艾佐佐+袁军+黄丽媛+谭晓风

摘要：以普通油茶品种湘林XCL 15幼苗为试材，研究不同浓度的磷处理对铝毒幼苗的根系形态指标的影响。结果表明：随着磷浓度的增加，铝毒油茶苗干质量、根冠比、根系总长度、表面积、体积、平均直径、分枝数量和根尖个数呈现上升趋势，表明经不同磷浓度处理的油茶苗通过调整根系形态来适应铝毒环境；1.5 mmol/L磷处理的铝毒油茶幼苗的0.0～0.5 mm根系总长、表面积、体积和根尖个数是单铝毒处理的2.72、11.51、2.43、2.86倍。这说明磷处理后的铝毒油茶幼苗根系总长度、表面积、直径等受抑制程度降低，细根分化明显加强，明显缓解了铝毒对油茶幼苗的危害。

关键词：油茶；铝毒；磷；根系指标；根冠比

中图分类号： S794.401文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）12-0106-03

酸性土壤占全球可用耕地的50%[1-2]，而铝毒和低磷严重限制酸性土壤中的作物生长[3-4]。根系是植物吸收水分和养分的重要器官，铝毒通过影响植物地下部根系生长从而影响向地上部输送养分和水分，根系形态变化和分泌的有机物不仅是苗木对环境逆境适应的受体，而且在很大程度上决定了对土壤营养的吸收能力，因此根系形态对植物缓解铝毒具有重要意义[5-6]。研究发现，增加土壤中磷的浓度可以改善植物的耐铝性，一定浓度的磷可以促进根系的生长和磷的高效吸收[7]。活性铝与磷在根表面或质外体发生吸附和沉降，降低了磷进入根内以及向地上部的运输。在小麦上发现，根尖中铝和磷相互发生化学反应，根尖处磷的浓度与固定和缓解铝毒呈正相关，同时根系长度、根系比表面积和根系平均直径等根系形态指标会表现出相应的适应机制[8-9]。油茶是我国特有的重要木本食用油料树种，与油橄榄、油棕、椰子并称为世界四大木本食用油料作物，是目前国家重点研发的经济树种[10-11]，广泛种植在我国南方酸性红壤地区，同时面临着低磷和高铝双重逆境的影响。然而，目前对油茶的研究主要集中在低磷和铝毒的独立影响，还未见磷缓解油茶铝毒的报道。本研究以前期确定的铝毒幼苗为材料，研究了不同磷浓度对其根系总长度、表面积、体积等的影响，可为磷缓解油茶铝毒的生理机制及抗铝毒生产提供理论依据[12]。

1材料与方法

1.1试验材料

供试材料为普通油茶品种湘林XCL 15的2年生幼苗，苗高长势一致。

1.2试验处理

2015年9月，试验在中南林业科技大学生科楼楼顶温室进行。将幼苗根系用清水冲洗干净，根系进行适当修剪后，用0.15%的福尔马林溶液表面灭菌，再用蒸馏水清洗后，移植到塑料盆中，每盆装3 kg石英砂，在温室中进行培养。根据本实验室黄丽媛博士的研究，油茶幼苗在4 mmol/L的铝处理下，受到铝的毒害。故本试验设置铝的浓度为4 mmol/L，磷浓度依次为0、0.5、1.0、1.5 mmol/L（简记P0、P1、P2、P3），共4个处理，每个处理10盆，每盆3株。每2 d浇1次营养液，营养液采用Hoagland配方，Al3+用等量的AlCl3代替，P用KH2PO4的形式供应，用稀盐酸或氢氧化钙把全营养液pH值调整到5.5左右。

1.3根系形态指标测定

采样时，将塑料盆的沙子倒出，轻轻抖掉表面沙子，用流动的小水流清洗植株，利用Epson Expression 1680扫描仪扫描根系图像，之后用WinRhizo Pro（2013a）软件分析根系长度、比表面积、体积、根尖数量、分枝数量等方面的形态指标。按根系直径分为5个径级，即0.0～0.5 mm（简记G1）、>0.5～1.0 mm（简记G2）、>1.0～1.5 mm（简记G3）、>1.5～2.0 mm（简记G4）、>2.0 mm（简记G5），对根系长度、比表面积、体积、数量进行分级；用精度1%的电子天平测定地上部和地下部根系的干质量[13-14]。

