Evaluation of shade tolerance in superior germplasms of Axonopus compressus

以前期筛选保存于海南大学儋州校区新农科实践基地的7份种质为试验材料，分别为A03、A12、A58、A59、A69、A135、华南地毯草。

试验于2025年6～7月海南大学儋州校区新农科实践基地进行。前期选取带有3个节生长状态一致、健康无病虫害的10支地毯草匍匐茎，冲洗干净后，种植于底部有孔的育苗杯中，每个种质的对照和胁迫各4个育苗杯。为排除地毯草匍匐茎自身的生长差异，统一施用Hogland营养液培养28 d后进行遮荫胁迫。

试验采用Hogland营养液水培方式进行，参考符春婵^[21]等的营养液配置，氮浓度设置为5 mmol。设置遮荫75%（T75）和自然光照（CK）两个处理，并以华南地毯草作为对照品种，其他条件保持一致。处理期间不间断通氧，每天补充因温度高失去的水分，并调节pH至5.5～6.0。每隔5 d更换一次水并添加营养液，于处理的第28 d时测定植株生长指标。

相关指标的筛选与确定，参考罗耀^[12]等、张凯^[20]和Wherley^[22]等的研究成果，同时结合本研究的地毯草种质耐逆性筛选目标与实际数据可获取性，经综合考量最终选取18项测量指标。具体测定方法如下：

叶长（mm）：随机选取健康的、完全展开的倒二叶进行叶片长度测量，以叶片与叶鞘交界处为起点，叶片末端为终点，用游标卡尺重复10次测量。

叶宽（mm）：取测量叶长的同片叶子测量叶片最宽处，用游标卡尺重复10次测量。

平均匍匐茎长（cm）：随机选取匍匐茎进行长度测量，以杯口为起点，茎端为终点，重复测量10次。

草层高度（cm）：用直尺测量植株自然生长的高度，重复测量4次。

叶绿素含量：避开主叶脉，使用便携式IN-YL03叶绿素仪（山东来因光电科技有限公司），随机挑选健康倒二叶进行读值，重复10次测量。

地上部鲜质量、地下部鲜质量（g）：将鲜样剪下，立即称重记录， 地下部需擦干根部水分再称重记录。

地上部干质量、地下部干质量（g）：鲜样经105℃杀青30 min后，65℃烘干至恒重后称量记录。

其他生长指标测定公式如下：地上部干物质含量=地上部干质量/地上部鲜质量；地下部干物质含量=地下部干质量/地下部鲜质量；干质量根冠比=根部干质量/地上部干质量；鲜质量根冠比=根部鲜质量/地上部鲜质量。

坪用质量：参照国家标准《草品种审定技术规程》（GB/T 30395-2013）^[23]，采用目测法进行密度、盖度、色泽、均一性和草坪质量综合评分，其中密度为成活匍匐茎数，盖度采用百分制计算，其余指标采用9分制打分，其中9分为表现最佳，6分为表现中等，1分为表现很差。

原始数据在Microsoft Excel 2020中汇总并计算，为了全面评估地毯草的耐荫能力，采用SPSS 25. 0软件对所有数据进行方差分析和LSD事后分析，参考冯嘉欣等^[8]和罗耀等^[12]的方法使用SPSS 25. 0软件进行相关性分析及主成分分析，并根据遮荫处理性状值和自然光照组性状值计算耐荫系数，对耐荫系数标准化后结合综合指标系数计算综合指标值CI_m，对综合指标值进行隶属函数值U（X_j）计算，最后结合权重W_j计算耐荫综合评价值D。再对各种质进行聚类分析，将种质划分为3个类群。计算公式如下：

式中：CI_m表示综合指标值，B_j为对耐荫标准系数进行标准化后的值；Prin（m）_j为综合指标系数。X_j表示第j个指标；X_min表示第j个综合指标的最小值；X_max表示第j个综合指标的最大值。W_j表示权重，指第j个指标在评价体系中所占的权重；P_j为第j个综合指标对应的贡献率，D值为各地毯草种质材料在遮荫条件下的耐荫性综合评价值。

