鋁脅迫對西藏野生垂穗披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

藺永和,吳景,方江平，張衛(wèi)紅,苗彥軍*,李勇勝

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；3.揚(yáng)州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225009)

目前，酸性土壤約占世界可耕地面積的40%，是影響作物生產(chǎn)的一個重要因素[1]。除自然因素外，一些人為因素也會導(dǎo)致土壤酸化，例如過度使用化肥、氮浸出、有機(jī)質(zhì)累積及各種酸性污染物的排放等[2]。鋁屬于輕金屬，在地殼中的含量僅次于氧和硅，是含量最高的金屬元素[3]。在中性土壤環(huán)境中，鋁主要以鋁硅酸鹽和氧化物的形式存在于地殼中，當(dāng)土壤pH<5時，鋁會由對植物無毒性的鋁硅酸鹽或氧化物，溶解形成對植物具有毒性的鋁離子(Al3+)形式，從而影響植物生長[4]，因此，鋁毒是酸性土壤中造成作物減產(chǎn)的主要因素。鋁毒可以快速抑制植物根系生長[5]，阻礙細(xì)胞伸長和分裂[6]，降低植物對水分的吸收和養(yǎng)分的攝取[7]，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)。所以解決土壤酸鋁毒害問題，揭示酸鋁毒害植物的機(jī)理，對提高作物產(chǎn)出具有重要意義。

垂穗披堿草(Elymusnutans)是多年生冷季型禾本科牧草，主要分布在我國青藏高原西北和西南地區(qū)，能在海拔5200 m以上的喜馬拉雅山地區(qū)良好生長，作為青藏高原草地中的建群種，是草原和草甸的重要組成部分[8-9]。垂穗披堿草長期在惡劣的環(huán)境條件下生長，經(jīng)過漫長的自然選擇，逐漸形成了具有高度抗寒、抗旱等珍貴的遺傳基因[10]。目前，就垂穗披堿草抗寒[11-12]、抗旱[13]及耐鹽堿[14]等方面的研究較多，但對耐酸鋁方面的報(bào)道較為少見。有研究報(bào)道，在酸性環(huán)境下，即使微摩爾濃度的Al3+，也會對植物造成毒害[15-16]。至今，人們對植物耐鋁機(jī)制的認(rèn)識仍不是很清楚，但有許多研究表明鋁對植物細(xì)胞的毒害影響首先表現(xiàn)在細(xì)胞膜上[17]，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂過氧化，丙二醛含量升高，質(zhì)膜透性增加，破壞細(xì)胞成分并擾亂細(xì)胞代謝過程，干擾植物生長發(fā)育，甚至導(dǎo)致植物死亡[18]。但有些植物物種逐漸進(jìn)化形成了降低鋁毒影響的策略，可以在酸鋁土壤中生長良好，并在植物組織中富集大量的鋁，且不表現(xiàn)出毒性癥狀。

種子萌發(fā)和幼苗生長是植物能否在酸鋁環(huán)境中成功建植的先決條件。目前，酸鋁脅迫對西藏野生垂穗披堿草種子萌發(fā)和幼苗生長的研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)以采自西藏不同區(qū)域的野生垂穗披堿草種子為材料，研究酸鋁脅迫對垂穗披堿草種子萌發(fā)、幼苗生長、MDA含量、可溶性糖含量、鋁富集及磷含量的影響,以期為酸鋁污染土壤的改良提供一定的科學(xué)依據(jù)和寶貴的植物資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

青藏高原自然環(huán)境的主要特點(diǎn)是海拔高、降水少、寒冷、紫外線輻射強(qiáng)烈等。本試驗(yàn)供試材料為采自西藏自治區(qū)那曲縣、申扎縣及浪卡子縣的野生垂穗披堿草種子，具體采集地點(diǎn)、采集年份及生長環(huán)境如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料Table 1 The sources of the test materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年5-6月在西藏農(nóng)牧學(xué)院高寒草地教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。種子萌發(fā)試驗(yàn)及鋁富集試驗(yàn)均在條件為光照14 h/25 ℃，黑暗10 h/20 ℃的人工氣候箱中進(jìn)行。

