种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡生长及养分吸收特性的影响①

孙 燕 董云萍 龙宇宙 林兴军 谭 军 闫 林 黄丽芳 王晓阳

(中国热带农业科学院香料饮料研究所/农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室 海南万宁571533)

咖啡是世界三大饮料作物之一，是国际贸易中排名居前的大宗产品。中国咖啡种植面积13万多hm2，随着国内外消费需求不断增加，种植面积增势明显。目前，咖啡产业已成为中国热带经济作物优势产业之一。然而，咖啡主栽品种中粒种为多年生经济作物，连作后普遍存在长势弱、易衰老、发病率高、产量明显下降、更新补种成活率低等现象，连作障碍已逐渐成为制约中国咖啡产业健康可持续发展的突出问题［1-5］。前人研究发现，茄子等植物嫁接后表现出抗逆性状［6-10］，低温胁迫下抗冷性强的番茄品种嫁接冷敏感番茄后光合同化力和氮同化力显著增强［6］；土壤残留根系分泌物香草醛等能明显抑制自根伽师瓜生长，但黑籽南瓜嫁接伽师瓜后并无明显抑制植株生长和产量［7］。由此可见，利用嫁接的方式提高植物抗逆性已得到普遍认可。

近年来，咖啡栽培尝试以大粒种为砧木，利用种间嫁接优势改善连作障碍取得了一定的进展［1-5］。大田试验表明，相比中粒种自根嫁接，咖啡种间嫁接植株在咖啡连作障碍园具有明显的生长优势，产量和咖啡豆绿原酸含量分别提高38.46%和40.30%［1］；连作障碍园土壤培养咖啡种间嫁接苗，发现根系活力显著高于中粒种自根嫁接苗［4］，可能是由于大粒种根系发达，吸收根广泛分布在表土层［1］。且前期调查发现，种间嫁接咖啡可能通过提高自身养分吸收利用能力，增强植株长势，提高了抗逆性。为明确种间嫁接咖啡缓解连作障碍的营养机理，本试验以大粒种咖啡1号为砧木，中粒种热研1号为接穗，研究种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡生长及养分吸收特性的影响，以期为揭示种间嫁接咖啡缓解连作障碍机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验时间：2016～2018年；试验地点：中国热带农业科学院香料饮料研究所日光温室；砧木材料：大粒种咖啡1号和中粒种咖啡热研1号种子苗；接穗材料：热研1号高产无性系母树上的直生枝；育苗基质：添加0.1%复合肥（N-P-K：15-15-15）的腐熟椰糠。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

不同品种的咖啡种子经沙床催芽，待子叶平展时移栽至育苗基质，幼苗生长8个月后嫁接，共4个处理。处理I：以大粒种1号种子苗为砧木，以热研1号直生枝顶端第1～2节茎段作为接穗的嫁接苗；处理II：以大粒种1号种子苗为砧木，以热研1号直生枝顶端第3～4节茎段作为接穗的嫁接苗；CK1（对照1）：以中粒种热研1号种子苗为砧木，以热研1号直生枝顶端第1～2节茎段作为接穗的嫁接苗；CK2（对照2）：以中粒种热研1号种子苗为砧木，以热研1号直生枝顶端第3～4节茎段作为接穗的嫁接苗。嫁接1个月后解绑，移盆培养。培养土为连续种植咖啡20 a、已表现连作障碍的根际土。注意培养过程中需保持土壤湿润。

1.2.2 测定项目

生长指标测定 待培养3、6、9个月，各处理随机选取长势一致的待测植株15株，分别测定植株株高、茎粗等指标。培养结束后（9个月）整株先用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗1遍，擦干，按地上部、根系取样，105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，冷却后干物质称重，粉碎后测定养分含量。

养分含量测定 样品用浓H2SO4-H2O2消化，半微量凯氏定氮法测N，钼锑抗比色法测P，火焰光度法测K，原子吸收光谱法测Ca、Mg［12］。

1.2.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010及SPSS16.0软件进行统计分析，Duncan法进行多重比较。由于CK1和CK2处理的数据基本一致，取平均值进行分析。

2 结果与分析

2.1 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡生长的影响

由图1可知，与CK相比，以大粒种1号为砧木，热研1号为接穗的种间嫁接咖啡苗株高、茎粗及干物质量均增加。其中，处理I较CK株高、茎粗、地上部及根部干物质量分别增加34.48%、39.71%、62.59%和122.70%，干物质量增幅达显著水平。且处理I较处理II更有利于种间嫁接咖啡苗生长，地上部和根部增幅分别达到41.41%和48.67%，根部干物质量显著增加。

