地毯草耐铝性初步评价

张 静，廖 丽，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)

近年来，随着工业化的发展，酸雨已成为世界重大环境问题之一，而酸雨的频繁沉降，则加速了土壤酸化。资料显示，全世界大约有39.5亿hm2的酸性土壤，占可耕地的40%[1]。在中国，酸性土壤主要分布在南方的14个省区，约占耕地面积的21%[2]。铝是地壳中含量最丰富的金属元素，约占地壳总量的7.1%，仅次于氧和硅。土壤中的铝大部分以固态铝形式存在，但是当土壤pH值下降到5.5以下时，本以难溶的硅酸盐和氧化铝形式存在于一系列含铝矿石中的无毒铝便逐渐解离，以离子态释放到溶液中，直接危害植物生长，造成植物相关养分的缺乏；铝的活化也对植物产生一定的毒害，甚至引起植物的死亡，铝离子可以诱导细胞的主动死亡，从而降低酸性土壤上农作物的生产力[3-6]。因此，铝毒被认为是酸性土壤或酸化土壤上作物生长最重要的限制因素，也是森林大面积退化的重要原因。在酸性富铝化土壤的南方地区，草类植物受铝胁迫的现象就尤为突出。因此，鉴定并筛选出耐铝性强的优良草坪草野生种质资源，对目前耐铝草坪草种质的匮乏和酸铝土改良及其治理具有重要意义；另一方面培育拥有自主知识产权的优良抗逆性强的地毯草品种是国内外亟需解决的问题[7]。

野生种质资源常携带栽培物种缺乏的某些抗逆性，可通过远缘杂交和其他技术转移至栽培物种，是抗性育种的重要基础材料[8-9]。目前，国内外学者对玉米(Zeamays)、大麦(Hordeumvulgare)、水稻(Oryzasativa)、大豆(Glycinemax)等大宗作物的耐铝性已有较深入的研究[10-13]，而草坪草类的耐铝性研究相对甚少[14-17]。阎君等[18]利用水培法对假俭草(Eremochloaophiuroides)耐铝性方面的试验研究，发现不同品种之间的耐铝性存在一定差异。

本试验从多年动态观测的100余份地毯草(Axonopuscompressus)种质中，筛选出19份优良材料，并以国内外广泛种植的“华南地毯草”(A2)品种为对照，根据廖丽等[19]的研究结果，选择2.1 mmol·L-1的铝溶液对地毯草种质耐铝性进行初步评价，以期为日后地毯草的耐铝性机理研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验在中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所温室大棚内进行(大棚四周为铁丝网，顶端为钢化玻璃，四周具有良好的通风性能)，该地地理坐标为19°31′ N，109°34′ E，海拔131 m，属于热带季风气候，太阳辐射强，光热充足，年平均光照时数在2 000 h以上。雨量适中，年降水量900～2 200 mm，年均1 815 mm。由于受季风影响，全年雨量分布很不均匀，旱季雨季分明。5―10月为雨季，占年降水量的84%，11月-次年4月为干季，占年降水量的16%。试验期间处于雨季，平均气温为32 ℃左右。

1.2试验材料 试验所用的地毯草种质资源为多年选育的19份优良种质和1份对照品种(表1)。

表1 供试地毯草的来源Table 1 Sources of Axonopus compressus in this study

1.3试验方法

1.3.1材料预培养 取带有2～3个节的地毯草，插入装有石英砂的250 mL塑料杯内(塑料杯直径6.5 cm、高9.5 cm、杯底打孔)，每个杯4个茎段，塑料杯悬于有54孔的底部有铁丝支撑的泡沫板上，泡沫板放在45 L大周转箱(66.5 cm×45.5 cm×17 cm)上，周转箱内放入1/2 Hoagland营养液40 L，不间断通气，营养液浸没杯底，培养2个月。

1.3.2处理方法 2个月后，将茎段小心从中取出，选取大小一致的小苗种入上述的塑料杯中，每杯4株。为避免不同种源间根系分泌物的干扰，所有种源需进行隔离处理。将种有小苗的塑料杯悬于有孔的泡沫板上，泡沫板放在6 L的小桶上，每份材料每个处理单独种植一个小桶，4个重复，每桶放5 L 1/2 Hoagland营养液，营养液用去离子水配置。根据前期预试验[19]的研究结果，以2.10 mmol·L-1的Al3+为处理浓度，营养液pH值为4.0±0.2，铝为AlCl3·6H2O。处理前统一修剪，修剪高度为4.0 cm，并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分别以0.36、0.72、1.08、1.14、1.80和2.10 mmol·L-1逐渐增加的铝浓度连续处理6 d，缓休1 d后，再以2.10 mmol·L-1的铝浓度处理28 d，处理期间不断通气，每隔3 d换一次营养液，每天调节pH值为4.0±0.2，补充蒸发的水分。

