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刈割对伊犁绢蒿根系贮藏营养物质的影响



全 文 :文章编号: 1001-4675(2009)06-0859-06
刈割对伊犁绢蒿根系贮藏营养物质的影响 *
陈乐宁 ,  安沙舟 ,  孙宗玖 ,  侯钰荣
(新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室 , 新疆 乌鲁木齐 830052)
摘 要:以新疆蒿类半灌木荒漠草地建群种伊犁绢蒿为材料 , 探讨刈割强度对其根系贮藏营养物质的影响。结果
表明:不同刈割强度间伊犁绢蒿根中可溶性蛋白 、可溶性糖 、还原糖含量差异显著(p<0.05), 且轻度刈割与中度刈
割下可溶性蛋白 、可溶性糖 、还原糖含量相对较高;不同强度刈割后伊犁绢蒿可溶性蛋白 、可溶性糖 、还原糖的含量
随时间的变化先降低后升高 ,呈 “V”型变化。由于刈割后伊犁绢蒿需要利用贮藏的淀粉维持其再生长 ,淀粉则呈
现下降趋势。而研究结果显示 , 轻度刈割与中度刈割下淀粉含量相对较高 , 说明轻度及中度刈割强度下伊犁绢蒿
根恢复效果较好 , 适度刈割有利于伊犁绢蒿可溶性蛋白 、可溶性糖 、还原糖及淀粉的积累 ,并可促进其再生长。
关键词:伊犁绢蒿(Seriphidiumtransiliense);刈割强度;根系;可溶性蛋白;碳水化合物
中图分类号:Q948  文献标识码:A
  贮藏营养物质是植物生长发育的能源 ,对植物
的生命活动有重要作用。在草地生态系统中 ,刈牧
后牧草的恢复生长和越冬后翌年的萌发生长都与植
株贮藏营养物质的水平密切相关 〔1-3〕。有关刈割对
草地植物贮藏营养物质的影响已经开展了大量的研
究工作 〔4-10〕 ,且主要以禾草为研究对象 ,如许志信
等 〔4〕认为 ,多数牧草在刈割后会出现先减后增的趋
势 ,而赵萌莉 〔5〕、Moran〔6〕、白可喻〔7〕等认为 ,刈割降
低牧草可溶性碳水化合物含量。相对而言 ,对于蒿
类半灌木的研究报道较少 ,且多针对冷蒿(Artemisia
frigida)展开相关研究 〔11-13〕。
伊犁绢蒿 (Seriphidiumtransiliense)为菊科半灌
木 ,是新疆天山北坡荒漠和荒漠草原草地重要的组
成成分 ,也是这一地带春秋牧场重要的饲用植物 。
以伊犁绢蒿为主的蒿类荒漠草地在新疆北部春秋牧
场中具有较强的代表性 ,但同时又是放牧利用过重 、
草地退化最为突出的地段 ,严重制约着该区域季节
畜牧业的发展。目前 ,有关伊犁绢蒿的研究多集中
于对其种衣与水分的关系 、生态 -生物学以及封育
方式下营养物质动态变化等方面 〔14-18〕 ,而对刈割干
扰下伊犁绢蒿贮藏营养物质的响应机制未见报道 。
本文通过设置不同刈割留茬高度 ,探讨伊犁绢蒿根
部贮藏营养物质对刈割干扰的变化规律及差异 ,为
今后荒漠草地生态系统管理和合理利用提供一定的
基础资料和科学理论依据 。
1 研究区概况
研究区位于新疆博格达山北坡的乌鲁木齐市米
东区芦草沟乡石人沟村的低山丘陵 , 海拔 840 ~
1 110m,地理位置 87°46′~ 87°47′E, 43°49′~ 43°
53′N;年平均气温 6.4 ℃;降水量 236mm,四季分配
不均 ,春季降雨占全年的 30%;冬季寒冷漫长 ,积雪
较多 。土壤为黄土覆盖的灰棕色荒漠土 ,土层深厚。
该区域的地带性植被为蒿类半灌木荒漠 ,春季有短
生 、类短生植物发育 ,在生产上作为春秋草场利用 。
研究样地选择以伊犁绢蒿为建群种的典型地
段 ,地势起伏不大 。经调查 ,主要伴生种有木地肤
(Kochiaprostrata)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、
叉毛蓬 (Petrosimoniasibirica)、新疆落芒草 (Pip-
tatherumkokanicum)等 , 春季有毛梗顶冰花 (Gagea
alberti)、伊犁郁金香(Tulipailiensis)、庭荠(Alysum
desertorum)等短生 、类短生植物存在。研究区于
2005年 3月进行围栏保护 ,面积为 2 000 m2。
2 研究方法
2.1 试验设计
在研究样地内设置 14m×16m的固定样带 ,样
带内采用随机区组试验设计 ,设置 5条平行样条 ,样
第 26卷 第 6期
