環(huán)境酸度對紫花苜蓿早期生長和生理的影響

李劍峰,師尚禮＊ ,張淑卿

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,甘肅 蘭州730070;2.草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州730070)

土壤的酸化是一個持續(xù)不斷的自然過程,土壤中動植物呼吸作用產(chǎn)生的CO2溶于水形成H2CO3,土壤中動植物殘體經(jīng)微生物分解產(chǎn)生有機酸等都使土壤有酸化的趨勢,而酸雨也是促進(jìn)土壤酸化的人為因素之一。所謂的酸性土壤是指過濾和吸收了有能力釋放H+的酸性物質(zhì),即pH值低于7的土壤。但對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說,耕作層土壤pH值低于6.6即為酸性土壤。紫花苜蓿(Medicago sativa)是一種優(yōu)良的豆科牧草,具有產(chǎn)量高、持久性好、飼用價值高、用途廣等眾多優(yōu)點,在世界各地的畜牧業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用[1],20世紀(jì)90年代中期以來,應(yīng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、畜牧業(yè)發(fā)展的需要及國家退耕還草政策的要求,苜蓿產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展成為我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新興產(chǎn)業(yè),在范圍上已經(jīng)分布到除南方幾個省市以外的所有地區(qū),這主要是通常認(rèn)為紫花苜蓿不適宜在酸性土壤種植所致[2]。我國廣闊的紅壤區(qū)域普遍偏酸性(pH<5.0),甚至呈強酸性(pH<4.5),因此限制了紫花苜蓿在我國許多省份的種植[3]。但近年的研究表明,部分半秋眠和非秋眠紫花苜蓿品種在酸性土壤中亦可正常生長[4]。宮家珺等[5]用沙培的方法研究了酸性土壤含鋁量與紫花苜蓿生長的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在pH為4.5的酸性環(huán)境下,100 mg/kg以上的土壤含鋁量能使苜蓿的生長受到嚴(yán)重抑制,而低于50 mg/kg的土壤含鋁量下植株生長較好,這說明酸性土壤對紫花苜蓿生長的抑制除酸性本身以外還有其他的因素存在。Mesfint和Deborahl[6]認(rèn)為鐵和鋁的溶解度在酸性環(huán)境下極大,苜蓿在大量吸收了這2種元素后限制了根的生長,降低了根吸收水分和所需營養(yǎng)物質(zhì)的能力,從而使植株無法進(jìn)行正常的代謝,而在中性或堿性土壤中鐵和鋁的溶解度低,不足以毒害植物。Josh[7]的研究也認(rèn)為,限制植物生長的因素不是氫離子的活動,而是鋁和錳元素的毒害作用限制了植物的生長,同時造成營養(yǎng)元素的缺乏。而Stoutd[8]認(rèn)為,在土壤pH值高于5.5的酸性土壤中,苜蓿的產(chǎn)量低是由于共生細(xì)菌的固氮能力降低導(dǎo)致土壤中氮素的缺乏引起的。但關(guān)于高濃度的H+對苜蓿生長的抑制和毒害,目前很少有人進(jìn)行相關(guān)的具體研究,并且與酸脅迫相關(guān)的研究也以在代表性酸性土壤下栽培[6-8],模擬實際生產(chǎn)中遇到的酸、鐵、鋁等多重脅迫為主,很少具體的探究環(huán)境酸度對植株的單獨影響。本試驗旨在研究不同酸度環(huán)境對紫花苜蓿生長和生理的影響,為紫花苜蓿在酸性土壤中的推廣種植和紫花苜蓿耐酸脅迫的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和方法