1.4测定指标与方法 参考阎君等[18]、廖丽等[19]、王志勇等[20]、郑向丽等[21]和陈静波等[22-24]的试验方法。在处理结束后，选用相对总二级分枝个数比、相对总茎长比、叶片枯黄率、坪用质量、相对地上部干质量比和相对地下部干质量比为观测指标，除枯黄率和坪用质量外，各处理组测得的指标数值分别与各自的对照比较后进行方差分析。

1.4.1相对总二级分枝个数比 记录每份地毯草处理与对照的总二级分枝个数。

相对总二级分枝个数比(C1)=(处理总二级分枝个数/对照总二级分枝个数)×100%。

1.4.2相对总茎长比 记录每份地毯草处理与对照的总匍匐茎长度。

相对总茎长比(C2)=(处理总茎长/对照总茎长)×100%。

1.4.3叶片枯黄率 采用目测法打分，记录各材料叶片枯黄率(C3，采用百分制。5%以下表示草坪基本没有黄叶出现，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)[19-20，25-27]。3人或3人以上打分求平均值。

1.4.4坪用质量 采用目测法，参照美国国家草坪评比项目(The National Turfgrass Evaluation Program，NTEP)标准，以草坪的密度、质地、颜色、均一性等为指标进行坪用质量(C4)评分，9分为最好质量，6分为可以接受的草坪质量，0分为草坪死亡。3人或3人以上打分求平均值。

1.4.5相对地上部干质量比 把每份处理后地毯草的地上部剪下，在105 ℃杀青15 min，60 ℃度烘48 h后称量。

相对地上部干质量比(C5)=(处理地上部干质量/对照地上部干质量)×100%。

1.4.6相对地下部干质量比 记录每份地毯草处理后的地下部在105 ℃杀青15 min，60 ℃烘48 h后的质量。

相对地下部干质量比(C6)=(处理地下部干质量/对照地下部干质量)×100%。

1.5数据处理 用SPSS 16.0和Excel 2003软件进行数据处理分析和统计。

2 结果与分析

2.1供试材料各指标间多重分析 20份地毯草种质间6个指标变异范围分别是19.9%～71.8%、26.4%～87.3%、25.0%～83.3%、1.67～6.33分、43.5%～92.6%和41.8%～79.6%，变异系数分别为34.17%、28.93%、28.34%、39.63%、18.73% 和 20.88%(表2)。说明不同指标的筛选潜力不同，对新品种选育过程中指标筛选有参考价值，尤其是针对耐铝型的新品种选育更是有好的指导意义。多重比较结果显示，不同种质间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异，相对于对照品种，部分种质耐铝性相对较强，同时也显示出地毯草的耐铝性差异较大。

表2 地毯草种源耐铝性差异多重比较Table 2 Multiple comparisons of aluminum tolerance of Axonopus compressus

综合考虑6个指标，初步筛选出1份耐铝种质A58和3份敏铝种质A66、A73、A38，作为后续试验的材料(图1)，以对地毯草耐铝性进行更深一步的研究。

2.2供试材料各指标间的相关性分析 虽然各指标间有一定的相关性，部分指标间可达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)，但各项指标在铝处理下总体变化趋势较一致(表3)。相对总茎长比与叶片枯黄率、坪用质量间的相关性达极显著；坪用质量与相对地下部干质量比呈显著负相关；而相对总二级分枝数比、相对地上部干质量比与其他5个指标间的相关不显著。

图1 铝处理后敏铝与耐铝地毯草种质对比(第28天)Fig.1 A comparison of aluminum-sensitive and aluminum-tolerant germplasm of Axonopus compressus after aluminum treatment (28th day)

