白灰毛豆對(duì)土壤pH的生態(tài)適應(yīng)性研究

孫樂(lè)帆,廖婉瑩,趙懷寶,羊金殿,柳新強(qiáng)

(1.三亞市苗圃場(chǎng),海南 三亞572022;2.海南熱帶海洋學(xué)院 生命科學(xué)與生態(tài)學(xué)院,海南 三亞 572022;3.三亞市林業(yè)科學(xué)研究院,海南 三亞572022)

白灰毛豆對(duì)土壤pH的生態(tài)適應(yīng)性研究

孫樂(lè)帆1,廖婉瑩2,趙懷寶2,羊金殿3,柳新強(qiáng)2

(1.三亞市苗圃場(chǎng),海南 三亞572022;2.海南熱帶海洋學(xué)院 生命科學(xué)與生態(tài)學(xué)院,海南 三亞 572022;3.三亞市林業(yè)科學(xué)研究院,海南 三亞572022)

外來(lái)種入侵機(jī)制之一就是其對(duì)環(huán)境的廣泛適應(yīng)性.通過(guò)研究白灰毛豆種子在不同pH緩沖液的萌發(fā)以及一年生植株在不同pH土壤生長(zhǎng)的生理指標(biāo)變化,確定其生態(tài)幅,為擴(kuò)展區(qū)域預(yù)測(cè)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù).試驗(yàn)以不同pH值(pH=6,7,8)的磷酸緩沖液和蒸餾水澆灌,研究白灰毛豆種子萌發(fā)情況.以其一年生植株為試材,以實(shí)驗(yàn)室調(diào)配的pH分別為3.5(L),7.49(M1),7.9(M2)三種土壤做栽培基質(zhì),并以pH為5.25的紅壤作對(duì)照,測(cè)定移栽后植株生長(zhǎng)中形態(tài)和葉綠素、Pro、MDA含量和POD活性變化,研究其對(duì)pH的生態(tài)適應(yīng)性.結(jié)果表明:種子在不同基質(zhì)中均都能萌發(fā),萌發(fā)率分別為4.85%,3.64%,6.06%,約為對(duì)照的1/2-3/5.L較M1、M2對(duì)一年生植株生長(zhǎng)表現(xiàn)出了更強(qiáng)的脅迫效應(yīng),但90天后,各處理植株均恢復(fù)了正常的生長(zhǎng),且L植株生長(zhǎng)好于M1、M2.各處理植株P(guān)ro、MDA含量和POD活性均表現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),表明其對(duì)環(huán)境的逐步適應(yīng).在酸性至堿性土壤上種子萌發(fā)和生長(zhǎng)特性以及表現(xiàn)出的生理上適應(yīng)性,使其擴(kuò)展適應(yīng)范圍較大.

白灰毛豆;pH;生態(tài)適應(yīng)性

0 引言

白灰毛豆(TepHrosiacandida)是豆科灰葉屬植物,原產(chǎn)印度和馬來(lái)半島,廣東、廣西、海南有引種,并逸生于草地曠野和山坡[1].它是一個(gè)外來(lái)物種,又是一種資源植物,可做綠肥,并且是良好的堤岸保土植物,植物栽培中的庇護(hù)植物[2-5].但作為一個(gè)外來(lái)物種,白灰毛豆花期長(zhǎng),授粉受精快,結(jié)實(shí)率高,在較低溫度下即可萌發(fā),初步的實(shí)驗(yàn)研究表明其具有較強(qiáng)的抑制黃瓜、生菜種子萌發(fā)的化感作用(待發(fā)表).觀(guān)察還發(fā)現(xiàn),其出現(xiàn)極顯著地降低了群落的植物多樣性,這些特征使其有可能成為一個(gè)潛在的入侵物種[6-7].能夠成功入侵的物種一般對(duì)主要環(huán)境因子都具有較廣的適應(yīng)幅度,對(duì)不同生境條件的適應(yīng)性與入侵性密切相關(guān)[8-9].因此,外來(lái)物種的生態(tài)入侵風(fēng)險(xiǎn)分析必須要對(duì)該物種生態(tài)適應(yīng)性進(jìn)行研究.查閱文獻(xiàn)表明,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)白灰毛豆的研究較少,主要集中在關(guān)于同屬的非洲灰毛豆果實(shí)提取物的農(nóng)藥利用和間作利用[10]及植被恢復(fù)應(yīng)用[2],其對(duì)土壤的生態(tài)適應(yīng)性研究尚未見(jiàn)報(bào)道.

