花生幼苗對酸脅迫的生理響應及品種間差異

路 亞，王春曉，王麗麗，于天一，鄭永美，吳正鋒，李 林，王才斌

(1.湖南農業大學，湖南 長沙 410128；2.山東省花生研究所，山東 青島 266100；3.山東省煙臺市農業科學院，山東 煙臺 265500；4.山東省威海市文登區農業技術推廣中心，山東 威海 264400;5.國家花生工程技術研究中心，湖南省花生工程技術研究中心,湖南 長沙 410128)

酸化土壤是我國重要的農業土壤之一，約占全國耕地面積的22.7%[1]。花生是我國重要經濟及油料作物之一，在國民經濟中占有重要地位。目前，我國有相當一部分面積花生分布在酸性或微酸性土壤上[2-3]，酸化土壤結構較差，氮磷有效性較低[4-5]，鹽基離子大量淋失[6-7]，交換性酸及重金屬含量高[8-10]，嚴重抑制了花生植株生長發育和養分吸收，導致減產[11-13]。緩解土壤酸脅迫及提高花生產量至少有兩條措施。一是農藝措施，即施用鈣肥及調理劑等[14-18]。二是生物措施，即種植耐酸花生品種。以往報道主要集中在農藝措施，而生物措施的報道較少。

同一作物不同品種(系)間耐酸性差異較大[19-21]。當土壤由pH值6.13下降至3.5時，水稻產量顯著降低，其中不同品種早稻產量降低22.67%～33.83%，晚稻產量降低15.60%～23.36%[22]。李智燕等[23]研究表明，酸脅迫下，耐酸型苜蓿品種根瘤菌能夠保持較高的超氧化物歧化酶活性來減輕傷害，而酸敏感型品種根瘤菌保護酶活性均大幅降低，活性氧清除能力下降。不同玉米品種開花期耐酸指數(酸性土上植株干質量/對照土上植株干質量)最高相差0.48個單位，酸脅迫下耐酸型品種的根系更為發達，對氮、磷、鉀養分的吸收能力更強[24]。上述研究為揭示作物耐酸機制及耐酸品種篩選發揮了重要作用，但目前缺少花生耐土壤酸化方面的研究。因此，本研究開展酸脅迫對不同花生品種幼苗根系形態、葉片光合特性及干物質累積特性的影響，以期為耐酸花生品種選育及酸化土壤花生高產栽培提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

盆栽試驗在山東省花生研究所進行，供試土壤為棕壤，取自花生所萊西試驗站大田耕層(0～20 cm)，pH值6.0。試驗用塑料盆的上直徑為20 cm、下直徑16 cm，高15 cm，盆底打一直徑2 cm的孔，防積水澇害，裝土量為2 kg/盆。采用兩因素試驗設計，因素一為2個不同土壤pH值水平，分別為pH值3.5(酸脅迫)和pH值6(對照)，通過向原始土中加入50 mL/L硫酸溶液調節土壤pH值至3.5，加酸量為110 mL/盆。因素二為不同花生品種，供試品種包括山東、河南、河北及廣東等省份近年來審定或育成的15個品種，分別為白沙1016、花育28、花育33、花育36、花育39、冀花6號、冀花8號、山花10、山花8號、山花9號、汕油523、禹花1號、豫花14、豫花9719及仲愷花10。共30個處理，重復12次。

選取飽滿且大小一致的種子經0.3%高錳酸鉀消毒后催芽、播種，每盆播3粒種子，三葉期間苗1棵，保留2棵長勢一致的花生幼苗。定期澆水，下雨天用防雨棚保護，使盆栽試驗免受雨水影響，整個試驗過程適時除草及防治病蟲害。待50%的植株第一朵開放時收獲(播種后35 d)，并進行相關指標測定。

1.2 測定項目及方法

在花生收獲期，選取有代表性的3盆花生植株，于晴朗無風的上午9：00-11：00，測定功能葉(倒二葉)光合速率及SPAD值。其中使用便攜式光合測定儀(CIRAS-2，PPSystems，英國)測定凈光合速率，測定時使用紅藍光源葉室，光強1 200 μmol/(m2·s)，大氣溫度26 ℃，CO2濃度為400 μmol/mol。用葉綠素儀(SPAD502，KONICA，日本)測定SPAD值。

同時期另取有代表性的3盆植株，將盆中根系和土全部取出，并撿拾散落根系，然后用流水緩緩沖洗干凈，其下方放置一個孔徑0.15 mm的篩子以防止脫落的根系被水沖走。用吸水紙吸干根系表面水分，用Epson 7500雙面光源掃描儀(愛普生(中國)有限公司)掃描根系，掃描后保存圖像；再用WinRHIZO根系分析系統(Regent 公司，加拿大)分析圖像，并計算花生直徑0～1 mm，1～2 mm及>2 mm根長、根體積及根表面積。

同時期另取有代表性的3盆植株。將莖、葉及根分開，用臺式葉面積儀(Li-3100C，LI-COR，美國)測定葉面積，將不同器官裝入牛皮紙袋中，105 ℃殺青，80 ℃烘干至恒質量后稱質量。

