趙威,李亞鴿,王馨,李濤

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院/牡丹學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 晉中 030800)

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外源無(wú)機(jī)鹽與硫胺素對(duì)枝葉去除后紫花苜蓿的再生性影響

趙威1*,李亞鴿1,王馨1,李濤2

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院/牡丹學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 晉中 030800)

放牧活動(dòng)是包含牧食折損、枝葉去除、唾液沉積等多個(gè)過(guò)程的融合，而覓食者分泌的唾液對(duì)牧草具有潛在影響。本試驗(yàn)選擇外源無(wú)機(jī)鹽與硫胺素處理作為試驗(yàn)組，以去離子水與羊唾液處理為參考對(duì)照，并將4種溶液涂抹作用于不同枝葉去除水平的紫花苜蓿截面處，探究植食性動(dòng)物(羊)唾液中的無(wú)機(jī)鹽與硫胺素是否對(duì)紫花苜蓿的再生性產(chǎn)生影響，分析枝葉去除與羊唾液是如何誘導(dǎo)植物的補(bǔ)償再生，同時(shí)探尋紫花苜蓿從形態(tài)與生理上對(duì)無(wú)機(jī)鹽和硫胺素的差異響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，1)與單一的枝葉去除處理相比，在羊唾液的催化作用下，枝葉去除后的紫花苜蓿再生能力明顯提高，其中硫胺素是羊唾液中的有效成分；2)相對(duì)于外源無(wú)機(jī)鹽，硫胺素對(duì)枝葉去除紫花苜蓿牧草有更為顯著的正效應(yīng)，紫花苜蓿地上累積生物量顯著增加，莖葉比差異也達(dá)到了4.3～7.9倍；在80%枝葉去除水平下，總分蘗數(shù)大約是無(wú)機(jī)鹽組的1.56倍；3)不同處理下紫花苜蓿的生理指標(biāo)差異性不均一。在各項(xiàng)處理中，紫花苜蓿的葉綠素含量值都接近49.3 mg/g；在20%枝葉去除水平下，清水與羊唾液處理均促進(jìn)根系可溶性糖含量大幅度增加；對(duì)于無(wú)機(jī)鹽組，POD活性隨著枝葉去除水平呈遞增變化，而硫胺素處理沒(méi)有引起POD活性的改變。通過(guò)本研究，期望進(jìn)一步了解紫花苜蓿響應(yīng)放牧的內(nèi)在機(jī)制，為改善人工草地現(xiàn)狀和提高牧草的農(nóng)業(yè)效益提供參考，同時(shí)也為放牧生態(tài)學(xué)的發(fā)展提供理論支持。

枝葉去除；紫花苜蓿；無(wú)機(jī)鹽；硫胺素；再生性

素有“牧草之王”美譽(yù)的紫花苜蓿(Medicagosativa, ‘Phabulous’)簡(jiǎn)稱苜蓿，是目前我國(guó)種植面積最為廣泛的豆科牧草之一[1]。綜合國(guó)內(nèi)外報(bào)道可知，有關(guān)苜蓿的研究主要集中在生理特性、品種選育、基因改良、環(huán)境適應(yīng)性等方面，并將傳統(tǒng)試驗(yàn)方法與新基因技術(shù)相結(jié)合，大大地增加了對(duì)苜蓿的全面了解[2-8]。在對(duì)草地放牧生態(tài)系統(tǒng)的研究中，植食性動(dòng)物與牧草是草地生態(tài)系統(tǒng)的主體，它們互為作用，相互影響[9]。前者啃食牧草，能夠引起牧草的防御反應(yīng)，增強(qiáng)植株損傷后快速補(bǔ)償生長(zhǎng)的能力；而牧草則通過(guò)形態(tài)改變與生理響應(yīng)來(lái)應(yīng)對(duì)牲畜采食，保證其生存和繁衍[10]。同時(shí)，動(dòng)物的糞便還可以給植物提供天然肥料，提高牧草的株高和干重[11]?？傊?，在兩者的共同作用下，既可以維持草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡，也可保證畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[12]。

