不同育苗基质对南天竹幼苗生长及根系有机酸分泌的影响

陈彦君 罗 辉 柴忠金 李曙明 杜 凌 张超东 吴 华

(贵州省林业科技推广总站，贵州 贵阳 550001)

南天竹(NandinadomesticaThunb.)是我国传统的观赏类灌木，系小檗科南天竹属，又名南天竺、天烛子，形态清雅，果实鲜艳，兼具观赏、药用、生态等多种价值。近年来，学者主要围绕其栽培生理[1]、药理分析[2-3]等方面开展了研究。植物根系从基质中汲取生长所需物质，同时向栽培基质持续释放分泌物[4]，产生根际效应。植物根系分泌物的组成和含量变化往往被视作对育苗基质最直接的响应[5]，反映着植物在不同环境条件下自我调节的功能[6-7]。自十八世纪末Decandolle发现根系分泌物会促进或抑制植物生长以来，植物根系分泌物一直是研究的热点，其中，根系分泌有机酸因分子量较小、易被吸收或分解的反应特征，开展的研究较多[8]，其功能包括捕获营养、影响根系微生态、应对环境胁迫、螯合残留重金属等[9]，受到植物种类、基质类型、营养供给等多方面的影响[10]。目前研究主要集中在农业生态系统中[11]，对南天竹根系分泌有机酸的研究未见报道。本试验通过开展不同基质条件下南天竹容器育苗及其根系分泌有机酸的研究，探究其生物量与根系有机酸的组成和含量之间的关系，以期为南天竹容器育苗技术提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区位于贵州省习水县温水镇(106°28′31″ E， 28°24′46″ N)，海拔982m，年均降雨量>1050mm，平均日照数1053h，无霜期>260d。

1.2 试验设计

苗木培育试验采取随机区组设计，2017年10月将已发芽的南天竹种子播种于不同基质配方的无纺布育苗袋中，育苗袋规格14cm×16cm。育苗基质配比共9个处理，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:珍珠岩=1∶1∶1)、ZZ2(腐殖土:蛭石:珍珠岩=2∶1∶1)、JM1(腐殖土:蛭石:锯末=1∶1∶1)、JM2(腐殖土:蛭石:锯末=2∶1∶1)、YT1(腐殖土:蛭石:园土=1∶1∶1)、YT2(腐殖土:蛭石:园土=2∶1∶1)，以种源地园土为对照(CK)。试验设计共9个处理，每个处理3次重复，每个重复30株，共计810株。田间管理相同。

1.3 样品采集与测定方法

2018年底，每个处理选取苗高、地径相近的6株苗木，测定其根系分泌有机酸组成、含量及苗木生物量，将留存在育苗袋内的基质按处理混合均匀后测定pH值。

1.3.1 基质pH值测试

基质阴干后，研磨并过60目筛，各取5g放入50ml的烧杯中，加入25ml蒸馏水，用玻璃棒搅匀，沉降后用PHS-3C型精密pH计测定上清液pH值。

1.3.2 南天竹幼苗生物量测定

收集样株根系，洗净并风干，将叶、茎、根分别装入信封中，在105℃下杀青20min，后置于70℃下烘干至质量恒定，自然冷却后测定南天竹幼苗各部分干物质量。总生物量=叶生物量+茎生物量+根生物量。

1.3.3 有机酸分析

用毛刷仔细收集样株根系附着土壤，分处理混合均匀，用高效液相色谱仪测量根系土壤有机酸。南天竹根系草酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸、乙酸和乳酸的测定在贵州师范大学山地环境保护重点实验室进行，测定方法参考[12-13]。取南天竹根际土0.1 g用0.1% 磷酸浸洗，收集浸洗液定容，通过0.22 μm的微孔滤膜过滤得到供试样品，进行HPLC分析。HPLC(日本岛津LC-10A)分析条件包括，流动相：甲醇——0.1%磷酸=4∶96(v/v)，色谱柱——日本资生堂Capcell Pak C18(4.6×250mm， 5μm)，柱温为40℃，流速为1mL/min，进样量为20μL，检测波长为210nm。通过外标法，分别采用标准品色谱保留时间定性，以峰面积进行定量，测定3次求均值。