1.3 數據處理

用Microsoft Excel 2007軟件整理數據及作圖，用SPSS 13.0統計軟件進行方差分析(LSD)。

2 結果與分析

2.1 酸脅迫對根系形態特性的影響

2.1.1 根長 酸脅迫降低了所有品種總根長，脅迫處理平均較對照降低34.28%。不同直徑范圍根系，直徑0～1 mm根長的降低幅度大于1～2 mm和>2 mm直徑根長，降幅分別為35.38%，7.79%，20.20%，說明酸脅迫對細根根長影響最大。酸脅迫下，冀花8號、汕油523和仲愷花10這3個品種的總根長較高，顯著高于其他品種，而花育33的總根長則顯著低于其他品種。與對照相比，酸脅迫下花育39和花育28 2個品種總根長降幅較大，分別降低58.65%和60.46%，山花8號和山花9號降幅較小，比對照分別降低10.33%和12.92%(表1)。

表1 酸脅迫對花生幼苗根長的影響

注： 同列不同小寫字母表示不同品種間差異達顯著水平(P<0. 05)。AS.酸脅迫；CK.對照。BS1016.白沙1016；HY28.花育28；HY33.花育33；HY36.花育36；HY39.花育39；JH6.冀花6號；JH8.冀花8號；SH10.山花10；SH8.山花8號；SH9.山花9號；SY523.汕油523；YH1.禹花1號；YH14.豫花14；YH9719.豫花9719；ZKH10.仲愷花10。表2-5，圖1同。

Note： Different small letters in the same line mean significant difference among different varieties(lines)at 0.05 level. AS. Acid stress； CK.Control.BS1016.Baisha 1016；HY28.Huayu 28；HY33.Huayu 33；HY36.Huayu 36；HY39.Huayu 39；JH6.Jihua 6；JH8.Jihua 8；SH10.Shanhua 10；SH8.Shanhua 8；SH9.Shanhua 9；SY523.Shanyou 523；YH1.Yuhua 1；YH14.Yuhua 14；YH9719.Yuhua 9719；ZKH10.Zhongkaihua 10.The same as Tab.2-5，Fig.1．

2.1.2 根體積 不同花生品種根體積對酸脅迫的響應存在較大差異。酸脅迫下，山花9號的總根體積最高，顯著高于除汕油523和冀花8號外的其他品種；白沙1016、花育28、花育33和冀花6號的總根體積則顯著低于其他品種。花育28、花育33、花育36、花育39、山花10、豫花14和仲愷花10等7個品種脅迫處理總根體積低于對照，其中花育33受酸脅迫的影響最大，總根體積較對照降低38.62%；剩余品種中除豫花9719外的7個品種根體積高于對照，其中山花8號、汕油523及禹花1號提高幅度較大，較對照分別增加27.50%，28.23%和31.33%。但脅迫處理各品種總根體積平均值與對照差異較小(表2)。

2.1.3 根表面積 酸脅迫降低了多數品種根表面積，脅迫處理總根表面積平均較對照降低15.17%。不同直徑范圍根系，直徑0～1 mm和1～2 mm根表面積降低幅度大于>2 mm直徑根表面積，降幅分別為15.73%，16.14%，9.44%，表明酸脅迫對細根及中等粗度根表面積影響更大。酸脅迫下，冀花8號和汕油523的總根表面積較高，顯著高于除山花9號外的其他品種，而花育33的總根表面積顯著低于其他品種。酸脅迫降低了白沙1016、花育28、花育33、花育36、花育39、冀花8號、山花10、豫花14、豫花9717和仲愷花10等10個品種的總根表面積，其中花育28、花育33和花育39降幅較大，較對照分別降低45.66%，40.19%和39.92%。酸脅迫提高了山花9號等其他5個品種的根表面積，其中山花9號增幅最大，較對照增加41.36%(表3)。

表2 酸脅迫對花生幼苗根體積的影響

表3 酸脅迫對花生幼苗根表面積的影響

2.2 對花生葉片光合特性的影響

酸脅迫降低了所有品種單株葉面積，脅迫處理平均較對照降低45.92%。酸脅迫下，豫花9719的葉面積顯著高于除花育36外的其他品種，而花育33的葉面積最低，顯著低于除花育39外的其他品種。與對照相比，酸脅迫下花育28和花育33葉面積降幅較大，分別為60.03%和70.20%；仲愷花10降幅最小，為26.39%。同時，酸脅迫增加了單株葉面積的變異幅度，較對照增加了8.3百分點。各品種葉片凈光合速率和SPAD對酸脅迫的響應有所差異。酸脅迫降低了白沙1016、花育28、花育36、花育39、冀花8號、山花8號、山花9號、禹花1號和仲愷花10等9個品種的凈光合速率，各品種最大降幅為13.08%，提高了冀花6號等其他6個品種的凈光合速率，最大增幅為14.18%。花育28號、山花10、禹花1號、豫花14和仲愷花10等5個品種酸脅迫處理的SPAD值低于對照，最大降幅為6.49%，其余10個品種酸脅迫處理的SPAD值低高于對照，最大增幅為17.65%。但脅迫處理各品種凈光合速率及SPAD平均值與對照差異均較小。綜上，酸脅迫降低了單株葉面積，增加了葉面積的變異幅度，但對葉片葉綠素含量和凈光合速率影響較小(表4)。