但目前有關(guān)草畜互作的研究仍具有一定局限性，因?yàn)榉拍粱顒?dòng)是包含牧食折損、枝葉去除、唾液沉積等多個(gè)過(guò)程的融合[13-15]，而不僅僅是單一地研究枝葉去除作用[16-21]。在放牧過(guò)程中，草食動(dòng)物直接攝取牧草的莖葉，常常伴隨有草食動(dòng)物的唾液遺留在損傷斷面上。已有研究證明，草食動(dòng)物的唾液對(duì)植物的再生具有一定的正效應(yīng)[21-24]。Teng等[22]研究去葉后羊草(Leymuschinensis)對(duì)綿羊唾液的生長(zhǎng)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)綿羊唾液對(duì)羊草植株具有短暫的積極影響。Zhang等[23]的研究結(jié)果也表明，施加綿羊唾液可以顯著增強(qiáng)冷蒿(Artemisiafrigida)和羊草的地上與地下凈初級(jí)生產(chǎn)力，而且促進(jìn)其光合產(chǎn)物向植株地上部分分配。同時(shí)，Lamy等[25]和Alonso-Díaz等[26]也分析研究了植食性動(dòng)物唾液蛋白與其覓食行為的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者密切相關(guān)，而且與覓食的植物物種有一定關(guān)聯(lián)。昆蟲(chóng)唾液能夠使植物產(chǎn)生特異性生化反應(yīng)[27]，刺吸式昆蟲(chóng)唾液中的蛋白酶和氨基酸能夠誘發(fā)植物產(chǎn)生蟲(chóng)癭[28]。相反，桃蚜(Myzuspersicae)唾液成分可以誘導(dǎo)擬南芥(Arabidopsisthaliana)的防御反應(yīng)[29]。

動(dòng)物唾液中可能存在的刺激植物生長(zhǎng)的有效物質(zhì)包括：α-淀粉酶、牛血清蛋白(BSA)、硫胺素、無(wú)機(jī)鹽等。巖衣藻(Ascophyllumnodosum)可利用蝸牛唾液中的α-淀粉酶誘導(dǎo)自身發(fā)生化學(xué)變化，使體內(nèi)參與防御動(dòng)物牧食的海藻多酚水平升高[30]。在草食動(dòng)物唾液中有一種重要而豐富的成分——牛血清蛋白(BSA)，它能夠促進(jìn)枝葉去除后植物的恢復(fù)，也常被用作中間媒介來(lái)研究動(dòng)物與植物之間的相互作用[14,31]。Huang等[32]應(yīng)用RNA測(cè)序揭示，在基因或細(xì)胞水平上，牛血清蛋白沉積參與影響植物細(xì)胞的凋亡與氧化變化。Mcnaughton[33]選取唾液中的另一種成分——硫胺素噴灑于枝葉去除處理的植物上，發(fā)現(xiàn)硫胺素、氮和磷使植物的總產(chǎn)量分別提高了43%，52%和33%，而且枝葉去除與其他因子具有強(qiáng)烈的交互作用。此外，應(yīng)用外源硫胺素還能夠促進(jìn)玉米(Zeamays)的生長(zhǎng)和抗氧化防御系統(tǒng)，100 mg/L的硫胺素溶液可以有效緩解鹽脅迫對(duì)玉米的毒害作用[34]。吳紅艷等[35]利用不同的無(wú)機(jī)鹽溶液培養(yǎng)魚(yú)腥藻595(Anabaenasp.595)，2 d后觀察到顯著的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)，例如細(xì)胞膨大、液泡化明顯等?？偟膩?lái)說(shuō)，硫胺素是植物體內(nèi)多種重要酶的輔酶，而無(wú)機(jī)鹽是植物生長(zhǎng)的必需物質(zhì)，它們都參與植物的多個(gè)生理代謝過(guò)程，常作為外源物質(zhì)處理不同的植物。

