陳振 黃春瓊 劉國(guó)道

摘 要 以狗牙根為研究對(duì)象，利用水培法進(jìn)行耐鋁鑒定，初步研究不同鋁濃度脅迫對(duì)狗牙根葉色、耐鋁指數(shù)、坪用質(zhì)量、枯黃率、相對(duì)地上部干重、相對(duì)根系干重的影響。結(jié)果表明，在250、500、750、1 000、1 250 μmol/L鋁濃度處理下，狗牙根受脅迫影響較小，不同濃度處理之間差異不明顯。在1 500、1 750、2 000、2 250 μmol/L鋁濃度處理下，狗牙根隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，葉色、均一性逐漸降低。在2 500、2 750、3 000、3 250、3 500 μmol/L鋁濃度處理下，狗牙根受脅迫影響較大，葉色、均一性明顯降低，與對(duì)照相比表現(xiàn)出顯著差異或極顯著差異。通過(guò)建立回歸方程，以狗牙根耐鋁指數(shù)下降到60%作為狗牙根存活臨界鋁離子濃度，求得狗牙根致死臨界鋁濃度為2 520 μmol/L。

關(guān)鍵詞 狗牙根；鋁脅迫；水培；臨界濃度

中圖分類(lèi)號(hào) S567.23；S688.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

全球約有39.5×108 hm2酸性土壤，占世界可耕地土壤面積的40%，主要分布在熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)，尤其是發(fā)展中國(guó)家[1]。我國(guó)酸性土壤遍及南方15個(gè)省區(qū)，總面積為2.03×107 hm2，約占全國(guó)土地總面積的21%[2]。除了自然成土過(guò)程導(dǎo)致土壤酸化外，由大氣污染引起的酸沉降、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)度使用酸性肥料、工廠排污對(duì)土壤的直接酸蝕等都加劇了土壤的酸化，使酸性土壤面積和酸性程度進(jìn)一步提高。當(dāng)土壤pH值下降到5.5以下時(shí)，原固定于晶格中的Al可逐漸解離，以離子形態(tài)釋放到溶液中，直接危害植物生長(zhǎng)，降低酸性土壤中農(nóng)作物的生產(chǎn)力。鋁毒被認(rèn)為是酸性土壤或酸化土壤上作物生長(zhǎng)最重要的限制因素[3]。早在1918年Hartwell等[4]就已經(jīng)報(bào)道了有關(guān)鋁對(duì)植物毒害的研究。

廖麗等[5]對(duì)地毯草（Axonopus）適應(yīng)鋁毒脅迫能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)地毯草在中等濃度（0.72～1.20 mmol/L）鋁處理下，坪用質(zhì)量明顯優(yōu)于低濃度和高濃度的鋁處理，呈拋物線性狀。劉影等[6]通過(guò)研究扁穗牛鞭草（Hemarthria cornpressa）在鋁毒脅迫下的生理響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在高濃度鋁處理下，SOD、POD、CAT活性均隨鋁濃度的增加表現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明扁穗牛鞭草在高濃度鋁脅迫下通過(guò)3種酶活性的持續(xù)增強(qiáng)來(lái)減少來(lái)自活性氧和自由基的傷害。凌桂芝[7]研究結(jié)果表明，柱花草（Stylosanthes gracilis）耐鋁能力比紫花苜蓿更強(qiáng)，柱花草根系檸檬酸的分泌量隨Al3+濃度的增加及處理時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，因此根系分泌檸檬酸可能是柱花草抵御鋁毒的重要機(jī)制之一。

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或綠化工程中一般通過(guò)改良土壤和選育耐鋁品種來(lái)緩解酸性土壤對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。改良土壤主要通過(guò)加入石灰等手段，但其成本太高且改良難以持久，對(duì)于環(huán)境綠化和生態(tài)建設(shè)來(lái)說(shuō)，改良土壤不符實(shí)際，更有可能破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。然而選育優(yōu)良耐鋁品種則可以從根本上解決植物在酸性土壤上的生長(zhǎng)發(fā)育問(wèn)題。草類(lèi)植物在環(huán)境綠化、防沙固土和畜牧飼料中發(fā)揮著重大作用，然而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米、水稻、大豆等大宗作物的耐鋁性已經(jīng)有了大量深入的研究[8-10]，對(duì)草類(lèi)植物的耐鋁性也有了相關(guān)報(bào)道，但種質(zhì)資源評(píng)價(jià)與改良工作水平還很低，同我國(guó)豐富的草類(lèi)種質(zhì)資源很不相稱，同歐美國(guó)家差距還很大。因此，充分挖掘優(yōu)良草種基因型的遺傳潛力，選育耐鋁草種是當(dāng)前農(nóng)業(yè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一條新途徑。