根冠比=地下部根系干质量/地上部干质量。

1.4数据处理

数据利用Microsofit Office Excel 2013和SPSS 20.0软件进行分析，用Duncans法进行差异性检验，显著性水平α=0.05。

2结果与分析

2.1不同浓度磷对油茶铝胁迫下生长发育的影响

根冠比是指同化产物分配到根系的比例。根冠比能反映植物地上、地下部生长发育情况。根冠比高，根系机能活性强，相反则根系机能活性弱。由表1可知，4 mmol/L铝处理下，随着施磷浓度的提高，地上部、地下部干质量逐渐增加，根冠比也逐渐升高。磷浓度为1.5 mmol/L时，地上部干质量是无磷铝毒时的1.1倍，地下部干质量是无磷铝毒的1.27倍，根冠比是无磷铝毒时的1.14倍。1.5 mmol/L的磷处理较无磷处理下的幼苗地上部干质量和地下部干质量具有显著差异；施磷1.0 mmol/L以上对铝毒油茶幼苗根冠比具有明显的提高作用。增施磷有利于油茶幼苗合理分配同化物，缓解铝对幼苗的毒害，表明施高磷能明显提高油茶幼苗的耐铝性。

2.2不同浓度磷对铝胁迫下油茶根系形态指标的影响

由表2可知，在铝胁迫下，随着磷浓度的增加，根系总长度、表面积、体积、平均直径呈现增加的趋势。与无磷铝毒处理（Al+P0）相比，0.5 mmol/L磷处理（Al+P1）油茶幼苗根系总长度、表面积、体积和根系平均直径差异不显著。与无磷处理（Al+P0）相比，施加1.0 mmol/L（Al+P2）磷铝毒苗木的根

2.40、1.53倍，差异显著。说明磷一定程度上促使油茶幼苗根系分化出须根，优化根系形态构型，缓解铝毒。表2不同浓度磷对铝胁迫下油茶幼苗根系形态指标的影响

2.3不同浓度磷对油茶铝胁迫下根系分枝和根尖数量的影响

由表3可知，施磷能提高铝胁迫条件下油茶幼苗根系分枝和根尖数量。与无磷铝毒处理（Al+P0）相比，施加0.5、1.0 mmol/L 磷（Al+P1、Al+P2）时油茶幼苗根系分枝数量和根尖个数差异不显著。经1.5 mmol/L磷处理（Al+P3）的铝毒苗木的根系分枝数量和根尖个数分别是无磷铝毒（Al+P0）处理的3.00、2.85倍，差异显著。表明施磷能促进铝毒苗木根系进行分枝，分化出更多根尖，从而使根系充分利用土壤水分和養分。endprint

處理根系分枝数

（个）根尖数

（个）Al+P05 764±1.00b3 097±1.53bAl+P16 016±2.52b3 267±3.51bAl+P27 059±2.08b3 610±1.00bAl+P317 315±2.52a8 832±2.54a

2.4不同浓度磷对铝胁迫下油茶幼苗不同径级根系指标的影响

由表4可知，铝毒胁迫下，不同磷水平处理的油茶苗根系长度和根尖数量从G1到G4依次降低。其中，随着磷浓度的增加，幼苗的G1根系长度、表面积、体积和根尖个数呈现上升趋势。1.5 mmol/L磷处理时，幼苗的G1根系长度、表面积、体积和根尖个数是无磷铝毒处理幼苗的G1的2.72、11.52、2.43、2.86倍。添加0、0.5、1.0 mmol/L等3个磷水平下G1的根系长度、表面积、体积和根尖个数均小于 1.5 mmol/L 磷处理的铝毒油茶苗。表明施磷能明显缓解铝毒对生物量和根系形态的危害，根系分生细根可能是磷拮抗铝毒的一种作用机制。