1.4 数据处理

试验数据用Excel预处理及绘图，用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析(ANOVA)、Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同育苗基质pH值

由表1可知，不同育苗基质pH值各异，添加了腐殖土、蛭石、草木灰的基质为中性，较CK高15.20%～18.13%；添加了腐殖土、蛭石、锯末的基质呈酸性，较CK低3.80%～7.94%；添加腐殖土、蛭石、园土的基质呈弱酸性，较CK高5.53%～8.12%；添加腐殖土、蛭石、珍珠岩的基质中，腐殖土比例较低的ZZ1呈中性，比例高的ZZ2呈酸性，两者相差0.73。

表1 不同育苗基质pH值

2.2 不同育苗基质下南天竹幼苗生物量分布特征

表2显示，不同育苗基质对南天竹苗木生物量影响显著，基质中添加草木灰有利于南天竹苗木生物量的积累，含锯末的反之。除JM1、JM2和ZZ2外，其他基质配方的南天竹苗木总生物量均高于对照。CM1苗木叶生物量显著高于除CM2和YT1，茎、根生物量和总生物量显著高于其他处理，分别为对照CK的4.03倍、3.03倍和3.00倍，CM2次之，其总生物量较对照高103.12%，可见基质中添加草木灰有利于南天竹苗木各部位生物量的积累。JM1和JM2总生物量为对照的45.27%和94.06%，JM1根生物量仅为0.76g，明显低于其他处理，JM2次之，JM1和JM2地上部分生物量分配比较高，说明添加锯末不利于南天竹幼苗根生长。ZZ1和YT1苗木叶生物量、总生物量分别为ZZ2和YT2的2.34倍和1.71倍，差异显著。说明含草木灰、珍珠岩和园土的基质，适当降低腐殖土比例有利于南天竹总生物量的积累，含锯末的反之。9种不同基质中，CM1南天竹苗木各部位生物量较高，且分配均衡。

表2 不同育苗基质下1年生南天竹幼苗生物量及分配比

2.3 9种育苗基质下南天竹根系分泌物中有机酸的组成

由图1可知，不同育苗基质处理的南天竹根系有机酸中，主要检测出草酸、酒石酸和甲酸，占所有处理中南天竹苗木根系有机酸总含量的81.93%，在不同育苗基质中分配比例各异。对照中检测出除酒石酸外的其余七种有机酸，甲酸、乙酸和丁二酸占比较高，有机酸总量为161.55μg，为其他处理的1.93～9.76倍，以利于螯合因常年耕作而导致的残留物。含草木灰的CM1和CM2南天竹苗木根系有机酸以草酸、酒石酸为主，其草酸含量分别为46.73μg和31.54μg，为对照的2.67倍和1.80倍，显著高于其他处理(表3)；含珍珠岩的ZZ1和ZZ2以酒石酸、草酸为主，ZZ2酒石酸含量为21.83μg，显著高于其他处理2.25～17.53倍；含锯末的JM1和JM2以甲酸、草酸为主，JM2甲酸含量高于其他处理1.02～31.76倍；含园土较多的YT2仅检测出草酸和甲酸，含腐殖土较多的YT1仅检测出草酸和酒石酸。说明添加草木灰有利于南天竹苗木分泌草酸，添加锯末分泌更多的甲酸，添加珍珠岩有助于分泌酒石酸；除含草木灰的CM1和CM2外，其他处理添加的腐殖土比例越高，根系有机酸总量越高。