本研究以白灰毛豆種子和一年生植株為試材,以實(shí)驗(yàn)室調(diào)配的不同pH土壤做栽培基質(zhì),測(cè)定白灰毛豆種子的萌發(fā)和移栽后幼苗生長(zhǎng)中形態(tài)指標(biāo)和葉綠素、Pro、MDA含量和POD活性變化,研究其對(duì)pH的生態(tài)適應(yīng)性,為確定其生態(tài)幅,也為擴(kuò)展區(qū)域預(yù)測(cè)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)[11].

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

白灰毛豆種子于2013年10月采集于G98高速公路邊坡,自然陰干,室溫保存,作為不同pH種子萌發(fā)試驗(yàn)材料.

供試不同pH土壤取樣地點(diǎn)及理化性質(zhì)見(jiàn)表1.

表1 土壤取樣地點(diǎn)及理化性質(zhì)

野外自然狀態(tài)下,選取生長(zhǎng)狀態(tài)基本一致的一年生白灰毛豆植株,移栽于內(nèi)徑21cm、高20 cm的花盆中,每天澆水養(yǎng)護(hù),待植株完全成活后,作為不同pH土壤處理材料.

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)處理方法

(1)不同pH對(duì)種子萌發(fā)的影響.將種子潤(rùn)洗,消毒后置于9個(gè)直徑為10 cm,鋪有 2層濾紙的培養(yǎng)皿中,每皿30 粒.澆灌三種不同pH值(pH=6,7,8)的磷酸緩沖液,以澆灌蒸餾水作對(duì)照.每個(gè)處理3次重復(fù),觀(guān)察、記錄種子萌發(fā)情況.

(2)不同pH對(duì)一年生植株形態(tài)和生理指標(biāo)的影響.將已移栽成活的一年生白灰毛豆植株,保留少量根部原土,修剪根系,移栽于不同pH值的土壤中(L,M1,M2),每盆一株,重復(fù)3次,撫育管理.處理后第30, 60, 75天測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo),并測(cè)定實(shí)驗(yàn)前后土壤pH值.

1.2.2指標(biāo)及測(cè)定方法

應(yīng)用PS-3C酸度計(jì)測(cè)定土壤pH值[12].用精度為1 mm的直尺測(cè)量株高、節(jié)長(zhǎng)等.用精度為0.001 g的電子天平測(cè)定植株的生物量.

葉綠素含量測(cè)定采用95%乙醇比色法;丙二醛(MDA)含量采用0.6%TBA比色法;游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮比色法;過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[13].

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示.應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖.應(yīng)用SPSS19.0進(jìn)行方差分析,采用LSD法進(jìn)行多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1種子萌發(fā)對(duì)pH的生態(tài)適應(yīng)性

圖1 不同pH處理種子萌發(fā)歷程

種子萌發(fā)率的高低直接決定后代的數(shù)量.試驗(yàn)表明,CK白灰毛豆種子萌發(fā)率為10.3%,而pH為6,7,8的緩沖液萌發(fā)率分別為4.85%, 3.64%, 6.06%,顯著低于CK.觀(guān)察發(fā)現(xiàn),CK種子萌發(fā)后根系生長(zhǎng)快,11天后平均根長(zhǎng)達(dá)4.61 cm,而pH處理組種子根系伸長(zhǎng)受到抑制,突破種皮后(約2 mm)就不再伸長(zhǎng).