1.1.1 供試材料 供試苜蓿品種為中種草業(yè)公司提供的WL525,種子用0.1%HgCl消毒10 min,并用去離子水沖洗干凈后播種。

1.1.2 Hogland營養(yǎng)液的制備 大量元素:Ca(NO3)21 417 mg/L;KNO3607 mg/L;MgSO4493 mg/L;(NH4)3PO4115 mg/L;鐵素:FeSO4·4H2O 28 mg/L;微量元素:H3BO32.86 mg/L;MnCl2·4H2O 1.81 mg/L;ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L;CuSO4·5H2O 0.08 mg/L;H2MoO4·H2O 0.02 mg/L。營養(yǎng)液以去離子水稀釋至1/4濃度后用NaOH(1 mol/L)或HCl(1 mol/L)調(diào)節(jié)pH值至所需酸度。

1.1.3 試驗設(shè)計 試驗于2007年進(jìn)行,采用細(xì)沙作為栽培基質(zhì),經(jīng)HCl浸泡后用去離子水清洗烘干備用。在直徑9 cm,深7 cm,容積為600 mL的塑料花盆內(nèi)鋪設(shè)與底面形狀一致的無紡布,盆內(nèi)裝入300 g干燥細(xì)沙并將沙面平整,用鑷子挑選20粒大小一致的飽滿種子均勻擺放細(xì)沙表面,覆蓋干沙50 g。分別設(shè)pH為2,3,4,5,6和7,6個環(huán)境酸度處理;所有處理設(shè)6個重復(fù)。

將各處理塑料盆置入盛有相應(yīng)pH值的1/4 Hogland營養(yǎng)液的水槽中,使?fàn)I養(yǎng)液能緩慢由底部滲入,并在盆內(nèi)形成高于沙表面3～5 mm的液面,然后用Haha8210型便攜式pH計伸入液面以下測定pH值,直至液面pH值達(dá)到處理酸度±0.1時將盆取出。每4 d用相應(yīng)pH值的Hogland營養(yǎng)液重復(fù)處理1次。45 d后測定生理數(shù)據(jù)及生物量、根長、根瘤數(shù)量。并以5分制計分法[9]對根瘤評分,1分為最差,5分為最好。

5分值計分法評價根瘤。1分:根瘤為中空無內(nèi)容物的死亡根瘤;2分:根瘤為切面灰白色的無效根瘤;3分:根瘤切面略呈粉紅色,但直徑小于<0.5 mm;4分:根瘤切面呈粉紅色,1 mm>直徑≥0.5 mm;5分:根瘤切面呈粉紅色,直徑≥1 mm。

1.2 測定指標(biāo)和方法

1.2.1 出苗率、生物量、根瘤數(shù)的比較 播種后每天記錄各處理的出苗數(shù),計算出苗率;每處理盆栽隨機標(biāo)記3株幼苗用于測量株高、葉片數(shù)、以描形稱重法于出苗45 d時測定每標(biāo)記植株自株頂向下第6葉的單葉葉面積[10];出苗45 d時,將栽培基質(zhì)和苜蓿苗從盆中整體取出用水沖洗,直至全株完全沖洗干凈,然后取出標(biāo)記植株,測定其根系長度、根瘤數(shù)目、根瘤等級、單株地上生物量和地下生物量。

1.2.2 細(xì)胞膜透性的測定 參照劉慧霞和王彥榮[11]及孫鐵軍和蘇日古嘎[12]的方法以葉片相對電導(dǎo)率反映細(xì)胞膜透性的大小,稱取苜蓿葉片0.2 g,置入盛有去離子水的試管中,真空泵中抽氣30 min使葉片浸沒于水。靜置20 min后,用DDS-320型電導(dǎo)儀測定溶液電導(dǎo)率。再放入沸水浴中加熱30 min,冷卻至室溫后測定其煮沸電導(dǎo)率。重復(fù)3次取其平均值。用公式計算其相對電導(dǎo)率:相對電導(dǎo)率(%)=處理后葉片電導(dǎo)率×100/煮沸電導(dǎo)率。