萌發(fā)試驗(yàn)設(shè)計(jì)：選取籽粒均勻一致且飽滿的垂穗披堿草種子，用2%的次氯酸鈉消毒10 min，然后用蒸餾水充分沖洗，接著將消毒后的種子分別用濃度為0(CK)、0.5、1.0、1.5 mmol·L-1的AlCl3(pH 4.5)溶液浸泡2 h。將消毒且浸泡后的種子均勻擺放到墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿(d=9 cm)中，每個培養(yǎng)皿中添加5 mL不同濃度的Al3+溶液(pH 4.5)，同時擺放30粒種子，每個處理設(shè)5個重復(fù)。每天定時添加蒸餾水，以保持濾紙濕潤。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗根長、株高、根重、莖葉重、丙二醛及可溶性糖含量。

鋁富集試驗(yàn)設(shè)計(jì)：將消毒且通過蒸餾水浸泡后的垂穗披堿草種子置于墊有兩層濾紙且含有蒸餾水的培養(yǎng)皿中催芽7 d后，挑選出生長均一的幼苗轉(zhuǎn)移至盛有蛭石的塑料籃中并置于含有1/2 Hoagland營養(yǎng)液(pH 4.5)的塑料盆中培養(yǎng)，1/2 Hoagland 營養(yǎng)液中大量元素包括KNO3(2.5 mmol·L-1)，Ca(NO3)2(2.5 mmol·L-1)，MgSO4(1 mmol·L-1)和NH4H2PO4(0.5 mmol·L-1)，微量元素包括 NaFeEDTA(50 μmol·L-1)，H3BO3(7.5 μmol·L-1)，MnCl2(1.25 μmol·L-1)，CuSO4(0.5 μmol·L-1)，ZnSO4(1 μmol·L-1)，持續(xù)培養(yǎng)一周。接著將1/2 Hoagland營養(yǎng)液換為含有不同濃度Al3+(0、1.5 mmol·L-1)的1/2 Hoagland營養(yǎng)液(pH 4.5)，每隔一天換一次處理液，連續(xù)處理10 d，各處理設(shè)置5個重復(fù)。Al3+處理10 d后，計(jì)算根系及地上部含水量、磷含量及鋁富集量。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1發(fā)芽參數(shù)的測定 每天定時觀察并記錄發(fā)芽的種子數(shù)，發(fā)芽試驗(yàn)在第7天時計(jì)算發(fā)芽勢，第14天時計(jì)算發(fā)芽率。1)發(fā)芽勢=(前7 d正常的種苗數(shù)/供試種子數(shù))×100%；2)發(fā)芽率=(前14 d正常的種苗數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

1.3.2生長指標(biāo)的測定 發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，從每個培養(yǎng)皿中取出均勻一致的10株幼苗，用直尺(0.1 cm)測量幼苗的根長和株高，再把幼苗分為地上和地下兩部分，用萬分之一的天平(0.0001 g)稱量幼苗的根重和莖葉重。

1.3.3生理指標(biāo)的測定 發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，取植株幼苗，采用硫代巴比妥酸法[19]測定丙二醛(MDA)含量，蒽酮法測定可溶性糖含量[19]。

1.3.4含水量測定 含水量=[(組織鮮重-組織干重)/組織鮮重]×100%

1.3.5鋁富集及磷含量的測定 稱取0.2 g研磨均勻的植物樣品，置于消化管中，加入10 mL的硝酸、高氯酸和硫酸(8∶1∶1)混合液，然后置于消化爐上消化，當(dāng)消化液呈現(xiàn)無色透明狀時，將其轉(zhuǎn)移并定容至100 mL容量瓶中。采用鉻天青S分光光度法測定植物組織中的鋁含量[20]；采用鉬銻抗比色法測定植物組織中磷含量。

1.3.6抗鋁毒的評價方法 抗鋁毒的評價采用隸屬函數(shù)法[21]，以3個不同區(qū)域野生垂穗披堿草在不同濃度Al3+處理下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、株高、根重、莖葉重、MDA含量、可溶性糖含量作為指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。計(jì)算公式如下：

D1(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：Xi代表第i個指標(biāo)值，Xmax代表所有品種第i個指標(biāo)的最大值，Xmin代表所有品種第i個指標(biāo)的最小值。若所測指標(biāo)與植物的耐鋁性呈負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)計(jì)算其抗鋁隸屬函數(shù)值。