2009年 11月                 
干 旱 区 研 究
ARID ZONE RESEARCH                
Vol.26 No.6
Nov.  2009
* 收稿日期:2008-12-14; 修订日期:2009-03-07
基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20070758002);新疆草地资源与生态重点实验室开放课题项目(XJDX0209
-2007-05)
作者简介:陈乐宁(1984-),女 ,新疆库尔勒人 ,硕士生 ,研究方向为草地资源与生态.E-mail:cln-0715@163.com
通讯作者:安沙舟.E-mail:xjasz@ 126.com
DOI :10.13866/j.azr.2009.06.020
条间隔 1 m。每样条内 ,以刈割留茬高度代表刈割
强度 , 设置 4个处理 ,依次为不刈割 (让其自然生
长)、轻度刈割(留茬 5cm,高于 5cm以上的枝条剪
割)、中度刈割(留茬 2cm,高于 2cm以上的枝条剪
割)与重度刈割(留茬 0 cm,仅留木质化老茎),样方
面积 2 m×4m。试验样条分别于 2007年 10月 28
日和 2008年 4月 28日进行刈割处理。
2.2 取样及测定方法
2008年 4月 15日 , 5月 15日 , 6月 15日 ,分别
在 5条平行样条中不同刈割处理下的样方中随机挖
取伊犁绢蒿单株 3株 ,每个刈割强度共计 15株伊犁
绢蒿 ,置于密封袋内带回 。室内将根上所附的土壤
清理干净后 ,获取地下根系(地表 1 cm木质化部分
+距地表以下 15cm根)。混匀后 ,取适量鲜样用于
可溶性蛋白含量测定 ,其余样品在 105 ℃下杀青 30
min,置于 60℃下烘 48h。实验前 ,将烘干样品粉碎
后过 40目筛 ,形成混合样 ,用于贮藏营养物质含量
的测定 。
参考邹琦的方法 〔19〕 ,采用考马斯亮蓝 G-250
染色法 、蒽酮法 、3, 5-二硝基水杨酸法 、高氯酸法分
别测定可溶性蛋白 、可溶性糖 、还原糖及淀粉含量。
2.3 数据处理
利用 MicrosoftExcel2003和 DPS6.5统计软件
进行相关统计与分析 。
3 结果与分析
3.1 刈割对伊犁绢蒿根可溶性蛋白含量的影响
图 1表明 ,不同刈割强度下伊犁绢蒿根可溶性
蛋白含量均随时间的变化先降后升 ,且呈 “V”字形
变化 ,而不刈割处理下根中可溶性蛋白含量则呈现
上升趋势 ,各处理间可溶性蛋白含量差异显著(p<
0.05)。 4月中度刈割下可溶性蛋白含量最高 ,为
12.95 mg/g;重度刈割下可溶性蛋白含量最低 ,为
9.41mg/g。 5月除不刈割下伊犁绢蒿根可溶性蛋
白含量出现增加外 ,其他处理下伊犁绢蒿根中的可
溶性蛋白含量均有所降低 ,从含量上看 ,不刈割 >轻
度刈割 >中度刈割 >重度刈割 ,轻度刈割与中度刈
割间差异不显著(p>0.05)。 6月伊犁绢蒿根可溶
性蛋白含量均有大幅度增加 ,不刈割 、轻度刈割 、中
度刈割 、重度刈割分别增加 5.56 mg/g, 9.51 mg/g,
7.98mg/g和 7.9 mg/g,表现为轻度刈割 >中度刈
割 >不刈割 >重度刈割 ,且可溶性蛋白含量在轻度
刈割与重度刈割间差异显著(p<0.05),而中度刈
割与不刈割介于两者之间 。
3.2 刈割对伊犁绢蒿根可溶性糖含量的影响
由图 2可以看出 ,不刈割 、中度刈割和重度刈割
强度下伊犁绢蒿根可溶性糖含量均随时间的变化先
下降后上升 ,呈 “V”字形变化 ,轻度刈割下伊犁绢蒿
根可溶性糖含量呈上升趋势 ,且不同刈割强度间可
溶性糖含量差异显著(p<0.05),轻度刈割与中度
刈割下可溶性糖含量相对较高 ,重度刈割相对较低。
4月伊犁绢蒿根可溶性糖含量依次为 22.05 mg/g,
20.93 mg/g, 20.69 mg/g和 18.42 mg/g,从可溶性
糖含量上看 ,不刈割 >轻度刈割 >中度刈割 >重度
刈割 ,且不刈割与中度刈割 、重度刈割可溶性糖含量
差异显著(p<0.05)。 5月伊犁绢蒿根可溶性糖与
4月相比 ,不刈割 、中度刈割和重度刈割下 ,分别降
低了 5.60 mg/g, 4.72mg/g和 5.94 mg/g,而轻度刈
割促进了可溶性糖含量的增加 ,增加了 2.23 mg/g,