前人的研究多采用單個(gè)因素的控制試驗(yàn)，僅僅考慮了動(dòng)物唾液或其中某種成分的效應(yīng)，而沒(méi)有充分考慮以動(dòng)物唾液作為對(duì)照從而深入探究唾液中究竟哪種物質(zhì)是最直接有效的成分。本試驗(yàn)選擇4種溶液包括羊唾液、硫胺素、無(wú)機(jī)鹽、清水處理枝葉去除后的紫花苜蓿，其中清水和羊唾液作為參考對(duì)照，旨在研究外源的無(wú)機(jī)鹽和硫胺素對(duì)紫花苜蓿生理與形態(tài)上的影響變化，探討紫花苜蓿響應(yīng)放牧的內(nèi)在機(jī)制與唾液中的有效物質(zhì)，為改善人工草地現(xiàn)狀和提高豆科牧草的農(nóng)業(yè)效益提供參考，同時(shí)也為放牧生態(tài)學(xué)的發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于洛陽(yáng)市河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田，屬于暖溫帶南緣向北亞熱帶過(guò)渡地帶，溫帶大陸性氣候。 年均溫14.2 ℃，年均降水量600 mm(主要集中在夏季)，無(wú)霜期218 d，平均年日照時(shí)間為2200 h。在試驗(yàn)田中選定的是一塊土質(zhì)均勻且近年無(wú)深根類農(nóng)作物種植的區(qū)域，保證土壤良好肥力。之后初步處理掉明顯雜草，用鐵鍬松土30 cm深并進(jìn)行平整，留作試驗(yàn)備用。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)開(kāi)始于2010年3月，選擇紫花苜蓿(皇冠)為研究材料，是多年生豆科牧草，抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣，在多種氣候類型與土壤中生長(zhǎng)良好。試驗(yàn)所用材料是第二年實(shí)生苗(第1年3月播種，次年6-10月處理測(cè)量)，栽培方式為行播，間距為30 cm。種植過(guò)程中不進(jìn)行施肥處理，僅在幼苗期少量澆水，并進(jìn)行間苗，保留長(zhǎng)勢(shì)良好和株型一致的幼苗，保證試驗(yàn)處理前材料的一致性。后期紫花苜蓿均自然生長(zhǎng)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用兩因素完全隨機(jī)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素一是枝葉去除水平(0%，20%，50%和80%)，因素二是溶液涂抹處理[植食性動(dòng)物(羊)唾液、硫胺素、無(wú)機(jī)鹽和清水]，試驗(yàn)著重考慮同一枝葉去除水平下外源物質(zhì)的作用。試驗(yàn)設(shè)置5次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)有10株紫花苜蓿幼苗。羊唾液由河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院畜牧場(chǎng)提供，該溶液現(xiàn)用現(xiàn)取，以保證其內(nèi)含物的活性；硫胺素溶液由分析純固體試劑配制而成，其濃度為10 mg/L；使用KCl與NaHCO3混合配置成K+約為0.24 g/L、Na+約為3.03 g/L、HCO3-約為7.17 g/L的無(wú)機(jī)鹽溶液，其pH值范圍為8.0～8.5；清水組為去離子水，避免無(wú)機(jī)鹽離子的干擾。紫花苜蓿處理前平均高度約為33 cm，設(shè)定4個(gè)枝葉去除水平即0%，20%，50%，80%，換之留茬高度分別是33，26，17，7 cm。枝葉去除后在損傷截面處立即進(jìn)行4種溶液的涂抹處理，為了防止昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)的干擾，涂抹后立即用牛皮紙信封袋將斷口頂端罩住，下用牛皮筋扎好，第2天清晨取下。本試驗(yàn)自6月中旬至10月上旬共分為兩部分(室外試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn))進(jìn)行，處理的時(shí)間間隔是15 d，總計(jì)分別進(jìn)行5次枝葉去除和5次涂抹，同時(shí)觀察并測(cè)定紫花苜蓿的各項(xiàng)形態(tài)與生理指標(biāo)變化。

1.4 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 形態(tài)指標(biāo) 累積地上生物量的測(cè)定：每次枝葉去除處理前，在紫花苜蓿周?chē)佋O(shè)一大塊紙張，按照設(shè)定的枝葉去除水平，小心用枝剪去除掉地上部分，進(jìn)行莖葉分離，然后分別裝入牛皮紙信封袋中并標(biāo)注，帶回試驗(yàn)室在70 ℃烘箱中干燥24 h，之后取出稱重。5次枝葉去除處理的莖葉總重與最后收獲的地上部分生物量干重之和，即為累積地上生物量。