2.2 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡养分吸收量的影响

由表1可知，CK植株养分吸收量为N＞K＞Ca＞Mg＞P，而种间嫁接咖啡苗养分吸收量为N＞Ca＞K＞Mg＞P，且种间嫁接处理较CK植株N、P、Ca和Mg吸收量分别增加67.29%、128.21%、101.64%和58.33%，其中P素和Ca素增幅达显著水平，说明种间嫁接有效促进了植株对养分的吸收，改变了植株体内养分比例，且处理I较处理II更有利于植株养分吸收。与处理II相比，处理I植株N、P、K、Ca和Mg吸收量分别增加46.21%、83.33%、129.03%、61.70%和92.31%，各养分处理间差异均达显著水平。此外，种间嫁接植株对K吸收量不同，处理I较CK增加86.84%，增幅达显著水平，处理II较CK则略有下降。

图1 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡株高、茎粗、干物质量的影响

2.3 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡各器官养分积累与分配的影响

由表2可知，各处理N素和Ca素积累量均为叶片＞茎干＞根系，K素和Mg素积累量为叶片＞根系＞茎干，P素积累量为叶片＞茎干＝根系，不同处理间各养分分配率差异不显著。同CK相比，种间嫁接提高植株各器官N、P、Ca和Mg的积累量，叶片、茎干和根系N素分别增加23.02%、94.83%和181.25%，P素分别增加68.75%、285.71%和175.00%，Ca素分别增加113.75%、64.29%和100.00%，Mg素分别增加90.00%、50.00%和20.00%。由此可见，种间嫁接明显增加植株各器官P素和Ca素积累量。

由表2可知，种间嫁接处理I较处理II更有利于植株各器官养分积累。与处理II相比，处理I植株叶片、茎干和根系N素分别增加46.03%、62.79%和30.77%，P素分别增加100.00%、50.00%和50.00%，K素分别增加136.67%、141.67%和110.00%，Ca素分别增加63.08%、70.59%和33.33%，Mg素分别增加116.67%、100.00%和100.00%，除根系N素外，相同器官不同处理间各养分积累差异均达显著水平。种间嫁接对植株各器官K素积累量影响不同，与CK各器官相比，处理I中K素积累量叶片、茎干和根系增幅分别达102.86%、93.33%和68.00%，均显著增加，处理II均略有下降。

3 讨论与结论

种间嫁接通过提高养分吸收，促进植株生长［13-16］。研究发现，南瓜嫁接黄瓜后N、P、Ca和Mg的养分吸收能力显著提高，嫁接植株生长健壮［13］。较常规的以中粒种为砧木的CK处理相比，以大粒种为砧木的种间嫁接植株根系更发达，经咖啡连作障碍园土壤培养后，植株N、P、Ca和Mg养分含量及干物质积累均高于CK。另有研究发现，嫁接植株的砧木与接穗间有明显的交互作用［17-20］。王磊［19］认为，砧木能显著影响番茄接穗地上部干重，接穗也显著影响砧木根干重、根系总长度、根系总面积、根尖数和根系活力。本试验发现，以热研1号直生枝不同部位作接穗，对植株养分（除K外）吸收及干物质积累影响程度不同。种间嫁接处理I较处理II更有利于植株N、P、Ca和Mg吸收及干物质积累，相比CK处理，不同接穗对植株K素吸收利用影响趋势不同，处理I能显著增加植株K素吸收，而处理II则略有下降，这与嫁接黄瓜的研究结果基本一致［13］。由此可见，种间嫁接改善了连作障碍土壤上咖啡养分吸收特性，增强了植株长势，这可能是种间嫁接咖啡抗连作障碍的原因之一。综合考虑，处理I嫁接方法效果更好。

表1 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡N、P、K、Ca、Mg吸收量的影响 单位：g

表2 种间嫁接对连作障碍土壤上咖啡各器官N、P、K、Ca、Mg积累量与分配率的影响

此外，Ca是植物正常生长所必需的营养元素，广泛参与植物对逆境胁迫的应答反应。有研究表明，Ca2+作为偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使，能调节高温、低温、干旱等逆境胁迫的信号转导过程［21-24］。高温胁迫下叶面喷施CaCl2溶液，可增强皖贝母叶片SOD、POD活性［21］。低P胁迫下，相关抗性甜菜品种体内Ca素含量增加［23］。经连作障碍园土壤培养后，处理I较CK植株Ca素增加149.18%，其中叶片、茎干和根系分别增加165.00%、107.14%和128.57%，可见，种间嫁接咖啡苗较其自根嫁接苗Ca素增幅达显著水平；前期利用中粒种自根嫁接苗根系分泌物培养幼苗，发现中粒种自根嫁接苗生长受到抑制，且随着根系分泌物浓度升高，抑制作用增强，而种间嫁接苗能通过提高SOD、POD等保护酶活性缓解植株生长障碍，使植株生长所受抑制减少［2］。种间嫁接咖啡体内Ca含量与SOD、POD等活性是否表现正相关，并以此作为其缓解连作障碍的原因，有待进一步研究。