全 文 ：不 同 决 明 基 因 型 的 耐 铝 特 性*
郑向丽摇 叶花兰摇 徐国忠**
(福建省农业科学院农业生态研究所福建山地草业工程技术研究中心, 福州 350013)
摘摇 要摇 在铝浓度 120 mg·L-1条件下,通过溶液培养试验,研究了 40 个决明品种(系)对铝
毒的反应.比较了不同基因型各性状的相对耐性值及其与综合评价系数的相关性.结果表明:
相对株高、相对根系干物质量、相对地上部干物质量和相对根系活力可作为决明耐铝毒基因
型筛选的重要指标. 40 个品种(系)中,86134R2、2208、3170、316、2211、2232 的耐铝毒能力较
强,属于耐铝毒的决明基因型,而 34721R1、92985、3184 的耐铝毒能力较弱,属于铝敏感的决
明基因型.
关键词摇 决明摇 牧草摇 耐铝性摇 筛选指标
文章编号摇 1001-9332(2010)08-1998-06摇 中图分类号摇 S541摇 文献标识码摇 A
Aluminum鄄tolerant characteristics of different Chamaecrista genotypes. ZHENG Xiang鄄li,YE
Hua鄄lan,XU Guo鄄zhong (Fujian Engineering and Technology Research Center for Hilly Pratacul鄄
ture, Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(8): 1998-2003.
Abstract: A hydroponic culture experiment was conducted to study the responses of 40 Chamaecris鄄
ta varieties ( lines) to 120 mg·L-1 of A13+, with the correlations between the relative tolerance
values of various characters of different genotypes and the comprehensive evaluation coefficient com鄄
pared. Among the characters of the genotypes, the relative plant height, relative root dry mass, rel鄄
ative shoot dry mass, and relative root activity could be selected as the important indices for screen鄄
ing the Al鄄tolerant genotype of Chamaecrista. In the test 40 Chamaecrista varieties ( lines), the
86134R2, 2208, 3170, 316, 2211, and 2232 had stronger Al鄄tolerant capability, belonging to Al鄄
tolerant genotype, whereas the 34721R1, 92985, and 3184 had weaker Al鄄tolerant capacity, be鄄
longing to Al鄄sensitive genotype.
Key words: Chamaecrista spp. ; forage; aluminum tolerance; screening index.
*国家科技支撑计划项目(2008BADB3B08)、福建省星火计划项目
(2007S007)和福建省自然科学基金项目(D0610002)资助.
**通讯作者. E鄄mail: xuguozhong178@ hotmail. com
2009鄄10鄄26 收稿,2010鄄06鄄02 接受.
摇 摇 铝(Al)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
之一[1-4] .早在 1918 年 Hartwell 和 Pember[5]就已经
报道了有关铝对植物毒害的研究. 酸性土壤虽然可
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毒,但这些方法投入大,操作上
也存在困难,长期使用还会改变土壤特性,污染环
境,破坏生态平衡,因此不是解决土壤铝毒的根本途
径.而通过筛选及遗传育种的方法,筛选或选育出耐
铝胁迫的作物基因型,充分挖掘优良基因型的遗传
潜力,是提高酸性土壤作物生产力、促进农业高效持
续发展的新途径,也是解决土壤铝毒的根本方
法[6-9] .酸性土壤上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毒能力存在
着明显差异[10-13] .
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、巴西等地广泛种植. 自 1987
年以来,福建省农业科学院先后从澳大利亚国际农
业研究中心(ACIAR)与澳大利亚热带牧草种质资
源中心(ATFGRC)引进了源自世界各地的决明牧
草,在福建的闽北、闽南、闽西等地进行红壤山地示
范种植,多年试验结果表明,这些品种抗旱性强,具
有耐酸、耐瘠、抗铝毒、固氮活性高、无病虫害,且产
量高、适口性较好等优点[14-16],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,具有保持
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 8 月摇 第 21 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2010,21(8): 1998-2003
水土、恢复生态和培肥地力等功能,可用于荒山荒坡
改造、生态果园套种、水土保持利用及景观农业园的
四季绿化,同时圆叶决明牧草营养丰富,可作为牛、
羊、兔等草食性动物的优质饲料[17-20] . 本文深入研
究了决明属牧草 40 个不同基因型的耐铝性差异,以
期为决明属牧草耐铝基因型的筛选提供一定的理论
基础和参考依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
试验供试材料见表 1.