表4 酸脅迫對花生幼苗葉片光合速率的影響

2.3 對花生干物質積累的影響

酸脅迫下花生不同器官干物質質量均有所降低。酸脅迫處理葉、莖和根干質量較對照分別降低37.43%，28.74%和20.75%。酸脅迫導致品種間變異幅度增大，酸脅迫下葉、莖及根變異系數較對照分別增加7.10，13.02和11.30百分點。酸脅迫下，花育36的整株干物質質量顯著高于其他品種，而花育28則顯著低于其他品種。與對照相比，花育28和花育33 2個品種整株干物質質量降幅較大，較對照分別降低64.66%和53.46%；而冀花8號和仲愷花10降幅較小，分別較對照降低9.33%和10.80%(表5)。

表5 酸脅迫對花生幼苗干物質質量的影響

2.4 不同花生品種耐酸系數

耐酸系數(酸脅迫下整株干物質質量/對照條件下整株干物質質量)是反映品種對酸脅迫耐受程度的一個重要指標。不同品種耐酸系數差異較大，變幅為0.353～0.908，耐酸系數最高相差0.555，耐酸系數最高相差0.555。其中冀花8號和仲愷花10 2個品種耐酸系數分別為0.908和0.891，顯著高于其他品種，為耐酸型；花育28和花育33 2個品種耐酸系數較低，分別為0.353和0.465，二者差異顯著，且均顯著低于其他品種，兩者均屬于酸敏感型，禹花1號等其他11個品種耐酸系數為0.628～0.797，屬于中間型(圖1)。

不同小寫字表示處理間0.05 水平上差異顯著。

3 討論與結論

酸脅迫對作物的毒害作用主要體現在根系上。劉鵬等[25]研究認為，酸脅迫下大豆總根長及總根體積顯著降低，根系直徑顯著增加。鮑學敏等[26]研究表明，鋁脅迫主要降低了不同水稻品種根長、根表面積對根體積及根干質量的影響較小。而本研究表明，酸脅迫主要降低了不同品種花生總根長及總根表面積，其中對直徑0～1 mm根長影響最大，對根體積影響相對較小。可能是因為根系變短、根表面積減少與根系變粗相互抵消，導致根體積變化較小，這與鮑學敏等[26]的研究結果類似，表明酸脅迫主要抑制了花生細根生長，增加了根系直徑，減少了花生幼苗根系與土壤直接接觸面積，影響根系吸收和傳導水分、養分。

作物產量主要來源于光合產物，而光合產物的多少取決于光合面積、光合速率和光合時間。王一鳴等[27]研究表明，景天三七的葉片凈光合速率及葉綠素含量隨土壤pH值降低顯著降低。童貫和等[28]在小麥上也得到了類似的結論。而本研究認為酸脅迫降低了所有品種花生單株葉面積，而對葉綠素含量和凈光合速率影響不大，說明酸脅迫主要通過減少植株光合同化面積來抑制花生光合作用，這與供試作物及土壤酸化程度等因素有關，具體原因還有待進一步分析。

同一作物不同品種對酸脅迫的響應有所差異。章愛群等[24]研究表明，與對照相比，酸脅迫下不同玉米品種干物質質量降低幅度為2.00%～50.00%。在水稻上的研究表明，酸脅迫下不同早稻品種產量較對照降低22.67%～33.83%和晚稻品種降低15.60%～23.36%[22]。本研究表明，酸脅迫下不同花生品種整株干物質質量下降幅度為9.33%～64.66%，品種間變異幅度高于前人研究結果[22，24]，可能與品種數量及試驗條件等因素有關。

耐酸系數反映了作物對酸脅迫的響應程度，是品種耐酸性鑒定的可靠指標。以往研究中多以花生莢果產量相對值作為耐酸系數，而本研究未涉及莢果產量，因此，以整株干質量的相對值作為耐酸系數評價花生幼苗耐酸性。本研究中耐酸品種與酸敏感型品種耐酸系數最高相差0.555。表明通過篩選、種植具有耐酸潛力的花生品種，可作為酸化土壤上花生增產增效的有效途徑。

酸脅迫降低了多數品種總根長及根表面積，主要是因為抑制了細根(直徑0～1 mm)生長。酸脅迫導致不同品種植株葉面積降低，品種間變異增加，進而影響花生光合特性，抑制了花生幼苗不同器官干物質累積。按照耐酸系數，將供試品種分為耐酸型、中間型及敏感型3類，其中冀花8號和仲愷花10 2個品種為耐酸型。下一步將著重從根系分泌物及根尖細胞結構等方面深入研究花生耐酸機制。