长的调控主要是介入了生长素的合成、转运或信号转导途径：Ruyter-Spira等证明GR24可通过调节拟南芥根系尖端分生组织细胞数量和局部植物生长素水平来增加主根长度[11]；
Sun 等指出SPL14/17(可介导生长素转运相关基因PIN1b启动子的反式激活)作用于独脚金内酯信号通路下游，调节水稻(Oryzasativa)种子根的伸长[12]；
Koltai等指出GR24对番茄(Solanumlycopersicon)根毛伸长的调控同样是介导了生长素的转运途径[13]。除生长素外，Kapulnik等利用拟南芥突变体指出独角金内酯对根毛伸长的调控依赖于乙烯合成途径，生长素信号网络在其中起连接作用。这说明在调控根系伸长方面，GR24与乙烯的代谢途径同样密切相关[14]。在禾草上关于GR24促进植物根系伸长的报道比较少，Liu 等指出GR24可显著促进高羊茅的根系伸长[8]，这与本研究的结果相似(GR24可显著提高青海草地早熟禾的单根伸长速率)。Hu等进一步指出GR24是通过增加细胞分裂和降低生长素转运促进高羊茅根系的伸长[7]。本研究喷施GR24对青海草地早熟禾根系长度的促进作用同促进根系深度的结果一样，只在喷施后的第一个月效果显著。喷施GR24后，青海草地早熟禾的总根长增加了499.3%，单根伸长速率增加了93.5%。此结果表明，GR24对青海草地早熟禾根系深度的促进作用可能是源于对根系伸长的促进作用。综上所述，青海草地早熟禾种植当年(出苗后第二个月)喷施0.5 μmol/L GR24可显著增加其根系深度、总根长，并促进其单根伸长速率，促进效果仅在喷施当月显著。
