不同育苗基質(zhì)對南天竹幼苗生長及根系有機酸分泌的影響

陳彥君 羅 輝 柴忠金 李曙明 杜 凌 張超東 吳 華

(貴州省林業(yè)科技推廣總站，貴州 貴陽 550001)

南天竹(NandinadomesticaThunb.)是我國傳統(tǒng)的觀賞類灌木，系小檗科南天竹屬，又名南天竺、天燭子，形態(tài)清雅，果實鮮艷，兼具觀賞、藥用、生態(tài)等多種價值。近年來，學者主要圍繞其栽培生理[1]、藥理分析[2-3]等方面開展了研究。植物根系從基質(zhì)中汲取生長所需物質(zhì)，同時向栽培基質(zhì)持續(xù)釋放分泌物[4]，產(chǎn)生根際效應(yīng)。植物根系分泌物的組成和含量變化往往被視作對育苗基質(zhì)最直接的響應(yīng)[5]，反映著植物在不同環(huán)境條件下自我調(diào)節(jié)的功能[6-7]。自十八世紀末Decandolle發(fā)現(xiàn)根系分泌物會促進或抑制植物生長以來，植物根系分泌物一直是研究的熱點，其中，根系分泌有機酸因分子量較小、易被吸收或分解的反應(yīng)特征，開展的研究較多[8]，其功能包括捕獲營養(yǎng)、影響根系微生態(tài)、應(yīng)對環(huán)境脅迫、螯合殘留重金屬等[9]，受到植物種類、基質(zhì)類型、營養(yǎng)供給等多方面的影響[10]。目前研究主要集中在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中[11]，對南天竹根系分泌有機酸的研究未見報道。本試驗通過開展不同基質(zhì)條件下南天竹容器育苗及其根系分泌有機酸的研究，探究其生物量與根系有機酸的組成和含量之間的關(guān)系，以期為南天竹容器育苗技術(shù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于貴州省習水縣溫水鎮(zhèn)(106°28′31″ E， 28°24′46″ N)，海拔982m，年均降雨量>1050mm，平均日照數(shù)1053h，無霜期>260d。

1.2 試驗設(shè)計

苗木培育試驗采取隨機區(qū)組設(shè)計，2017年10月將已發(fā)芽的南天竹種子播種于不同基質(zhì)配方的無紡布育苗袋中，育苗袋規(guī)格14cm×16cm。育苗基質(zhì)配比共9個處理，包括CM1(腐殖土:蛭石:草木灰=1∶1∶1)、CM2(腐殖土:蛭石:草木灰=2∶1∶1)、ZZ1(腐殖土:蛭石:珍珠巖=1∶1∶1)、ZZ2(腐殖土:蛭石:珍珠巖=2∶1∶1)、JM1(腐殖土:蛭石:鋸末=1∶1∶1)、JM2(腐殖土:蛭石:鋸末=2∶1∶1)、YT1(腐殖土:蛭石:園土=1∶1∶1)、YT2(腐殖土:蛭石:園土=2∶1∶1)，以種源地園土為對照(CK)。試驗設(shè)計共9個處理，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)30株，共計810株。田間管理相同。

1.3 樣品采集與測定方法

2018年底，每個處理選取苗高、地徑相近的6株苗木，測定其根系分泌有機酸組成、含量及苗木生物量，將留存在育苗袋內(nèi)的基質(zhì)按處理混合均勻后測定pH值。

1.3.1 基質(zhì)pH值測試

基質(zhì)陰干后，研磨并過60目篩，各取5g放入50ml的燒杯中，加入25ml蒸餾水，用玻璃棒攪勻，沉降后用PHS-3C型精密pH計測定上清液pH值。

1.3.2 南天竹幼苗生物量測定

收集樣株根系，洗凈并風干，將葉、莖、根分別裝入信封中，在105℃下殺青20min，后置于70℃下烘干至質(zhì)量恒定，自然冷卻后測定南天竹幼苗各部分干物質(zhì)量?？偵锪?葉生物量+莖生物量+根生物量。

1.3.3 有機酸分析

用毛刷仔細收集樣株根系附著土壤，分處理混合均勻，用高效液相色譜儀測量根系土壤有機酸。南天竹根系草酸、酒石酸、甲酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸、乙酸和乳酸的測定在貴州師范大學山地環(huán)境保護重點實驗室進行，測定方法參考[12-13]。取南天竹根際土0.1 g用0.1% 磷酸浸洗，收集浸洗液定容，通過0.22 μm的微孔濾膜過濾得到供試樣品，進行HPLC分析。HPLC(日本島津LC-10A)分析條件包括，流動相：甲醇——0.1%磷酸=4∶96(v/v)，色譜柱——日本資生堂Capcell Pak C18(4.6×250mm， 5μm)，柱溫為40℃，流速為1mL/min，進樣量為20μL，檢測波長為210nm。通過外標法，分別采用標準品色譜保留時間定性，以峰面積進行定量，測定3次求均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel預(yù)處理及繪圖，用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析(ANOVA)、Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同育苗基質(zhì)pH值