1.2.3 植株根系活力的測定 將0.15 g新鮮根系浸沒于含0.2%TTC(氯化三苯基四氮唑)的66.7 mmol/L的磷酸緩沖液,避光37℃保溫1 h后加入1 mol/L的硫酸終止反應(yīng)。取出根研磨后用乙酸乙酯反復(fù)提取紅色的T TC還原產(chǎn)物三苯甲僭(TTF),485 nm波長下測定提取液的OD值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算TTC還原量[13],以單位時間內(nèi)單位鮮根還原TTC的量(μg/g FW·h)表示根系還原力,以此反映植株的根系活力。

流程3：當(dāng)封裝后的數(shù)據(jù)包被出口隧道路由器ETR所接收后，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行解封裝工作，之后按照目的地址EID2將其轉(zhuǎn)發(fā)為內(nèi)層數(shù)據(jù)包，并使用ACL控制列表對其進(jìn)行驗證。如驗證結(jié)果顯示EID1是源地址，則直接進(jìn)入流暢，反之則遺棄數(shù)據(jù)包；

1.2.4 葉片色素含量的測定 采用吸光度法,稱取0.5 g新鮮葉片,加80%的丙酮研磨提取后在波長665和645 nm處測定光密度,并計算葉綠素含量(mg/g)。

1.2.5 葉綠素?zé)晒馓匦缘臏y定 用FMS-2型便攜式調(diào)制熒光分析儀(Hansatech公司)進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)測定[14]。測定前將葉片暗適應(yīng)30 min后測定Fo(初始熒光)、Fm(最大熒光)、Fv(可變熒光),計算Fv/Fm(葉片PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率)和Fv/Fo(PSⅡ潛在活性)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 3.0專業(yè)統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境酸度對苜蓿出苗率和存活率的影響

不同的酸度處理(簡稱酸度,下同)對苜蓿種子出苗率和成活率的影響有較大差異(表1),處理14 d后弱酸組(pH≥5,且pH<7)的發(fā)芽率略高于對照(pH=7,下同),而中強酸處理組(pH≤4)發(fā)芽率顯著低于對照和弱酸處理組133.53%～29.11%(P<0.05,下同);出苗45 d后,pH≥4的酸度下植株成活率與對照差異不顯著,pH≤3的處理的成活率均顯著低于對照,其中pH=2的酸處理下所有植株在出苗19 d后全部死亡。(因此本試驗45 d后的數(shù)據(jù)無pH=2的處理);種子發(fā)芽率與環(huán)境pH值呈顯著的單峰曲線變化,相關(guān)系數(shù)r達(dá)0.972＊＊,(＊顯著相關(guān),＊＊極顯著相關(guān)),而存活率在pH≥4的環(huán)境下差異不大。由此可見,環(huán)境酸度對出苗率的影響顯著大于植株的存活率,說明植株在出苗后在酸性環(huán)境下有所適應(yīng),具備了一定的耐受能力。環(huán)境弱酸處理組的出苗率和存活率均略高于對照,說明弱酸性環(huán)境有利于苜蓿的出苗和存活。

表1 環(huán)境酸度對紫花苜蓿出苗率和存活率的影響Table 1 Effect of pH value on the survival rate and emergence rate of M.sativa

2.2 環(huán)境酸度對苜蓿株高,葉片數(shù)和葉面積的影響

環(huán)境酸度對苜蓿幼苗的生長速率有很大的影響(圖1),在試驗期間pH=5的植株生長最快,在15 d后顯著高于其他處理(P<0.05),但在29～40 d與pH低于5的其他處理一樣生長變緩。pH為4和6兩處理間的植株在29 d內(nèi)高度差異不明顯,但在29～40 d pH=6的處理高度增長量顯著高于其他處理,且生長速率明顯快于對照;pH≤3的處理在15 d內(nèi)雖生長較為緩慢,仍分別達(dá)到對照的70.4%和74.8%,但在出苗15～40 d則基本停止生長,甚至枯死。這一結(jié)果說明植株受到酸脅迫的影響是一個持續(xù)的積累過程。

