種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡生長及養(yǎng)分吸收特性的影響①

孫 燕 董云萍 龍宇宙 林興軍 譚 軍 閆 林 黃麗芳 王曉陽

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室/海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質(zhì)調(diào)控重點實驗室 海南萬寧571533)

咖啡是世界三大飲料作物之一，是國際貿(mào)易中排名居前的大宗產(chǎn)品。中國咖啡種植面積13萬多hm2，隨著國內(nèi)外消費需求不斷增加，種植面積增勢明顯。目前，咖啡產(chǎn)業(yè)已成為中國熱帶經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一。然而，咖啡主栽品種中粒種為多年生經(jīng)濟(jì)作物，連作后普遍存在長勢弱、易衰老、發(fā)病率高、產(chǎn)量明顯下降、更新補種成活率低等現(xiàn)象，連作障礙已逐漸成為制約中國咖啡產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的突出問題［1-5］。前人研究發(fā)現(xiàn)，茄子等植物嫁接后表現(xiàn)出抗逆性狀［6-10］，低溫脅迫下抗冷性強的番茄品種嫁接冷敏感番茄后光合同化力和氮同化力顯著增強［6］；土壤殘留根系分泌物香草醛等能明顯抑制自根伽師瓜生長，但黑籽南瓜嫁接伽師瓜后并無明顯抑制植株生長和產(chǎn)量［7］。由此可見，利用嫁接的方式提高植物抗逆性已得到普遍認(rèn)可。

近年來，咖啡栽培嘗試以大粒種為砧木，利用種間嫁接優(yōu)勢改善連作障礙取得了一定的進(jìn)展［1-5］。大田試驗表明，相比中粒種自根嫁接，咖啡種間嫁接植株在咖啡連作障礙園具有明顯的生長優(yōu)勢，產(chǎn)量和咖啡豆綠原酸含量分別提高38.46%和40.30%［1］；連作障礙園土壤培養(yǎng)咖啡種間嫁接苗，發(fā)現(xiàn)根系活力顯著高于中粒種自根嫁接苗［4］，可能是由于大粒種根系發(fā)達(dá)，吸收根廣泛分布在表土層［1］。且前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，種間嫁接咖啡可能通過提高自身養(yǎng)分吸收利用能力，增強植株長勢，提高了抗逆性。為明確種間嫁接咖啡緩解連作障礙的營養(yǎng)機理，本試驗以大粒種咖啡1號為砧木，中粒種熱研1號為接穗，研究種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡生長及養(yǎng)分吸收特性的影響，以期為揭示種間嫁接咖啡緩解連作障礙機理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗時間：2016～2018年；試驗地點：中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所日光溫室；砧木材料：大粒種咖啡1號和中粒種咖啡熱研1號種子苗；接穗材料：熱研1號高產(chǎn)無性系母樹上的直生枝；育苗基質(zhì)：添加0.1%復(fù)合肥（N-P-K：15-15-15）的腐熟椰糠。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

不同品種的咖啡種子經(jīng)沙床催芽，待子葉平展時移栽至育苗基質(zhì)，幼苗生長8個月后嫁接，共4個處理。處理I：以大粒種1號種子苗為砧木，以熱研1號直生枝頂端第1～2節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；處理II：以大粒種1號種子苗為砧木，以熱研1號直生枝頂端第3～4節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；CK1（對照1）：以中粒種熱研1號種子苗為砧木，以熱研1號直生枝頂端第1～2節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；CK2（對照2）：以中粒種熱研1號種子苗為砧木，以熱研1號直生枝頂端第3～4節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗。嫁接1個月后解綁，移盆培養(yǎng)。培養(yǎng)土為連續(xù)種植咖啡20 a、已表現(xiàn)連作障礙的根際土。注意培養(yǎng)過程中需保持土壤濕潤。

1.2.2 測定項目

生長指標(biāo)測定 待培養(yǎng)3、6、9個月，各處理隨機選取長勢一致的待測植株15株，分別測定植株株高、莖粗等指標(biāo)。培養(yǎng)結(jié)束后（9個月）整株先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗1遍，擦干，按地上部、根系取樣，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，冷卻后干物質(zhì)稱重，粉碎后測定養(yǎng)分含量。

養(yǎng)分含量測定 樣品用濃H2SO4-H2O2消化，半微量凱氏定氮法測N，鉬銻抗比色法測P，火焰光度法測K，原子吸收光譜法測Ca、Mg［12］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010及SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，Duncan法進(jìn)行多重比較。由于CK1和CK2處理的數(shù)據(jù)基本一致，取平均值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡生長的影響

由圖1可知，與CK相比，以大粒種1號為砧木，熱研1號為接穗的種間嫁接咖啡苗株高、莖粗及干物質(zhì)量均增加。其中，處理I較CK株高、莖粗、地上部及根部干物質(zhì)量分別增加34.48%、39.71%、62.59%和122.70%，干物質(zhì)量增幅達(dá)顯著水平。且處理I較處理II更有利于種間嫁接咖啡苗生長，地上部和根部增幅分別達(dá)到41.41%和48.67%，根部干物質(zhì)量顯著增加。