D2(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

根據(jù)3個不同區(qū)域野生垂穗披堿草各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值，計(jì)算出平均值后進(jìn)行比較，平均值越大說明該牧草的抗鋁毒能力越強(qiáng)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步整理及圖表的繪制，采用SPSS 19.0軟件One-way ANOVA進(jìn)行方差分析，樣本間差異顯著性用Duncan檢測法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Al3+對垂穗披堿草種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

2.1.1Al3+對垂穗披堿草種子發(fā)芽勢的影響 發(fā)芽勢是評估種子發(fā)芽整齊度及發(fā)芽速率的重要指標(biāo)之一。由圖1可知，隨Al3+濃度升高，那曲垂穗披堿草種子發(fā)芽勢呈先升高后降低的趨勢，這說明低濃度的Al3+(0.5 mmol·L-1)對種子發(fā)芽勢具有促進(jìn)作用，且與對照相比，升高了2.2%，但差異水平不顯著(P>0.05)，當(dāng)Al3+濃度為1.5 mmol·L-1時，發(fā)芽勢為25.3%，較對照顯著降低了57.8%(P<0.05)；申扎垂穗披堿草種子的發(fā)芽勢與Al3+濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，1.5 mmol·L-1Al3+處理時，其發(fā)芽勢降到最低，為40.0%，較對照顯著降低了31.8%(P<0.05)；浪卡子垂穗披堿草種子的發(fā)芽勢隨Al3+濃度的升高而顯著降低，各處理組與對照間差異水平均顯著(P<0.05)，當(dāng)培養(yǎng)液中Al3+濃度為0.5、1.0和1.5 mmol·L-1時，其發(fā)芽勢分別為42.7%、37.3%和20.0%，與對照相比，分別被顯著抑制了27.3%、36.4%和65.9%。

2.1.2Al3+對垂穗披堿草種子發(fā)芽率的影響 隨Al3+濃度升高，3種野生垂穗披堿草種子的發(fā)芽率均表現(xiàn)出降低的變化規(guī)律(圖2)。Al3+濃度≤1.0 mmol·L-1時，那曲和浪卡子垂穗披堿草種子發(fā)芽率與對照間無顯著性差異(P>0.05)，但1.5 mmol·L-1Al3+處理時，這兩種垂穗披堿草種子發(fā)芽率分別較對照顯著降低了52.6%和32.1%(P<0.05)；通過顯著性分析，發(fā)現(xiàn)申扎垂穗披堿草種子發(fā)芽率在各處理組間差異水平均不顯著(P>0.05)。這表明，在本研究范圍內(nèi)，Al3+對申扎垂穗披堿草種子的發(fā)芽率沒有明顯影響(P>0.05)，與之相反，高濃度的Al3+(1.5 mmol·L-1)顯著抑制那曲和浪卡子垂穗披堿草種子發(fā)芽率(P<0.05)。

圖1 Al3+脅迫對垂穗披堿草種子發(fā)芽勢的影響Fig.1 Effect of Al3+stress on germination vigor in E. nutans

圖2 Al3+脅迫對垂穗披堿草種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Effect of Al3+stress on germination rate in E. nutans

不同小寫字母代表不同處理之間差異顯著(P<0.05)。那曲、申扎、浪卡子分別代表采自那曲、申扎、浪卡子的披堿草種子。下同。Different small letters represent the significant differences of different treatments (P<0.05). Naqu represent NaquE.nutans, Shenza represent ShenzaE.nutans, Nagarzê represent NagarzêE.nutans. The same below.

2.2 Al3+對垂穗披堿草幼苗生長指標(biāo)的影響

2.2.1Al3+對垂穗披堿草幼苗根長和株高的影響 在不同濃度的Al3+脅迫下，3種垂穗披堿草幼苗的根長和株高均隨Al3+濃度的升高而降低(圖3A,B)。那曲和申扎垂穗披堿草幼苗根長在各處理組間差異水平顯著(P<0.05)；浪卡子垂穗披堿草幼苗根長在Al3+濃度為1.0和1.5 mmol·L-1之間不存在顯著性差異(P>0.05)，但與對照相比，差異水平顯著(P<0.05)。當(dāng)Al3+濃度為1.5 mmol·L-1時，3種垂穗披堿草幼苗根長均降到最低，分別為0.12、0.48和0.45 cm，其抑制率分別達(dá)到97%、90%和86%，這表明，在高濃度Al3+(1.5 mmol·L-1) 處理下，那曲垂穗披堿草根長受抑制程度最為明顯，其次為申扎垂穗披堿草，而浪卡子垂穗披堿草根長受抑制程度最小。