環(huán)境pH值為5和6的處理單株葉片數(shù)最多,并在出苗40 d時顯著高于其他處理,分別高出對照23.6%和27.2%(圖2);在出苗15 d時各處理間葉片數(shù)目差異最小,40 d時差異最大;在pH≤7的范圍內(nèi),單株葉片數(shù)與環(huán)境pH值之間呈顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.924＊;然而在出苗8 d時發(fā)現(xiàn)pH≤4的處理中,植株葉片數(shù)高于其他處理,并高出對照15.15%～48.20%;李劍峰[9]對正常條件下砂培90 d的成苗進(jìn)行酸脅迫10 d后亦增加葉片數(shù)目17.8%～22.0%,這說明酸性環(huán)境在短時間內(nèi)有促進(jìn)植株葉片分化形成的作用,但長時間的酸脅迫會抑制新生葉片的產(chǎn)生,本試驗pH≤4的各處理在處理29 d后,葉片數(shù)目增長緩慢,顯著低于對照和弱酸處理組(P<0.05)。

出苗40 d時各處理的單葉面積和同時期的葉片數(shù)變化規(guī)律基本相似(圖3),處理葉面積隨pH值的增大而呈明顯的單峰型變化趨勢。其中pH=5的處理單葉葉面積最大,達(dá)54.39 mm2,高出對照20.87%;pH=3的處理葉面積為28.52 mm2,僅為對照的63.14%,顯著低于其他處理(P<0.05)。

圖1 環(huán)境酸度對紫花苜蓿生長高度的影響Fig.1 Effects of pH value on shoot height of M.sativa

圖2 環(huán)境酸度對紫花苜蓿單株葉片數(shù)的影響Fig.2 Effects of pH value on leaf number per plant of M.sativa

2.3 環(huán)境酸度對苜蓿生物量、根長和根瘤的影響

環(huán)境酸度對苜蓿生物量及根瘤,尤其對根瘤等級的影響明顯(表2),出苗45 d時,pH=5處理下的單株根瘤數(shù)達(dá)15個,極顯著的高于其他處理,說明該酸度能夠刺激苜蓿根系根瘤的產(chǎn)生,根瘤等級低于對照,但差異不顯著。而當(dāng)處理pH值在6～7時根瘤數(shù)目差異不大;pH低于4時,植株產(chǎn)生的根瘤無效或已死亡;從根瘤等級評分?jǐn)?shù)據(jù)可見,pH在5～7時,植株的根瘤處于正常生長狀態(tài),差異不顯著。在pH=6時,根瘤生長表現(xiàn)最好,評分可達(dá)4.3分,說明該酸度最適宜于根瘤的生長,當(dāng)環(huán)境pH值低于4時植株則不存在有效根瘤,這與李力和曹鳳明[15]的研究結(jié)果一致,其測試的所有根瘤菌株在pH=4時都不生長;單株地下生物量與地上生物量的變化趨勢基本相同,隨著pH值的增大而呈單峰變化趨勢。2項指標(biāo)在pH=5處理下最高,分別高出對照35.15%和59.09%,并顯著高于其他處理(P<0.05)。以pH=5為峰值,其他處理植株根系的地上、地下生物量隨著環(huán)境pH值的上升或下降而降低;植株根長與環(huán)境pH間呈顯著的正相關(guān)(圖4),在pH值為3～7時相關(guān)系數(shù)達(dá)0.819。