由圖1可以看出,種子在第二天就開(kāi)始萌發(fā),蒸餾水組種子前3天大量萌發(fā),而pH=6和pH=8的兩個(gè)處理在第3～5天大量萌發(fā),pH=7的處理在第5～7天才大量萌發(fā),這說(shuō)明偏酸與偏堿環(huán)境較中性環(huán)境提前了種子萌發(fā)時(shí)間,但在偏堿性環(huán)境下萌發(fā)率更高.

2.2一年生植株對(duì)pH的生態(tài)適應(yīng)性

2.2.1形態(tài)指標(biāo)的變化

土壤pH值高低直接影響到營(yíng)養(yǎng)元素的有效性和植物對(duì)礦質(zhì)的吸收,其異常會(huì)影響植物的生長(zhǎng).觀(guān)察發(fā)現(xiàn),移栽5天后,L植株葉片出現(xiàn)干枯、脫落,M1與M2植株葉片上出現(xiàn)了大量褐色或黃色斑點(diǎn),并從葉緣向內(nèi)擴(kuò)展,長(zhǎng)勢(shì)差.但移栽75天后,情況都出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn),各處理植株均長(zhǎng)出了新葉,葉色也恢復(fù)正常.

從表2可以看出,CK株高、總生物量、根瘤菌數(shù)目均高于各處理.其中, CK株高比M1,L,M2分別高出0.93%, 4.10%, 13.2%,差異不顯著.總生物量比L,M2,M1分別高出75.18%, 88.12%, 152.8%.CK與L之間,L分別與M1、M2之間都達(dá)到了顯著水平,CK根瘤菌數(shù)目比L,M2,M1分別高出263.7%, 512.07%, 1294.5%;與各處理間都達(dá)到了顯著水平.L處理的主根長(zhǎng)顯著高于CK和其他處理.L處理的根冠比也最大,分別比CK,M1,M2高出22.19%,23.9%,50.4%,方差分析表明,L根冠比顯著大于M1和M2,且CK處理的根冠比也顯著高于M2.綜上可知,CK處理下植株長(zhǎng)勢(shì)最好,其次為L(zhǎng)處理,再次為M2、M1,也表明其通過(guò)增加根系的長(zhǎng)度和數(shù)量,能更好地適應(yīng)酸性環(huán)境.

表2 不同處理下白灰毛豆一年生植株的形態(tài)指標(biāo)

注：同行不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05),同行不同大寫(xiě)字母表示不同處理間差異極顯著(P<0.01).

2.2.2生理指標(biāo)的變化

2.2.2.1對(duì)葉綠素含量的影響

觀(guān)察發(fā)現(xiàn),不同pH處理植株葉色表現(xiàn)出明顯的不同,其中M1植株新生葉片呈黃綠色, M2植株葉片分布有黃色斑點(diǎn).從圖2可以看出, 移栽30天后,各處理葉綠素a含量由大到小依次為:CK,M2,L,M1.隨著時(shí)間推移,M2和L葉綠素a含量上升,CK和M1則下降,移栽60天后,各處理葉綠素a含量為CK>M2>L>M1.移栽75天后,M2略高于CK和L,而M1呈現(xiàn)出繼續(xù)下降的趨勢(shì)且最低.

圖2 不同pH處理下一年生植株葉綠素a含量的變化

從圖3中看出,移栽30天后,與葉綠素a類(lèi)似,葉綠素b含量也表現(xiàn)為CK>M2>M1>L.隨著時(shí)間推移,除L外其他處理的葉綠素b含量均下降,移栽60天、75天后,各處理葉綠素b含量為CK>M2>L>M1,和葉綠素a一致.

圖3 不同pH處理下一年生植株葉綠素b含量的變化

從圖4看出,移栽30天后,總?cè)~綠素含量同葉綠素b含量類(lèi)似,表現(xiàn)為CK>M2>M1>L,其中L與M1相差不大.隨著時(shí)間推移,M2與L上升,CK與M1下降,最終CK>M2>L>M1.

