竹節(jié)草對鋁脅迫響應(yīng)及臨界濃度篩選

張 靜，廖 麗，張欣怡，白昌軍，王志勇

(1.海南大學(xué)熱帶作物種質(zhì)資源保護與開發(fā)利用教育部重點實驗室，海南?？?70228;2.海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院，海南?？?70228;3.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草研究中心，海南儋州571737)

鋁的平均含量約占地殼的8%，是土壤中含量最豐富的金屬元素之一，亦是酸性土壤中限制作物生長的主要因素［1-2］。目前，酸性土壤在世界可耕種面積中所占比例逐漸接近50%，其中大部分酸性土壤主要集中在發(fā)展中國家［3-4］。在我國，酸性土壤主要分布于15個省區(qū)，總面積高達204萬 hm2［5-8］。近年來，隨著環(huán)境的日益惡化，酸雨的頻繁沉降，土壤酸化日趨加劇，導(dǎo)致了土壤中鋁的大量活化，嚴重制約了植物生長。因此，對鋁毒的研究已成為現(xiàn)代社會迫切要解決的問題。為減輕酸鋁土對作物的影響，施用石灰、增加土壤有機質(zhì)含量、施用硅肥等是常用的栽培方法。但這些方法的投資相對較大，經(jīng)濟效益相對較低，同時操作上也存在一定的困難。目前，最理想的方法是通過培育優(yōu)質(zhì)耐鋁植物品種進行酸土土壤改良［9-10］。

據(jù)了解，酸性土壤鋁毒的相關(guān)報道最早出現(xiàn)在20世紀60年代的國外，我國到20世紀80年代才有鋁毒的相關(guān)報道，但近些年研究者對各類植物鋁毒的相關(guān)研究有了一定的廣度和深度［11］。目前，關(guān)于鋁毒的研究主要集中在糧食作物、蔬果、樹種等方面，而發(fā)展起步較晚的草類植物相關(guān)鋁毒方面的研究相對較少，草坪草方面的研究尤為甚［11-12］。草坪草在酸性土壤上生長會受到抑制，影響草坪草的外觀品質(zhì)［13］，進而影響草坪建植后的景觀效果。因此，草坪建植和養(yǎng)護過程中土壤酸化及酸化土壤中的大量Al3+成為相關(guān)工作者關(guān)注的一個比較重要的管理養(yǎng)護問題。

竹節(jié)草(Chrysopogon aciculatus)作為一種暖季型草坪草，因其具有較強的匍匐能力，在我國南方被用作于水土保持植被和路邊的護坡草［14-15］。由于南方是我國酸性土壤的主要分布區(qū)，竹節(jié)草在生長過程中可能會遭受一定程度的鋁毒害。為使得竹節(jié)草得到更大程度的利用，本文在前人研究竹節(jié)草和其他草類植物耐鋁方面的基礎(chǔ)上，開展竹節(jié)草鋁濃度梯度的篩選和臨界濃度的試驗研究，以期為后期竹節(jié)草耐鋁品種選育提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草科技展示示范基地，試驗為期3個月:4月和5月為培養(yǎng)期，平均氣溫29℃左右;6月為處理期，平均氣溫31℃。

1.2 試驗材料

試驗所用材料為多年選育的優(yōu)良竹節(jié)草品系(CA10)。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料預(yù)培養(yǎng) 取帶有2～3個節(jié)的竹節(jié)草，插入裝有石英砂的200 mL塑料杯內(nèi)(塑料杯上口直徑7 cm、杯底直徑5 cm、高7 cm、杯底打孔)，每個杯3個莖段。每4個塑料杯懸于6 L桶上的泡沫板上，桶內(nèi)放入5 L Hoagland營養(yǎng)液，基本營養(yǎng)液成分:1.25 mmol·L－1Ca(NO3)2，1.25 mmol·L－1KNO3，0.5 mmol·L－1MgSO4，0.025 mmol·L－1NH4H2PO4，46 μmol·L－1B，0.3 μmol·L－1Cu，0.1 μmol·L－1Mo，9.2 μmol·L－1Mn，0.8 μmol·L－1Zn，286 μmol·L－1Fe(Fe-EDTA)，不間斷通氣，營養(yǎng)液浸沒杯底，培養(yǎng)兩個月。