地下生物量的測(cè)定：在最后收獲地上生物量之后，采用挖掘法獲得地下根系，在每個(gè)重復(fù)中隨機(jī)選取3株，小心挖掘以保證根系的完整性。為保留好細(xì)根，放到120目(0.125 mm)篩網(wǎng)中清水多次沖洗掉表面泥土，后續(xù)處理同累積地上生物量的測(cè)定。求得3株根系地下生物量的平均值，再乘以10，即為每個(gè)重復(fù)的累積地下生物量。

總分蘗數(shù)的測(cè)定：總分蘗數(shù)是指紫花苜蓿處理后新長(zhǎng)出的嫩芽數(shù)，在近地表處仔細(xì)清查紫花苜蓿的芽數(shù)。

莖葉比的測(cè)定：在累積地上生物量的測(cè)定中，莖葉分離，分別烘干與稱重，莖葉比是累積地上部分的莖重與其葉重的比值。

1.4.2 生理指標(biāo) 根系可溶性糖含量的測(cè)定：隨機(jī)選擇每個(gè)處理中的5株紫花苜蓿，取一定量的根系放于研缽中進(jìn)行研磨，具體操作采用蒽酮法[36]。

葉片葉綠素含量的測(cè)定：利用SPAD-502(Minolta,Osaka,Japan)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)照組所有隨機(jī)選擇，而試驗(yàn)組則是在留茬葉片中隨機(jī)選擇，為5次重復(fù)。

根系活力測(cè)定：從試驗(yàn)田帶回的植物根系立即進(jìn)行活力測(cè)定，方法采用甲烯藍(lán)法[37]。

過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定：采用愈創(chuàng)木酚法[38]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。不同枝葉去除水平下紫花苜蓿各項(xiàng)指標(biāo)的變化運(yùn)用one-way ANOVA分析方法，結(jié)果的差異顯著性表示為：P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著，P>0.05為差異不顯著。同時(shí)，利用Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 紫花苜蓿累積地上生物量與地上地下生物量比變化

通過(guò)對(duì)紫花苜蓿完整生長(zhǎng)期5次不同水平的枝葉去除與4種溶液涂抹處理，紫花苜蓿累積地上生物量的變化如圖1A所示。在4種溶液的涂抹處理下，硫胺素溶液對(duì)累積地上生物量的影響顯著，尤其是輕度枝葉去除水平，其對(duì)紫花苜蓿地上生物量積累具有最明顯的正效應(yīng)(P<0.01)。無(wú)機(jī)鹽處理組的地上生物量在80%枝葉去除水平時(shí)積累較低。羊唾液涂抹枝葉去除后的紫花苜蓿，它的累積地上生物量變化隨枝葉去除程度加重呈緩慢上升的趨勢(shì)，但是在20%枝葉去除水平時(shí)，其變化低于清水涂抹處理(P<0.05)。

對(duì)于整株紫花苜蓿來(lái)說(shuō)，其地上部分的枝葉去除與溶液處理必將引起地下根系的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，枝葉去除后紫花苜蓿的累積地上生物量與地下根系生物量的比值變化如圖1B所示。隨著枝葉去除程度的增強(qiáng)，涂抹了4種溶液的紫花苜蓿地上地下生物量比值分別逐漸增大，其中硫胺素溶液的作用效果較顯著。而在輕度枝葉去除水平下，除硫胺素之外的3種溶液對(duì)紫花苜蓿地上地下生物量比值的影響沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。

圖1 不同處理下紫花苜蓿的累積地上生物量與地上地下生物量比的變化Fig.1 Changes of the accumulative aboveground biomass and above/underground biomass ration of defoliated alfalfa under different treatments 不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同。The different small letters mean significant difference at P<0.05, and the different capital letters mean extremely significant difference at P<0.01, the same below.