根據(jù)以上形態(tài)及生物量測定的結(jié)果,參照宮家珺等[5]的方法根據(jù)紫花苜蓿對土壤酸度的耐受性分為最適、中適及低適生長區(qū)間。綜合出苗率、成活率、株高、單株葉片數(shù)、單葉面積、生物量和根瘤個數(shù)在酸性環(huán)境中隨pH的變化規(guī)律:環(huán)境pH值在5～6的范圍內(nèi),紫花苜蓿植株的生長狀態(tài)最好,甚至在某些方面表現(xiàn)優(yōu)于對照,故將此范圍劃為苜蓿在酸性土壤中的適宜生長區(qū)間;pH值低于4的環(huán)境酸度下,苜蓿的出苗率、存活率、株高、單葉面積,生物量和根瘤個數(shù)均隨Fe2+含量的增大而呈急劇下降的趨勢,并顯著的低于對照(P<0.05)。表明這一環(huán)境已不適宜苜蓿的生長,說明pH值低于4的環(huán)境酸度可劃分為酸性土壤中紫花苜蓿對環(huán)境酸度的低適生長區(qū)間。而pH在6～7或4～5的區(qū)間內(nèi)時,以上各個指標(biāo)均與對照差異不大,故可劃分為中適長區(qū)間。

圖3 環(huán)境酸度對紫花苜蓿單葉面積的影響Fig.3 Effects of pH value on leaf area of M.sativa

表2 環(huán)境酸度對苜蓿單株莖葉重,根重和根瘤數(shù)的影響Table 2 Influence of acid environment on biomass of above and blow ground and root nodule number

圖4 環(huán)境酸度對紫花苜蓿根長度的影響Fig.4 Effect of pH value on root length of M.sativa

圖5 環(huán)境酸度對苜蓿植株根系活力的影響Fig.5 Effects of pH value on root activity of M.sativa

2.4 環(huán)境酸度對苜蓿根系活力影響

根系活力是根系生理活性和養(yǎng)分吸收運轉(zhuǎn)能力的反映[16]。本試驗處理45 d后,pH=6的處理下植株的根系活力最大(圖5),達(dá)到525.860 μg/g FW,之后隨著環(huán)境pH值的降低,根系活力也依次降低,在pH值為3的處理下,根系活力已銳降至124.207 μg/g FW,而對照下的根系活力則高出pH=4的處理73.2%。經(jīng)回歸分析表明,pH≤6的范圍內(nèi),根系活力與環(huán)境pH值之間呈顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.935。

2.5 環(huán)境酸度對苜蓿葉片細(xì)胞膜透性的影響

細(xì)胞是選擇透過性膜,它能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸和交換[17],酸脅迫下可導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞,使細(xì)胞膜透性增大,相對電導(dǎo)率增高。45 d時當(dāng)處理酸度在pH為2～6時,葉片相對電導(dǎo)率與環(huán)境pH值間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖6),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.918＊＊;其中pH=6的酸度下葉片的相對電導(dǎo)率僅為0.085(1=100%),而pH=5的處理下細(xì)胞膜透性維持在與對照相似的水平;植株葉片相對電導(dǎo)率在pH=4時出現(xiàn)明顯的躍升,證明pH=4的酸度已達(dá)到植株對環(huán)境酸度的耐受極限,pH為3和4的處理相對電導(dǎo)率分別高出對照291.3%和107.9%,此時植株已表現(xiàn)出嚴(yán)重受害。

2.6 環(huán)境酸度對苜蓿葉片葉綠素含量和光化學(xué)效率的影響

葉綠素作為重要的光合色素,在光合作用過程中擔(dān)負(fù)著光能吸收和轉(zhuǎn)化的重要作用。出苗45 d時,葉綠素含量各酸度處理間差異較大,隨著環(huán)境pH值的增加呈明顯的單峰型變化(圖7),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.946。pH=5處理下的葉綠素含量最高,高于對照31.2%,pH=6處理下葉綠素含量亦高于對照27.9%;pH≤4的環(huán)境酸度下葉綠素含量則明顯低于對照。

圖6 環(huán)境酸度對苜蓿葉片電導(dǎo)率的影響Fig.6 Effect of pH value on relative conductivity of M.sativa

圖7 環(huán)境酸度對苜蓿葉綠素含量的影響Fig.7 Effect of pH value on chlorophyll content of M.sativa

