專利名稱：一種采用鈰改善干旱環(huán)境下高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土鈰在城市草坪建植技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是涉及采用鈰改善干旱環(huán)境下高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)カ的方法。
背景技術(shù)：
草坪作為ー個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它是一個(gè)龐大的碳源貯存庫，世界上草地土壤每年可以吸收沉積0.01、. 3Gt碳。因此減少了空氣中CO2，在一定程度上減輕溫室效應(yīng)。其次，草坪所形成的致密的地表覆蓋層和草根層具有良好的防治土壤侵蝕的作用；草坪還可以減少地表的日溫差，因此可以有效地減輕土壤因“凍脹”而引起的土壌崩落。草坪有巨大飄塵吸附能力，可以有效防止二次揚(yáng)塵，還可以減少風(fēng)速，防止起塵等。草坪具有吸附空氣中C02、S02 及NO2等有毒害的氣體等。草坪還具有吸附塵埃的能力，因此草坪具有浄化空氣，減少污染的能力。城市草坪是人類文明的產(chǎn)物，它既可以美化環(huán)境，草坪特殊的靜怡姿態(tài)和明麗的色調(diào)給人以回歸自然之感，給人以精神陶冶。城市人工草坪不像天然草地那樣耐旱，尤其是耐渴能力很差。草坪根系較淺，不足以在土壌中吸收足夠的水分，只能靠人工澆灌。在旱季草坪每天要澆一次水，即使在雨季， 毎月至少也要澆兩次水。一旦缺水會(huì)導(dǎo)致草坪生長不良。尤其是在我國北方城市，毎年要消耗大量的水，年灌水量大約為0.6 1.0 m3/m2。所以草坪水分管理的高成本往往使得我國北方城市草坪水分不足，使得草坪的質(zhì)量下降，長期供水不足，草坪就會(huì)慢慢的退化，從而導(dǎo)致草坪失去了原有的價(jià)值和功能，這個(gè)時(shí)候人們的選擇只能是放棄草坪。因此，在人類面臨水資源匱乏的今天，水資源的調(diào)配與利用將是草坪建植和管理上人們面臨的最大挑戰(zhàn)。稀土元素應(yīng)用于大田作物，增加種子活力，促進(jìn)植物生長；增加農(nóng)作物產(chǎn)量，大量的研究還表明稀土元素有利于增加植物體內(nèi)抗氧化酶的活性，大大提高植物的抗逆能力。 通過長期稀土農(nóng)用基礎(chǔ)理論研究表明稀土元素可以提高作物的葉綠素含量、增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)根系的發(fā)育、増加根系對養(yǎng)分的吸收。稀土還能促進(jìn)種子萌發(fā)、増加種子萌發(fā)率、促進(jìn)幼苗生長。關(guān)于稀土元素的應(yīng)用，現(xiàn)有文獻(xiàn)有關(guān)于鈰對酸雨脅迫下大麥種子萌發(fā)的影響的報(bào)道，還有硝酸鈰對水稻種子活力和萌發(fā)期間酶活性的影響報(bào)道等文獻(xiàn)，它們均屬于農(nóng)作物學(xué)科，但有關(guān)采用鈰改善干旱條件下高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)カ方法的研究尚未見到報(bào)道。另外也有文獻(xiàn)有報(bào)道“有稀土在草地生產(chǎn)中的作用”，所屬的專業(yè)領(lǐng)域?yàn)樾竽翆W(xué)科，草地生產(chǎn)專業(yè)，涉及到的飼草或牧草與草坪無關(guān)。其中的草地指的是能進(jìn)行放牧、割草發(fā)展畜牧業(yè)的土地(或地段)，其目的為人們生活提供肉、奶、毛等畜產(chǎn)品的。草坪所屬的專業(yè)領(lǐng)域?yàn)閳@藝學(xué)科，觀賞園藝專業(yè)，指的是用于城市緑化、并為城市提供生態(tài)服務(wù)的。草坪與草地有著本質(zhì)的差別的。草坪植物在幼苗期的根系活力較弱，地上部生長緩慢，而草坪植物這種前期生長較弱的特性，往往使草坪植物在生長前期與雜草的競爭中處于劣勢地位，這樣的結(jié)果可導(dǎo)致草坪建植失?。涣硗?，這種情況在干旱缺水的環(huán)境條件下，草坪植物在生長前期與雜草的競爭中處于劣勢的現(xiàn)象尤為突出；這直接影響到草坪植物的成活率；這也是草坪建植應(yīng)用在實(shí)踐中的最大困難，即草坪建植經(jīng)歷技術(shù)“瓶頸”制約的問題所在。本發(fā)明人于2006 年12月05日，申請了 “硝酸鈰在草坪建植技術(shù)中的應(yīng)用(2006101298780) ”重點(diǎn)公開了硝酸鈰在提高種子活力方面的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上本發(fā)明人又進(jìn)一步研究了采用鈰改善干旱環(huán)境下高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種采用鈰改善高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行