试验处理28 d后，与对照组（CK）相比，在遮荫75%（T75）胁迫下，供试地毯草种质的生长表现存在差异（图1）。分别测定各种质在自然光照和遮荫75%下的18项测量指标，结果表明（表1），遮荫导致所有种质的叶长显著增加、叶宽显著减小，其中A03、A58、A59的叶长显著高于对照组。遮荫显著降低了各种质的叶绿素含量，其中A69的叶绿素含量降幅最小为13.90%，A135叶绿素含量降幅最大为22.90%。多数种质在遮荫胁迫下的草层高度均低于对照，A12的草层高度下降最多，较对照降低了30.78%，与其他种质不同的是，A03草层高度较对照增加了14.62%。遮荫使地毯草的匍匐茎生长也受到抑制，各种质的平均匍匐茎长显著下降，华南地毯草下降最少为对照的80.87%，A12下降最多仅为对照的41.80%。遮荫也显著降低了各种质的生物量，各种质的地上部干质量和地下部干质量降幅均在70%以上，其中A69在遮荫条件下仍保持相对较高的生物量积累，地上部干质量和地下部干质量分别为对照组的25.16%和29.17%，而A12降幅最大，其地上部干质量和地下部干质量分别为对照组的3.80%和3.57%。遮荫显著影响了各种质的根冠比，除A12及A58外其余种质的根冠比显著上升，A58的根冠比均为最低，表现出较强的地上部分配策略，而A135在遮荫下根冠比均为最高，表现出较强的地下部分配策略。同时，遮荫下A12和A58的地上部干物质含量与对照组无显著差异，其余种质的地上部干物质含量均显著下降，其中A69降幅最大为14.29%；A03、A12、A59的地下部干物质含量显著上升，其余种质的地下部干物质含量显著降低，其中A03升幅最大为15.38%，A58降幅最大为42.31%。

Figure 1.  The growth of seven Axonopus compressus germplasms under two shading conditions

在坪用质量方面，遮荫显著降低了各种质的密度、盖度、色泽、均一性和综合草坪质量评分。与对照组相比，其中，A69的密度降幅最小为47.37%，其余种质的密度降幅均在50%以上，A12的密度降幅最大为87.93%。在盖度方面，除A12和A59外其余种质的盖度均在60%以上，且降幅均在25%以下，其中A69降幅最小为19.29%，A12的降幅最大为54.55%。各种质对照组的色泽评分均在6.3分以上，遮荫后各种质的色泽评分均显著性降低，得分均在5.2分以上，其中A58的色泽得分最高为5.65分，而A12与A135的色泽得分最低分别为5.28和5.20分。在均一性得分中，除A135外其余种质对照组的得分均在6.1分以上，遮荫后各种质的均一性得分均显著降低，得分范围为4.25～1.73分，其中A69得分最高为4.25分，A12得分最低仅为1.73分。各种质对照组的草坪质量得分均在6.2分以上，遮荫后各种质的草坪质量评分均显著性降低，得分范围为1.70～4.63分，其中A69的均一性得分最高为4.63分，而A12的草坪质量得分下降最多，仅为1.70分。总体来看，遮荫处理对地毯草的形态建成、生物量积累和坪用质量均产生了显著负面影响，不同种质对遮荫的响应存在一定差异。

以华南地毯草为对照品种，比较在遮荫75%条件下供试种质与对照品种在上述18项测量指标上的表现，以明确不同种质的耐荫性分化特征。结果表明（表1），除叶长、叶宽外，供试种质在遮荫胁迫下的性状指标和坪用质量与对照品种存在不同程度的差异。在草层高度方面，A03和A69与对照品种相当外，其余种质的草层高度均显著低于对照品种。在叶绿素含量上，A58显著高于对照，A12、A135和对照品种均处于较低水平。在生物量积累方面，A69的地上部鲜干质量和地下部鲜干质量、平均匍匐茎长等指标均为最高，其地上部鲜质量显著高于对照品种；A03的生物量积累与对照品种相当，其余种质的生物量积累显著低于对照品种。在根冠比方面，A135显著高于对照品种，A69与对照品种相当，其余种质均显著低于对照品种。在物质积累方面，除A69的地上部干物质含量显著低于对照品种外其余种质的地上部干物质含量与对照品种相当；除A135显著低于对照品种外其余种质的地下部干物质含量与对照品种相当。