与其他处理差异显著(p<0.05)。 6月伊犁绢蒿根
可溶性糖含量均显著增加 ,与 5月相比 ,不刈割 、轻
度刈割 、中度刈割和重度刈割依次增加了 7.74 mg/
g, 4.88 mg/g, 18.65 mg/g和 12.79 mg/g,中度刈割
860                    干 旱 区 研 究                    26卷
下根中可溶性糖含量最高 ,其次为轻度刈割 ,不刈割
和重度刈割间差异不显著(p<0.05)。
3.3 刈割对伊犁绢蒿根还原糖含量的影响
由图 3可以看出 ,各处理下伊犁绢蒿根中还原
糖含量均随时间的变化先降后升 ,呈 “V”字形变化 。
4月伊犁绢蒿根中还原糖含量在不刈割下最高 ,为
17.99 mg/g,与轻度刈割 、中度刈割及重度刈割差异
显著(p<0.05);轻度刈割与中度刈割间差异不显
著(p>0.05),还原糖含量分别为 14.65 mg/g和
14.7 mg/g;重度刈割下还原糖含量最低 ,为 12.94
mg/g。 5月伊犁绢蒿根中还原糖含量基本表现为:
轻度刈割 >不刈割 >中度刈割 >重度刈割 ,与 4月
相比明显降低 ,依次降低了 3.98 mg/g, 8.72 mg/g,
5.72mg/g和 5.38 mg/g,且 4个处理间差异显著(p
<0.05)。 6月伊犁绢蒿根中还原糖含量均出现增
加趋势 ,不刈割 、轻度刈割 、中度刈割和重度刈割分
别增长 0.64 mg/g, 1.24 mg/g, 3.11 mg/g和 0.98
mg/g,还原糖含量基本为:中度刈割 >轻度刈割 >
不刈割 >重度刈割。轻度刈割与中度刈割下还原糖
含量差异不显著(p>0.05),与不刈割 、重度刈割差
异显著(p<0.05)。
图 3 不同刈割强度下伊犁绢蒿根还原糖含量变化
Fig.3 ChangesofdeoxidizedsugarinrootofS.transiliense
underdifferentdefoliationintensities
3.4 刈割对伊犁绢蒿根淀粉含量的影响
图 4表明 ,从测定时间来看 ,伊犁绢蒿根中淀粉
含量基本表现出下降趋势 。 4月伊犁绢蒿根中淀粉
含量为:中度刈割 >轻度刈割 >重度刈割 >不刈割 ,
轻度刈割 、中度刈割与不刈割 、重度刈割间差异显著
(p<0.05)。 5月伊犁绢蒿根中淀粉含量与 4月相
比均出现大幅度下降 ,不刈割 、轻度刈割 、中度刈割 、
重度刈割依次下降 33.58%, 42.28%, 45.29%和
42.24%,且不刈割与中度刈割 、重度刈割差异显著
(p<0.05)。 6月伊犁绢蒿根中淀粉含量继续下降 ,
但下降幅度较小 ,不刈割 、轻度刈割 、中度刈割 、重度
刈割分别下降 9.51 mg/g, 1.51 mg/g, 1.09 mg/g和
0.23mg/g,且各处理间差异不显著(p>0.05),淀粉
含量为:轻度刈割 >中度刈割 >重度刈割 >不刈割 ,
说明进入 6月伊犁绢蒿开始逐渐恢复正常生长 ,光
合作用积累的营养物质已经开始逐渐满足其生长发
育的需要 。
图 4 不同刈割强度下伊犁绢蒿根淀粉含量变化
Fig.4 ChangesofstarchinrootofS.transiliense
underdiferentdefoliationintensities
4 讨论
(1)植物体内的可溶性蛋白是存在于细胞中的
由多种酶系构成的非膜结合蛋白体系 ,大多数是参
与各种代谢的酶类。由于某些关键酶活性的提高 ,
增强了作物代谢水平 ,有利于作物生长 、发育 ,促进
作物产量提高 ,测定其含量是了解植物总体代谢的
一个重要指标 。已有研究表明 〔20-22〕 ,水分胁迫可以
诱导蛋白质的水解和氨基酸的积累 ,干旱 、盐胁迫 、
低温胁迫等会使植物体内的可溶性蛋白含量降低。
本研究发现 ,在同一测定时间内 ,刈割后伊犁绢蒿根
系可溶性蛋白含量先下降再上升 ,轻度刈割 、中度刈
割处理在恢复生长期间含量上升均大于不刈割及重
度刈割 ,且重度刈割下植物根系的可溶性蛋白含量
最低 。说明轻度刈割 、中度刈割对伊犁绢蒿的可溶
性蛋白有促进作用 ,增加根系可溶性蛋白的含量 ,有
利于根系的生长。
(2)牧草刈割后再生所需的碳水化合物有两个
来源:其一为以后残留部分同化作用的光合产物 ,其
二源于留茬和根部贮存的碳水化合物。刈割能引起
牧草茎基和根部贮藏碳水化合物含量下降 〔7〕。有