1郾 2摇 试验方法
试验于 2008 年 5 月在福建省农业科学院生态
研究所温室中进行,采用砂床育苗,河砂用蒸馏水洗
净装盆(盆的规格为 60 cm伊45 cm),砂厚 10 cm 左
右,盆底带小孔.幼苗长至两叶一心时移栽,移栽时
洗去根部砂子,再用蒸馏水冲洗 3 遍.采用营养液培
养,基础营养液采用 6302 培养液 ( CaSO4 ·2H2O
170 mg·L-1,MgSO4·7H2O 410 mg·L-1,KH2PO4
41郾 6 mg·L-1,KCl 22郾 8 mg·L-1,EDTA鄄Na2 3郾 7 mg
·L-1,FeSO4·7H2O 2郾 8 mg·L-1,H3BO3 1郾 5 mg·
L-1,Na2MoO4·2H2O 1郾 8 mg·L-1,NaNO3 60郾 8 mg
·L-1), pH值保持在 4郾 0,盖子用泡沫塑料板,每个
盖子挖 5 个定植孔. 将幼苗放入定植孔后用海绵固
定,定植时根与茎的交接处高出液面少许,每 7 d 换
1 次营养液. 铝(Al2( SO4 ) 3 ·18H2O)处理浓度为
120 mg·L-1 [14],在营养液预培养一个月后,将其直
接加入营养液中,以不加Al处理为对照,每处理
表 1摇 供试材料
Tab. 1摇 Test materials
编号
Code
AusTRCF编号
AusTRCF code
基因型
Genotype
种类
Variety
编号
Code
AusTRCF编号
AusTRCF code
基因型
Genotype
种类
Variety
1 AusTRCF319179 ATF2204 羽叶决明C. nictitans 21 AusTRCF319580 ATF3247
圆叶决明
C. rotundifolia
2 - 34721F4 圆叶决明C. rotundifolia 22 AusTRCF319581 ATF3248
圆叶决明
C. rotundifolia
3 - 34721F7 圆叶决明C. rotundifolia 23 AusTRCF57503 CPI57503
疏毛决明
C. pilosa
4 - 34721R1 圆叶决明C. rotundifolia 24 AusTRCF319204 ATF2232
闪烁决明
C. serpens
5 - 34721R2 圆叶决明C. rotundifolia 25 AusTRCF78355 ARG114
圆叶决明
C. rotundifolia
6 - 86134R1 圆叶决明C. rotundifolia 26 AusTRCF309510 ATF3092
圆叶决明
C. rotundifolia
7 - 86134R2 圆叶决明C. rotundifolia 27 AusTRCF319183 ATF2208
圆叶决明
C. rotundifolia
8 - 86134R3 圆叶决明C. rotundifolia 28 AusTRCF319185 ATF2211
闪烁决明
C. serpens
9 - 92985R1 圆叶决明C. rotundifolia 29 AusTRCF319551 ATF3170
圆叶决明
C. rotundifolia
10 - 92985R2 圆叶决明C. rotundifolia 30 AusTRCF90809 MEX795
圆叶决明
C. rotundifolia
11 AusTRCF319191 ATF2217 羽叶决明C. nictitans 31 AusTRCF86178 MEX316
圆叶决明
C. rotundifolia
12 AusTRCF319193 ATF2219 羽叶决明C. nictitans 32 AusTRCF319203 ATF2231
圆叶决明
C. rotundifolia
13 AusTRCF34721 Wynn 圆叶决明C. rotundifolia 33 AusTRCF319571 ATF3226
圆叶决明
C. rotundifolia
14 AusTRCF86134 MEX272 圆叶决明C. rotundifolia 34 AusTRCF319196 ATF2224
圆叶决明
C. rotundifolia
15 AusTRCF92985 CPI92985 圆叶决明C. rotundifolia 35 AusTRCF319567 ATF3210
圆叶决明
C. rotundifolia
16 AusTRCF319555 ATF3184 圆叶决明C. rotundifolia 36 AusTRCF319566 ATF3206
圆叶决明
C. rotundifolia
17 AusTRCF319578 ATF3243 圆叶决明C. rotundifolia 37 AusTRCF319583 ATF3252
圆叶决明
C. rotundifolia
18 AusTRCF319561 ATF3193 圆叶决明C. rotundifolia 38 AusTRCF319197 ATF2225
圆叶决明
C. rotundifolia
19 AusTRCF319195 ATF2222 圆叶决明C. rotundifolia 39 AusTRCF319200 ATF2228
圆叶决明
C. rotundifolia
20 AusTRCF85836 MEX171 圆叶决明C. rotundifolia 40 AusTRCF319570 ATF3224
圆叶决明
C. rotundifolia
99918 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郑向丽等: 不同决明基因型的耐铝特性摇 摇 摇 摇 摇 摇
5 棵植株,3 次重复.