在坪用质量方面，A69的密度最大、均一性及草坪质量得分最高，优于对照品种；除A58的色泽得分显著优于对照外，A03、A58和A59在密度、均一性、草坪质量等指标上与对照无显著差异；而A12和A135的综合表现较差，其密度及草坪质量等指标显著低于对照品种。

综合来看，在遮荫75%胁迫下，与对照品种相比，A69在生物量积累、密度和草坪质量等方面表现优异，具有较好的耐荫潜力；A03在多数指标上与对照表现相当；A12和A135的综合表现较差，多数指标显著低于对照品种；而A58和A59在多数指标上优于A12及A135但不及对照品种。

为进一步量化遮荫胁迫的具体效应，本研究对比了自然光照组与遮荫75%处理组的18个指标的差异。结果表明（表2），不同遮荫处理下的18个指标中16个指标存在显著差异（P<0.05）。与CK相比，遮荫T75处理组下，7份材料的平均叶长显著增加；叶宽、草层高度、叶绿素含量、平均匍匐茎长、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、地上部干物质含量及地下部干物质含量及坪用质量显著降低。与对照组相比，遮荫75%处理组的叶长增加了29.26%；地上部干质量及地下部干质量降幅最大，分别降低了82.64%、82.61%。

根据1.3中的公式（1）计算得出各指标的耐荫系数（表2），其变异范围为5.39%～53.77%。其中，地下部鲜质量、地下部干质量、地上部鲜质量的变异系数最大，分别为53.77%、52.35%、46.96%。地上部干物质含量、叶宽、色泽变异系数最小，分别为5.39%、6.70%、7.22%。综上表明，不同种质间耐荫性状具有较为广泛的遗传差异性，为地毯草耐荫品种的选育提供了理论依据。

根据各指标的耐荫系数（表2）进行相关性分析，结果表明，除叶长、根冠比和地下部干质量外其他指标间均存在不同程度的相关性，综合影响着地毯草的耐荫能力（图2）。其中，叶宽与叶绿素含量呈显著负相关（P<0.05），相关系数分别为-0.86；与色泽呈显著负相关（P<0.01），相关系数为-0.89。草层高度与地上部鲜质量和地上部干质量呈显著正相关（P<0.05），相关系数均为0.77。平均匍匐茎长与地上部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、密度及草坪质量呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.85、0.84、0.78、0.81和0.87；与地下部鲜质量呈显著正相关（P<0.01），相关系数为0.90；与地上部干质量呈显著负相关（P<0.05），相关系数为−0.85。草坪质量与地下部鲜质量、地上部干质量及盖度呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.87、0.82和0.82；与密度和均一性呈显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.89和0.88；与地上部鲜质量和地上部干质量呈极显著正相关（P<0.001），相关系数均为0.97，与地上部干物质含量呈显著负相关（P<0.01），相关系数为−0.92。相关系数为指标之间相关性的各种关联，说明存在信息冗余，需采用主成分分析法进一步发掘各指标的内在相关性。

Figure 2.  Correlation of shade tolerance cefficients among various indices in seven Axonopus compressus germplasms

根据1.3中的公式（2）和公式（3）对地毯草各指标的耐荫系数先进行数据标准化，而后进行主成分分析，确定3个综合指标的贡献率分别为53.16%、20.53%和 13.86%，累计贡献率达87.55%，表明这3个主成分可以代表18个初始测定指标耐荫系数的大部分信息（表3）。其中，主成分1主要与生物量积累和草坪外观相关，地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量及盖度的载荷值分别为 0.99、0.90、0.98、0.88和0.74，表明耐荫性与植株生物量有关，遮荫胁迫会影响到植株生长和生物量的积累。平均匍匐茎长和密度的载荷值均为0.89，说明在遮荫胁迫下，植株的分蘖能力受到影响。草层高度和均一性的载荷值分别为0.72和0.85，表明其与植株生长幅度密切相关，遮荫胁迫会影响到草层整体的生长状态。另一方面，地上部干物质含量和叶宽的载荷值分别为-0.95和-0.60，说明遮荫胁迫可能导致植株体内水分比例升高、干物质相对降低，同时叶片形态趋于窄化，这可能是光合产物优先用于植株叶片纵向生长而非横向扩展的适应性表现。