3结论与讨论

植物根系能敏锐的感知环境变化，通过改变根系形态和生理机制来适应环境变化[15-16]。本研究发现在铝胁迫下，经磷处理的铝胁迫幼苗根系指标均大于无磷铝毒处理，随着磷浓度的提高，根系地上部、地下部干质量及根冠比呈现上升趋势。表明油茶幼苗在铝胁迫下根系生长受到抑制，影响了根系营养物质的积累，而高磷（Al+P3）处理能明显缓解铝毒的危害。植物受铝毒后，根系的总长度、平均直径、表面积、体积明显被抑制，随着磷浓度的增加，以上根系指标逐步得到改善[17-19]。经磷处理的幼苗根系总长度、表面积、体积、平均直径均高于无磷处理，表明经磷处理的植物根系通过增加细根，从而提高植物根系表面积，有利于植物更有效地积累营养物质、吸收水分和运输矿质营养。施磷使铝毒苗木根系分枝数量增加，提高根系密度，从而使根系更高效地吸收分水和养分。经磷处理的铝胁迫苗木根系根尖个数的增加，有利于植物获得更多的营养，促进根系长度的增加实现营养物质的积累和养分的运输，表明高磷处理能明显改良植物的耐铝性[20-21]。

施磷的铝毒油茶幼苗根系直径范围为0.0～0.5 mm时，根系长度和根尖个数占总量的一半以上。随着磷浓度的增加，在G1直径范围内，根系总长度、表面积、体积和根尖个数呈上升趋势。表明植物通过分化细根，增加根系总长度、根尖个数和根系表面积等根系指标，从而改变植物根系构型以适应不利环境。研究表明，在反映根系生长的各项指标中，根系表面积与植物生长具有密切的关系，其中细根的表面积大，能作为树木对土壤环境条件的利用程度的衡量标准之一[22]。试验结果表明，磷改良油茶幼苗的耐铝性，与细根有很大的联系，是油茶缓解铝毒的一个重要生理机制。表4不同浓度磷对铝胁迫下油茶幼苗不同径级根系指标的影响

处理径级根系长度（cm）根系表面积（cm2）根系体积（cm3）根尖数量（个）Al+P0G1281.21±0.87a4.14±0.43b0.14±0.01c3 043.00±2.08aG255.52±0.45b1.52±0.20c0.23±0.03b50.00±1.53bG319.77±0.68c3.96±0.26b0.25±0.01b6.00±1.00bcG49.41±0.37d1.94±0.11c0.27±0.04b1.00±0.58cG513.02±0.24c10.67±0.63a1.10±0.11a0.00±0.00dAl+P1G1311.58±0.89a6.30±0.75b0.22±0.03d3 273.00±1.53aG262.03±0.71b2.15±0.37c0.20±0.04e42.00±1.00bG318.11±0.49cd4.29±0.35c0.26±015.05b2.00±0.58bG48.35±0.49d3.77±0.53c0.23±0.03bcd0.00±0.58bG520.85±0.50c11.67±0.59a1.60±0.51ab1.00±0.00bAl+P2G1363.54±1.17a10.90±0.45b0.22±0.01c3 517.00±2.00aG288.16±0.60b5.62±0.57c0.36±0.02b84.00±2.52bG331.51±0.49c5.43±0.64cd0.36±0.02b8.00±1.00cG415.60±0.46d4.38±0.49d0.36±0.06b1.00±0.00cdG531.91±0.98c15.80±0.66a1.63±0.11a0.00±0.00dAl+P3G1764.93±2.94a47.69±1.77a0.34±0.03c8 708.00±4.00aG2146.99±1.45b34.52±1.26c0.62±0.01b98.00±6.03bG351.40±2.24c20.45±0.84d0.63±0.02b13.00±2.52cG419.67±1.49e11.52±0.94e0.47±0.02bc4.00±0.58dG537.79±1.57d45.27±1.05b5.63±0.28a3.00±0.58d注：同一列数据后不同小写字母表示同一处理不同径级间在0.05水平下差异显著（P<0.05）。

参考文献：

[1]王维君. 我国南方一些酸性土壤铝存在形态的初步研究[J]. 热带亚热带土壤科学，1995，4（1）：1-8.