1郾 3摇 取样和测定方法
分别在处理后第 10、13、16 和 19 天测定决明属
牧草根长和株高,计算株高生长率,株高生长率 =
(本次测量的株高-上次测量的株高) / 3[21] .在处理
后的第 20 天取样,测定植株根、茎、叶干物质量;采
用 TTC法[14]测定根系活力,单位为 滋g(TPF)·g-1
FM·h-1;采用电导仪[14]测定根系电导率(% );采
用茚三酮比色法[14]测定叶片脯氨酸含量,单位为
滋g·g-1 FM.
1郾 4摇 数据处理
为了消除不同品系间固有的生物学特性(如根
系生长)差异,试验采用相对耐性指数来衡量不同
品系的耐铝毒能力,包括相对株高、相对根长、相对
根系干物质量、相对地上部干物质量、相对株高生长
率、相对根系活力、相对根系电导率和相对脯氨酸含
量等.其相对耐性值的计算公式为:相对耐性指数 =
(处理测定值 /对照测定值)伊100% ,利用 Excel软件
进行数据处理,采用 DPS 软件分析各指标与耐铝综
合评价系数的相关性.
表 2摇 铝胁迫下不同决明基因型的相对农艺性状
Tab. 2摇 Relative agronomic traits of different Chamaecrista genotypes under Al3+ stress
编号
Code
基因型
Genotype
相对株高
Relative plant
height
(% )
相对根长
Relative length
of roots
(% )
相对根干物质量
Relative dry mass
of roots
(% )
相对地上部干物质量
Relative dry mass
of aboveground
parts (% )
平均相对值
Average relative
value
(% )
1 2204 116郾 14 65郾 20 41郾 46 55郾 04 69郾 46
2 34721F4 155郾 56 85郾 64 11郾 20 32郾 41 71郾 20
3 34721F7 115郾 94 88郾 11 41郾 65 38郾 22 70郾 98
4 34721R1 110郾 57 63郾 25 15郾 50 20郾 97 52郾 57
5 34721R2 93郾 01 97郾 89 24郾 08 16郾 01 57郾 75
6 86134R1 112郾 35 91郾 54 34郾 94 49郾 85 72郾 17
7 86134R2 117郾 43 79郾 25 78郾 57 111郾 01 96郾 57
8 86134R3 65郾 48 40郾 67 71郾 43 66郾 96 61郾 14
9 92985R1 137郾 66 90郾 02 14郾 39 15郾 00 64郾 27
10 92985R2 86郾 13 75郾 90 50郾 00 66郾 67 69郾 67
11 ATF2217 180郾 40 110郾 66 75郾 00 121郾 43 121郾 87
12 ATF2219 110郾 53 90郾 35 35郾 48 66郾 67 75郾 76
13 Wynn34721 117郾 08 71郾 80 25郾 00 91郾 67 76郾 39
14 MEX272 117郾 50 95郾 23 70郾 00 80郾 00 90郾 68
15 CPI92985 92郾 56 52郾 92 16郾 64 42郾 78 51郾 22
16 ATF3184 91郾 72 60郾 04 24郾 56 41郾 43 54郾 44
17 ATF3243 110郾 31 66郾 54 37郾 20 89郾 75 75郾 95
18 ATF3193 123郾 88 71郾 56 73郾 41 98郾 53 91郾 84
19 ATF2222 112郾 86 70郾 64 38郾 50 54郾 95 69郾 24
20 MEX171 93郾 19 99郾 36 44郾 40 76郾 55 78郾 38
21 ATF3247 102郾 65 81郾 22 76郾 82 88郾 55 87郾 31
22 ATF3248 94郾 08 100郾 67 54郾 01 50郾 13 74郾 72
23 CPI57503 103郾 87 77郾 25 77郾 51 85郾 30 85郾 99
24 ATF2232 164郾 79 121郾 07 78郾 01 101郾 42 116郾 32
25 ARG114 91郾 88 73郾 80 98郾 21 124郾 24 97郾 03
26 ATF3092 96郾 38 84郾 47 53郾 69 84郾 96 79郾 88
27 ATF2208 102郾 57 126郾 12 85郾 21 66郾 61 95郾 13
28 ATF2211 105郾 40 110郾 94 94郾 41 122郾 52 108郾 32
29 ATF3170 108郾 96 97郾 54 74郾 18 108郾 29 97郾 24
30 MEX795 102郾 94 69郾 54 51郾 94 70郾 88 73郾 83
31 MEX316 116郾 22 79郾 94 78郾 41 96郾 90 92郾 87
32 ATF2231 82郾 45 51郾 33 43郾 75 38郾 14 53郾 92
33 ATF3226 104郾 72 95郾 34 40郾 43 61郾 15 75郾 41
34 ATF2224 92郾 59 57郾 69 32郾 78 44郾 04 56郾 78
35 ATF3210 97郾 57 65郾 26 35郾 68 62郾 72 65郾 31
36 ATF3206 84郾 38 78郾 97 34郾 45 56郾 17 63郾 49
37 ATF3252 84郾 51 65郾 86 47郾 29 52郾 98 62郾 66
38 ATF2225 99郾 92 97郾 67 68郾 74 77郾 91 86郾 06
39 ATF2228 87郾 59 70郾 35 65郾 72 76郾 45 75郾 03
40 ATF3224 124郾 26 85郾 34 38郾 49 68郾 60 79郾 17
平均相对值=(相对株高+相对根长+相对根干物质量+相对地上部干物质量) / 4 Average relative value = ( relative plant height+relative length of
roots+relative dry mass of roots+relative dry mass of shoots) / 4.