主成分2主要与生理适应和资源分配策略相关。其中，叶绿素和色泽载荷值分别为0.83和0.90，表明耐荫性与植株叶片的颜色有关，遮荫胁迫会影响植株的叶绿素含量。鲜质量根冠比及干质量根冠比的载荷值分别为0.92和0.61，表明说明遮荫会影响植株的资源分配策略。叶宽载荷值为−0.70，与主成分1中的趋势一致，说明遮荫胁迫会导致叶片变窄。

为了进一步明确优良耐荫性种质，根据1.3中的公式（4）和公式（5）计算7份地毯草各种质对遮荫胁迫的耐受综合值（D值）。对耐荫性综合评分（D 值）进行排名（表4），D值越大，排名越靠前，说明该种质的耐荫能力越强；反之，则说明该种质的耐荫能力越弱。种质耐荫性排序为：A69>A03>华南地毯草>A59>A58>A135>A12。

利用欧式距离对18个指标的耐荫系数进行耐荫性聚类分析（图3），可以综合评估不同地毯草种质对遮荫胁迫的耐受能力。当欧式距离约为20时，可以将7份地毯草分为三类。其中A69为最耐荫种质，与A03和对照品种同为耐荫型。其D值排名分别为1、2和3；A58、A59属于中度耐荫型，表现不及对照品种，其D值排名分别为第4和5名；A135和A12为敏感型，其耐荫性最差，D值排名为6和7。以上结果与耐荫种质排名（表4）基本一致，说明本研究筛选的耐荫种质结果可靠。

Figure 3.  Cluster analysis of shade tolerance in seven Axonopus compressus germplasms

光照是植物生长必备的环境资源及重要限制因子，植物对光的捕获和利用能力对其生长及其重要。已有多数研究表明，遮荫条件下，草坪草为适应弱光环境会表现出特定的形态与生理响应，如促进垂直生长，叶片趋于细长、叶面积增大、叶片厚度降低、分蘖数减少、根茎、匍匐茎减少、生物量下降、韧性降低，最终导致草坪草的坪用质量下降^[24-26]。贾艳玲^[27]等研究发现高羊茅在30%和60%光照下的叶长比全光照分别增加了65%和54%，叶面积分别增加了77%和56%。杨光^[28]研究发现遮荫显著影响草坪草的生长，随着遮荫率的增加（60%～90%），草坪草生长减缓，生物量均大幅下降，死亡率增加，坪用质量显著下降。李胜^[29]用杂交狗牙根品种和海滨雀稗品种来研究草坪草的耐荫情况，发现在持续遮荫率为70%遮荫条件下，供试草坪草叶绿素含量降低约6%～31%。张凯^[20]发现与遮荫处理前相比，遮荫85%处理后狗牙根材料的生长响应和坪用性状均发生了改变。遮荫会使得大多数狗牙根叶片宽度显著变窄、匍匐茎扩展速率显著减慢、叶绿素含量、草坪盖度、密度、色泽等指标均显著下降。汪雨晴^[9]发现海雀稗的在遮荫80%的条件下叶长、叶宽及叶面积呈现逐渐减小的趋势，同时草坪外观质量也逐渐下降。刘恬^[30]等研究发现随着遮荫程度增大和遮荫时间的延长，结缕草的冠层干质量、根系干质量均显著降低，坪用质量也逐步下降。熊雪^[31]等发现不同高羊茅和黑麦草品种在80%的遮荫胁迫下均表现为生长速率下降，生物量、叶绿素含量等指标显著降低。

