全 文 ：不同品系圆叶决明牧草耐铝特性比较研究
林永辉1 ,2 , 郑向丽1 , 2 , 詹 杰1 , 2 , 叶花兰1 , 2 , 徐国忠1 ,2
(1.福建省农业科学院农业生态研究所 , 福建 福州 350013;
2.福建省山地草业工程技术研究中心 , 福建 福州 350013)
收稿日期:2008-05-30初稿;2008-07-19修改稿
作者简介:林永辉 (1963-), 女 , 助理研究员 , 主要从事作物栽培研究
通讯作者:徐国忠 (1965-), 男 , 研究员 , 主要从事作物生理及遗传育种研究
基金项目:福建省自然科学基金项目 (B0610017);福建省星火计划项目 (2007S007);福建省财政专项 (STIF-Y01);福州市科技计
划项目 (2006-K114)
摘 要:在铝质量浓度为 120 mg · L-1下 , 对 9 个不同品系圆叶决明牧草进行培养。通过农艺性状 、 主根伸长
率 、 根系电导率 、 根系活力和脯氨酸含量变化测定 , 研究不同圆叶决明品系的耐铝性。结果表明 , 86134R2、
86134R3 、 86134R1 决明品系属于耐铝的圆叶决明牧 草品系;34721R2 、 34721F7、 92985R2、 34721R1、
34721F4 、 92985R1 属于铝敏感圆叶决明牧草品系。
关键词:圆叶决明;牧草;耐铝性
中图分类号:S 541 文献标识码:A
Al3+ tolerance of Chamaecrista spp.
L IN Yong-hui1 , 2 , ZH ENG Xiang-li1 , 2 , ZH ANG Jie1 , 2 , YE Hua-lan1 ,2 , XU Guo-zhong1 ,2
(1.Institute o f A gricultural Ecology , Fuj ian Academy o f Agricultural Sciences , Fuzhou ,
Fuj ian 350013 , China;2.F ujian Engineering and Technology Research Center f or
H illy Prataculture , F uzhou , F ujian 350013 , China)
Abstract:Ten str ains o f Chamaecrista we re cultivated in soil with 120 mg · L-1 of A l3+.Al3+ to ler ance o f these
strains was studied measuring the ag ronomic cha racteristics , elongation ra tes o f main roo t , roo t conductivity , roo t
activities and proline content.The results demonstr ated that the strain 86134R2 , 86134R3 , 2204 and 86134R1 had
high to le rances to A l3+;the str ain 34721R2 , 34721F7 and 92985R2 had medium to ler ances;and , the st rain
34721R1 , 34721F4 and 92985R1 had low A l3+ tole rances.
Key words:Chamaecrista;fo rag e;Al3+ tolerance
铝是地壳中含量最丰富的金属元素 , 在酸性条
件下以 Al3+的形式存在 , 能对植物产生毒害 , 铝
离子毒害是酸性土壤地区限制作物生长的主要因
素。虽然可以通过施用石灰 、 增加土壤有机质含
量 、 施用硅肥等非生物途径来防治铝 , 但这类方法
投入大 , 操作上也存在困难 , 长期使用还会破坏土
壤特性 , 污染环境 , 破坏生态平衡 , 不是解决土壤
铝的根本方法。而通过遗传育种的方法 , 改良作物
本身的耐铝能力 , 选育出具耐铝胁迫基因型的作
物 , 充分挖掘优良基因型的遗传潜力 , 是提高酸性
铝土壤中作物生产力 、促进农业高效持续发展的新
途径 , 也是解决土壤铝的根本方法 。酸性土壤中铝
对作物的毒害是绝对的 , 但不同作物或同一作物不
同基因型间的耐铝能力存在着明显差异[ 1-13] 。
圆叶决明为决明属 (Chamaecrista spp.)牧
草 , 原产于南美洲的巴西 、 巴拉圭 、 墨西哥等地 ,
是优良的豆科牧草 , 在非洲 、澳大利亚 、 美国 、巴
西等国广泛种植。自 1987 年以来 , 我单位先后从
澳大利亚国际农业研究中心 (ACIA R)与澳大利
亚热带牧草种质资源中心 (ATFG RC)引进源自