由表1可知，不同育苗基質(zhì)pH值各異，添加了腐殖土、蛭石、草木灰的基質(zhì)為中性，較CK高15.20%～18.13%；添加了腐殖土、蛭石、鋸末的基質(zhì)呈酸性，較CK低3.80%～7.94%；添加腐殖土、蛭石、園土的基質(zhì)呈弱酸性，較CK高5.53%～8.12%；添加腐殖土、蛭石、珍珠巖的基質(zhì)中，腐殖土比例較低的ZZ1呈中性，比例高的ZZ2呈酸性，兩者相差0.73。

表1 不同育苗基質(zhì)pH值

2.2 不同育苗基質(zhì)下南天竹幼苗生物量分布特征

表2顯示，不同育苗基質(zhì)對南天竹苗木生物量影響顯著，基質(zhì)中添加草木灰有利于南天竹苗木生物量的積累，含鋸末的反之。除JM1、JM2和ZZ2外，其他基質(zhì)配方的南天竹苗木總生物量均高于對照。CM1苗木葉生物量顯著高于除CM2和YT1，莖、根生物量和總生物量顯著高于其他處理，分別為對照CK的4.03倍、3.03倍和3.00倍，CM2次之，其總生物量較對照高103.12%，可見基質(zhì)中添加草木灰有利于南天竹苗木各部位生物量的積累。JM1和JM2總生物量為對照的45.27%和94.06%，JM1根生物量僅為0.76g，明顯低于其他處理，JM2次之，JM1和JM2地上部分生物量分配比較高，說明添加鋸末不利于南天竹幼苗根生長。ZZ1和YT1苗木葉生物量、總生物量分別為ZZ2和YT2的2.34倍和1.71倍，差異顯著。說明含草木灰、珍珠巖和園土的基質(zhì)，適當降低腐殖土比例有利于南天竹總生物量的積累，含鋸末的反之。9種不同基質(zhì)中，CM1南天竹苗木各部位生物量較高，且分配均衡。

表2 不同育苗基質(zhì)下1年生南天竹幼苗生物量及分配比

2.3 9種育苗基質(zhì)下南天竹根系分泌物中有機酸的組成

由圖1可知，不同育苗基質(zhì)處理的南天竹根系有機酸中，主要檢測出草酸、酒石酸和甲酸，占所有處理中南天竹苗木根系有機酸總含量的81.93%，在不同育苗基質(zhì)中分配比例各異。對照中檢測出除酒石酸外的其余七種有機酸，甲酸、乙酸和丁二酸占比較高，有機酸總量為161.55μg，為其他處理的1.93～9.76倍，以利于螯合因常年耕作而導(dǎo)致的殘留物。含草木灰的CM1和CM2南天竹苗木根系有機酸以草酸、酒石酸為主，其草酸含量分別為46.73μg和31.54μg，為對照的2.67倍和1.80倍，顯著高于其他處理(表3)；含珍珠巖的ZZ1和ZZ2以酒石酸、草酸為主，ZZ2酒石酸含量為21.83μg，顯著高于其他處理2.25～17.53倍；含鋸末的JM1和JM2以甲酸、草酸為主，JM2甲酸含量高于其他處理1.02～31.76倍；含園土較多的YT2僅檢測出草酸和甲酸，含腐殖土較多的YT1僅檢測出草酸和酒石酸。說明添加草木灰有利于南天竹苗木分泌草酸，添加鋸末分泌更多的甲酸，添加珍珠巖有助于分泌酒石酸；除含草木灰的CM1和CM2外，其他處理添加的腐殖土比例越高，根系有機酸總量越高。

