徐開杰，史麗麗，王勇鋒，李 毛，孫風(fēng)麗，劉曙東，奚亞軍,*

1 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，楊凌 712100 2 邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，邯鄲 056001

水培條件下pH值對柳枝稷幼苗生長發(fā)育的影響

徐開杰1，史麗麗2，王勇鋒1，李 毛1，孫風(fēng)麗1，劉曙東1，奚亞軍1,*

1 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，楊凌 712100 2 邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，邯鄲 056001

土壤的pH值是限制植物生長發(fā)育的一個關(guān)鍵因素。柳枝稷是一種可作為牧草，水土保持的多年生C4能源植物。試驗在水培條件下，利用裂區(qū)試驗設(shè)計，以柳枝稷品種(系)為主區(qū)，水培液pH值為副區(qū)，對反映柳枝稷幼苗生長發(fā)育狀況的指標(biāo)進行統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示，隨水培液pH值的酸堿強度增大，柳枝稷不同品種(系)幼苗的分蘗數(shù)、株高、苗鮮重、根冠比、根系活力以及凈光合速率都極顯著降低(P<0.01)，而幼苗保護酶活性以及丙二醛(MDA)含量則極顯著升高(P<0.01)。尤其是當(dāng)PH值低于5.0時，幼苗的受到的脅迫更為明顯，幼苗超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性反而急劇下降。與酸脅迫(pH值<7.0)相比，柳枝稷對堿脅迫(pH值>7.0)的適應(yīng)能力更強，其中以西稷2號的抗逆性表現(xiàn)最好。因此應(yīng)用柳枝稷在邊際土壤地區(qū)推廣種植時，要盡量避免強酸性土壤(pH值<5.0)，且選用西稷2號品系較為適宜。

柳枝稷，酸堿脅迫，水培，凈光合速率

隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤污染問題已經(jīng)成為了環(huán)境污染的重要部分，阻礙著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。土壤的酸堿性是限制植物在某一地區(qū)能否生長以及生長好壞的一個關(guān)鍵因素。目前全世界約有39.5 億hm2酸性土壤，其中可耕土壤面積僅為1.79億hm2[1]。而鹽堿地有9.54 億hm2[2]，土壤的酸化和鹽堿化以及次生鹽堿化問題已經(jīng)成為世界灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的資源制約因素。在中國，共有酸性及鹽漬化土壤2035萬hm2，約占全國可耕地面積的21%[3]。在這些土壤上種植合適的耐酸堿植物是目前研究的一大熱點。

柳枝稷，屬于禾本科(Poaceae)黍?qū)?Panicum)，是一種新型的生物能源作物，常被用于牧草，水土保持以及生態(tài)建設(shè)等[4-5]。據(jù)報道柳枝稷具有較強的耐旱，耐酸堿的能力，其最適宜生長的土壤pH值范圍為4.9—7.6[6-8]，但對柳枝稷耐酸堿能力的研究尚未見詳細報道。本試驗室從美國引進多個柳枝稷品種(系)在我國北方多地進行了馴化培養(yǎng)，從中選育出多個柳枝稷不同抗逆性材料。試驗利用這些品種(系)作為試驗材料，對不同pH值下反映柳枝稷生長發(fā)育的指標(biāo)進行了研究，以確定不同品種(系)的耐酸堿脅迫的能力，為柳枝稷的進一步推廣種植提供試驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用本試驗室提供的西稷1號(Xiji 1)、西稷2號(Xiji 2)和西稷3號(Xiji 3)3個柳枝稷品種(系)作為研究材料。其中西稷1號、西稷2號是本試驗室從美國引進的低地型品種Alamo中篩選培育的2個品系，而西稷3號是從低地型品種Natural Switchgrass中選育的一個品系。Alamo和Natural Switchgrass是美國推廣種植的重要品種，已先后引入我國多年。