(1)將高羊茅種子播于草坪建植的園土上，100-200g園土含有硝酸鈰200mg/Kg 800 mg/Kg,播種初期，充分澆水，保證種子能順利萌發(fā)和幼苗初期的生長；
(2)然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫，在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為70 80%(重量)的田間最大持水量，中度為55 65% (重量)，重度為35 50% (重量)；
(3)培養(yǎng)的條件為在濕度為68% 78%，白天進(jìn)行光照，溫度為22 26°C，夜間溫度為 18 22°C，培養(yǎng) 40 60 天，光照強(qiáng)度為 800 μ mol m 2S 1—900 μ mol m 2S 1 ；
(4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進(jìn)行；待高羊茅生長到40天至 50天，采用美國生產(chǎn)的Li-6400光合儀測量，測量的前一天把草坪植物放置到暗室，暗12 h以上，然后在暗室里測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，經(jīng)光照活化以后用Li-6400測定 Fo，、Fm，、Fv/Fm、Fm，、FO，、Fv，/Fm，、ETR、OPS II、qP 及 qN 指標(biāo)。其中高羊茅種子的播種密度為35. 0g/m2-45. Og/m2。其中硝酸鋪重量為500mg/Kg。本發(fā)明所述的水脅迫指的是中度脅迫為55 65% MFC，重度脅迫為35 50% MFC
O本發(fā)明所述的稀土鈰為硝酸鈰，分子式為=Ce(NO3)3 · 6H20。本發(fā)明所述干旱程度的控制采用稱重法。本發(fā)明更加詳細(xì)的制備方法如下
本發(fā)明利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)從光系統(tǒng)II的活性上探討了鈰對干旱脅迫下草坪植物光合作用的影響。植物葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)一種新型、快速、簡便、精確且植株整體無損傷檢測植物光合作用生理狀況的新技術(shù)。材料與方法
I.I實(shí)驗(yàn)材料
本實(shí)驗(yàn)選用我國北方比較常見多年生高羊茅(Festuca arundinacea L )為實(shí)驗(yàn)材料。采用土培的方法培養(yǎng)植物，用一次性塑料杯加140g烘干的園土，每杯播種草坪草種100 粒。稀土鋪為硝酸鋪,分子式為=Ce(NO3)3 · 6H20。I. 2實(shí)驗(yàn)方法
(I)實(shí)驗(yàn)處理
草坪植物的培養(yǎng)采用土培的方式，塑料杯內(nèi)加140g烘干的園土，按照鈰元素含量為O、200、500、800 mg Kg—1的四個(gè)水平，每個(gè)水平3次重復(fù)。草坪植物在人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)，光照時(shí)間為8 :00am至19 :30pm，溫度為25°C，相対濕度設(shè)為45%至60%。實(shí)驗(yàn)過程中采取稱重控水的方法，干旱脅迫強(qiáng)度設(shè)為，對照為70 80%的田間最大持水量(Max Field Capacity 簡稱MFC)，中度為55 65% MFC,重度為35 50% MFC。播種開始正常供水，然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7 d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫， 在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。⑵指標(biāo)測定
采用美國生產(chǎn)的Li-6400光合儀測量，測量的前一天把草坪植物放置到暗室，暗適應(yīng)一夜(12 h以上)以后，然后在暗室里測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)。經(jīng)光照活化以后用 Li-6400 測定 Fo，、Fm，、Fv/Fm、Fm，、H)，、Fv’ /Fm，、ETR、①PS II、qP 及 qN 等指標(biāo)。結(jié)果與分析