狗牙根（Cynodon dactylon）屬禾本科多年生草本植物，因其具有繁殖能力強(qiáng)、成坪速度快、耐踐踏、抗旱等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、庭院綠化等，是暖季型草坪草中坪用價(jià)值最高、應(yīng)用最廣的草種之一，被稱為暖季型草坪草的“當(dāng)家草種”，極具社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。全世界共有9個(gè)種10個(gè)變種，廣泛用于草坪草種的主要有4種：普通狗牙根（C. dactylon）、非洲狗牙根（C. transvaalensis）、印苛狗牙根（C. incompletes）以及普通狗牙根與非洲狗牙根雜交種（C. dactylon×C. transvaalensis）。在我國(guó)，狗牙根種質(zhì)資源也非常豐富，主要分布于黃河流域及其以南地區(qū)[11]。劉建秀等[12]對(duì)我國(guó)444份狗牙根種源的15個(gè)外部性狀的變異及其規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及聚類(lèi)分析，并進(jìn)行了形態(tài)學(xué)劃分，在歐氏距離13.2處，將我國(guó)狗牙根種源共分為5個(gè)形態(tài)類(lèi)型，坪用價(jià)值排序?yàn)榇指咝?直立型和斜高型<斜矮型<矮生型。黃春瓊[13]對(duì)我國(guó)475份狗牙根種源進(jìn)行遺傳多樣性分析及評(píng)價(jià)，并篩選出50份坪用價(jià)值較高的材料和32份飼用價(jià)值較高的材料。

本研究以中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院收集的狗牙根為試驗(yàn)材料，利用水培法觀測(cè)其在0、250、500、750、1 000、1 250、1 500、1 750、2 000、2 250、2 500、2 750、3 000、3 250和3 500 μmol/L鋁濃度處理過(guò)程中植株均一性、葉色、生物量、耐鋁指數(shù)等指標(biāo)的變化，得出狗牙根存活的臨界濃度。該研究可為選育耐鋁狗牙根品種提供試驗(yàn)依據(jù)，并將為生物措施改良酸土提供大量?jī)?yōu)秀狗牙根草種，為城市綠化做出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用的狗牙根材料取自廣西柳江縣三都鎮(zhèn)路邊，保存于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所牧草研究中心試驗(yàn)基地，具有較強(qiáng)的抗逆性和優(yōu)良的坪用價(jià)值。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2014年5月22日田間選取已成坪的狗牙根材料的匍匐莖，剪取生長(zhǎng)發(fā)育一致、帶有2個(gè)節(jié)的莖段插入事先打孔的泡沫板上，每個(gè)泡沫板約有200個(gè)孔，每個(gè)孔插入1個(gè)莖段。在周轉(zhuǎn)箱中培養(yǎng)，每個(gè)周轉(zhuǎn)箱加入10 L 1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液。整個(gè)試驗(yàn)期營(yíng)養(yǎng)液用氧氣泵不間斷通氣，泡沫板漂浮于營(yíng)養(yǎng)液之上，培養(yǎng)2周。每天調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH值為6.5±0.2。2周后，將莖段小心取出，選取大小一致的小苗種入裝有石英砂（用酸洗過(guò)，去離子水多次沖洗烘干）的250 mL塑料杯（直徑6.54 cm、高9.5 cm，杯底打6個(gè)孔，墊有紗布），每杯6株。將種有小苗的塑料杯懸掛于有孔的泡沫板上，泡沫板放在5 L小桶上，每份材料每個(gè)處理單獨(dú)種植一個(gè)小桶，4個(gè)重復(fù)，每桶放5 L 1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，待所有材料種入杯中緩苗4 d再進(jìn)行鋁處理。處理的鋁（AlCl3·6H2O）濃度設(shè)為0（對(duì)照）、250、500、750、1 000、1 250、1 500、1 750、2 000、2 250、2 500、2 750、3 000、3 250和3 500 μmol/L。處理期間每隔3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，每天調(diào)節(jié)處理營(yíng)養(yǎng)液pH值為4.0±0.2，對(duì)照營(yíng)養(yǎng)液pH值為6.5±0.2，不間斷通氣。處理后第28天進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