表3 各指标之间的相关系数Table 3 Correlation coefficients between various indexes

2.3聚类分析 采用欧式距离平均法对供试材料6个主要性状进行聚类分析(图2)。在欧式距离16.0 处，将20份优良的地毯草品种(系)分为 A、B、C 三大类。A类包括14份种质：分为4个亚类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)，该类种质在铝的胁迫坪用质量较低，故划为敏铝型，其中A66、A73、A38，表现最差(表2)。B类包括5份种质，因其在铝胁迫下表现的坪用质量较好而划分为中间型，该类型在品种选育或杂交育种上应根据具体情况而进行选择和利用。C类只含有1份种质(A58)，在铝胁迫下，6项指标都处于优势地位(表2)，故划分为耐铝型。

3 讨论与结论

不同植物的耐铝性存在一定的差异，同一种植物不同品种间也存在一定的耐铝性差异。筛选培育耐铝性品种，挖掘种质本身的耐铝能力，是酸铝土壤改良利用研究的重要途径[16]。相对其他草坪草，地毯草耐酸性较强[28]，但是目前关于地毯草抗逆性方面的研究还很少[17,29-30]。

图2 20份地毯草种源的类聚分析Fig.2 The clustering dendrogram of 20 Axonopus compressus germplasms

种质资源是育种的物质基础，草坪草育种的重要突破均与优良种质资源的发现和利用有关[20]。本研究利用6个相关性状指标对20份地毯草种质材料进行观测，发现同一指标中，材料之间存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01)。变异系数范围在18.73%～39.63%，表明地毯草种质资源间的耐铝性存在一定的差异。19份野生地毯草种质主要分布在我国广东、广西、福建、云南、海南等地区，这些地区在国内都具有其特定的生态环境，而本研究结果也显示来自不同地区的地毯草种质资源的耐铝性存在一定差异，故地理分布也可能是地毯草种质耐铝性差异的原因之一。因此，本研究对今后开展地毯草抗逆育种亦提供了一定的理论依据。

在铝处理过程中，不同种质地毯草的总茎长、总二级分枝数、枯黄率、坪用质量差异极显著(P<0.01)。相对总茎长的变异范围最大，而变异范围最小。从变异系数来看，坪用质量的变异系数最大，相对地上部干质量比的变异系数最小。造成这种结果的原因是多样的，其中一个原因可能是在铝处理过程中，部分种质资源的植株受铝的迫害程度逐渐加深，相对总茎长比和相对地下干质量比变异更显著。前人也得出类似的结果[16]。铝毒害主要表现为对植物根系生长的影响，进而使植物水分和营养的吸收受到抑制[31-32]。在整个试验过程中发现，材料在处理的第2-4周，其分枝的生成率最高，这也许是随着铝的迫害性加深使得有机酸的分泌调节不再能抵制铝的毒害从而影响了养分、水分的吸收利用进而影响其分枝速度和数量[33]。

在地毯草耐铝性差异的评价中，6个观测指标之间存在不同程度的正相关性或负相关性。其中枯黄率与坪用质量之间达到极显著负相关(-0.920)(P<0.01)，其中坪用质量与相对总茎长比均与枯黄率呈极显著负相关，相关系数分别为-0.920和-0.874，这主要是因为绿色叶片是影响草坪坪用价值的因素之一，叶片枯黄率增大，在很大程度上降低了草坪草的坪用价值，从而导致二者间呈现负相关。在草坪草营养生长过程中叶片枯黄率对根系生长的正向影响非常明显，这是因为植株正常生长所需的养分是通过根系吸收进而由叶片表现其健康状况的。

通过聚类将材料分为三大类，第1类是敏铝型，包括A5、A25、A8、A2、A19、A64、A38、A72、A73、A66、A22、A15、A14和A69，该类在铝的胁迫下所表现的草坪坪用价值较低，将其分为4亚类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)，其中Ⅱ类中3个种源A73、A72和A38综合指标表现最差；第2类是中间型，包括A50、A16、A18、A37和A12，这些材料可成为今后新品种的系统选育或杂交育种的材料或对照，该类草种都来源于海南地区；第3类是耐铝型A58，其在铝胁迫下，相对总二级分枝个数比、相对总茎长比、叶片枯黄率、坪用质量都表现的最优质，这可为培育具有自主知识产权的优质耐铝地毯草品种提供优良的材料和试验基础，也可为酸土改良利用提供试验依据。总之，以本研究为基础，有利于进一步从生理和分子两方面对地毯草的耐铝机理进行更深入的研究。

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