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在酸性土壤上,铝毒是影响作物产量的主要限制因子之一。大豆和水稻是华南地区酸性红壤上两种重要的农作物。在酸性红壤上种植大豆或水稻,同样也受到铝毒害的问题,筛选耐铝毒的大豆或水稻品种、明确其耐铝毒机制,对经济持久地利用华南地区大面积酸性红壤具有重要意义。大豆为旱地作物,水稻为典型的水田作物,它们在耐铝性上可能存在不同的机制。本试验通过水培方式对大豆和水稻的耐铝性进行了研究,探讨了铝胁迫对大豆和水稻根系生长、铝累积、养分吸收、内含物、根系分泌物及根系阳离子交换量等生理指标的影响。
结果表明,50μM铝处理24小时,被测7个大豆品种和6个水稻品种平均相对根长分别为29.2%、43.4%,大豆巴西10号在被测大豆品种中表现最强的耐铝性,其相对根长为45.3%,水稻优优128在水稻被测品种中最耐铝,其相对根长为60.2%。这些结果暗示了水稻可能比大豆耐铝。低铝(10μM)刺激大豆根系生长,但不影响水稻根系生长。大豆和水稻根系铝浓度随铝处理浓度的增加而增加,且根系大于地上部。相同铝处理时,水稻根系累积的铝为大豆根系的36.7-58.8%。这种铝累积差异可能与1、水稻对铝具有外排机制;2、水稻根系本身对铝的吸收少有关。
铝处理水平增加,大豆和水稻根系磷浓度呈增加趋势,但其地上部磷浓度随铝处理浓度的增加无明显变化。相同铝处理时,水稻根系和地上部磷浓度高于大豆,其中,50μM铝处理时水稻根系磷浓度是大豆的151.9%,表明磷营养对大豆和水稻的耐铝毒特性可能具有积极作用,但对水稻更为明显。
铝处理降低大豆根系柠檬酸浓度,但不影响水稻根系和叶片柠檬酸浓度;大豆根系和叶片比水稻具有较高的柠檬酸浓度。铝处理(>10μM)增加水稻根系和叶片内源可溶性蛋白的浓度,但对大豆没有影响;水稻比大豆累积较高的可溶性蛋白。铝处理对大豆和水稻根系可溶性酚浓度有降低趋势,但不影响其叶片可溶性酚浓度;水稻根系和叶片比大豆具有较高的可溶性酚浓度。低铝(10μM)增加大豆和水稻根系和叶片内源可溶性糖的浓度,高铝(50-500μM)则降低其浓度。
铝处理增加大豆和水稻柠檬酸、可溶性蛋白、可溶性酚、可溶性糖的分泌。100μM铝处理时,水稻柠檬酸分泌浓度高于大豆;相同铝处理时,大豆和水稻可溶性蛋白、可溶性酚的分泌没有明显差异,但水稻可溶性糖的分泌高于大豆。
铝处理显著增加大豆根系阳离子交换量,但不影响水稻根系阳离子交换量。50和100μM铝处理时,大豆根系阳离子交换量分别比对照增加了91.6%和110.2%。
综上所述,大豆和水稻对铝胁迫具有不同的生理反应,水稻比大豆耐铝,水稻的耐铝性可能与其较高的磷吸收、较高的根系分泌物分泌量和较低的阳离子交换量有关,卷入了一个多元耐铝机制。大豆耐铝作用可能与其根分泌物中有机酸、可溶性蛋白、可溶性酚、可溶性糖有关。