研究 〔10〕表明 ,新麦草碳水化合物含量与其刈割后的
8616期              陈乐宁等:刈割对伊犁绢蒿根系贮藏营养物质的影响               
再生关系密切 ,不同强度刈割后植物体各部分碳水
化合物含量迅速降低 。宋凤斌等 〔23〕通过多项指标
的观测 ,发现了玉米对干旱胁迫反应和适应性方面
的一些规律 。在 Veno等〔24〕的试验中 ,苜蓿刈割后
的再生期间 ,还原糖和总糖的含量均明显上升 。有
报道表明 ,盐胁迫使互花米草的可溶性糖含量大量
提高〔25〕 ,水分胁迫造成木地肤幼苗的可溶性糖含量
明显升高〔26〕。在逆境胁迫下 ,可溶性糖含量的升高
有利于植物体对逆境胁迫的抵抗 ,从而在一定程度
上可增强生物体对逆境胁迫的抵抗 。本研究表明 ,
刈割后伊犁绢蒿根中可溶性碳水化合物的可溶性糖
含量及还原糖含量随时间的变化先下降后上升 ,而
可溶性糖含量在恢复生长期间含量显著增加 ,且轻
度刈割 、中度刈割强度下根中可溶性糖及还原糖含
量较高 ,且均大于不刈割与重度刈割。说明轻度刈
割 、中度刈割强度下伊犁绢蒿根恢复效果较好 ,适度
刈割有利于可溶性碳水化合物的积累 ,促进植物的
再生。而重度刈割则相反 ,与王静 〔13〕的研究结果一
致 。
(3)目前 ,有关植物贮藏营养物质积累形式的
研究结果存在一定的差异 。 Smith〔27〕的研究发现 ,
非洲热带地区牧草主要贮藏蔗糖和淀粉 ,美洲温带
地区牧草贮藏的碳水化合物主要是蔗糖和果聚糖 。
温带牧草和谷物碳水化合物的主要贮藏形式为果聚
糖 〔28〕。张光辉等〔8〕研究发现 ,果聚糖 、淀粉和甘露
醇在羊草和大针茅的地下器官中含量均占前 3位 ,
表明甘露醇 、淀粉和果聚糖可能是我国典型草原植
物组织中碳水化合物的主要贮藏形式 。武艳培
等 〔9〕研究表明 ,淀粉是无芒隐子草碳水化合物的主
要贮藏形式 。本研究表明 ,刈割后伊犁绢蒿根中贮
藏的营养物质含量为:淀粉 >可溶性糖 >可溶性蛋
白 >还原糖 ,且从相对含量上看 ,淀粉所占比重均达
50%以上。因此认为 ,淀粉是伊犁绢蒿根中主要贮
藏的营养物质 ,也是保障其刈割后再生的主要能源 。
而孙宗玖〔16-17〕、陶梦 〔18〕等研究认为 ,伊犁绢蒿可溶
性碳水化合物以蔗糖为主 ,不溶性碳水化合物淀粉
含量较低 ,这可能是由于伊犁绢蒿生长地域环境及
生长基质的不同引起的 ,原因有待进一步研究 。
5 结 论
(1)不同刈割强度下伊犁绢蒿根中可溶性蛋
白 、可溶性糖 、还原糖的含量差异显著(p<0.05)。
同一测定时间内轻度刈割 、中度刈割强度下伊犁绢
蒿根中可溶性蛋白 、可溶性糖及还原糖含量较高 ,均
大于不刈割处理;而重度刈割下伊犁绢蒿根中可溶
性蛋白 、可溶性糖及还原糖含量均为最低。刈割后
伊犁绢蒿根中可溶性蛋白含量随时间的变化呈 “V”
型变化 ,不刈割处理下伊犁绢蒿根中可溶性蛋白含
量则持续增长 。从测定时间上看 ,在不刈割 、中度刈
割 、重度刈割强度下可溶性碳水化合物中可溶性糖
含量呈 “V”型变化 ,轻度刈割强度下可溶性糖含量
则持续增长;而还原糖含量在不同刈割强度下均呈
“V”型变化 。
(2)在同一测定时间内 ,伊犁绢蒿根中淀粉含
量大于可溶性蛋白 、可溶性糖和还原糖含量 ,轻度刈
割与中度刈割下淀粉含量相对较高 ,重度刈割下淀
粉含量最低。无论刈割与否 ,伊犁绢蒿根中淀粉含
量均呈下降趋势 , 4月伊犁绢蒿根中的淀粉含量较
高 ,各处理间差异不显著 , 5月伊犁绢蒿根中的淀粉
含量与 4月相比均出现大幅度下降 , 6月这种下降
幅度变缓且各处理间差异不显著 ,伊犁绢蒿根中淀
粉含量表现为:轻度刈割 >中度刈割 >重度刈割 >
不刈割。
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ImapctsofMowingonStorageNutritionSubstance
inRootsofSeriphidiumtransiliense
CHENLe-ning,  ANSha-zhou,  SUNZong-jiu,   HOUYu-rong
(ColegeofPratacultureandEnvironmentScience, XinjiangAgriculturalUniversity, KeyLaboratoryofGrassland
ResourcesandEcologyofXinjiang, Urumqi830052, China)