Fm/Fv和Fv/Fo常用于度量植物葉片PsⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和PsⅡ潛在活性,是表明光化學(xué)反應(yīng)狀況的2個重要參數(shù)[18]。15 d時苜蓿幼苗的熒光參數(shù)Fv/Fm和Fv/Fo隨環(huán)境pH值的增大呈極顯著的二項式相關(guān)(圖8,9),相關(guān)系數(shù)R2高達(dá)0.968＊＊和0.913＊＊;45 d時Fm/Fv的變化較15 d時趨于平緩,而Fv/Fo的變化在pH≥5處理間比較明顯。其中pH=6處理的Fv/Fo明顯高于所有處理,并略高于14 d時的水平,且Fv/Fm亦高于其他處理,說明幼苗在經(jīng)歷一段時期對弱酸環(huán)境的適應(yīng)后,在pH=6的酸度下光能轉(zhuǎn)化效率和PsⅡ潛在活性都達(dá)到最大值。而pH=4和5的處理45 d時的Fm/Fv值均低于15 d時的表現(xiàn);在pH≤4的環(huán)境酸度下,Fm/Fv和Fv/Fo隨酸度的增大而下降的趨勢最為明顯,且彼此間差異顯著(P<0.05)。

3 討論

3.1 環(huán)境酸度與苜蓿生長及生理間的關(guān)系

不同的環(huán)境酸度對于苜蓿植株的影響差異較大。在pH≥5的弱酸環(huán)境下,植株的葉面積、株高、生物量等生長指標(biāo)及葉綠素含量等生理指標(biāo)均高于甚至部分顯著高于中性環(huán)境(pH=7),這說明弱酸環(huán)境能夠刺激苜蓿幼苗的生長。同時根據(jù)根系活力及膜透性指標(biāo)也可以發(fā)現(xiàn),弱酸環(huán)境對于植株的根系和質(zhì)膜的透性還是有微弱的負(fù)面影響。綜合這兩部分結(jié)論,參照宮家珺等[5]對鋁離子和Fe2+在酸性環(huán)境下對該苜蓿品種的脅迫研究,初步認(rèn)為弱酸環(huán)境下,苜蓿在酸性土壤下面臨的主要脅迫因素是土壤中的鋁、鐵離子,酸性本身對植株的脅迫作用較微弱,僅為H+對根系長度,根系活力和膜透性的影響。但在實際栽培土壤中,較多的H+為亞鐵離子和鋁離子的活化提供了條件,放大了鐵、鋁離子對植株的傷害,這就解釋了Mahler[19]研究發(fā)現(xiàn)的相同土壤成份下,弱酸環(huán)境下苜蓿生長狀況明顯低于中性條件的現(xiàn)象。

圖8 環(huán)境酸度對苜蓿葉片PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)的影響Fig.8 Effect of pH value on PSⅡprimary chemical efficiency(Fv/Fm)of M.sativa leaf

圖9 環(huán)境酸度對苜蓿葉片PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)的影響Fig.9 Effect of pH value on PSⅡpotential activity(Fv/Fo)of M.sativa leaf

隨著環(huán)境pH值的進(jìn)一步降低,在pH=4的酸度下,苜蓿幼苗在表觀上仍能維持生長,而實際上膜結(jié)構(gòu)已受到嚴(yán)重的損傷,根系活力也分別降至pH=5的處理及對照下的57.8%和61.1%,葉片的光合效能隨之減弱,植株高度和葉片數(shù)的增長分別與15 d和29 d后趨于停滯。