1.2 試驗方法

試驗采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以西稷1號，西稷2號，西稷3號3個柳枝稷品種(系)為主區(qū)，以水培液的pH值為副區(qū)。副區(qū)酸堿脅迫pH值設(shè)置為3.5、5 、7(CK)、9和11共5個處理。挑選成熟飽滿的柳枝稷種子用70%酒精表面滅菌1 min，10%次氯酸鈉滅菌5 min，無菌水沖洗3—4次，4℃過夜(破除休眠)，然后將種子在25℃，光照條件下催芽。待柳枝稷幼苗的根長2 cm左右時，轉(zhuǎn)移到溫室水培容器中，每盆種植15株。試驗溫室管理條件為25℃，光照強度240μmol m-2s-1，光照時間12 h/d，每天定時用氧氣泵通氣3次，每次30min，每隔3 d換1次水培液。待幼苗長到3—4片葉、分蘗開始發(fā)生時進行試驗處理。試驗過程中每隔12 h利用1 mol/L的NaOH和HCl調(diào)節(jié)柳枝稷水培液的pH值。3周后測定柳枝稷幼苗的相關(guān)指標(biāo)以確定酸堿脅迫對幼苗生長發(fā)育的影響。水培液的定時檢測如圖1以及水培液配方詳見附表1。

圖1 水培液的pH值監(jiān)控Fig.1 Monitoring the pH value of hydroponics

1.3 測定項目與方法

在酸堿脅迫處理3周后，對影響柳枝稷幼苗生長發(fā)育的相關(guān)指標(biāo)進行測定。具體包括測水培苗分蘗數(shù)、利用毫米刻度尺測幼苗株高、稱量法測幼苗鮮重和幼苗根冠比、TCC(Triphenyltetrazolium Chloride, 氯化三苯基四氮唑) 法測根系活力，NBT(Nitrotetrazolium Blue Choride, 氯化硝基四氮唑藍)法測幼苗SOD(Superoxide Dismutase, 超氧化物歧化酶)活性、愈創(chuàng)木酚法測幼苗POD(Peroxidase, 過氧化物酶) 活性以及用TBA (Thiobarbituric Acid, 硫代巴比妥酸) 法測幼苗MDA (Malondialdehyde, 丙二醛)含量[9]。同時在溫室中利用Li-6400光合儀同步測定柳枝稷葉片的光合速率[10-11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2007對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計做表(圖)和利用DPS 7.05裂區(qū)試驗設(shè)計中的LSD(最小顯著差數(shù)法)對各試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。試驗重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗分蘗的影響

在柳枝稷幼苗階段，由于植株整體處于全生育期的初始期，外界環(huán)境的變化有可能對其生長發(fā)育產(chǎn)生較大影響。環(huán)境的pH值對柳枝稷幼苗的生長具有重要脅迫作用，其中對幼苗的影響是隨水培液pH值的增大幼苗分蘗數(shù)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，柳枝稷分蘗數(shù)在pH值為7.0時達到最大(西稷2號在pH值為9.0時其分蘗數(shù)最大)，單株分蘗數(shù)約為11.67(表1)。方差分析結(jié)果表明，柳枝稷不同品種(系)的單株分蘗數(shù)受pH值的影響表現(xiàn)出顯著差異，其中以西稷2號的單株分蘗數(shù)顯著高于西稷3號(P<0.05)，而西稷1號與西稷2號和西稷3號間的差異均不顯著。在酸性水培液中(pH值<7.0)，柳枝稷的分蘗數(shù)隨水培液的pH值升高而增加，各處理與對照差異達極顯著水平(P<0.01)。但是當(dāng)水培液的pH值增大到堿性環(huán)境(pH值>7.0)時，柳枝稷單株分蘗數(shù)則隨pH值的增大而極顯著降低(P<0.01)。而當(dāng)水培液的pH值增大到11.0時，柳枝稷的分蘗數(shù)下降到與pH值為5.0時的處理水平相當(dāng)。品種(系)與水培液pH值的互作效應(yīng)亦達極顯著水平(P<0.01)，其中以西稷2號的耐堿性相對最好。

表1 pH值對柳枝稷幼苗分蘗數(shù)的影響Table 1 Effect on the tiller number of switchgrass seedling with pH value