世界各地的圆叶决明牧草 , 在福建的闽北 、 闽南 、
闽西的红壤山地示范种植 , 多年试验研究表明 , 这
些品种抗旱性强 , 耐酸 、 耐瘠 、 抗铝 、 固氮活性
高 、无病虫害 , 且产量高 、 适口性较好 , 适宜在其
他作物难以生长的红壤荒山荒坡及侵蚀岗地生长 ,
具有水土保持 、生态恢复和地力培肥等功能 , 可用
于荒山荒坡改造 、 生态果园套种 、水土保持利用及
观光农业园的四季绿化 , 同时圆叶决明牧草营养丰
福建农业学报 23(3):322 ～ 326 ,2008
F ujian Journal o f Agricultural Sciences
文章编号:1008-0384 (2008)03-0322-05
富 , 可作为牛 、 羊 、 兔等草食性动物的优质饲
料[ 14-20] 。为此 , 研究不同品系圆叶决明牧草的耐
铝特性 , 以期为耐铝圆叶决明的筛选提供理论基础
和参考依据。
1 材料与方法
1.1 供试品系
供试品系为:34721R1 、 34721R2 、 34721F4 、
34721F7 、86134R1 、86134R2 、86134R3 、92985R1 、
92985R2(Chamaecrista rotund i f olia),所有品系均
由福建省农科院农业生态研究所牧草品种圃提供 。
1.2 试验方法
采用砂床育苗 , 河砂用蒸馏水洗净装盆 , 砂厚
10 cm 左右 , 盆底带小孔 。苗长至两片子叶一心时
移栽 , 移栽时洗去根部砂子 , 再用蒸馏水冲洗 3
遍。基础营养液采用 6302 培养液 , pH 值保持
4.0 , 盖子用泡沫塑料板 , 每个盖子挖 5个定植孔 。
苗放入定植孔后用海绵固定 , 定植时根与茎的交接
处高于液面少许 , 每 7 d 换液 1次 。铝处理为 120
mg ·L -1 [用 A l2 (SO 4)3 ·18H 2O ] , 并设 1个对
照 CK (Al3+浓度为 0), 3次重复 。
1.3 取样和测定方法
分别在营养液培养后第 10 d 、 13 d 、 16 d 和
19 d测定决明属牧草根长和株高 , 计算根伸长率
和株高增长率 , 根伸长率 (株高增长率)=相邻两
次测定的根长或株高差值 (cm)/3 d 。
第 20 d 取样 , 测定植株根 、茎 、叶干重;采用
T TC法 ,测定根系活力[ 10] ,单位为 μg·g-1·h-1 ;采
用电导仪 , 测定根系电导率[ 10] ;采用茚三酮比色
法 , 测定脯氨酸含量[ 10] , 单位为 μg · g -1 。为消
除不同品系间固有的生物学特性 (如根系生长)的
差异 , 试验采用相对耐性指数来衡量不同品系的耐
铝能力 , 包括相对根长 、相对根系干重 、 相对地上
部干重 、相对根系伸长率 、 相对株高生长率 、 相对
根系活力 、 相对根系电导率 、 相对脯氨酸含量等。
其相对耐性值的计算公式为:相对耐性指数=(铝
胁迫处理下的测定值/正常培养的测定值) ×100 ,
用 EXCEL进行数据处理 , 采用 SPSS 软件进行统
计分析 。
2 结果与分析
2.1 铝胁迫下 9个不同品系圆叶决明牧草的农艺
性状
结果表明 , 铝胁迫对不同品系圆叶决明牧草的
相关农艺性状变化存在明显差异 (表 1), 各个性
状的相对耐性指数越大表明该性状对铝胁迫有较强
的抵抗力;反之 , 则抵抗力较弱。从表 1可看出 ,
对于同一个圆叶决明品系各性状的相对耐性值并不
一致 , 即在某些性状上有相对较强的耐铝性 , 而某
些性状的相对耐铝性较弱。可见 , 同一品系不同性
状受铝影响的程度存在一定的差异 , 而这种差异可
能与不同决明牧草对铝胁迫的响应机理有关。综合
4 个农艺性状 , 以平均相对耐 性值为标准 ,
86134R2 的耐铝能力最强 , 86134R1 、 34721F7 、
34721F4耐铝能力次之 , 92985R1 、 86134R3 再次
之 , 34721R2 、 34721R1 、 92985R2耐铝能力最差 。
表 1 铝胁迫下 9 个不同品系圆叶决明牧草的农艺性状变化
Table 1 Some agronomic characteristics of 10 strains of Chamaecrista spp.under stress of Al3+
编号 品系 相对根长(%)
相对株高
(%)
相对根干重
(%)
相对地上部干重
(%)
平均相对值
(%)
1 34721F4 85.64±5.21 155.55±11.32 11.20±0.79 25.92±1.02 69.58
2 34721F7 88.10±4.78 115.94±5.35 41.64±2.23 38.22±4.21 70.98
3 34721R1 63.24±5.23 110.56±5.89 15.49±0.98 20.96±2.75 52.56