2. I稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物Fv/Fm的影響
Fv/Fm是PS II最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映PS II中原初光能轉(zhuǎn)化效率(張守仁，1999)。 干旱脅迫造成了高羊茅Fv/Fm下降，干旱脅迫程度越大，F(xiàn)v/Fm值越低(圖I)，高羊茅重度干旱脅迫下Fv/Fm比對照下降I. 8%。對高羊茅Fv/Fm的影響無規(guī)律性，但在中度脅迫與重度脅迫下，F(xiàn)v/Fm都隨著鋪濃度的增加而增加,重度脅迫下,800 mg Kg-1處理比0 mg ^Kg-1 増加了 2.6%。可見，稀土鈰能明顯促進(jìn)高羊茅的Fv/Fm，緩解干旱脅迫造成的Fv/Fm下降。2. 2稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物Fv’ /Fm’的影響
Fv’ /Fm’表示有效光化學(xué)量子產(chǎn)量，它反映了開放的光系統(tǒng)II反應(yīng)中心實(shí)際原初光能捕獲效率(張守仁，1999)。干旱脅迫均能造成高羊茅的Fv’/Fm’下降，重度干旱脅迫下均比對照下降了 16.3% (圖2)。稀土鈰能促進(jìn)高羊茅在正常供水下的Fv’/Fm’，并且隨著鈰濃度的增加而增加，800 mg Kg—1比對照增加了 6. 6%,但差異不顯著(/^>0. 05)?？傊?稀土鋪對高羊茅的Fv’ /Fm’無顯著影響。2. 3稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物OPS II的影響
干旱脅迫均造成了高羊茅的OPS II下降，高羊茅在重度干旱脅迫下，OPS II均比對照下降了 14. 5% (圖3)。稀土鈰在一定程度上能促進(jìn)高羊茅的OPS II，但在正常供水與重度干旱脅迫下都不明顯，在中度干旱脅迫下，鈰能夠明顯促進(jìn)高羊茅的のPS II。中度干旱脅迫下，高羊茅以800 mg Kg-1處理最好同比高于0 mg Kg-1處理36. 8%?？梢?稀土鋪能緩解一定程度上的干旱造成的OPS II下降。2. 4稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物ETR的影響
ETR表示表觀光合電子傳遞速率(陳建明等，2006 )。干旱脅迫造成了高羊茅的ETR下降，并且隨著干旱程度的増加，降低的幅度越大，重度干旱脅迫下，分別比對照下降了 47. 4% 和20. 7% (圖4)。稀土鈰對高羊茅ETR的影響沒有明顯規(guī)律性，但在正常供水與中度干旱脅迫下均以800 mg Kg-1的處理較高,在重度脅迫下是以200 mg Kg-1相對較高。2. 5稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物光化學(xué)淬滅(qP)的影響的影響
qP表示光化學(xué)淬滅，它反映了 Qa的還原狀態(tài)，qP越大表明，光系統(tǒng)II的電子傳遞活性越大(陳建明等，2006)。干旱脅迫明顯抑制了高羊茅的光化學(xué)淬滅，在重度脅迫下，高羊的光化學(xué)淬滅下降了 38. 1%(圖5)。而稀土鈰則增加了高羊茅的光化學(xué)淬滅，稀土鈰對高羊茅
5光化學(xué)淬滅也有一定的促進(jìn)作用，在不同的供水水平下，其影響不盡一致，在正常供水下， 高羊茅光化學(xué)淬滅先上升后下降，500 mg · Kg-1處理最高，比對照增加了 4. 1%，但差異不顯著(產(chǎn)>0. 05);中度干旱脅迫時(shí)，高羊茅光化學(xué)淬滅表現(xiàn)是，低濃度鈰在一定程度上抑制了光化學(xué)淬滅，高濃度則有促進(jìn)作用，800 mg · Kg-1處理下最高，同比O mg · Kg-1增加了 13. 8% ； 而在重度干旱脅迫下，則是200 mg Ag—1處理表現(xiàn)出較高的光化學(xué)淬滅?？傊?，稀土鈰能促進(jìn)高羊茅光化學(xué)淬滅，緩解干旱脅迫造成的負(fù)面作用。2. 6稀土鈰對干旱脅迫下草坪植物非光化學(xué)淬滅(qN)的影響qN表示非光化學(xué)淬滅，它反映的是光系統(tǒng)II天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分(張守仁，1999)。干旱脅迫造成了高羊茅非光化學(xué)淬滅的減少，在重度干旱脅迫下，高羊茅qN比對照下降了 518. 5%，高羊茅下降顯著(圖6)。高羊茅在正常供水條件下，稀土鋪對其qN的影響無明顯規(guī)律,在800 mg · Kg4處理表現(xiàn)出較高的qN ;在中度與重度干旱脅迫下，隨著鈰濃度的增加，qN先下降后上升，也都是800 mg · Kg—1處理下的qN最高。