同一列(行)上不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

1.2 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗株高的影響

水培液的pH值對柳枝稷幼苗株高的影響與分蘗相似，隨pH值的增大亦呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，在pH值為7.0時達到最大(表2)。方差分析結(jié)果表明，pH值對不同品種(系)的株高影響存在差異，其株高表現(xiàn)趨勢為：西稷2號>西稷3號>西稷1號，不同品種(系)間的差異均達極顯著水平(P<0.01)。不同pH值處理對柳枝稷株高的影響不同。pH值在3.5—7.0時，柳枝稷的株高隨pH值的升高而顯著的升高。當(dāng)pH值達到7.0時，3個柳枝稷品種(系)的株高均達到最大值，此后隨水培液pH值的升高反而降低，各處理及其與對照間差異均達極顯著差異(P<0.01)。品種(系)與水培液pH值的互作效應(yīng)亦達極顯著水平(P<0.01)，其中在堿性環(huán)境以西稷2號生長相對最好。

表2 pH值對柳枝稷幼苗株高的影響/cmTable 2 Effect on the high of switchgrass seeding with pH value

同一列(行)上不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

2.3 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗鮮重的影響

植物生長環(huán)境的酸堿度會直接間接的影響植物的生長發(fā)育，而植物的單株鮮重是衡量植物生長情況的一個重要指標(biāo)。柳枝稷鮮重受水培液pH值脅迫的影響與分蘗、株高相似，隨pH值的升高呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，在pH值為7.0時達到最大(表3)。經(jīng)方差分析，不同品種(系)對水培液pH值的適應(yīng)性不同，其中西稷2號的幼苗鮮重極顯著高于西稷1號和西稷3號(P<0.01)，后兩者的差異不顯著。在酸性環(huán)境中(pH值<7.0)，柳枝稷幼苗單株鮮重隨水培液的pH值升高而升高，各處理及其與對照間差異均達極顯著水平(P<0.01)。當(dāng)水培液的pH值繼續(xù)增大到堿性環(huán)境(pH值>7.0)時，柳枝稷的鮮重又極顯著降低(P<0.01)，其中柳枝稷在pH值為11.0的處理鮮重與pH值為5.0的處理差異不顯著。品種(系)與水培液pH值的互作效應(yīng)達極顯著水平(P<0.01)，其中以西稷2號在堿性環(huán)境中的單株幼苗鮮重相對最大。

表3 pH值對柳枝稷幼苗鮮重的影響/gTable 3 Effect on the fresh weight of switchgrass seedling with pH value

2.4 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗根冠比的影響

植物根冠比是指植物地下部與地上部鮮重或干重的比值，它的大小反映了植物地下部分與地上部分的相關(guān)性。柳枝稷苗期根冠比隨水培液pH值的增大而呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(表4)。經(jīng)方差分析，不同品種(系)間對環(huán)境pH值的敏感不一樣，其中西稷2號的根冠比極顯著的高于西稷1號(P<0.01)，而西稷1號又極顯著的高于西稷3號(P<0.01)。水培液的不同pH值對柳枝稷根冠比的影響存在差異，除西稷2號中pH值為9.0的處理極顯著高于對照外(P<0.01)，其余各pH值處理的柳枝稷根冠比均極顯著低于對照(P<0.01)，且處理間的差異均達極顯著水平(P<0.01)。品種(系)的根冠比與水培液pH值間的互作效應(yīng)達極顯著水平(P<0.01)。西稷1號和西稷3號均在pH值為7.0時達到最大值，而西稷2號則在pH值為9.0時達到最大值。這表明西稷2號品種(系)比西稷1號和西稷3號具有更好的酸堿適應(yīng)性。

表4 pH值對柳枝稷幼苗根冠比的影響Table 4 Effect on the root-shoot ratio of switchgrass seedling with pH value