圖3 Al3+脅迫對垂穗披堿草根長、株高、根重及莖葉重的影響Fig.3 Effects of Al3+ stress on root length, plant height, root weight and shoot weight in E. nutans

與對照相比，Al3+脅迫顯著抑制了3種垂穗披堿草的株高(P<0.05) ，當(dāng)Al3+濃度為0.5和1.0 mmol·L-1時，那曲和浪卡子垂穗披堿草幼苗株高間差異水平均不顯著(P>0.05)，而申扎垂穗披堿草相反；當(dāng)Al3+濃度為1.0和1.5 mmol·L-1時，申扎和浪卡子垂穗披堿草幼苗株高間均無顯著性差異(P>0.05)，而那曲垂穗披堿草卻相反。1.5 mmol·L-1的Al3+對3種垂穗披堿草幼苗的株高抑制最為明顯，那曲、申扎及浪卡子垂穗披堿草幼苗株高抑制率分為46.6%、40.9%和29.9%。這與根長受抑制程度具有相似的變化規(guī)律，同時，根長受抑制程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于株高，這表明Al3+脅迫主要影響垂穗披堿草的根系伸長。

2.2.2Al3+對垂穗披堿草幼苗根重和莖葉重的影響 由圖3C,D可知，3種垂穗披堿草幼苗根重和莖葉重均與Al3+濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨Al3+濃度的升高，垂穗披堿草根重和莖葉重降低。當(dāng)Al3+濃度從0.5 mmol·L-1上升到1.5 mmol·L-1，與對照相比，那曲垂穗披堿草幼苗根重分別較對照顯著降低了52.2%、72.8%和85.5%(P<0.05)，申扎分別降低了30.1%、71.0%和88.0%，浪卡子分別降低了22.7%、51.4%和78.0%；那曲垂穗披堿草幼苗莖葉重抑制率分別為21.2%、31.7%和44.6%，申扎分別11.2%、33.8%和43.3%，浪卡子分別為16.2%、30.9%和42.4%。那曲和浪卡子垂穗披堿草幼苗根重和莖葉重在各處理組間均存在顯著性差異(P<0.05)；低濃度的Al3+(0.5 mmol·L-1) 處理，申扎垂穗披堿草根重和莖葉重與對照間差異水平均不顯著(P>0.05)，同時，其根重和莖葉重在兩個高濃度Al3+(1.0和1.5 mmol·L-1)處理組間也不存在顯著性差異(P>0.05)，但當(dāng)Al3+濃度≥1.0 mmol·L-1時，與對照相比，差異水平顯著(P<0.05)。同時，結(jié)果還表明，Al3+對3種垂穗披堿草幼苗根重的影響大于對莖葉重的影響，這與Al3+對根長和株高的影響結(jié)果是一致的。

2.2.3Al3+對垂穗披堿草幼苗含水量的影響 由圖4可知，Al3+脅迫條件下，3種垂穗披堿草幼苗地上部和根系含水量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。與對照相比，處理組中3種垂穗披堿草根系含水量降低較為緩慢，但地上部含水量急劇降低。1.5 mmol·L-1Al3+處理時，那曲、申扎和浪卡子垂穗披堿草根系含水量分別較對照降低了1.6%、0.8%和0.1%，地上部含水量分別較對照降低了2.4%、3.7%和2.1%。這表明Al3+脅迫抑制了植物對水分的吸收，且主要降低了植物地上部分的含水量，而根系含水量降低不明顯可能與根系直接與培養(yǎng)液接觸有關(guān)。

圖4 Al3+對垂穗披堿草幼苗含水量的影響Fig.4 Effect of Al3+ stress on water content in E. nutans seedlings