0002 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
2摇 结果与分析
2郾 1摇 铝胁迫下不同决明基因型的农艺性状
方差分析表明,不同决明基因型的各农艺性状
都对铝毒的反应存在显著差异(表 2),各性状相对
值越大,表明该性状在铝胁迫下的耐性越强;反之,
则越弱.从表 2 可以看出,对于同一决明基因型,各
性状的相对值并不一致,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毒影响的程度存在一定的差
异.综合 4 个农艺性状,以平均相对耐性值为标准,
7、11、14、18、21、23、24、25、27、28、29、31、38 号决明
基因型的耐铝毒能力最强,4、5、15、16、34、36 号决
明基因型的耐铝毒能力最差.
2郾 2摇 铝胁迫下不同决明基因型的相对株高生长率
和根系活力
2郾 2郾 1 相对株高生长率摇 从图 1 可以看出,第 2、6、
7、12、16、17 号决明基因型的株高增长率较高,达到
80%以上,说明这些基因型在铝胁迫下仍能保持较
强的生长发育速率,具有一定的适应能力. 而第 1、
5、10、14 号决明基因型的相对株高增长率较小,均
小于 60% ,说明铝毒使这些植株的生长受到了较大
的影响.
图 1摇 铝胁迫下不同决明基因型的相对株高生长率和相对
根系活力
Fig. 1摇 Relative elongation rates of plant height and root activity
of different Chamaecrista genotypes under Al3+ stress.
决明基因型编号见表 1Chamaecrista genotype codes were presented in
Tab. 1.
2郾 2郾 2 相对根系活力 摇 从图 1 可以看出,第 7、21、
22、24 号决明基因型的相对根系活力较高,达到
80%以上,表明其对铝毒的耐性较强,在铝毒害下仍
可保持较强的根系呼吸能力;第 1、3、5、6 号决明基
因型的相对根系活力也较高,均达 60%以上,表明
它们对铝胁迫的耐性也较强,在铝毒害下仍可保持
相对较强的根系呼吸能力,因而有利于保持植株对
水分和养分的吸收能力;第 4、9、11、13 号决明基因
型的相对根系活力较小,它们对铝毒较为敏感,铝毒
害严重影响了其根系呼吸作用,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.
2郾 3摇 铝胁迫下不同决明基因型的根系相对电导率
和叶片相对脯氨酸含量
2郾 3郾 1 根系相对电导率 摇 由图 2 可以看出,铝胁迫
对不同决明基因型的影响是不同的,其中,第 7、8、
15、16 号决明基因型的相对电导率小于 100% ,说明
这几个决明基因型对铝毒害的耐受能力最强,细胞
质膜比较稳定;第 21、22、23 号等 16 个决明基因型
的电导率则明显大于对照组,相对电导率较大,说明
这些基因型的耐铝毒能力较弱,铝胁迫使其细胞膜
受到了严重破坏,膜透性增加.
2郾 3郾 2 叶片相对脯氨酸含量摇 40 个不同决明基因型
的叶片相对脯氨酸含量有极显著差异(图 2),第 6、
7、14、16 号等 16 个基因型的相对脯氨酸含量较低,
均低于100% ,说明它们在铝胁迫下有较强的稳定
图 2摇 铝胁迫下不同决明基因型的相对根系电导率和相对
脯氨酸含量
Fig. 2摇 Relative conductivity and proline contents in roots of dif鄄
ferent Chamaecrista genotypes under Al3+ stress.