图1 不同育苗基质南天竹根系有机酸组成

表3 不同育苗基质条件下南天竹根系3种主要有机酸含量显著性分析

2.4 不同育苗基质南天竹根系有机酸及苗木生物量相关分析

经Pearson相关性分析(表4)得知，基质pH与南天竹根系分泌草酸、酒石酸为正相关，与甲酸、有机酸总量呈负相关，但相关性均不显著。在酸性至中性基质条件下，南天竹苗木总生物量与基质pH值呈极显著正相关，苗木各部分相关性系数大小依次为叶(0.911)>根(0.860)>茎(0.767)。南天竹苗木根系分泌的有机酸中，甲酸与酒石酸呈极显著负相关(-0.635)，与有机酸总量呈极显著正相关(0.688)；酒石酸与有机酸总量呈显著负相关(-0.382)；草酸与其他有机酸含量相关性不显著。南天竹苗木各部分生物量呈极显著正相关，且均与总生物量呈极显著正相关，相关性系数大小依次为叶(0.959)>茎(0.941)>根(0.926)。总生物量、叶、茎、根生物量均与草酸呈极显著正相关，相关性系数依次为总生物量(0.679)=茎生物量>根生物量(0.640)>叶生物量(0.624)，说明南天竹根系分泌的草酸更有利于其茎生物量和总生物量的累积。总生物量、叶生物量与甲酸呈显著负相关，相关性系数按绝对值大小为叶生物量(0.440)>总生物量(0.430)。

表4 不同育苗基质下南天竹根系有机酸及苗木生物量相关性

3 结论与讨论

不同植物根系分泌有机酸种类和含量各异，同一种植物在不同环境中有机酸分泌也不尽相同。在9种不同育苗基质处理的南天竹根系分泌的有机酸中，主要检测出草酸、酒石酸和甲酸，这与油茶[14]、番茄[15]等物种不同。不同育苗基质南天竹根系分泌物各异，含腐殖土、蛭石、草木灰的基质中南天竹根系分泌有机酸以草酸、酒石酸为主；含腐殖土、蛭石、珍珠岩的基质中以酒石酸、草酸为主；含锯末的基质中则以甲酸、草酸为主。园土因常年耕作，残留物较多，南天竹苗木生长时分泌更多的有机酸以保护根部，并螯合残留物，导致对照园土中南天竹有机酸分泌类型多样，且总量显著高于其他处理，与陈美静等[16]的分析结果相似，含园土的基质YT1和YT2中因其占比不同，南天竹根系有机酸分泌种类和数量也各异。同时，在试验范围内，添加易分解的碳源较高的基质，南天竹苗木根系分泌有机酸总量较高。

根据课题组的前期调查，南天竹可分布于弱酸性、中性乃至弱碱性土壤中，9种育苗基质中，腐殖土、园土、锯末常呈酸性或弱酸性，蛭石、珍珠岩、草木灰常为中性或弱碱性，相互组合育苗1年后，“腐殖土+蛭石+草木灰”的CM1和CM2，以及添加了较高比例的珍珠岩的ZZ1，均呈中性，“腐殖土+蛭石+园土”基质呈弱酸性，有利于南天竹生长，而“腐殖土+蛭石+锯末”、“腐殖土:蛭石:珍珠岩=2∶1∶1”的ZZ2和园土呈酸性，不利于南天竹苗木生长，基质处理间南天竹苗木干生物量差异显著，与郑琰燚[17]等对红豆杉的研究结果相似。南天竹苗木干生物量表现为地上部分>地下部分，与云南松[18]等物种相似，这一生物学习性有利于南天竹在立地条件较差的区域生存。

对南天竹根系分泌有机酸、基质pH值、苗木生物量等各指标开展相关性分析，结果表明：南天竹苗木根系分泌有机酸与基质pH值相关性不显著，在酸性至中性基质条件下，南天竹苗木各生物量与基质pH值、根系分泌的草酸均呈显著或极显著正相关，南天竹总生物量及叶生物量与甲酸呈显著负相关，酒石酸与甲酸呈极显著负相关。说明根系分泌的草酸有利于营养物质的吸附，从而增加南天竹干生物量，甲酸反之。故本实验中，根系分泌有机酸总量为20～60μg、基质pH值>6.1的CM1、CM2、ZZ1和YT1，有利于南天竹苗木生长。故建议生产过程尽可能选用组合中性基质，可适量添加酒石酸以抑制甲酸的分泌，上调基质pH值更有利于促进叶片生长。

因试验研究基质成分组成较为单一，试验结果对于南天竹根系分泌物的评价具有一定局限性，建议结合野生南天竹资源、分类及其根系化感物质调查，更为系统地开展其根系生态研究。