去叶多花黑麦草根再生消耗体内碳水化合物的测定方法

本文介绍一种去叶多花黑麦草根系再生消耗体内碳水化合物的测定方法。多花黑麦草被草食动物采食或人为剪割后，在受到牧食或剪割的部位能长出新的叶片，或者受到部分伤害的叶片还能继续生长，多花黑麦草的这种“再生性”对于维持自身生存、抵御草食动物伤害以及提高产草量都具有很重要的意义。多花黑麦草再生所要面对的一个关键问题是：去叶后再生所需碳水化合物的来源问题。因为多花黑麦草被牧食或剪割后，叶片需要碳、氮、磷、水分等许多物质来维持生长。而去除水分的多花黑麦草叶片中，碳元素的含量大约为34～38%，氮元素的含量大约仅为2%-3%，其它元素的含量则更少。所以碳元素是多花黑麦草叶片实现“再生性”所需的最关键物质。多花黑麦草叶片在实现“再生性”过程中，碳的来源主要有两种途径：一种是通过叶片的光合作用固定空气中的二氧化碳；另一种是利用其体内贮存的碳水化合物，例如葡萄糖、蔗糖、果聚糖以及淀粉等。然而多花黑麦草被牧食或被剪割后，由于其叶片大部分被牧食或是麦草上部被剪割，可以进行光合作用的绿色面积非常有限，相应地光合作用所合成的碳水化合物的量也非常有限，所以多花黑麦草去叶后的叶片再生会较多地消耗其体内贮存的碳水化合物。因此，牧食或剪割后对多花黑麦草所造成叶片创伤修复，需要消耗大量的碳水化合物。创伤修复是一个能量和物质消耗的过程，而碳水化合物不但是碳元素的主要来源，还是能量的最直接载体。所以，多花黑麦草叶片被牧食或被剪割前，体内贮存的碳水化合物，会对其再生产生非常关键的作用。目前众多学者对多花黑麦草利用碳水化合物的研究，仅限于从质的方面明确其会对再生产生有益的影响，或利用同位素技术验证再生所能利用的碳水化合物有部分来自于去叶前所贮存的碳水化合物。多花黑麦草叶片被牧食或被剪割后的再生过程中，不但叶片的再生需要消耗碳水化合物，其根系的生长也同样需要消耗碳水化合物，搞清楚多花黑麦草去叶前贮存的碳水化合物到底会有多少直接参与到其根系生长的过程中，有助于搞清楚多花黑麦草体内贮存的碳水化合物的分配模式，这对于研究多花黑麦草的再生具有重要的象征性意义。截至目前，从去叶多花黑麦草根系再生过程中消耗其体内所贮存碳水化合物的测定方法还未见有相关报道。本文的测定方法包括花盆处理、基质、育苗、植入、选草、测去叶前生物量、换盆、遮光生长、断根、测定碳含量、潜能和潜能范围共十二部分内容，各内容分述如下：花盆的盆高是30厘米，花盆的盆口和盆地直径分别是28和22厘米，花盆的总数量是63盆，花盆为塑料一次性花盆，花盆总数量的设置数目比较多，使其具有普遍性和代表性。将63盆花盆分为三组：第一组花盆的数量是30盆，从所述盆高的中间用刀将第一组花盆平整横切使之成为高度各为15厘米的盆筒和盆底，然后通过胶带粘接将所述盆筒和盆底复原至原花盆，将第一组通过胶带粘接后的花盆自定义为第一组粘接花盆。第二组花盆的数量也是30盆，从所述盆筒上沿朝盆底方向的1/4处即7.5厘米处用刀将第二组花盆平整横切使之成为7.5厘米高的盆筒和22.5厘米高的盆底，然后通过胶带粘接将所述7.5厘米高的盆筒和22.5厘米高的盆底复原至原花盆，将第二组通过胶带粘接后的花盆自定义为第二组粘接花盆。将上述第一组粘接花盆和上述第二组粘接花盆的平整横切处自定义为横切处，所述第一组粘接花盆和所述第二组粘接花盆用作植入。第三组花盆的数量是3盆，该3盆既保持原样又用作育苗。