2.3 Al3+對垂穗披堿草幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1Al3+對垂穗披堿草幼苗MDA的影響 丙二醛(MDA)是評估植物在逆境環(huán)境中膜脂過氧化水平的指標(biāo)，MDA在植物機(jī)體內(nèi)的富集會對細(xì)胞造成毒害作用，它能夠?qū)е录?xì)胞膜功能降低，從而使膜整體性受到破壞，表現(xiàn)為膜透性增大和離子泄漏。由圖5可知，Al3+脅迫顯著提高了3種垂穗披堿草幼苗中的MDA含量(P<0.05)，1.0和1.5 mmol·L-1Al3+處理時，那曲垂穗披堿草幼苗MDA含量間差異水平不顯著(P>0.05)，但與低濃度(0，0.5 mmol·L-1)相比，達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)；申扎和浪卡子垂穗披堿草幼苗MDA含量在各處理組間均達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)。Al3+濃度為1.5 mmol·L-1時，那曲、申扎和浪卡子垂穗披堿草幼苗MDA含量均達(dá)到最高值，分別是對照的2.48、2.98和2.76倍。說明高濃度Al3+處理時，申扎垂穗披堿草幼苗膜質(zhì)過氧化水平最高，其次是浪卡子垂穗披堿草，而那曲垂穗披堿草最低。

2.3.2Al3+對垂穗披堿草幼苗可溶性糖含量的影響 有機(jī)物在植物不同組織和細(xì)胞間的貯存及消耗需要一定的運(yùn)輸過程，如果植物某組織中積累可溶性糖，表明可溶性糖在該組織中大量合成或運(yùn)輸受到阻礙。有機(jī)物只有在植物體內(nèi)井然有序地合成、運(yùn)輸及貯存，才能確保植物各種生理生化過程有條不紊地進(jìn)行。3種垂穗披堿草幼苗可溶性糖含量隨著Al3+的添加而增加，那曲垂穗披堿草增加幅度最小，當(dāng)Al3+濃度≥1.0 mmol·L-1時，與對照組間差異水平顯著(P<0.05)，而申扎和浪卡子垂穗披堿草均在Al3+濃度≥0.5 mmol·L-1時與對照組間達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。1.5 mmol·L-1Al3+處理時，那曲、申扎和浪卡子垂穗披堿草幼苗可溶性糖含量分別是對照的1.14、2.17和1.79倍(圖6)。

2.4 Al3+脅迫對垂穗披堿草幼苗鋁富集的影響

為了研究Al3+脅迫對3種野生垂穗披堿草不同組織鋁富集的影響，本研究測定了植物根系和地上部鋁含量。研究發(fā)現(xiàn)3種野生垂穗披堿草幼苗受到1.5 mmol·L-1Al3+脅迫時，不同組織中的鋁富集量均升高(圖7)，且根系中均高于地上部。在Al3+處理?xiàng)l件下，那曲垂穗披堿草根系和地上部鋁含量分別為136.42和11.15 μg·g-1，分別為對照的2.00和1.86倍(圖7A)；申扎垂穗披堿草分別為185.53和12.12 μg·g-1，分別是對照的2.27和1.64倍(圖7B)；浪卡子垂穗披堿草分別為172.66和9.86 μg·g-1，分別是對照的2.38和2.77倍(圖7C)，且3種野生垂穗披堿草幼苗沒有表現(xiàn)出中毒癥狀。

圖5 Al3+對垂穗披堿草幼苗丙二醛含量的影響Fig.5 Effect of Al3+ stress on the content of MDA in E. nutans

圖6 Al3+對垂穗披堿草幼苗可溶性糖含量的影響Fig.6 Effect of Al3+ stress on the content of soluble sugar in E. nutans

圖7 Al3+對垂穗披堿草幼苗鋁富集的影響Fig.7 Effect of Al3+ stress on the aluminum accumulation in E. nutans

圖8 Al3+對垂穗披堿草幼苗磷含量的影響Fig.8 Effect of Al3+ stress on the phosphorus content in E. nutans