3結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)研究了稀土鈰和干旱脅迫兩因素作用下高羊茅的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫下高羊茅光系統(tǒng)II的最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、有效光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv’ /Fm’)均呈下降趨勢，但未和對照產(chǎn)生明顯差異。而外源鈰能夠促進(jìn)高羊茅的 Fv’ /Fm’，在正常供水條件下是隨著鈰濃度的增加而增加，但在干旱脅迫下則無明顯規(guī)律。 對草坪植物實(shí)際光化學(xué)效率(CDPS II)的測定結(jié)果表明，隨著干旱程度的加深，OPS II下降就越明顯，重度干旱脅迫下高羊茅下降了 4. 5%;外源鈰則能促進(jìn)草坪植物的OPS II，中讀干旱脅迫下效果最明顯，高羊茅的qP下降了 38. l%，qN下降了 18. 5% ;外源鈰對高羊茅的qP 有一定的促進(jìn)作用，高羊茅則無明顯的規(guī)律性，但800 mg *Kg_1處理的qP值最高；在干旱脅迫下，高羊茅的qN均隨著鈰用量的增加先下降后上升，800 mg · Kg—1處理有較高的qP。


圖I不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物Fv/Fm的影響；
圖2不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物Fv’ /Fm’的影響；
圖3不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物OPS II的影響；
圖4不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物ETR的影響；
圖5不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物光化學(xué)淬滅的影響；
圖6不同濃度鈰對干旱脅迫下草坪植物非光化學(xué)淬滅的影響。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明，這里所述實(shí)施例的方案，不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的專業(yè)人員按照本發(fā)明的精神可以對其進(jìn)行改進(jìn)和變化，所述的這些改進(jìn)和變化都應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)由權(quán)利要求來限定。硝酸鈰有市售，其他所用到的試劑也有市售。實(shí)施例I
(O將高羊茅種子播于草坪建植的園土上，140g園土含有硝酸鋪500 mg/Kg,播種密度為35. Og/m2，播種初期，充分澆水，保證種子能順利萌發(fā)和幼苗初期的生長；
(2))然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫，在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為70% (重量)的田間最大持水量，中度脅迫為55% (重量),重度脅迫為40% (重量)；
(3)培養(yǎng)的條件為在濕度為68%%，白天進(jìn)行光照，溫度為22°C，夜間溫度為18°C，培養(yǎng)40天，光照強(qiáng)度為800 V- mo I IiT2Sヽ；
(4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進(jìn)行；待高羊茅生長到40天，剪取葉片進(jìn)行測定。采用美國生產(chǎn)的Li-6400光合儀測量，測量的前一天把草坪植物放置到暗室，暗12 h以上，然后在暗室里測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，經(jīng)光照活化以后用 Li-6400 測定 Fo，、Fm’、Fv/Fm、Fm’、FO’、Fv’ /Fm’、ETR、OPS II、qP 及 qN 指標(biāo)。實(shí)施例2
(1)將高羊茅種子播于草坪建植的園土上，180g含有硝酸鈰300mg/Kg，播種密度為 45. 0g/m播種初期，充分澆水，保證種子能順利萌發(fā)和幼苗初期的生長；
