種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡生長及養分吸收特性的影響①

孫 燕 董云萍 龍宇宙 林興軍 譚 軍 閆 林 黃麗芳 王曉陽

(中國熱帶農業科學院香料飲料研究所/農業農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調控重點實驗室 海南萬寧571533)

咖啡是世界三大飲料作物之一，是國際貿易中排名居前的大宗產品。中國咖啡種植面積13萬多hm2，隨著國內外消費需求不斷增加，種植面積增勢明顯。目前，咖啡產業已成為中國熱帶經濟作物優勢產業之一。然而，咖啡主栽品種中粒種為多年生經濟作物，連作后普遍存在長勢弱、易衰老、發病率高、產量明顯下降、更新補種成活率低等現象，連作障礙已逐漸成為制約中國咖啡產業健康可持續發展的突出問題［1-5］。前人研究發現，茄子等植物嫁接后表現出抗逆性狀［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可。

近年來，咖啡栽培嘗試以大粒種為砧木，利用種間嫁接優勢改善連作障礙取得了一定的進展［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勢，產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咖啡種間嫁接苗，發現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達，吸收根廣泛分布在表土層［1］。且前期調查發現，種間嫁接咖啡可能通過提高自身養分吸收利用能力，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。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗時間：2016～2018年；試驗地點：中國熱帶農業科學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號高產無性系母樹上的直生枝；育苗基質：添加0.1%復合肥（N-P-K：15-15-15）的腐熟椰糠。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

不同品種的咖啡種子經沙床催芽，待子葉平展時移栽至育苗基質，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節莖段作為接穗的嫁接苗。嫁接1個月后解綁，移盆培養。培養土為連續種植咖啡20 a、已表現連作障礙的根際土。注意培養過程中需保持土壤濕潤。

1.2.2 測定項目

生長指標測定 待培養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。培養結束后（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，冷卻后干物質稱重，粉碎后測定養分含量。

養分含量測定 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 數據處理

試驗數據采用Excel 2010及SPSS16.0軟件進行統計分析，Duncan法進行多重比較。由于CK1和CK2處理的數據基本一致，取平均值進行分析。

2 結果與分析

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、莖粗及干物質量均增加。其中，處理I較CK株高、莖粗、地上部及根部干物質量分別增加34.48%、39.71%、62.59%和122.70%，干物質量增幅達顯著水平。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到41.41%和48.67%，根部干物質量顯著增加。

2.2 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡養分吸收量的影響

由表1可知，CK植株養分吸收量為N＞K＞Ca＞Mg＞P，而種間嫁接咖啡苗養分吸收量為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素增幅達顯著水平，說明種間嫁接有效促進了植株對養分的吸收，改變了植株體內養分比例，且處理I較處理II更有利于植株養分吸收。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%，各養分處理間差異均達顯著水平。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、干物質量的影響

2.3 種間嫁接對連作障礙土壤上咖啡各器官養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分積累差異均達顯著水平。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 討論與結論

種間嫁接通過提高養分吸收，促進植株生長［13-16］。研究發現，南瓜嫁接黃瓜后N、P、Ca和Mg的養分吸收能力顯著提高，嫁接植株生長健壯［13］。較常規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達，經咖啡連作障礙園土壤培養后，植株N、P、Ca和Mg養分含量及干物質積累均高于CK。另有研究發現，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、根尖數和根系活力。本試驗發現，以熱研1號直生枝不同部位作接穗，對植株養分（除K外）吸收及干物質積累影響程度不同。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元素，廣泛參與植物對逆境脅迫的應答反應。有研究表明，Ca2+作為偶聯胞外信號與胞內生理反應的第二信使，能調節高溫、低溫、干旱等逆境脅迫的信號轉導過程［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，相關抗性甜菜品種體內Ca素含量增加［23］。經連作障礙園土壤培養后，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素增幅達顯著水平；前期利用中粒種自根嫁接苗根系分泌物培養幼苗，發現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Ca含量與SOD、POD等活性是否表現正相關，并以此作為其緩解連作障礙的原因，有待進一步研究。