狗牙根种质资源耐铝性评价及耐铝机理研究

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狗牙根(Cynodon dactylon)是禾本科狗牙根属暖季型草坪草,抗逆性优良,成坪速度快,同时也是优良牧草,广泛应用于城建、园林、农业生产、球场建设、动物饲料等方面。在我国分布范围广泛,生长环境多样。酸性土壤限制了诸多经济植物的生长,铝是酸性土壤中的主要限制因素,对狗牙根耐铝机理的研究有助于发现新的耐铝机理。本研究结合水培法和土培法,对收集于不同地区的65份狗牙根种质资源进行耐铝性差异鉴定,筛选出耐铝种质及铝敏感种质;系统研究耐铝种质及铝敏感种质在铝胁迫下的生长状况、营养元素吸收、抗氧化系统活性、有机酸的分泌等变化规律,以此为基础探索其耐铝机理,以期为草坪及饲料牧草选育优良耐铝品种提供理论依据。研究结果如下:(1)利用水培法对狗牙根临界铝浓度进行筛选,发现低浓度的铝胁迫(250~1250μmol/L)可以促进狗牙根的生长发育,高浓度(1500~3500μmol/L)的铝胁迫对狗牙根生长抑制明显,随着铝胁迫浓度和时间的增加,受抑制程度也越严重,建立回归方程求得其临界存活铝浓度为3420μmol/L。(2)在2500μmol/L下对65份不同地区的狗牙根种质进行耐铝性差异评价,结合聚类分析及耐铝隶属函数值,对供试的65份狗牙根种质材料进行耐铝性分级,处于1~2级的(较耐铝种质)共6个,占总数的9.2%,包括栽培品种川南狗牙根;处于第3级的(中间型)共37个,占总数的57%,包括栽培品种兰引1号、南京狗牙根、阳江狗牙根、Tifway以及Tifgreen;处于第4级的(铝敏感种质)共22个,占总数的33.8%。(3)从65份狗牙根材料中筛选出5份耐铝种质(A75, A84, A551, A43, A556)和5份铝敏感种质(A538, A137, A172, A256, A326)种植于酸性土壤中进行土培验证,测得其叶色、株高、分枝数等生长指标均存在显著差异,耐铝狗牙根种质生长受抑制程度相对铝敏感种质较小,可以保持较高的生长态势,酸性土壤上的鉴定结果与前期水培法结果一致。(4)对39份狗牙根种质进行铝处理发现,铝处理抑制了不同狗牙根对营养元素N、P、K、Ca的吸收,耐铝种质与铝敏感种质地上部分和根系的N、K、Ca含量存在显著差异,地上部分的P含量存在显著差异,耐铝种质相比铝敏感种质吸收了更多的营养元素,在铝胁迫下,其根系可以吸收转运较多的N、K、Ca到地上部,对营养元素的吸收受铝毒害影响较小。(5)对39份狗牙根种质进行铝处理后,根系的铝含量为对照的5至15倍,地上部铝含量为对照的1至3倍,耐铝种质地上部分和根系的铝含量都显著小于铝敏感种质,表明狗牙根也非铝超积累植株,其主要耐铝机制为对铝的外部排斥机制。(6)将狗牙根种植于酸性土壤条件下,其细胞膜透性升高,叶绿素含量降低,叶色变淡,可溶性总糖含量降低,耐铝种质受影响程度较小;同时两种类型狗牙根产生活性氧增多,丙二醛含量升高,铝敏感种质增加较多;两种类型狗牙根过氧化物酶、游离脯氨酸、超氧化物歧化酶活性增加,耐铝种质增加幅度较大,说明狗牙根可以通过增加抗氧化酶的活性来降低所受铝胁迫,此为其内部耐受机制。(7)狗牙根在受到铝胁迫时,铝在根系内的积累量变大,根尖是植株受到铝胁迫的初始位点,通过苏木精染色根尖染色程度最深,随着胁迫浓度的增大,染色范围从根尖顶端向上扩大,且染色程度加大。(8)铝可以诱导根系有机酸的分泌,这是狗牙根耐铝外部排斥机制之一,狗牙根在铝胁迫条件下,根系分泌的有机酸与根际的铝发生螯合作用,减少铝进入细胞内,降低铝毒对植株的伤害,且狗牙根根系分泌有机酸存在滞后期,耐铝种质分泌的有机酸量大于铝敏感种质。
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