2.2 紫花苜蓿莖葉比與總分蘗數(shù)變化

不同試驗(yàn)處理下紫花苜蓿的莖葉比變化如圖2A所示。在輕度、中度、重度3種枝葉去除程度處理中，清水、無(wú)機(jī)鹽與羊唾液的涂抹處理沒(méi)有對(duì)紫花苜蓿的莖葉比產(chǎn)生顯著影響(P>0.05)，同時(shí)，其比值有微弱的減小變化。根據(jù)圖示，可以觀察到無(wú)論在何種枝葉去除水平下，硫胺素對(duì)莖葉比的誘導(dǎo)作用最為顯著，在重度枝葉去除水平下，紫花苜蓿的莖葉比達(dá)到最大值(P<0.01)。

為了直觀地展示出4種溶液處理對(duì)紫花苜蓿地上植株部分的影響，在第5次試驗(yàn)處理后清查了植株的最終收獲分蘗情況(圖2B)。經(jīng)過(guò)溶液涂抹和枝葉去除試驗(yàn)處理的紫花苜蓿，地上植株的最終分蘗數(shù)目變化沒(méi)有一致的規(guī)律。羊唾液作用下，紫花苜蓿的最終分蘗數(shù)大于其他處理，差異達(dá)到顯著(P<0.05)。隨著枝葉去除程度的增強(qiáng)，羊唾液處理的紫花苜蓿最終分蘗數(shù)目逐漸減小，而在3種枝葉去除水平下，硫胺素與無(wú)機(jī)鹽處理組的紫花苜?？偡痔Y數(shù)幾乎沒(méi)有變化，其中重度枝葉去除處理?xiàng)l件下，無(wú)機(jī)鹽導(dǎo)致紫花苜蓿的最終分蘗數(shù)小于清水組。

圖2 不同處理下紫花苜蓿的莖葉比與總分蘗數(shù)變化Fig.2 Changes of the stem/leaf ratio and total tiller numbers of defoliated alfalfa under different treatments

2.3 紫花苜蓿葉片葉綠素含量和根系可溶性糖含量變化

在沒(méi)有枝葉去除處理與溶液涂抹的情況下，紫花苜蓿的葉綠素含量值是49.3 mg/g左右。圖3A中，在任一枝葉去除水平或者溶液涂抹處理中，紫花苜蓿的葉綠素含量值都接近49.3 mg/g。

不同溶液處理下枝葉去除后紫花苜蓿的根系可溶性糖含量變化不一(圖3B)，無(wú)機(jī)鹽和硫胺素溶液不影響其可溶性糖含量，而在20%枝葉去除水平下，清水和羊唾液處理使其可溶性糖含量達(dá)到了最大值0.18%，且該值大于沒(méi)有任何處理下的可溶性糖含量值0.175%，此外，在80%枝葉去除水平下，羊唾液的作用也相當(dāng)明顯，達(dá)到0.179%。

圖3 不同處理下紫花苜蓿葉片葉綠素與根系可溶性糖含量的變化Fig.3 Changes of leaf chlorophyll content and root soluble sugar content of defoliated alfalfa under different treatments

2.4 紫花苜蓿葉片過(guò)氧化物酶(POD)活性及根系活力變化

紫花苜蓿葉片的過(guò)氧化物酶活性受不同水平的枝葉去除處理和4種溶液涂抹處理的影響(圖4A)。按照枝葉去除程度遞增變化，無(wú)機(jī)鹽涂抹后紫花苜蓿葉片的POD活性呈增加變化，與之不同的是，硫胺素涂抹后其葉片的POD活性沒(méi)有變化(P>0.05)。除了硫胺素處理的其他3種溶液在50%枝葉去除水平下，紫花苜蓿的過(guò)氧化物酶活性顯著較高。

在對(duì)紫花苜蓿地上部分進(jìn)行不同程度枝葉去除與溶液涂抹處理的過(guò)程中，也引起了地下根系活力不同程度的變化(圖4B)。可以觀察到，在3種枝葉去除程度處理下，清水組的紫花苜蓿根系活力明顯較大，其他3組溶液處理對(duì)紫花苜蓿根系活力的影響效果較低且不均勻。而羊唾液處理組除中等枝葉去除程度外，其紫花苜蓿的根系均處于較低的活力水平。

圖4 不同處理下紫花苜蓿POD活性與根系活力的變化Fig.4 Change of leaf peroxidase activity and root vitality of defoliated alfalfa under different treatments