2.5 Al3+脅迫對垂穗披堿草幼苗磷含量的影響

磷是核蛋白、核酸磷脂等的重要組成部分，同時也在糖、蛋白質(zhì)和脂肪代謝中起著重要作用。由圖8可知，在Al3+脅迫下，3種垂穗披堿草幼苗的地上部和根系中的磷含量均呈現(xiàn)出降低的趨勢，且根系磷含量高于地上部。在Al3+脅迫條件下，那曲垂穗披堿草根系和地上部磷含量較對照分別降低了48.4%和69.9%(圖8A)，申扎垂穗披堿草分別較對照降低了33.3%和60.7%(圖8B)，而浪卡子垂穗披堿草分別較對照降低了5.9%和34.7%(圖8C)。這表明鋁脅迫抑制了植物對磷的吸收及運(yùn)輸。

2.6 不同區(qū)域垂穗披堿草抗鋁毒能力評價

不同野生垂穗披堿草在不同濃度Al3+脅迫下，萌發(fā)期及幼苗期各指標(biāo)對Al3+脅迫的響應(yīng)各不相同，因此采用隸屬函數(shù)法對3個不同區(qū)域野生垂穗披堿草萌發(fā)期在Al3+脅迫下的8個指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。由表2得知，申扎垂穗披堿草的隸屬函數(shù)平均值最大，為0.58，是3個野生垂穗披堿草中抗Al3+脅迫能力最強(qiáng)的。浪卡子垂穗披堿草的隸屬函數(shù)平均值最小，為0.42，抗Al3+脅迫能力最弱。

表2 各野生垂穗披堿草抗Al3+脅迫隸屬函數(shù)比較Table 2 Comparison of the Al3+ stress subordinate function of 3 species of wild E. nutans

3 討論

篩選適合酸鋁脅迫土壤條件下的具有高產(chǎn)性能的植物是植物修復(fù)土壤中酸鋁毒害的關(guān)鍵，而植物種子的萌發(fā)和幼苗的生長是植物能否成功繁殖的決定性條件，也是植物能否進(jìn)行酸鋁環(huán)境中植被恢復(fù)和修復(fù)污染土壤的前提。

發(fā)芽勢及發(fā)芽率是衡量種子萌發(fā)的重要指標(biāo)。不同濃度Al3+對發(fā)芽勢的影響大于發(fā)芽率，只有1.5 mmol·L-1Al3+對那曲和浪卡子垂穗披堿草種子的發(fā)芽率有顯著性抑制作用(P<0.05)，而Al3+對申扎垂穗披堿草種子的發(fā)芽率沒有明顯影響(P>0.05)，這表明Al3+降低了垂穗披堿草種子的發(fā)芽時間，有研究發(fā)現(xiàn)Al3+可以降低水稻(Oryzasativa)和小麥(Triticumaestivum)的發(fā)芽率和發(fā)芽時間[22-23]，本研究結(jié)果與其一致。

本研究還發(fā)現(xiàn)，Al3+脅迫下，3種垂穗披堿草的根長、株高、根重及莖葉重均受到不同程度的抑制，相對植物地上部而言，幾乎所有研究都表明植物根系是對鋁毒最敏感的部位之一。據(jù)報(bào)道，植物根系伸長在微摩爾的Al3+脅迫幾個小時甚至幾分鐘后就能被觀察到[24]。本研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的Al3+處理下，3種野生垂穗披堿草根長均達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)。Al3+脅迫下根系伸長受抑制的機(jī)制是涉及生理學(xué)、形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)及分子學(xué)等的復(fù)雜過程[16]。鋁毒主要影響植物根尖[25]，抑制根尖細(xì)胞分裂和伸長[26]，從而抑制水分的吸收和養(yǎng)分的攝取[27]。

鋁毒影響植物的主要癥狀之一是脂質(zhì)過氧化，膜被損傷且形成丙二醛，因此MDA被認(rèn)為是膜質(zhì)過氧化程度的主要指標(biāo)之一[28]。比較3種野生垂穗披堿草幼苗MDA變化時發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，處理組中幼苗MDA含量均顯著升高(P<0.05)，這表明自由基誘導(dǎo)的膜脂過氧化程度隨Al3+濃度的升高而增強(qiáng)，植物細(xì)胞也受到越來越嚴(yán)重的損傷。當(dāng)植物細(xì)胞膜的完整性受到破壞后，使得細(xì)胞膜透性增大，可溶性物質(zhì)發(fā)生外滲，細(xì)胞內(nèi)酶及蛋白代謝紊亂，為了緩解這種損傷，植物通常會主動積累可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持組織內(nèi)部滲透平衡[29]。可溶性糖不但能夠維持膜結(jié)構(gòu)的完整性，還能為其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成碳源[30]。本試驗(yàn)中，隨著Al3+的添加，申扎垂穗披堿草幼苗中可溶性糖含量顯著升高(P<0.05)，而當(dāng)Al3+濃度≥1.0 mmol·L-1時，那曲和浪卡子垂穗披堿草幼苗可溶性糖含量也顯著升高(P<0.05)。高濃度的Al3+導(dǎo)致可溶性糖含量升高可能是因?yàn)榇顾肱麎A草啟動應(yīng)急滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，分解大分子碳水化合物，合成大量可溶性糖，以應(yīng)對Al3+脅迫誘導(dǎo)的滲透失衡。