2.2 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡養(yǎng)分吸收量的影響

由表1可知，CK植株養(yǎng)分吸收量為N＞K＞Ca＞Mg＞P，而種間嫁接咖啡苗養(yǎng)分吸收量為N＞Ca＞K＞Mg＞P，且種間嫁接處理較CK植株N、P、Ca和Mg吸收量分別增加67.29%、128.21%、101.64%和58.33%，其中P素和Ca素增幅達(dá)顯著水平，說明種間嫁接有效促進(jìn)了植株對養(yǎng)分的吸收，改變了植株體內(nèi)養(yǎng)分比例，且處理I較處理II更有利于植株養(yǎng)分吸收。與處理II相比，處理I植株N、P、K、Ca和Mg吸收量分別增加46.21%、83.33%、129.03%、61.70%和92.31%，各養(yǎng)分處理間差異均達(dá)顯著水平。此外，種間嫁接植株對K吸收量不同，處理I較CK增加86.84%，增幅達(dá)顯著水平，處理II較CK則略有下降。

圖1 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡株高、莖粗、干物質(zhì)量的影響

2.3 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡各器官養(yǎng)分積累與分配的影響

由表2可知，各處理N素和Ca素積累量均為葉片＞莖干＞根系，K素和Mg素積累量為葉片＞根系＞莖干，P素積累量為葉片＞莖干＝根系，不同處理間各養(yǎng)分分配率差異不顯著。同CK相比，種間嫁接提高植株各器官N、P、Ca和Mg的積累量，葉片、莖干和根系N素分別增加23.02%、94.83%和181.25%，P素分別增加68.75%、285.71%和175.00%，Ca素分別增加113.75%、64.29%和100.00%，Mg素分別增加90.00%、50.00%和20.00%。由此可見，種間嫁接明顯增加植株各器官P素和Ca素積累量。

由表2可知，種間嫁接處理I較處理II更有利于植株各器官養(yǎng)分積累。與處理II相比，處理I植株葉片、莖干和根系N素分別增加46.03%、62.79%和30.77%，P素分別增加100.00%、50.00%和50.00%，K素分別增加136.67%、141.67%和110.00%，Ca素分別增加63.08%、70.59%和33.33%，Mg素分別增加116.67%、100.00%和100.00%，除根系N素外，相同器官不同處理間各養(yǎng)分積累差異均達(dá)顯著水平。種間嫁接對植株各器官K素積累量影響不同，與CK各器官相比，處理I中K素積累量葉片、莖干和根系增幅分別達(dá)102.86%、93.33%和68.00%，均顯著增加，處理II均略有下降。

3 討論與結(jié)論

種間嫁接通過提高養(yǎng)分吸收，促進(jìn)植株生長［13-16］。研究發(fā)現(xiàn)，南瓜嫁接黃瓜后N、P、Ca和Mg的養(yǎng)分吸收能力顯著提高，嫁接植株生長健壯［13］。較常規(guī)的以中粒種為砧木的CK處理相比，以大粒種為砧木的種間嫁接植株根系更發(fā)達(dá)，經(jīng)咖啡連作障礙園土壤培養(yǎng)后，植株N、P、Ca和Mg養(yǎng)分含量及干物質(zhì)積累均高于CK。另有研究發(fā)現(xiàn)，嫁接植株的砧木與接穗間有明顯的交互作用［17-20］。王磊［19］認(rèn)為，砧木能顯著影響番茄接穗地上部干重，接穗也顯著影響砧木根干重、根系總長度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力。本試驗發(fā)現(xiàn)，以熱研1號直生枝不同部位作接穗，對植株養(yǎng)分（除K外）吸收及干物質(zhì)積累影響程度不同。種間嫁接處理I較處理II更有利于植株N、P、Ca和Mg吸收及干物質(zhì)積累，相比CK處理，不同接穗對植株K素吸收利用影響趨勢不同，處理I能顯著增加植株K素吸收，而處理II則略有下降，這與嫁接黃瓜的研究結(jié)果基本一致［13］。由此可見，種間嫁接改善了連作障礙土壤上咖啡養(yǎng)分吸收特性，增強了植株長勢，這可能是種間嫁接咖啡抗連作障礙的原因之一。綜合考慮，處理I嫁接方法效果更好。

表1 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡N、P、K、Ca、Mg吸收量的影響 單位：g

表2 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡各器官N、P、K、Ca、Mg積累量與分配率的影響

此外，Ca是植物正常生長所必需的營養(yǎng)元素，廣泛參與植物對逆境脅迫的應(yīng)答反應(yīng)。有研究表明，Ca2+作為偶聯(lián)胞外信號與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使，能調(diào)節(jié)高溫、低溫、干旱等逆境脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程［21-24］。高溫脅迫下葉面噴施CaCl2溶液，可增強皖貝母葉片SOD、POD活性［21］。低P脅迫下，相關(guān)抗性甜菜品種體內(nèi)Ca素含量增加［23］。經(jīng)連作障礙園土壤培養(yǎng)后，處理I較CK植株Ca素增加149.18%，其中葉片、莖干和根系分別增加165.00%、107.14%和128.57%，可見，種間嫁接咖啡苗較其自根嫁接苗Ca素增幅達(dá)顯著水平；前期利用中粒種自根嫁接苗根系分泌物培養(yǎng)幼苗，發(fā)現(xiàn)中粒種自根嫁接苗生長受到抑制，且隨著根系分泌物濃度升高，抑制作用增強，而種間嫁接苗能通過提高SOD、POD等保護(hù)酶活性緩解植株生長障礙，使植株生長所受抑制減少［2］。種間嫁接咖啡體內(nèi)Ca含量與SOD、POD等活性是否表現(xiàn)正相關(guān)，并以此作為其緩解連作障礙的原因，有待進(jìn)一步研究。