4 34721R2 97.89±8.42 93.00±4.84 24.08±1.56 16.00±1.67 57.74
5 86134R1 91.53±7.43 112.35±10.23 34.93±2.65 49.85±5.21 72.17
6 86134R2 79.24±2.76 117.43±9.65 78.57±5.43 109.56±8.74 96.20
7 86134R3 40.67±2.18 65.47±6.74 71.42±5.87 66.96±5.63 61.13
8 92985R1 90.01±8.57 137.65±10.51 14.38±2.14 4.63±0.18 61.67
9 92985R2 75.90±7.45 86.12±8.62 50.00±2.68 5.00±0.43 54.26
2.2 铝胁迫下 9个不同品系圆叶决明牧草的主根
相对伸长率
从图 1可以看出 , 铝胁迫对圆叶决明牧草幼苗
的根系生长有明显的影响 , 铝胁迫下圆叶决明品系
主根伸长率 (除 86134R2增长外)都明显降低。圆
叶决明各品系主根伸长率对铝胁迫的反应并不一
323第 3期 林永辉等:不同品系圆叶决明牧草耐铝特性比较研究
致 ,各品系之间存在着极显著差异 ,其中 , 86134R2
的相对主根伸长率最大 ,达到 106.25% ,比无铝培
养更好 , 说明其耐铝能力最强;86134R1 达到
93.75%,其耐铝能力次强;86134R3的相对主根伸
长率达 80%, 其耐铝能力较强;其余 6个决明牧
草品系相对主根伸长率都在 50%以下 , 说明它们
的耐铝能力都较差。
图 1 铝胁迫下圆叶决明牧草各品系相对主根伸长率
Fig.1 Relative elongation rates of main root of 10 Chamae-
crista spp.under stress of Al3+
2.3 铝胁迫下 9个不同品系圆叶决明牧草的相对
电导率
由图 2可以看出 , 铝胁迫对不同圆叶决明牧草
品系的影响是不同的 , 其中 , 86134R2 、 86134R3
和34721F7的相对电导率小于 100% , 说明这 3个
圆叶决明牧草品系对铝害的耐受力最强 , 细胞质膜
比较稳定 , 并在一定程度上增强细胞膜的稳定性 ,
以抵抗铝胁迫;86134R1和 34721F4 的电导率在
100%～ 110%, 说明它们的铝害耐受力较强;
34721R1 和 34721R2 的电导率在 120%～ 140%,
说明它们的铝害耐受力较差;92985R1和 92985R2
的电导率在 190%～ 220%之间 , 说明它们的铝害
耐受力最差。
2.4 铝胁迫下 9个不同品系圆叶决明牧草的相对
根系活力
铝胁迫下 , 根系受害首当其冲 。从图 3中可以
看出 , 86134R2的根系对 T TC 的还原量大 , 其相
对根系活力大 , 为 94.2%, 表明其对铝胁迫的耐
性强 , 在铝害下仍可保持强的根系呼吸能力;
34721F4 、 34721F7 、 34721R2 、 86134R1 、
86134R3和 92985R2 根系对 TTC 的还原量较大 ,
其相对根系活力较大 , 均达 60%以上 , 表明它们
对铝胁迫的耐性较强 , 在铝害下仍可保持较强的根
系呼吸能力 , 因而有利于保持植物对水分和养分的
图 2 铝胁迫下圆叶决明牧草各品系根系相对电导率
Fig.2 Relative root conductivity of 10 Chamaecrista spp.
under stress of Al3+
较强吸收;34721R1和 92985R1的 T TC 还原量较
小 , 相对根系活力较小 , 它们对铝胁迫较为敏感 ,
铝害严重影响了根系的呼吸作用 , 使根系的营养吸
收和运输能力受到限制 , 根系氧化还原能力明显下
降 。
图 3 铝胁迫下圆叶决明牧草各品系相对根系活力
Fig.3 Relative root activity of 10 Chamaecrista spp.under
stress of Al3+
2.5 铝胁迫下 9个不同品系圆叶决明牧草的相对
脯氨酸含量
如图 4所示 , 方差分析表明 , 10 个不同圆叶
决明牧草品系的相对脯氨酸含量有极显著差异 ,
86134R1 、 86134R2 的相对脯氨酸含量低 , 低于
100%, 说明它们在铝胁迫下有强的稳定性 , 耐铝
性强;86134R3 和 34721R2 相对脯氨酸含量则较
小 , 说明它们在铝胁迫下有较强的稳定性 , 耐铝性
较强;其余 5个决明牧草品系相对脯氨酸含量则较
大 , 说明它们对铝胁迫的耐受力不够 , 原生质的稳
定性差 , 对铝胁迫较为敏感 。
2.6 9个不同品系圆叶决明牧草的耐铝性
从以上结果可以看出 , 9个圆叶决明牧草品系