3 討論與結(jié)論

篩選耐鋁的植物資源是遺傳改良的工作基礎(chǔ)，利用水培法進(jìn)行耐鋁評(píng)價(jià)和鑒定可以保證控制條件一致，且操作簡(jiǎn)便快速，最大化消除不同鋁處理間的誤差。本試驗(yàn)以均一性、葉色、耐鋁指數(shù)、枯黃率等為指標(biāo)，初步評(píng)價(jià)了狗牙根對(duì)不同濃度鋁脅迫的響應(yīng)差異，結(jié)果表明，狗牙根在低濃度鋁脅迫條件下（250～1 250 μmol/L），可以完全適應(yīng)脅迫環(huán)境，并且對(duì)自身生長(zhǎng)表現(xiàn)出略微促進(jìn)作用；在中等濃度和高濃度鋁脅迫（1 500～3 500 μmol/L）條件下，鋁離子濃度越高，脅迫時(shí)間越久，狗牙根受害程度越深?；旧吓c廖麗等[5]、劉影[6]以及黃冬芬等[16]對(duì)地毯草、扁穗牛鞭草、多花黑麥草、柱花草等草坪草耐鋁性試驗(yàn)結(jié)果相一致。褚曉晴等[17]對(duì)假儉草研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)環(huán)境中加入鋁后，鋁和磷會(huì)形成不溶于水的化合物產(chǎn)生沉淀，本試驗(yàn)中狗牙根出現(xiàn)的不規(guī)律枯黃可能是由于鋁處理后缺磷造成的，有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證說(shuō)明。

鋁脅迫對(duì)植物的影響是多方面的，孫琴等[18]研究指出植物通過(guò)根系分泌的各種有機(jī)酸如檸檬酸、草酸、蘋(píng)果酸等在植物自身內(nèi)部和外部耐鋁機(jī)制中發(fā)揮重要作用，本研究中低濃度鋁脅迫對(duì)植株表現(xiàn)出的促進(jìn)作用，原因可能是植株本身對(duì)鋁脅迫的適應(yīng)機(jī)制，產(chǎn)生的有機(jī)酸和各種酶活性物質(zhì)同時(shí)刺激了植株的生長(zhǎng)發(fā)育。Rengel和Robinson[19-20]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)一年生黑麥草（Lolium multiforum）不同基因型對(duì)鋁敏感性與根系陽(yáng)離子交換量呈顯著負(fù)相關(guān)，低陽(yáng)離子交換量的基因型能選擇性的排斥Al3+，以此減少鋁在根系交換位點(diǎn)上的結(jié)合，從而減輕鋁對(duì)根系的傷害。

劉鵬等[21]、方金梅等[22]和Ciamporova等[23]都通過(guò)研究表明，雖然鋁不是植物生長(zhǎng)的必需元素，但微量的鋁對(duì)植物的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，過(guò)量的鋁才會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生危害，即鋁毒對(duì)植物的影響都有一個(gè)臨界值的問(wèn)題。在臨界濃度之下，鋁可以促進(jìn)或刺激植物的生長(zhǎng)，一旦鋁的濃度超過(guò)了臨界值，就會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生危害。不同的植物，鋁的臨界值是不相同的。鋁毒對(duì)植物生長(zhǎng)最直接的影響表現(xiàn)為對(duì)根的抑制伸長(zhǎng)，因此根的伸長(zhǎng)往往被選作短時(shí)間內(nèi)鋁毒害的最有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]。前人也通過(guò)枯黃率、坪用質(zhì)量等指標(biāo)鑒定植物的耐脅迫差異[5，9，24]，但本研究中狗牙根在特定的水培試驗(yàn)條件下不易發(fā)生干枯，故本研究選取耐鋁指數(shù)下降60%作為指標(biāo)，通過(guò)建立回歸方程求得狗牙根的臨界存活鋁濃度為2 520 μmol/L。為選育優(yōu)良的耐鋁狗牙根品種提供了良好的理論依據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境綠化做出貢獻(xiàn)。

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