竹节草对铝胁迫响应及临界浓度筛选

张 静，廖 丽，张欣怡，白昌军，王志勇

(1.海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室，海南海口570228;2.海南大学农学院，海南海口570228;3.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所热带牧草研究中心，海南儋州571737)

铝的平均含量约占地壳的8%，是土壤中含量最丰富的金属元素之一，亦是酸性土壤中限制作物生长的主要因素［1-2］。目前，酸性土壤在世界可耕种面积中所占比例逐渐接近50%，其中大部分酸性土壤主要集中在发展中国家［3-4］。在我国，酸性土壤主要分布于15个省区，总面积高达204万 hm2［5-8］。近年来，随着环境的日益恶化，酸雨的频繁沉降，土壤酸化日趋加剧，导致了土壤中铝的大量活化，严重制约了植物生长。因此，对铝毒的研究已成为现代社会迫切要解决的问题。为减轻酸铝土对作物的影响，施用石灰、增加土壤有机质含量、施用硅肥等是常用的栽培方法。但这些方法的投资相对较大，经济效益相对较低，同时操作上也存在一定的困难。目前，最理想的方法是通过培育优质耐铝植物品种进行酸土土壤改良［9-10］。

据了解，酸性土壤铝毒的相关报道最早出现在20世纪60年代的国外，我国到20世纪80年代才有铝毒的相关报道，但近些年研究者对各类植物铝毒的相关研究有了一定的广度和深度［11］。目前，关于铝毒的研究主要集中在粮食作物、蔬果、树种等方面，而发展起步较晚的草类植物相关铝毒方面的研究相对较少，草坪草方面的研究尤为甚［11-12］。草坪草在酸性土壤上生长会受到抑制，影响草坪草的外观品质［13］，进而影响草坪建植后的景观效果。因此，草坪建植和养护过程中土壤酸化及酸化土壤中的大量Al3+成为相关工作者关注的一个比较重要的管理养护问题。

竹节草(Chrysopogon aciculatus)作为一种暖季型草坪草，因其具有较强的匍匐能力，在我国南方被用作于水土保持植被和路边的护坡草［14-15］。由于南方是我国酸性土壤的主要分布区，竹节草在生长过程中可能会遭受一定程度的铝毒害。为使得竹节草得到更大程度的利用，本文在前人研究竹节草和其他草类植物耐铝方面的基础上，开展竹节草铝浓度梯度的筛选和临界浓度的试验研究，以期为后期竹节草耐铝品种选育提供一定的数据参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所热带牧草科技展示示范基地，试验为期3个月:4月和5月为培养期，平均气温29℃左右;6月为处理期，平均气温31℃。

1.2 试验材料

试验所用材料为多年选育的优良竹节草品系(CA10)。

1.3 试验方法

1.3.1 材料预培养 取带有2～3个节的竹节草，插入装有石英砂的200 mL塑料杯内(塑料杯上口直径7 cm、杯底直径5 cm、高7 cm、杯底打孔)，每个杯3个茎段。每4个塑料杯悬于6 L桶上的泡沫板上，桶内放入5 L Hoagland营养液，基本营养液成分: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)，不间断通气，营养液浸没杯底，培养两个月。

1.3.2 处理方法 材料培养两个月后，以廖丽等［16］试验研究结果为依据，设 0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4 和 2.7 mmol·L－110 个处理铝浓度，铝为AlCl3·6H2O，营养液 pH值4.0。处理前统一修剪，沿四周修剪至杯体边缘处，杯体边缘外全部剪除。为减少铝的冲击效应，在做统一处理前每天以0.3 mmol·L－1逐渐增加的铝浓度连续处理，达到最高浓度(2.7 mmol·L－1)后，再处理 28 d。处理期间不断通气，每隔2 d换一次营养液。

1.4 测定指标与方法

参考廖丽等［16-17］、黄小辉等［18］、张静等［19］试验方法，在处理结束后，选用叶片颜色、坪用质量和叶片枯黄率(LF)作为耐铝性评价指标。

1.4.1 叶片颜色 采用目测法，重复4次并求平均值。颜色分级和赋分标准(9分级)分别为叶色蓝绿(9分)、深绿(7分)、绿(5分)、浅绿(3 分)、黄绿(1分)，4 人打分求其平均值［20-21］。

1.4.2 坪用质量 参照 NTEP(The National Turfgrass Evaluation Program，美国国家草坪草评比项目)标准，采用目测法以草坪的质地、密度、均一性等为指标进行评分，最好质量为9分，6分为可以接受的草坪质量，0分为草坪死亡，4人打分求平均值。

1.4.3 叶片枯黄率 采用目测法对不同铝浓度处理下的材料进行叶片枯黄率打分，5% 以下表示草坪草基本上没有黄叶出现，50%表示草坪草有一半枯黄;95%以上表示基本上没有绿叶而死亡，4人打分求其平均值［22-25］。

1.5 数据处理

叶色和坪用质量:用 SPSS 16.0和 Excel 2003软件进行数据处理分析和统计。

临界浓度:用SPSS 16.0软件对每个处理的叶片枯黄率(LF)和铝离子浓度(X，mmol·L－1)之间进行一元二次曲线回归分析，求解出叶片枯黄率LF为50%时的铝离子浓度X，表示为X50%［26-28］。

2 结果与分析

2.1 铝胁迫对竹节草叶片颜色的影响

随着铝处理浓度的提高，竹节草的叶片颜色评分呈现下降趋势(表1)。在0 ～2.7 mmol·L－1铝浓度处理下，竹节草叶片颜色呈显著差异(P＜0.05);在0.6 ～2.7 mmol·L－1的铝浓度处理下，竹节草叶片颜色评分均低于3 分(浅绿)，在2.4 ～2.7 mmol·L－1的铝浓度处理下，竹节草叶片颜色评分开始低于1.5分，在0.3 ～2.7 mmol·L－1浓度下，竹节草叶片颜色评分显著低于对照组的(P＜0.05)。