Abstract: ThesagebrushdesertisarepresentativeofspringandautumnpastureinnorthXinjiang.However, the
mostseverelyovergrazingandgrasslanddegenerationmadethesagebrushdesertbecomethebotleneckrestricting
developmentofseasonalstockraisinginthisarea.Torestoreandmanagethedegradedpasture, someesentialis-
suesofplantcompositionanditsstoragenutritionnubstanceofthepastureneedtoberesolved.Therefore, inthe
study, thelowhilsonthenorthernslopeoftheBogdaMountains(840 ~ 1 110m, 87°46′~ 87°47′E, 43°49′~
43°53′N), wherethemostseverelyovergrazingandgraslanddegenerationoccured, ischosenasthetargetstudy
area.Seriphidiumtransilien, aprominentplantinthecommunity, wasselected.Thechangeofstoragenutrition
substanceinSeriphidiumtransiliensroots, suchassolubleproteins, solublesugar, deoxidizingsugarandstarch,
werestudiedundervariousdefoliationintensities.Theresultsshowthatcontentsofsolubleprotein, solublesugar
anddeoxidizingsugarofS.transilenserootsareseparatelysignificantdiferentundervariousdefoliationintensities
(p<0.05)andthecontentsarehigherunderthemoderate-defoliationandmiddle-defoliation.Thetemporaldistri-
butionofsolubleproteincontents, solublesugarcontentsanddeoxidizingsugarcontentsofS.transilienserootse-
mergedina“V” paternaftertheplantwasdefoliated.BecauseS.transilienseneedsstoredstarchtomaintainits
regenerationafterdefoliating, thestarchshowedadescendingtrend, howeverthecontentsofstarchwasrelatively
higherinthelight-defoliationandmiddle-defoliation.Therecoveryefectofnutritionsubstancewasbeterunderthe
moderate-defoliationandmiddle-defoliationsuggestingthatthemoderatedefoliationmaybehelpfultotheaccumula-
tionofsolubleproteins, solublesugar, deoxidizingsugarandstarch, andpromotedregenerationofS.transiliense.
Keywords: Seriphidiumtransiliense;defoliationintensities;roots;solubleprotein;carbohydrates
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