10028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郑向丽等: 不同决明基因型的耐铝特性摇 摇 摇 摇 摇 摇
性;第 2、3、4、5、8、13 号等基因型的相对脯氨酸含量
较大,说明它们对铝胁迫的耐性较差,原生质的稳定
性差,对铝胁迫较为敏感.
2郾 4摇 决明耐铝毒基因型的判定
从以上结果可以看出,同一个品系不同性状在
铝毒胁迫下的表现也不一致. 为了更准确地评价各
品系在铝毒胁迫下的综合反应,假定上述因子对决
明各品系综合指标确定的影响相同,用相对值(T)
表示各因子对铝毒胁迫的耐性,耐性最强的决明品
系的 T值设为 40,耐性最弱的决明品系的 T值设为
1[14],以此类推,决明牧草耐铝毒品系的综合评价系
数即为上述各指标的 T 值之和,综合系数越大,则
该基因型对铝毒胁迫的整体抗性越强.
摇 摇 但是,不同遗传背景的决明基因型耐铝毒胁迫
的机理是不同的,并不是每一个性状均可普遍反映
决明耐铝毒能力的强弱,因而在生产实践中选择一
些观察、测定较容易且能普遍准确反映决明对铝毒
抗性的性状作为基因型筛选的指标是非常重要的.
本研究将相对株高、相对根长、相对根系干物质量、
相对地上部干物质量、相对株高伸长率、相对根系活
力、相对根系电导率、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( n =
40),以筛选出适合评价决明耐铝毒基因型的指标,
所得 的 相 关 系 数 分 别 为 0郾 439**、 0郾 565**、
0郾 721**、 0郾 722**、 0郾 402*、 0郾 563**、 0郾 025 和
0郾 354* .可见,相对株高、相对根长、相对根系干物
质量、相对地上部干物质量、相对根系活力与综合评
价系数的相关性均达到极显著水平,可作为决明属
牧草耐铝毒基因型筛选的有效指标.
根据筛选出的有效指标,计算出耐铝毒综合系
数(即所筛选的有效指标的 T值之和),从图 3 可以
看出, 第 7、24、27、28、29、31 号决明基因型的耐铝
毒综合系数较大,说明其对铝毒的整体抗性强,属于
图 3摇 铝胁迫下不同决明基因型的耐铝综合系数
Fig. 3摇 Comprehensive index of aluminum tolerance of different
Chamaecrista genotypes under Al3+ stress.
耐铝毒的决明基因型,而第 4、15、16 号等基因型的
耐铝毒综合系数较小,耐铝毒能力较差,属于铝敏感
基因型.
3摇 结摇 摇 语
铝并不是植物必需的营养元素,土壤中过多的
Al3+对决明的生长发育具有显著的影响,Al3+毒害是
酸性土壤地区限制作物生长的主要因素. 本试验表
明,铝毒能显著抑制决明根系的生长,降低株高,减
少植株营养物质的积累,使根系电导率升高,根系活
力下降,并积累了大量的脯氨酸,其中,根系所受的
影响最大,抑制程度最强.
铝毒胁迫对决明的影响几乎涉及决明生长发育
的每一个方面,但并不是每一个农艺性状或生理指
标均可反映决明耐铝毒能力的强弱. 本试验将各项
测定指标与综合评价系数进行相关性分析,发现相
对株高、相对根系干物质量、相对地上部干物质量、
相对根系活力与综合评价系数的相关性均达到极显
著水平,可作为决明耐铝毒基因型筛选的有效指标.
本研究结果表明,铝对决明的毒害存在明显的基因
型差异,筛选、培育耐铝毒决明基因型是解决酸性土
壤地区铝毒害的一种有效途径. 利用耐铝毒综合系
数对 40 个优质决明基因型进行鉴定筛选,结果表
明,圆叶决明 86134R2、2208、3170、316,闪烁决明
2211、2232 的耐铝毒能力较强,属于耐铝毒的决明
基因型,而圆叶决明 34721R1、92985、3184 的耐铝性
较弱,不适宜在酸性土壤地区广泛种植.但本试验结
果还需在大田试验和生产实践中进一步验证.
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作者简介 摇 郑向丽,女,1978 年生,硕士,助理研究员. 主要
从事牧草研究. E鄄mail: hhuadi@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
30028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郑向丽等: 不同决明基因型的耐铝特性摇 摇 摇 摇 摇 摇