将蛭石和草碳土以3:1的质量比混合搅拌均匀作为栽培多花黑麦草的基质，将所述基质分别装入第一组粘接花盆、第二组粘接花盆和第三组花盆中，所述基质的装入高度以达到花盆上沿的5厘米为准，并使各花盆中的所述基质保持湿润，湿润的方式和条件最好一致并按常规操作即可。取同一品种的多花黑麦草草籽4克均匀撒播在第三组花盆中，多花黑麦草草籽在所述基质中的撒播深度控制在1厘米左右，然后在19～25度范围内生长两周进行多花黑麦草育苗。所述基质较轻，不但便于花盆搬运，而且可以促进多花黑麦草草籽进行洗根、发根，并能提供丰富的营养。选取上述⑶中生长一致的所述多花黑麦草育苗，将6棵聚集在一起的所述多花黑麦草育苗分别植入第一组粘接花盆和第二组粘接花盆中，采用移苗植入的方式能挑出生长一致的壮苗，尽量避免死苗和弱苗现象，6棵壮苗聚集在一起容易剪割，且6棵壮苗根系容易充满全盆。移苗植入60盆的目的是能够挑选生长一致的多花黑麦草，可选性较大。植入时用剪刀把所述多花黑麦草育苗的根系剪至2厘米长，用剪刀把所述多花黑麦草育苗的根系剪至2厘米长的目的是为了让上述6棵壮苗更快地发根。该根系植入的最低深度以距所述基质表层往下1厘米深为准，然后将植入该根系的第一组粘接花盆和第二组粘接花盆放入温室中，温室的温度控制在20～25度，在20～25度下生长40～60天，注意在此生长期间不要对该根系进行拔节，因为多花黑麦草进入拔节期后其再生性能较差，所以选择在拔节期前剪叶而后让其再生。多花黑麦草一般在生长40天后其根系就会充满全盆。将上述⑷中未进入拔节期的第一组粘接花盆和第二组粘接花盆中的多花黑麦草分别剪去叶片并在所述基质表面上保留5厘米的茬高及根系，注意所剪叶片应与所栽花盆要做出相应标记符号，然后分别称量出所剪叶片的重量，选取所剪叶片重量较重的、所剪叶片重量相对较接近的、且根据上述标记符号，从第一组粘接花盆的30盆中选出10盆、从第二组粘接花盆的30盆中选出10盆作为预选草用。把在花盆高度1/4处、1/2处粘接的，每个类型的9个花盆中，各挑选出来3盆，把胶带缓慢揭开，保持其基质未受扰动，然后用长15-20厘米的薄背水果刀沿着原来的断痕缓慢水平横切，把根系一分为二，在此过程中尽量保持基质和根系不被扰动。洗出连着茎和叶的根系，然后和根系和茎叶分开，在烘箱中60oC的条件下烘72小时把根系和残茬烘干后，用电子天平称根系和残茬的生物量，磨碎混匀后取0.5-1g根系和茬的样品用来测定碳含量。这样做的目的是为了测定多花黑麦草去叶前体内贮存的碳水化合物的量。因为多花黑麦草体内贮存碳水化合物的种类非常多，例如葡萄糖、蔗糖、果聚糖以及淀粉等等，但这些碳水化合物都含有碳元素，通过测定碳元素，可以反映碳水化合物的相对量。在1/4处、1/2处断根可以得到大小不同的根系，这样做可以反映出多花黑麦草贮存碳水化合物量的不同。因为根系是多花黑麦草贮存碳水化合物的主要器官之一。把1/4处、1/2处和底部粘接的，每个类型的9个花盆中，另各挑选出来3盆，把胶带缓慢揭开，保持其基质未受扰动，然后用长15-20厘米的薄平水果刀沿着原来的断痕缓慢水平横切，把根系一分为二，在切根的过程中，缓慢插入一张较薄的硬纸板，以便使基质不受扰到和掉出来。接着把它们放在重新装满新配基质的另外花盆上，平稳地抽调盆底的硬纸板，使上部栽有黑麦草花盆的底部与下部的花盆的盆沿保持水平一致。断根的主要目的是为了刺激根系快速生长。