324 福建农业学报 第 23卷
图 4 铝胁迫下圆叶决明牧草各品系相对脯氨酸含量
Fig.4 Relative proline content of 10 Chamaecrista spp.un-
der stress of Al3+
在铝胁迫下的各农艺性状 、相对主根伸长率 、相对
根系活力 、相对电导率和相对脯氨酸含量都有较明
显的差异 , 且同一个品系不同性状在铝胁迫下的表
现也不一致。为了更准确地评价各品系在铝胁迫下
的综合反应 , 我们假定上述因子对决明牧草品系综
合指标确定的影响相同 , 用相对值 (T)表示各因
子对铝胁迫的抵抗力 , 耐性最强的决明品系的 T
值设为 10 , 耐性最弱的决明品系的 T 值设为 1 ,
以此类推 , 决明牧草耐铝品系的综合评价系数即为
上述各指标的 T 值之和 , 综合系数越大 , 该品系
对铝胁迫的整体抗性就越强[ 10] 。但是 , 不同遗传
背景的决明基因型耐铝胁迫的机理是不同的 , 并不
是每一个性状均可普遍反应决明耐铝能力的强弱 ,
因而在生产实践中选择一些观察 、 测定较容易且又
能普遍准确反映决明对铝抗性的性状作为基因型筛
选的指标是非常重要的。因此 ,我们将相对株高 、相
对根长 、相对主根伸长率 、相对根系干重 、相对地上
部干重 、相对根系电导率 、相对根系活力 、相对脯氨
酸含量测定指标的相对值与所得的综合评价系数进
行相关性分析 ,以求探讨出耐铝胁迫基因型筛选的
适合指标 。所得的相关系数分别为相对株高 0.260
0 、相对根长 0.077 9 、相对主根伸长率 -0.853
3
＊＊ 、相对根干重 -0.700 2＊ 、相对地上部干重 -
0.840 8＊＊ 、相对电导率 0.694 1＊ 、相对根系活力-
0.751 7＊ 、相对脯氨酸含量0.754 3＊;相对主根伸
长 、相对根干重 、相对地上部干重 、相对电导率 、相对
根系活力 、相对脯氨酸含量与综合评价系数的相关
性达到显著或极显著水平 , 可作为决明属牧草耐铝
基因型筛选的有效指标。本文根据各指标与综合评
价指数的相关系数 , 筛选出有效指标 , 在此基础上
计算出耐铝综合系数 (即所筛选的有效指标的 T
值之和)(图 5), 9个圆叶决明牧草品系耐铝综合
系数的大小排序分别为:86134R2 (52)、 86134R3
(45)、 86134R1 (38)、 34721R2 (29)、 34721F7
(29)、 92985R2 (27)、 34721R1 (20)、 34721F4
(19)、 92985R1 (12);可 以 看 出 , 86134R2 、
86134R3 、 86134R1 决明品系的耐铝综合系数较
大 , 说明其对铝的整体抗性强 , 属于耐铝的圆叶决
明 牧 草 品 系;34721R2 、 34721F7 、 92985R2 、
34721R1 、 34721F4 、 92985R1 的耐铝综合系数较
小 , 属于铝敏感圆叶决明牧草品系。
图 5 铝胁迫下 9 个不同圆叶决明品系的耐铝综合系数
Fig.5 Aluminum-resistant comprehensive coeticient of 9
Chamaecrista spp.under stress of Al3+
3 结论与讨论
试验结果表明 , 铝对圆叶决明牧草的毒害存在
明显的基因型差异 , 但是 , 由于不同遗传背景 , 同
一个品系不同性状在铝胁迫下的表现也不一致 。本
试验表明 , 相对主根伸长率和相对地上部干重与圆
叶决明的耐铝性关系最为密切 , 说明铝严重影响圆
叶决明的主根伸长和地上部生长 。利用耐铝综合系
数进行圆叶决明的耐铝性比较 , 得出 86134R2 、
86134R3 、 86134R1 属于耐铝的圆叶决明牧草品
系 , 而其中 86134R2 圆叶决明在铝质量浓度 120
mg ·L-1下 , 其相对主根伸长率和地上部干重都超
过 100%, 说明在此铝浓度下 , 不仅没有受到铝的
毒害 , 反而还促进了其生长;从各项耐铝指标的表
现来看 , 86134R2圆叶决明除电导率和脯氨酸含量
排在第 2位外 , 其余 4项指标均排在第 1 , 说明其
耐铝能力超强 , 今后有望在生产上加以推广应用;
耐铝品系 86134R3 、 86134R1的相对主根伸长率和
地上部干重都排在 2 ～ 3 位 , 且都接近或超过
50%。其余 6个圆叶决明为铝敏感圆叶决明牧草品
系 , 其相对主根伸长率和地上部干重都低于 50%。
本次试验结果还需在大田试验和生产实践中进一步
进行验证 , 以期在圆叶决明牧草的生产实践中加以
325第 3期 林永辉等:不同品系圆叶决明牧草耐铝特性比较研究
推广利用 。
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(责任编辑:翁志辉)
326 福建农业学报 第 23卷