1.3.2 處理方法 材料培養(yǎng)兩個月后，以廖麗等［16］試驗研究結(jié)果為依據(jù)，設(shè) 0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4 和 2.7 mmol·L－110 個處理鋁濃度，鋁為AlCl3·6H2O，營養(yǎng)液 pH值4.0。處理前統(tǒng)一修剪，沿四周修剪至杯體邊緣處，杯體邊緣外全部剪除。為減少鋁的沖擊效應(yīng)，在做統(tǒng)一處理前每天以0.3 mmol·L－1逐漸增加的鋁濃度連續(xù)處理，達到最高濃度(2.7 mmol·L－1)后，再處理 28 d。處理期間不斷通氣，每隔2 d換一次營養(yǎng)液。

1.4 測定指標與方法

參考廖麗等［16-17］、黃小輝等［18］、張靜等［19］試驗方法，在處理結(jié)束后，選用葉片顏色、坪用質(zhì)量和葉片枯黃率(LF)作為耐鋁性評價指標。

1.4.1 葉片顏色 采用目測法，重復(fù)4次并求平均值。顏色分級和賦分標準(9分級)分別為葉色藍綠(9分)、深綠(7分)、綠(5分)、淺綠(3 分)、黃綠(1分)，4 人打分求其平均值［20-21］。

1.4.2 坪用質(zhì)量 參照 NTEP(The National Turfgrass Evaluation Program，美國國家草坪草評比項目)標準，采用目測法以草坪的質(zhì)地、密度、均一性等為指標進行評分，最好質(zhì)量為9分，6分為可以接受的草坪質(zhì)量，0分為草坪死亡，4人打分求平均值。

1.4.3 葉片枯黃率 采用目測法對不同鋁濃度處理下的材料進行葉片枯黃率打分，5% 以下表示草坪草基本上沒有黃葉出現(xiàn)，50%表示草坪草有一半枯黃;95%以上表示基本上沒有綠葉而死亡，4人打分求其平均值［22-25］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

葉色和坪用質(zhì)量:用 SPSS 16.0和 Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)處理分析和統(tǒng)計。

臨界濃度:用SPSS 16.0軟件對每個處理的葉片枯黃率(LF)和鋁離子濃度(X，mmol·L－1)之間進行一元二次曲線回歸分析，求解出葉片枯黃率LF為50%時的鋁離子濃度X，表示為X50%［26-28］。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁脅迫對竹節(jié)草葉片顏色的影響

隨著鋁處理濃度的提高，竹節(jié)草的葉片顏色評分呈現(xiàn)下降趨勢(表1)。在0 ～2.7 mmol·L－1鋁濃度處理下，竹節(jié)草葉片顏色呈顯著差異(P＜0.05);在0.6 ～2.7 mmol·L－1的鋁濃度處理下，竹節(jié)草葉片顏色評分均低于3 分(淺綠)，在2.4 ～2.7 mmol·L－1的鋁濃度處理下，竹節(jié)草葉片顏色評分開始低于1.5分，在0.3 ～2.7 mmol·L－1濃度下，竹節(jié)草葉片顏色評分顯著低于對照組的(P＜0.05)。

2.2 鋁脅迫對竹節(jié)草坪用質(zhì)量的影響

竹節(jié)草的坪用質(zhì)量隨著鋁處理濃度的逐漸提高呈現(xiàn)不斷下降趨勢(表 1)。在0 ～2.7 mmol·L－1鋁濃度處理下的竹節(jié)草坪用質(zhì)量差異顯著(P＜0.05)，其中，0.9 ～1.5 mmol·L－1鋁濃度處理間，及 1.8、2.4與2.7 mmol·L－1鋁濃度處理間，竹節(jié)草坪用質(zhì)量無顯著差異(P ＞0.05)。從0.6 mmol·L－1濃度處理開始，評分低于6 分，在1.8、2.4 和2.7 mmol·L－1濃度處理下的竹節(jié)草評分低于4分。

2.3 鋁脅迫對竹節(jié)草葉片枯黃率的影響

隨著鋁濃度的提高，竹節(jié)草葉片枯黃程度逐漸加深(表1、圖1)。在 0 ～0.6 mmol·L－1鋁濃度處理下，竹節(jié)草葉片枯黃率未超過15%。在0～1.5 mmol·L－1濃度處理下，葉片枯黃率普遍低于40%，但各濃度處理間存在顯著差異(P ＜0.05)。1.8～2.7 mmol·L－1處理下的竹節(jié)草葉片枯黃率超過50%，最高達到75%，且與對照草坪呈顯著差異(P＜0.05)，但在2.1 mmol·L－1濃度下葉片枯黃率出現(xiàn)反跳，只達到55%。