(2)然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫，在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為80% (重量) 的田間最大持水量，中度為55% (重量)，重度為35% (重量)；
(3)培養(yǎng)的條件為在濕度為78%，白天進(jìn)行光照，溫度為22°C，夜間溫度為22°C，培養(yǎng) 60 天,光照強(qiáng)度為 900 V- mo I IrT2S-1 ；
(4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進(jìn)行；待高羊茅生長到50天，剪取葉片進(jìn)行測定，采用美國生產(chǎn)的Li-6400光合儀測量，測量的前一天把草坪植物放置到暗室，暗12 h以上，然后在暗室里測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，經(jīng)光照活化以后用 Li-6400 測定 Fo，、Fm’、Fv/Fm、Fm’、F0’、Fv’ /Fm’、ETR、OPS II、qP 及 qN 指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.采用鈰改善高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行(1)將高羊茅種子播于草坪建植的園土上，100-200g園土含有硝酸鈰200mg/Kg 800 mg/Kg,播種初期，充分澆水，保證種子能順利萌發(fā)和幼苗初期的生長；(2)然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫，在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為70 80% (重量) 的田間最大持水量，中度為55 65% (重量)，重度為35 50% (重量)；(3)培養(yǎng)的條件為在濕度為68% 78%，白天進(jìn)行光照，溫度為22 26°C，夜間溫度為 18 22°C，培養(yǎng) 40 60 天，光照強(qiáng)度為 800 μ mol m 2S 1—900 μ mol m 2S 1 ；(4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進(jìn)行；待高羊茅生長到40天至 50天，采用美國生產(chǎn)的Li-6400光合儀測量，測量的前一天把草坪植物放置到暗室，暗12 h以上，然后在暗室里測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，經(jīng)光照活化以后用Li-6400測定 Fo\ Fm，、Fv/Fm、Fm，、F0，、Fv，/Fm，、ETR、OPS II、qP 及 qN 指標(biāo)。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中高羊茅種子的播種密度為35.0g/m2-45. Og/m2。
3.權(quán)利要求I所述的方法，其中硝酸鈰重量為500mg/Kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用鈰改善干旱環(huán)境下高羊茅葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力的方法，它是將高羊茅種子播于草坪建植的園土上，100-200g園土含有硝酸鈰200mg/Kg～800mg/Kg，然后3個(gè)星期后開始測量正常供水下的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；然后控制水分，使得水分含量達(dá)到中度干旱脅迫程度，7d后再一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)；再控制水分達(dá)到重度干旱脅迫，在重度干旱脅迫下7d后最后一次測量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。植物葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)一種新型、快速、簡便、精確且植株整體無損傷檢測植物光合作用生理狀況的新技術(shù)。
文檔編號A01P21/00GK102598986SQ201210081150
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者多立安, 滕萌, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學(xué)