圖1 不同育苗基質(zhì)南天竹根系有機酸組成

表3 不同育苗基質(zhì)條件下南天竹根系3種主要有機酸含量顯著性分析

2.4 不同育苗基質(zhì)南天竹根系有機酸及苗木生物量相關(guān)分析

經(jīng)Pearson相關(guān)性分析(表4)得知，基質(zhì)pH與南天竹根系分泌草酸、酒石酸為正相關(guān)，與甲酸、有機酸總量呈負相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。在酸性至中性基質(zhì)條件下，南天竹苗木總生物量與基質(zhì)pH值呈極顯著正相關(guān)，苗木各部分相關(guān)性系數(shù)大小依次為葉(0.911)>根(0.860)>莖(0.767)。南天竹苗木根系分泌的有機酸中，甲酸與酒石酸呈極顯著負相關(guān)(-0.635)，與有機酸總量呈極顯著正相關(guān)(0.688)；酒石酸與有機酸總量呈顯著負相關(guān)(-0.382)；草酸與其他有機酸含量相關(guān)性不顯著。南天竹苗木各部分生物量呈極顯著正相關(guān)，且均與總生物量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)大小依次為葉(0.959)>莖(0.941)>根(0.926)?？偵锪?、葉、莖、根生物量均與草酸呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)依次為總生物量(0.679)=莖生物量>根生物量(0.640)>葉生物量(0.624)，說明南天竹根系分泌的草酸更有利于其莖生物量和總生物量的累積。總生物量、葉生物量與甲酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)按絕對值大小為葉生物量(0.440)>總生物量(0.430)。

表4 不同育苗基質(zhì)下南天竹根系有機酸及苗木生物量相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

不同植物根系分泌有機酸種類和含量各異，同一種植物在不同環(huán)境中有機酸分泌也不盡相同。在9種不同育苗基質(zhì)處理的南天竹根系分泌的有機酸中，主要檢測出草酸、酒石酸和甲酸，這與油茶[14]、番茄[15]等物種不同。不同育苗基質(zhì)南天竹根系分泌物各異，含腐殖土、蛭石、草木灰的基質(zhì)中南天竹根系分泌有機酸以草酸、酒石酸為主；含腐殖土、蛭石、珍珠巖的基質(zhì)中以酒石酸、草酸為主；含鋸末的基質(zhì)中則以甲酸、草酸為主。園土因常年耕作，殘留物較多，南天竹苗木生長時分泌更多的有機酸以保護根部，并螯合殘留物，導(dǎo)致對照園土中南天竹有機酸分泌類型多樣，且總量顯著高于其他處理，與陳美靜等[16]的分析結(jié)果相似，含園土的基質(zhì)YT1和YT2中因其占比不同，南天竹根系有機酸分泌種類和數(shù)量也各異。同時，在試驗范圍內(nèi)，添加易分解的碳源較高的基質(zhì)，南天竹苗木根系分泌有機酸總量較高。

根據(jù)課題組的前期調(diào)查，南天竹可分布于弱酸性、中性乃至弱堿性土壤中，9種育苗基質(zhì)中，腐殖土、園土、鋸末常呈酸性或弱酸性，蛭石、珍珠巖、草木灰常為中性或弱堿性，相互組合育苗1年后，“腐殖土+蛭石+草木灰”的CM1和CM2，以及添加了較高比例的珍珠巖的ZZ1，均呈中性，“腐殖土+蛭石+園土”基質(zhì)呈弱酸性，有利于南天竹生長，而“腐殖土+蛭石+鋸末”、“腐殖土:蛭石:珍珠巖=2∶1∶1”的ZZ2和園土呈酸性，不利于南天竹苗木生長，基質(zhì)處理間南天竹苗木干生物量差異顯著，與鄭琰燚[17]等對紅豆杉的研究結(jié)果相似。南天竹苗木干生物量表現(xiàn)為地上部分>地下部分，與云南松[18]等物種相似，這一生物學習性有利于南天竹在立地條件較差的區(qū)域生存。

對南天竹根系分泌有機酸、基質(zhì)pH值、苗木生物量等各指標開展相關(guān)性分析，結(jié)果表明：南天竹苗木根系分泌有機酸與基質(zhì)pH值相關(guān)性不顯著，在酸性至中性基質(zhì)條件下，南天竹苗木各生物量與基質(zhì)pH值、根系分泌的草酸均呈顯著或極顯著正相關(guān)，南天竹總生物量及葉生物量與甲酸呈顯著負相關(guān)，酒石酸與甲酸呈極顯著負相關(guān)。說明根系分泌的草酸有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸附，從而增加南天竹干生物量，甲酸反之。故本實驗中，根系分泌有機酸總量為20～60μg、基質(zhì)pH值>6.1的CM1、CM2、ZZ1和YT1，有利于南天竹苗木生長。故建議生產(chǎn)過程盡可能選用組合中性基質(zhì)，可適量添加酒石酸以抑制甲酸的分泌，上調(diào)基質(zhì)pH值更有利于促進葉片生長。

因試驗研究基質(zhì)成分組成較為單一，試驗結(jié)果對于南天竹根系分泌物的評價具有一定局限性，建議結(jié)合野生南天竹資源、分類及其根系化感物質(zhì)調(diào)查，更為系統(tǒng)地開展其根系生態(tài)研究。