3 結(jié)論與討論

紫花苜蓿具有補(bǔ)償性生長(zhǎng)策略以應(yīng)對(duì)枝葉去除脅迫[20]。試驗(yàn)對(duì)清水組與羊唾液組進(jìn)行比較，分析唾液誘導(dǎo)紫花苜蓿再生的響應(yīng)過(guò)程，同時(shí)，進(jìn)行羊唾液、無(wú)機(jī)鹽與硫胺素的對(duì)比，進(jìn)而分析無(wú)機(jī)鹽與硫胺素是否是羊唾液中影響紫花苜蓿生長(zhǎng)的關(guān)鍵有效成分。結(jié)果顯示，清水組隨著枝葉去除強(qiáng)度的加大，累積地上生物量有小幅度的增加，其變化小于羊唾液作用下的程度。這與張震[21]的研究結(jié)果一致，小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)經(jīng)過(guò)枝葉去除與綿羊唾液處理后植株凈地上生物量增加。在硫胺素的誘導(dǎo)作用下，紫花苜蓿的形態(tài)學(xué)指標(biāo)各項(xiàng)測(cè)量值均大于無(wú)機(jī)鹽組。除50%枝葉去除水平外，羊唾液對(duì)植株個(gè)體總分蘗數(shù)的誘導(dǎo)作用顯著，在硫胺素的誘導(dǎo)作用下，與無(wú)機(jī)鹽組的植株莖葉比差異達(dá)到了4.3～7.9倍。這一結(jié)果說(shuō)明，枝葉去除激發(fā)了紫花苜蓿補(bǔ)償再生的開(kāi)始，隨著羊唾液與硫胺素發(fā)揮作用，加速紫花苜蓿遭受枝葉去除脅迫后形態(tài)上的恢復(fù)。其他的研究也得到了類似的結(jié)果，在枝葉去除與羊唾液交互作用下，羊草的分蘗數(shù)顯著較高[22-24]。隨著枝葉去除強(qiáng)度與頻次的增加，垂穗草(Boutelouacurtipendula)逐漸對(duì)硫胺素開(kāi)始產(chǎn)生正向響應(yīng)[39]。Rooke[40]進(jìn)行了木本植物幼苗對(duì)山羊唾液的生長(zhǎng)響應(yīng)研究，在枝葉去除與唾液的先后處理下，幼苗的芽生長(zhǎng)顯著增強(qiáng)，其葉片的產(chǎn)生也明顯加快比單一的枝葉去除處理。使用0.4 g/L濃度的硫胺素處理遭受防腐劑脅迫的小麥(Triticumaestivum)幼苗，發(fā)現(xiàn)小麥的生理與形態(tài)指標(biāo)均出現(xiàn)良性轉(zhuǎn)變，此研究證明，硫胺素可以緩解不良脅迫對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的抑制作用[41]。與無(wú)機(jī)鹽處理相比，硫胺素處理更有利于植物抵御外界侵?jǐn)_，增強(qiáng)牧草對(duì)自身的保護(hù)[42]。