[2]Kochian L V，Hoekenga O A，Pieros M A. How do crop plants tolerate acid soils？ mechanisms of aluminum tolerance and phosphorous efficiency[J]. Annual Review of Plant Biology，2004，55（1）：459-493.endprint

[3]Pothuluri J V，Kissel D E，Whitney D A，et al. Phosphorus uptake from soil layers having different soil test phosphorus levels[J]. Agronomy Journal，1986，78（6）：991-994.

[4]Driscoll C T，Breemen N V，Mulder J. Aluminum chemistry in a forested spodosol[J]. Soil Science，1985，49（2）：437-444.

[5]杜振宇，刘方春，马丙尧，等. 滨海盐碱地人工刺槐绒毛白蜡混交林的根系分布与细根生长[J]. 林业科学，2014，50（3）：10-15.

[6]沈宏，严小龙. 铝对植物的毒害和植物抗铝毒机理及其影响因素[J]. 土壤通报，2001，32（6）：281-285.

[7]Liao H，Wan H Y，Shaff J，et al. Phosphorus and aluminum interactions in soybean in relation to aluminum tolerance. Exudation of specific organic acids from different regions of the intact root system[J]. Plant Physiology，2006，141（2）：674-684.

[8]Delhaize E，Ryan P R. Aluminum toxicity and tolerance in plants[J]. Plant Physiology，1995，107（2）：315-321.

[9]严小龙，廖红，年海. 根系生物学原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2007：72-114.

[10]庄瑞林. 中国油茶[M]. 2版. 北京：中国林业出版社，2008：3.

[11]國家林业局. 全国油茶产业发展规划（2009—2012年）[M]. 北京：中国林业出版社，2009：2，9.

[12]万延慧，年海，严小龙. 大豆种质耐低磷与耐铝毒部分指标及其相互关系的研究[J]. 植物营养与肥料学报，2001，7（2）：199-204.

[13]Pellet D M，Papernik L A，Kochian L V. Multiple aluminum-resistance mechanisms in wheat （roles of root apical phosphate and malate exudation）[J]. Plant Physiology，1996，112（2）：591-597.

[14]李金航，齐秀慧，徐程扬，等. 华北4产地黄栌幼苗根系形态对干旱胁迫的短期响应[J]. 北京林业大学学报，2014，36（1）：48-54.

[15]Kinraide T B，Arnold R C，Baligar V C. A rapid assay for aluminium phytotoxicity at submicromolar concentrations[J]. Physiologia Plantarum，1985，65（3）：245-250.

[16]曲继松，张丽娟，冯海萍，等. 根域限制对柠条基质黄瓜幼苗生长及气体交换参数的影响[J]. 江苏农业学报，2015，31（1）：130-133.

[17]Zhao J，Fu J B，Liao H，et al. Characterization of root architecture in an applied core collection for phosphorus efficiency of soybean germplasm[J]. Chinese Science Bulletin，2004，49（15）：1611-1620.

[18]邵继锋，陈荣府，董晓英，等. 利用分根技术研究小麦铝磷交互作用[J]. 江苏农业学报，2016，32（1）：78-83.

[19]Wenzl P，Patio G M，Chaves A L，et al. The high level of aluminum resistance in signalgrass is not associated with known mechanisms of external aluminum detoxification in root apices[J]. Plant Physiology，2001，125（3）：1473-1484.

[20]Gaume A，Mchler F，Frossard E. Aluminum resistance in two cultivars of Zea mays L.：root exudation of organic acids and influence of phosphorus nutrition[J]. Plant and Soil，2001，234（1）：73-81.

[21]Zheng S J，Yang J L，He Y F，et al. Immobilization of aluminum with phosphorus in roots is associated with high aluminum resistance in buckwheat[J]. Plant Physiology，2005，138（1）：297-303.

[22]何维明. 不同生境中沙地柏根面积分布特征[J]. 林业科学，2000，36（5）：17-21.endprint