表1 鋁脅迫28 d時竹節(jié)草的葉片顏色、坪用質(zhì)量和葉片枯黃率Table 1 Leaf color，turf quality and leaf firing percentage of C.aciculatus after stress 28 d by Al3+with different concentrations

圖1 10個鋁濃度處理梯度下的竹節(jié)草生長狀況(第28天)Fig.1 Growth status of Chrysopogon aciculatus under 10 aluminum concentration treatments(28th day)

2.4 各指標間的相關(guān)性分析

各指標間相關(guān)性均達到極顯著水平(P＜0.01)(表2)。其中，葉片顏色與坪用質(zhì)量呈極顯著正相(r=0.978);葉片顏色與葉片枯黃率呈極顯著負相關(guān)(r=－0.869);坪用質(zhì)量與葉片枯黃率呈極顯著負相關(guān)(r= －0.931)。

2.5 臨界濃度計算

分別以竹節(jié)草在不同鋁濃度脅迫下28d后的葉片枯黃率為自變量，以鋁濃度作為因變量建立回歸方程，求得鋁脅迫28 d后的鋁濃度相當于葉片枯黃率的一元二次回歸方程:LF=0.034 5+21.254 1X+2.601 0X2(r=0.991 5，r0.01=0.997 9)。參照黃小輝等［18］、Chen 等［26］和張淑俠等［29］試驗，以葉片枯黃率上升到50%作為竹節(jié)草存活的臨界鋁離子濃度，得出竹節(jié)草具有50% 存活的臨界鋁離子濃度為 1.909 6 mmol·L－1。

表2 各指標之間的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients between each parameter

3 討論與結(jié)論

在我國南方，紅壤地中本身含有大量金屬元素，為植物鋁毒害創(chuàng)造了先天條件［30-31］。減輕Al3+對植物的影響，更大程度地利用、改良酸性土壤，成為越來越多研究者關(guān)注的焦點。關(guān)于植物耐鋁方面的研究顯示，鋁毒害首先作用于根部，大量的Al3+積累在根系上，影響根系的伸展，阻礙營養(yǎng)分子的運輸，最終作用到地上部分，從而使得光合作用等受到影響，然后又反作用于地下部分，往復(fù)循環(huán)［32-34］。對植物耐鋁相關(guān)方面的研究所測定的指標也趨于分子化，這就需相對比較大的投入。為更直觀、快速地對植物耐鋁性進行評價，本研究在參考廖麗等［15］、胡化廣和張振銘［28］的試驗方法基礎(chǔ)上，采用外觀質(zhì)量評定法(顏色、坪用質(zhì)量、枯黃率)較為直觀地對植物耐鋁性進行分析。相比較其他草坪草等植物的耐鋁性方面的研究，竹節(jié)草還未開展此類研究，因此，本研究對竹節(jié)草種質(zhì)資源的臨界濃度進行了篩選。

竹節(jié)草作為一種潛在的低養(yǎng)護草坪草種，雖然已對其進行了形態(tài)多樣性、抗旱性等研究［15，35］，但尚未開展耐鋁性研究。研究表明，在不同濃度的鋁脅迫下評定竹節(jié)草的不同指標存在顯著差異(P＜0.05)。在從低到高的鋁濃度梯度處理下，葉片枯黃率呈上升走勢，葉片顏色、坪用質(zhì)量的評分都是呈現(xiàn)下降走勢。葉片枯黃率作為影響植物生長優(yōu)劣的主要指標，可以較為直觀地評價竹節(jié)草不同鋁濃度處理的影響程度。但葉片顏色和坪用質(zhì)量也會影響枯黃率的目測打分，如1.8 mmol·L－1處理濃度下的竹節(jié)草視覺上優(yōu)于2.7 mmol·L－1處理濃度下的竹節(jié)草(圖1)。因為1.8 mmol·L－1處理濃度下的竹節(jié)草屬于擴張式生長，分枝數(shù)相對較多，葉片顏色接近淺綠等級打分;2.7 mmol·L－1處理濃度下的竹節(jié)草集中式生長，葉片顏色在黃綠等級段打分，從而使得視覺效果存在一定的差異，另一方面也佐證了此次試驗所采用的各指標間存在相關(guān)性。各指標(葉片顏色、坪用質(zhì)量和葉片枯黃率)之間相關(guān)性均達到極顯著水平(P＜0.01)，葉片枯黃率與葉片顏色、坪用質(zhì)量均呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.869和 － 0.931。本研究結(jié)果 (LF50%=1.909 6 mmol·L－1)可為后期竹節(jié)草大量種質(zhì)資源耐鋁性評價奠定基礎(chǔ)。

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