隨著枝葉去除水平的不斷提高，羊唾液對(duì)紫花苜蓿根系可溶性糖含量逐漸發(fā)揮顯著作用，差值甚至達(dá)到了0.066%；硫胺素與無(wú)機(jī)鹽處理下，紫花苜蓿的可溶性糖含量變化沒(méi)有明顯的規(guī)律，其中在中等程度的枝葉去除處理下，根系可溶性糖含量略有降低。遲文峰等[43]的研究表明，紫花苜蓿的枝葉去除次數(shù)和可溶性糖含量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，本試驗(yàn)結(jié)果也有相似的變化趨勢(shì)，但是在羊唾液或硫胺素的作用下，打破了負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，羊唾液或硫胺素在一定程度上能夠改善枝葉去除后紫花苜蓿根系的可溶性糖含量降低的不利狀況，這對(duì)于苜蓿利用根系物質(zhì)進(jìn)行地上部分的再生十分有利。與此同時(shí)，僅在適度的枝葉去除水平下，過(guò)氧化物酶活性會(huì)由于羊唾液的存在而有所增加。它們的變化表明草食動(dòng)物對(duì)牧草生長(zhǎng)與代謝的影響依賴于放牧強(qiáng)度[33]。在無(wú)機(jī)鹽涂抹后的紫花苜蓿葉片中過(guò)氧化物酶活性逐漸增加，而硫胺素施加前后過(guò)氧化物酶活性沒(méi)有變化。因此，這可能是由于無(wú)機(jī)鹽涂抹在植株損傷處，改變了損傷處組織與細(xì)胞的鈉鉀等離子濃度，從而可能誘導(dǎo)植株體內(nèi)一些酶的活性發(fā)生變化。在本試驗(yàn)的4種溶液處理中，發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿的葉綠素含量沒(méi)有顯著變化，幾乎與空白處理的葉綠素含量值相等。即使在重度枝葉去除處理中，4種溶液的涂抹處理都沒(méi)有使其葉綠素含量值出現(xiàn)較大波動(dòng)，分析該結(jié)果有兩種原因：其一，紫花苜蓿在枝葉去除后的短時(shí)間內(nèi)光合速率快速恢復(fù)[17]，光合作用能夠及時(shí)補(bǔ)償紫花苜蓿的枝葉去除損傷，也證明了紫花苜蓿良好的再生能力、耐枝葉去除、適應(yīng)性強(qiáng)[44]；其二，試驗(yàn)不是持續(xù)取樣分析，光合速率的變化具有瞬時(shí)性，葉片葉綠素含量可在較短周期內(nèi)恢復(fù)正常。與地上部分葉片的變化相反，根系活力沒(méi)有因?yàn)檠蛲僖和磕óa(chǎn)生積極的效應(yīng)。地上與地下部分如此差異的變化，揭示紫花苜蓿的地上部分似乎能夠?qū)ρ蛲僖鹤龀龈杆偾矣行У恼答仭Ａ硪豁?xiàng)研究從側(cè)面也反映出該現(xiàn)象，唾液顯著提高了冷蒿與羊草的地上凈初級(jí)生產(chǎn)力，而且增大了地上與地下凈初級(jí)生產(chǎn)力的比例[23]。

綜上所述，枝葉去除是刺激紫花苜蓿補(bǔ)償再生的有效因子之一[33,45]，硫胺素是羊唾液中的有效成分，能夠加速紫花苜蓿牧食后迅速恢復(fù)，而無(wú)機(jī)鹽似乎沒(méi)有顯著的效應(yīng)。然而，對(duì)此有學(xué)者持有不同的觀點(diǎn)，Detling等[45]驗(yàn)證野牛唾液對(duì)牧草的再生是否具有潛在影響，沒(méi)有觀察到唾液對(duì)牧草的葉片、根、分蘗、光合產(chǎn)物分配等的顯著影響。通過(guò)光合速率的提高得到植物的補(bǔ)償性生長(zhǎng)，但是葉綠素含量及根系活力是否發(fā)生變化以及在重度枝葉去除時(shí)測(cè)量到的異常變化，除了試驗(yàn)誤差之外，有待進(jìn)一步深入探究其原因。