所有pH≤4的處理下根瘤全部死亡或無效,出苗率、葉面積、地上生物量等生長指標(biāo)也隨著酸度的增加而呈明顯的下降趨勢,pH≤3的各處理植株均可觀察到葉片出現(xiàn)皺縮和白色壞死斑點[8],異狀葉大量產(chǎn)生。但本研究也發(fā)現(xiàn),盡管pH=4的酸性環(huán)境下苜蓿多項生理及生長指標(biāo)均顯著低于對照,但其單株地下生物量并不低于對照,且25 d時將各酸度下的6個處理中的3個去除酸脅迫后繼續(xù)生長,發(fā)現(xiàn)pH=4的處理下植株生長有所恢復(fù)[9],并在45 d時株高及葉片數(shù)、生物量等指標(biāo)與對照(pH=7)處理差異不顯著。而pH低于4的環(huán)境則無法使苜蓿幼苗長期生存,去除酸脅迫后亦無法恢復(fù)生長。這說明pH=4的酸度下,植株仍能維持最低限度的生長,故在pH≥4的土壤中,若Fe2+和鋁離子含量不足以造成植株的脅迫就完全可以進(jìn)行苜蓿的引種和栽培。但pH值低于4的土壤環(huán)境,不論其他離子是否造成傷害,僅酸脅迫而言對苜蓿幼苗也是致命的。

3.2 紫花苜蓿在不同酸度環(huán)境下的光合生理

最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm和光系統(tǒng)潛在活性Fv/Fo是度量葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)原初光能轉(zhuǎn)換效率和潛力的重要參數(shù)。正常條件下,Fv/Fm值不受物種和生長條件的影響,變幅非常小,但在逆境條件下這一比值明顯降低[20]。出苗15 d時,在pH為4～7的處理下Fv/Fm值差異并不顯著,而在45 d時,pH=4的處理下該值明顯低于對照,同時pH=5的處理下Fv/Fm值也有所下降。2個時期的數(shù)據(jù)反映出在pH為4～5時,環(huán)境酸度對幼苗光能轉(zhuǎn)化效率的促進(jìn)作用僅表現(xiàn)為短時間的刺激作用,隨著處理時間的延長逐漸有所下降;光系統(tǒng)潛在活性Fv/Fo在pH≤4的處理下,15和45 d時的數(shù)值差異不大。而在弱酸處理組下,15 d時處理間的差異不顯著,45 d時表現(xiàn)為pH值高于或低于6的處理Fv/Fo值均下降。說明光系統(tǒng)潛在活性在pH=6時達(dá)到最大,并隨著環(huán)境酸度的增大而降低;出苗45 d時,pH<4的處理間Fv/Fm和Fv/Fo都顯著低于弱酸處理組,這與葉綠素含量及葉片電導(dǎo)率的變化基本吻合。這一結(jié)果與Holden等[21]的研究發(fā)現(xiàn)一致,即強酸環(huán)境下高濃度的H+使PEP羧化酶和RuBP羧化酶的活性降低,葉綠體趨于解體破壞,造成植物葉片的失綠,直接引起光合效率的下降。

4 結(jié)論

在不同程度的酸性環(huán)境中,pH=4的環(huán)境酸度為苜蓿幼苗的耐受極限,表現(xiàn)在此酸度下苜蓿幼苗的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)值與對照均有顯著差異,如該處理下的出苗率為66.4%,僅為對照的77.4%,幼苗葉片上開始產(chǎn)生明顯的白色枯斑,無存活根瘤,地上生物量和根系活力分別僅有對照處理的55.6%和61.1%,但此時植株的成活率和葉片的葉綠素含量與對照無顯著差異。表明這一酸度水平上雖已產(chǎn)生明顯的脅迫癥狀,但植株仍可以耐受,并在去除脅迫后能夠恢復(fù)正常生長,但一旦pH值低于4,植株則無法耐受,很快停止生長甚至死亡;不計鋁、鐵等離子的作用,僅就酸度而言,5～6之間的土壤pH值,是苜蓿在酸性土壤中的最適生長區(qū)間,植株的生長表現(xiàn)均優(yōu)于或不低于對照,各項生理指標(biāo)也表明未受到脅迫傷害,反而表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用。

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