圖4 不同pH處理下一年生植株葉綠素總含量的變化

圖5 不同pH處理下一年生植株P(guān)ro含量的變化

2.2.2.2對(duì)Pro含量的影響

Pro具有調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓和維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用[15].植物通過(guò)提高其體內(nèi)游離Pro含量來(lái)適應(yīng)逆境.由圖5可知,移栽30天后,Pro含量從大到小依次為L(zhǎng)>M1>M2>CK, L比 M1,M2,CK分別高出135.51%, 215.44%, 667.02%.隨后各處理均下降,移栽60天后,Pro含量表現(xiàn)為M1>M2>L>CK,且三處理間數(shù)值相差不大,堿性土壤大于酸性土壤.移栽75天后, M1>CK>M2, M1比CK,M2分別高出125.23%, 286.7%.移栽30天后,L處理較其他都高,說(shuō)明植株對(duì)異常酸脅迫的反應(yīng)早于異常堿脅迫;而移栽75天后,M處理大于L處理,說(shuō)明其對(duì)異常酸性土壤的適應(yīng)能力強(qiáng)于對(duì)堿性土壤,這表明其可能其更適于在酸性土壤生長(zhǎng).

2.2.2.3對(duì)MDA含量的影響

圖6 不同pH處理下一年生植株MDA含量的變化

MDA是植物在環(huán)境脅迫下膜脂過(guò)氧化而產(chǎn)生的一種具有細(xì)胞毒性的物質(zhì)[15],用以了解植物在不良環(huán)境下的受損程度.由圖6可知,移栽30天后,MDA含量表現(xiàn)為M2>L> M1>CK.隨著時(shí)間推移,各處理及對(duì)照MDA含量均下降,下降幅度最大的是M2.移栽60天后,MDA含量表現(xiàn)為M1>L> M2>CK, 移栽75天后,表現(xiàn)為M1>CK>M2>L.可以看出,初始移栽30后,L和 M2都是較高的,但白灰毛豆表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性,MDA快速持續(xù)下降.

2.2.2.4對(duì)POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)清除活性氧的重要的保護(hù)酶,能夠消除細(xì)胞內(nèi)的氧自由基,減輕其對(duì)植物造成的傷害[16].由圖7可以看出,移栽30天后,POD活性最大的是L,M1和M2兩者相差不大.移栽60天后,除CK變化不大外,各處理均下降,且M1>CK>L>M2.移栽75天后, L 、M1、CK和M2均繼續(xù)下降,且相差不大.

3討論與結(jié)論

注:△A470為單位時(shí)間吸光度的變化值圖7 不同pH處理下一年生植株P(guān)OD活性的變化

種子萌發(fā)是成功入侵和定居的前提條件.種子萌發(fā)特性是物種長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果. 作為起源于熱帶的外來(lái)物種,白灰毛豆種子在酸性至堿性的環(huán)境中均能萌發(fā),表明其萌發(fā)對(duì)pH的生態(tài)幅較寬,這就為其生長(zhǎng)區(qū)擴(kuò)展創(chuàng)造了條件.實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),其種子萌發(fā)周期較長(zhǎng),陳種子萌發(fā)率高于新種子,這或許是某種抑制物質(zhì)的存在.同時(shí),觀(guān)察發(fā)現(xiàn)大粒種子先萌發(fā),表現(xiàn)出種子萌發(fā)的差異性,這更增加了其適應(yīng)不同環(huán)境的能力,分批萌發(fā),增強(qiáng)了其抵御不良環(huán)境的能力.試驗(yàn)中,蒸餾水呈弱酸性,說(shuō)明其種子在偏酸環(huán)境中萌發(fā)率更高,但根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)受到了抑制.

對(duì)一年生植株而言,移栽30天時(shí),酸性環(huán)境較堿性環(huán)境表現(xiàn)出了更強(qiáng)的脅迫效應(yīng),L植株葉片完全脫落.但移栽90天后,各處理植株均恢復(fù)了正常的生長(zhǎng)狀態(tài),且表現(xiàn)為L(zhǎng)植株生長(zhǎng)好于M1和M2.這說(shuō)明白灰毛豆植株對(duì)土壤pH具有極強(qiáng)的適應(yīng)性,雖然適合生長(zhǎng)在酸性土壤,但也能適應(yīng)堿性環(huán)境.