本研究中，在遮荫75%胁迫下，7份地毯草材料的形态、生理指标及坪用质量发生显著变化。遮荫处理导致地毯草叶片形态趋于细长的同时，其生物量、叶绿素含量、平均匍匐茎长、草层高度、地上部干物质含量及地下部干物质含量及坪用质量等显著降低，与上述多数研究的发现基本一致，但也存在与前人研究不符的结论。多数研究表明，遮荫胁迫通常会诱导植物将更多生物量分配给地上部分以增强光捕获能力，从而导致其根冠比显著降低^[32-33]，然而，在本研究中，地毯草在遮荫75%胁迫下的根冠比略高于对照组。导致本研究中地毯草根冠比增大的原因可能是被动的冠层衰减效应，即重度遮荫导致光合作用严重受限，引发冠部生物量的大幅减少，这也是遮荫75%处理组的生物量相较对照组显著降低的主要原因；其次，可能还存在主动的资源再分配策略，即地毯草将有限的碳资源优先转移至地下部分进行储存，以期维持基本生存并在环境改善后迅速恢复生长。生物量分配响应常因物种与基因型而异，如鲁兆宏^[34]等对野生大豆和栽培大豆的研究表明，不同类型材料对荫蔽环境的响应存在明显差异。类似地，本研究的供试地毯草种质同样存在基因型差异，部分种质的根冠比增加，另一部分则无明显变化或降低，最终因正向响应的种质占比更大，导致整体根冠比平均值呈现增大的趋势，反映出地毯草种内存在丰富的遗传变异。

遮荫对草坪草的生长发育具有多维度影响，因此评价其耐荫性不能用单一标准来进行评判，而科学筛选评价指标是构建植物耐荫性评价体系的关键步骤。目前，虽然许多植物已建立较为成熟的耐荫性评价体系，但针对地毯草的系统性评价研究尚未见报道。本研究参考前人^{[12, 24]}建立的耐荫性评价体系，并结合地毯草的生长与坪用特性，选取了叶绿素含量、草层高度、生物量、坪用质量等18个指标进行试验。数据采用相关性分析、主成分分析等分析方法发现，多数指标的相关性较强，主成分分析中的贡献率较高，说明多数指标对地毯草遮荫胁迫中的影响较为明显，综合考虑指标的可获得性、可靠性和普适性后，将叶绿素含量、平均匍匐茎长、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、地上部干物质含量和坪用质量8个指标作为地毯草耐荫性评价的主要推荐指标。

本研究以华南地毯草为对照品种，对6份优良地毯草种质进行耐荫性研究，筛选出两份耐荫性较好的地毯草种质A69和A03。其中，种质A69在生物量积累、匍匐茎扩展、均一性及坪用质量等指标上均表现最佳，其综合耐荫性优于对照品种。A69在重度遮荫胁迫下仍维持较好的匍匐生长、生物量积累能力及坪用质量，揭示其可能具有高效的碳同化与分配效率，这是其适应遮荫胁迫的机制。种质A03则展现出不同的耐荫策略。其在生物量积累方面与对照相当，但草层高度及地下部干物质含量显著高于对照品种，体现了其在维持垂直空间结构上的优势。尽管其匍匐茎扩展能力不及对照品种，但这种资源分配模式，对于需要快速形成郁闭草层的特定绿化场景，如林下纯色覆盖可能具有独特应用价值。本研究结果表明地毯草种质资源中存在优于当前常用品种的基因型，为地毯草耐荫品种选育提供了材料基础。

试验采取水培法Hogland营养液水培法对地毯草耐荫种质进行初步筛选，重点分析弱光环境对其叶型调整、生物量分配及坪用质量的影响。后续研究可进一步深入光合色素及其他生理指标测定，系统揭示其耐荫生理机制，并结合田间试验验证不同种质在真实生境中的适应性与稳定性。

综合前人研究方法，本研究以华南地毯草为对照品种，对6份优良地毯草材料在遮荫75%胁迫下的叶长、叶宽、叶绿素含量、生物量、根冠比及坪用质量等18项指标进行测定与比较。同时，通过综合分析，将地毯草种质资源分为耐荫型、中度耐荫型和敏感型3类。其中，A69为最耐荫种质，与A03及对照品种同为耐荫型；A58、A59属于中度耐荫型，表现不及对照品种；A12和A135为敏感型，其耐荫性最差，各种质的耐荫性由强到弱依次为为：A69>A03>华南地毯草>A58>A59>A135>A12。并将叶绿素含量、平均匍匐茎长、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、地上部干物质含量和坪用质量8个指标作为地毯草耐荫性评价的主要推荐指标。