2.2 铝胁迫对竹节草坪用质量的影响

竹节草的坪用质量随着铝处理浓度的逐渐提高呈现不断下降趋势(表 1)。在0 ～2.7 mmol·L－1铝浓度处理下的竹节草坪用质量差异显著(P＜0.05)，其中，0.9 ～1.5 mmol·L－1铝浓度处理间，及 1.8、2.4与2.7 mmol·L－1铝浓度处理间，竹节草坪用质量无显著差异(P ＞0.05)。从0.6 mmol·L－1浓度处理开始，评分低于6 分，在1.8、2.4 和2.7 mmol·L－1浓度处理下的竹节草评分低于4分。

2.3 铝胁迫对竹节草叶片枯黄率的影响

随着铝浓度的提高，竹节草叶片枯黄程度逐渐加深(表1、图1)。在 0 ～0.6 mmol·L－1铝浓度处理下，竹节草叶片枯黄率未超过15%。在0～1.5 mmol·L－1浓度处理下，叶片枯黄率普遍低于40%，但各浓度处理间存在显著差异(P ＜0.05)。1.8～2.7 mmol·L－1处理下的竹节草叶片枯黄率超过50%，最高达到75%，且与对照草坪呈显著差异(P＜0.05)，但在2.1 mmol·L－1浓度下叶片枯黄率出现反跳，只达到55%。

表1 铝胁迫28 d时竹节草的叶片颜色、坪用质量和叶片枯黄率Table 1 Leaf color，turf quality and leaf firing percentage of C.aciculatus after stress 28 d by Al3+with different concentrations

图1 10个铝浓度处理梯度下的竹节草生长状况(第28天)Fig.1 Growth status of Chrysopogon aciculatus under 10 aluminum concentration treatments(28th day)

2.4 各指标间的相关性分析

各指标间相关性均达到极显著水平(P＜0.01)(表2)。其中，叶片颜色与坪用质量呈极显著正相(r=0.978);叶片颜色与叶片枯黄率呈极显著负相关(r=－0.869);坪用质量与叶片枯黄率呈极显著负相关(r= －0.931)。

2.5 临界浓度计算

分别以竹节草在不同铝浓度胁迫下28d后的叶片枯黄率为自变量，以铝浓度作为因变量建立回归方程，求得铝胁迫28 d后的铝浓度相当于叶片枯黄率的一元二次回归方程:LF=0.034 5+21.254 1X+2.601 0X2(r=0.991 5，r0.01=0.997 9)。参照黄小辉等［18］、Chen 等［26］和张淑侠等［29］试验，以叶片枯黄率上升到50%作为竹节草存活的临界铝离子浓度，得出竹节草具有50% 存活的临界铝离子浓度为 1.909 6 mmol·L－1。

表2 各指标之间的相关系数Table 2 Correlation coefficients between each parameter

3 讨论与结论

在我国南方，红壤地中本身含有大量金属元素，为植物铝毒害创造了先天条件［30-31］。减轻Al3+对植物的影响，更大程度地利用、改良酸性土壤，成为越来越多研究者关注的焦点。关于植物耐铝方面的研究显示，铝毒害首先作用于根部，大量的Al3+积累在根系上，影响根系的伸展，阻碍营养分子的运输，最终作用到地上部分，从而使得光合作用等受到影响，然后又反作用于地下部分，往复循环［32-34］。对植物耐铝相关方面的研究所测定的指标也趋于分子化，这就需相对比较大的投入。为更直观、快速地对植物耐铝性进行评价，本研究在参考廖丽等［15］、胡化广和张振铭［28］的试验方法基础上，采用外观质量评定法(颜色、坪用质量、枯黄率)较为直观地对植物耐铝性进行分析。相比较其他草坪草等植物的耐铝性方面的研究，竹节草还未开展此类研究，因此，本研究对竹节草种质资源的临界浓度进行了筛选。

竹节草作为一种潜在的低养护草坪草种，虽然已对其进行了形态多样性、抗旱性等研究［15，35］，但尚未开展耐铝性研究。研究表明，在不同浓度的铝胁迫下评定竹节草的不同指标存在显著差异(P＜0.05)。在从低到高的铝浓度梯度处理下，叶片枯黄率呈上升走势，叶片颜色、坪用质量的评分都是呈现下降走势。叶片枯黄率作为影响植物生长优劣的主要指标，可以较为直观地评价竹节草不同铝浓度处理的影响程度。但叶片颜色和坪用质量也会影响枯黄率的目测打分，如1.8 mmol·L－1处理浓度下的竹节草视觉上优于2.7 mmol·L－1处理浓度下的竹节草(图1)。因为1.8 mmol·L－1处理浓度下的竹节草属于扩张式生长，分枝数相对较多，叶片颜色接近浅绿等级打分;2.7 mmol·L－1处理浓度下的竹节草集中式生长，叶片颜色在黄绿等级段打分，从而使得视觉效果存在一定的差异，另一方面也佐证了此次试验所采用的各指标间存在相关性。各指标(叶片颜色、坪用质量和叶片枯黄率)之间相关性均达到极显著水平(P＜0.01)，叶片枯黄率与叶片颜色、坪用质量均呈负相关，相关系数分别为－0.869和 － 0.931。本研究结果 (LF50%=1.909 6 mmol·L－1)可为后期竹节草大量种质资源耐铝性评价奠定基础。

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