作為一種豆科植物,根瘤的形成有助于植物固氮.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),酸性土壤根瘤數(shù)量顯著高于堿性土壤,其較強(qiáng)的適應(yīng)能力或許與其根部根瘤的數(shù)量有直接關(guān)系,這有待進(jìn)一步研究.

不同pH處理下的葉綠素含量變化不規(guī)律,而Pro, MDA, POD酶活性的變化則更能反映植株對(duì)不同pH土壤的適應(yīng)性.不同處理中Pro、MDA、POD含量變化均表現(xiàn)出先上升后又下降的趨勢(shì),表明其對(duì)環(huán)境的逐步適應(yīng),這與已有的相關(guān)研究結(jié)果是一致的[17].同時(shí),處理間表現(xiàn)為堿性土壤大于酸性土壤,說(shuō)明堿性土壤的脅迫強(qiáng)于酸性土壤,這或許和它起源地酸性土壤環(huán)境有關(guān).

作為一種潛在的生態(tài)入侵植物,還需要密切關(guān)注其組成群落的演替,在加強(qiáng)其繁殖生態(tài)、化感作用和種群生態(tài)研究的同時(shí),研究其對(duì)光照、溫度等生態(tài)適應(yīng)性,為科學(xué)防治提供依據(jù).

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EcologicalAdaptabilityofTephrosiacandidatopH

SUN Le-fan1, LIAO Wan-ying2,ZHAO Huai-bao2,YANG Jing-dian3, LIU Xin-qiang2

(1.Sanya Nursery Field, Sanya Hainan 572022, China;2.School of Life Science and Ecology,Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China;3.The Institute of Sanya City Forestry Science, Sanya Hainan 572022, China)

One of the invasive mechanisms of alien species is its wide adaptability to the environment.To provide the basis for extending regional prediction and ecological risk assessment, the ecological amplitude ofTephrosiacandida’sseeds was determined by studying the their germination at different pH buffer, and the morphological and physiological indexes of annual plants grown in the soil of different pH.Experiment was conducted on the germination of the seeds watered with different pH (pH = 6,7,8) phosphate buffer and distilled water.With the annual plants ofTephrosiacandidaas test materials, using three kinds of soil cultivation matrix—pH 3.5 (L), 7.49 (M1), 7.9 (M2), and with red soil (pH 5.25) as control group, the change of shape, chlorophyll, Pro, MDA content and POD activity were measured after transplanting.The results showed that the seed germinated in different substrates, with the germination rate 4.85 %, 3.64 % and 6.06 %, respectively—about 1/2-3/5 of that of CK.Compared to those in alkali environment, annual plants in acid environment show stronger stress effect.However, 90 days later, all plants return to normal state, and the acid ones grow better than the alkali ones.Proline, MDA content and POD activity in annual plants under different treatments all show decline, which indicatesTephrosiacandida’sseeds are adapting to the environment gradually.The seed germination in acidic and alkaline soil, and its physiological adaptability and growth characteristics expand the adaptation scope oftephrosiacandida.

Tephrosiacandida; pH; ecological adaptability

格式：孫樂(lè)帆,廖婉瑩,趙懷寶,等.白灰毛豆對(duì)土壤pH的生態(tài)適應(yīng)性研究[J].海南熱帶海洋學(xué)院學(xué)報(bào), 2017,24(5):21-26.

2017-09-25

三亞市專(zhuān)項(xiàng)試制項(xiàng)目(2016KS02);三亞市院地合作項(xiàng)目(2016YD11);海南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目( 2016111000025, 2016111000026)

孫樂(lè)帆(1971-),男,海南樂(lè)東人,三亞市苗圃場(chǎng)工程師, 研究方向?yàn)閳@林.

趙懷寶(1969-),男,河南永城人,海南熱帶海洋學(xué)院生命科學(xué)與生態(tài)學(xué)院教授,博士, 研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)及園林.

Q948.1

A

2096-3122(2017) 05-0021-06

10.13307/j.issn.2096-3122.2017.05.04

(編校何軍民)