换盆的目的是为了使大小不同的黑麦草根系向下生长，因为经过40多天的生长，黑麦草的根系已经充满了全盆，此时在这些花盆的下部置有未有任何根系的基质，有利于根系的下扎。然后用深色塑料花盆将其罩上，并在遮光用的花盆上适当的打一些小孔，以便通风，同时用双层涂黑的牛皮纸粘在在小孔上，使达到100%的遮光效果。遮光的目的是为了使黑麦草再生利用其体内贮存的碳水化合物，因为遮光以后光合作用完全停止，其再生长只能利用其体内贮存的碳水化合物。接着让遮光的多花黑麦草在200C—250C的温室条件下再生，每隔6天时，按原来的茬高剪割去叶，去叶2-5次后，多花黑麦草就会停止生长。当多花黑麦草停止生长后，就用刀沿着上部花盆的底部水平的横切，使去叶后下部花盆中的新生的根系与上部花盆中的老根系完全断开，然后洗出新生的根系，在烘箱中60oC的条件下烘72小时烘干，用电子天平称根系和残茬的生物量，磨碎混匀后取0.5-1g样品用来测定碳含量。把1/4处、1/2处粘接的，每个类型最后剩下的3盆的胶带缓慢揭开，然后用长15-20厘米的薄平水果刀沿着原来的断痕缓慢水平横切，把根系一分为二，在切根的过程中，缓慢插入一张较薄的硬纸板，以便使基质不受扰到和掉出来。接着把它们放在重新装满新配基质的另外花盆上，平稳地抽调盆底的硬纸板，使上部栽有黑麦草花盆的底部与下部的花盆的盆沿保持水平一致。然后让其在200C—250C的温室条件下生长，每隔6天按原来的高度用剪刀去叶一次，共去叶4次。然后把这去叶4次所得的总的叶片烘干后称重。测定碳含量：用碳氮分析仪或用Walkley-Black法测定新生根系样品中的碳含量，以及去叶前的茬中和根系中的碳含量。用各样品的碳含量与它们生物量的乘积来表示碳量，新生根系的碳量为Cn，去叶前茬中和断根后上部花盆中根系中的碳量分别为Cs和Cr，分别计算出3盆的平均值，用Cn的平均值除以Cs平均值与Cr平均值的和，然后乘以100%所得的值来表示多花黑麦草再生过程中根系生长所利用的其体内贮存的碳水化合物的潜能。遮光条件下，多花黑麦草的再生只能利用其体内贮存的碳水化合物。在遮光条件下多次去叶让其停止生长，就可以实现对其体内贮存碳水化合物的最大潜能的利用。通过去叶后叶片再生过程中根系生长所利用的去叶前贮存的碳，占与去叶前贮存碳的比值，就可以反映出到底有多大比例的贮存的碳水化合物被用于根系的生长，这样就得到了多花黑麦草再生过程中根系生长所利用的其体内贮存的碳水化合物的潜能。测定结果表明，用遮光测定的1/4处、1/2处断根的多花黑麦草利用其体内贮存的碳水化合物的潜能分别为34.17%、29.86%，通过统计分析发现34.17%显著高于29.86%(P<0.01)，这说明根系较小时多花黑麦草再生过程中对其贮存碳水化合物的利用强度大。未遮光条件下在1/4处、1/2处断根的多花黑麦草的新生叶片的生物量分别为3.19g/盆、3.92g/盆, 通过统计分析发现3.92g/盆显著高于3.19g/盆(P<0.01)。因此，当黑麦草的根系较小时会对其再生产生不利的影响。这应与黑麦草的根系利用其体内贮存的碳水化合物的量有一定的关系，因为根系消耗贮存的碳水化合物较多时，会减少贮存的碳水化合物向再生叶片的供应，从而抑制了再生。总之，本研究在一定程度上揭示了黑麦草根系生长与其再生的关系。

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