長(zhǎng)期放牧不僅誘導(dǎo)植物的形態(tài)與生理變化，而且深刻體現(xiàn)在植物的遺傳進(jìn)化上，進(jìn)而保證植物物種對(duì)牧食的抗逆性與生存繁衍[10]。草地植物響應(yīng)植食性動(dòng)物牧食行為的種種變化，表明二者之間存在一定的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系[30]。從維持草畜平衡與草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度出發(fā)，結(jié)合分子生理學(xué)探索牧草與家畜相互作用的分子機(jī)制，是今后放牧生態(tài)學(xué)研究的必然趨勢(shì)。Liu等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，植物在分子水平上通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、miRNA調(diào)控、激素合成、代謝等響應(yīng)放牧，可能對(duì)牧食折損、唾液沉積、去葉有不同的分子響應(yīng)機(jī)制。Fan等[15]的研究結(jié)果也表明，唾液沉積能夠誘導(dǎo)植物體內(nèi)與脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)差異表達(dá)，而且在轉(zhuǎn)錄水平上，相關(guān)的基因也可以被調(diào)節(jié)。因此，期望未來(lái)的研究可以從以下3個(gè)方面著手：第一，鑒于唾液成分的復(fù)雜性，分別進(jìn)行某種植物對(duì)多種動(dòng)物唾液成分的響應(yīng)試驗(yàn)，同時(shí)選擇不同的植物物種進(jìn)行響應(yīng)差異對(duì)比；第二，進(jìn)行更加精巧細(xì)化的非模擬控制的野外實(shí)際放牧試驗(yàn)，明確家畜啃食后其唾液殘留對(duì)牧草的再生性產(chǎn)生的積極作用；第三，在分子層面上，嘗試通過(guò)分子生物學(xué)方法，尋找與放牧脅迫相關(guān)的基因和蛋白，運(yùn)用基因工程技術(shù)，改良缺乏這些基因的牧草物種?？傊?，更為深入地研究植物與動(dòng)物的相互關(guān)系在分子水平上的變化，預(yù)測(cè)動(dòng)植物相互作用下的遺傳變化趨勢(shì)，是十分必要和有意義的。

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Effects of exogenous inorganic salts and thiamine on the regrowth of defoliated alfalfa

ZHAO Wei1*, LI Ya-Ge1, WANG Xin1, LI Tao2

1.CollegeofAgriculture(CollegeofTreePeony),HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China; 2.CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Jinzhong030800,China

Grazing integrates multiple processes including bruising, defoliation, and the deposition of saliva, which may affect the regrowth of forage grasses. In this study, alfalfa plants defoliated at different intensities were treated with exogenous inorganic salts and with thiamine (treatment groups), and deionized water and sheep saliva (control groups). The aim of this study was to determine whether a herbivorous animal’s (sheep) saliva, especially its components (inorganic salts and thiamine) positively affect alfalfa regrowth. We also analyzed how the defoliation and sheep saliva interaction induced compensatory regrowth, and evaluated the morphological and physiological differentiation of defoliated alfalfa after treatment with inorganic salts and thiamine. Our results showed that, compared with alfalfa in the defoliation-only treatment, that in the saliva+defoliation treatment showed significantly better regrowth due to an effective ingredient in saliva (thiamine). Compared with defoliated alfalfa treated with exogenous inorganic salts, that treated with thiamine grew better, as indicated by the significantly greater aboveground biomass, 4.3-7.9-times greater stem/leaf ratio, and 1.56-times higher total tiller number at the 80% defoliation level. The physiological characteristics of defoliated alfalfa did not vary widely among treatments. In all treatments, the chlorophyll content of defoliated alfalfa was close to 49.3 mg/g. At the 20% defoliation level, alfalfa plants treated with sheep saliva and with water showed significantly increased soluble sugars contents in the roots, compared with those in the inorganic salts and thiamine treatments. Treatment with inorganic salts led to a progressive increase in peroxidase activity as the defoliation intensity increased, while treatment with thiamine did not affect peroxidase activity. These results increase our understanding of the functional mechanism of the alfalfa response to herbivore grazing. These results provide a reference for improving the status of artificial grassland and for improving the agricultural efficiency of cultivated forage grasses. The results of this study provide theoretical support for the development of ecologically sound grazing regimes.

defoliation; alfalfa; inorganic salt; thiamin; regrowth

10.11686/cyxb2016429

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-11-14；改回日期：2016-12-15

NSFC-河南人才培養(yǎng)聯(lián)合基金(U1304306)，中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題(XDA05050400)和河南科技大學(xué)學(xué)科提升振興A計(jì)劃項(xiàng)目資助。

趙威(1975-)，男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，副教授，博士。E-mail: zhwibcas@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail: zhwibcas@163.com

趙威, 李亞鴿, 王馨, 李濤. 外源無(wú)機(jī)鹽與硫胺素對(duì)枝葉去除后紫花苜蓿的再生性影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(5): 100-108.

ZHAO Wei, LI Ya-Ge, WANG Xin, LI Tao. Effects of exogenous inorganic salts and thiamine on the regrowth of defoliated alfalfa. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(5): 100-108.