本研究表明，3種野生垂穗披堿草根系和莖葉中的鋁富集量隨鋁濃度升高而升高，另外，植物根系中的鋁富集量總是高于莖葉中，這表明較少的鋁從根系轉(zhuǎn)移到植物地上部，這種低的轉(zhuǎn)移可能是由鋁與有機(jī)酸陰離子在細(xì)胞壁中結(jié)合并保留在根系中的原因引起的。本研究與在馬鈴薯(Solanumtuberosum)幼苗中的研究結(jié)果是一致的[31]。Al-Qahtani[32]指出一些植物具有富集大量金屬的能力，且根系與莖葉中富集量之比小于1時，該植物被稱作該金屬的超富集植物，例如繡球花屬植物、蕎麥(Fagopyrumesculentum)及茶葉等[33-34]。根據(jù)目前的研究結(jié)果，垂穗披堿草不能被認(rèn)為是鋁超富集植物。

鋁毒毒害植物是多方面的，例如它可以影響植物對礦質(zhì)元素的吸收。P是植物生長發(fā)育所需要的大量元素之一，鋁敏感的植物對P的利用效率很低，鋁抑制了P的吸收，但鋁耐受植物與P利用效率呈正相關(guān)[35]。陳文榮等[36]對蕎麥進(jìn)行鋁處理時發(fā)現(xiàn)地下和地上部分P含量均降低；但Mugwira等[37]研究發(fā)現(xiàn)鋁促進(jìn)了小黑麥(Secalesylvestre)和黑麥(Secalecereale)根系對P的吸收；而董曉英等[38]研究表明0.1 mmol·L-1Al3+處理胡枝子(Lespedezabicolor)時，植物組織中的P含量無顯著變化。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Al3+抑制了3種野生垂穗披堿草對P的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)，這與陳文榮等[36]的研究結(jié)果一致。

本研究發(fā)現(xiàn)，Al3+脅迫對來自不同地區(qū)的垂穗披堿草種子的萌發(fā)及幼苗生長的影響各不相同，由隸屬函數(shù)法評估3種垂穗披堿草對Al3+的抗性得知，申扎垂穗披堿草抗鋁性最優(yōu)，其次是那曲垂穗披堿草，最后是浪卡子垂穗披堿草。有趣的是，本研究發(fā)現(xiàn)3種垂穗披堿草抗鋁性與采集地海拔呈負(fù)相關(guān)，這可能是由于野生垂穗披堿草在長期適應(yīng)生境的過程中產(chǎn)生變異或者由于生境的不同而使遺傳背景不同所導(dǎo)致的，具體原因尚待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過對西藏3種野生垂穗披堿草響應(yīng)Al3+脅迫的研究表明，Al3+降低了3種野生垂穗披堿草種子的發(fā)芽率及發(fā)芽時間，抑制了根系及地上部分的生長，且對根系的抑制強(qiáng)于對地上部分；隨Al3+濃度的升高，3種野生垂穗披堿草幼苗MDA和可溶性糖含量也隨之升高；Al3+處理后，3種垂穗披堿草幼苗組織中的鋁富集量升高，且根系中的高于地上部；Al3+抑制了野生垂穗披堿草對P的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)。通過隸屬函數(shù)法評估3種野生垂穗披堿草抗鋁性得知，采自申扎縣雄梅鎮(zhèn)的垂穗披堿草對鋁的抗性最強(qiáng)，可馴化育種，為酸鋁土壤的改良提供寶貴的種質(zhì)資源。