2.5 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗根系活力的影響

根系是植物對水分和礦物質(zhì)吸收的主要器官，同時又是植物體內(nèi)重要物質(zhì)如氨基酸、激素等的合成、同化、運輸?shù)钠鞴伲虼烁档纳L和活力情況將直接影響植物個體的生長狀況(表5)。方差分析結(jié)果表明，柳枝稷不同品種(系)的根系活力對pH值脅迫的耐性不同，其根系活力表現(xiàn)趨勢為：西稷2號>西稷1號>西稷3號，品種(系)間的差異均達極顯著水平(P<0.01)。不同pH值對柳枝稷幼苗根系活力的影響是隨水培液的酸堿強度的增大而急劇降低，各處理及其與對照間差異均達極顯著水平(P<0.01)。其中柳枝稷幼苗的根系活力對酸脅迫(pH值<7.0)敏感程度要明顯的高于堿脅迫(pH值>7.0)。這表明柳枝稷幼苗受到pH值的脅迫而影響其根系活力，其中幼苗的根系活力隨pH值脅迫的增大而降低，且柳枝稷對堿性環(huán)境(pH值>7.0)的脅迫作用相對具有更好的耐性。

表5 pH值對柳枝稷幼苗根系活力的影響/(μg g-1鮮重 h-1)Table 5 Effect on the switchgrass root activity with pH value

2.6 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗MDA含量的影響

植物在逆境中受到傷害，誘發(fā)膜脂過氧化作用而產(chǎn)生脂類過氧化物。其中丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最重要產(chǎn)物，能間接反映植物在逆境條件下受到的傷害程度大小[12]。柳枝稷在酸堿性環(huán)境受到脅迫，其產(chǎn)生的丙二醛含量隨水培液的pH值的增大而表現(xiàn)出先降后升的趨勢(表6)，在pH值為7.0時達到最低值(表6)。方差分析結(jié)果表明，pH值脅迫對不同柳枝稷品種(系)MDA含量的影響不同，其表現(xiàn)以西稷3號的MDA含量最大，西稷1號次之，西稷2號含量最少，品種(系)間的差異極顯著(P<0.01)。在酸性環(huán)境中(pH值<7.0)，柳枝稷MDA含量隨pH值得增大而減小，各處理間差異均達極顯著水平(P<0.01)，此后當(dāng)pH值繼續(xù)增大到堿性環(huán)境(pH值>7.0)時，柳枝稷MDA含量則隨pH值得增大而極顯著的增大(P<0.01)。柳枝稷幼苗MDA含量中品種(系)與pH值處理存在互作效應(yīng)。在酸性環(huán)境(pH值<7.0)中柳枝稷不同品種(系)受到的傷害基本一致，其中西稷3號比其他兩個品種(系)稍敏感，而在堿性環(huán)境(pH值>7.0)中，西稷2號的MDA含量最低，表明西稷2號對堿性環(huán)境(pH值>7.0)具有更好的適應(yīng)性。

表6 pH值對柳枝稷幼苗丙二醛含量的影響/(mmol/g鮮重)Table 6 Effect on the MDA content of switchgrass seedling with pH value

2.7 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗保護酶活性(SOD和POD)的影響

植物在逆境條件下會表現(xiàn)出加速衰老的現(xiàn)象。而植物體內(nèi)的保護酶(SOD，POD和CAT等)則可以消除逆境所產(chǎn)生的過氧化物對植物細胞的傷害。試驗發(fā)現(xiàn)，柳枝稷幼苗在酸堿脅迫條件下同樣會表現(xiàn)出衰老現(xiàn)象。隨pH值脅迫強度的增大柳枝稷幼苗SOD活性呈升高趨勢。在堿性(pH值>7.0)條件下，柳枝稷幼苗SOD活性水培液的pH值升高而升高，在pH值為11時達到最大值。而在酸性條件下(pH值<7.0)，柳枝稷幼苗SOD活性隨PH值的降低而呈現(xiàn)出先升高后降的趨勢，當(dāng)pH值為5.0時，SOD活性達到最大，此后隨水培液的pH值降低，幼苗SOD活性急劇下降，達到最低。此時柳枝稷幼苗受到的脅迫已經(jīng)超出自身的保護作用，幼苗受到不可逆的傷害，表現(xiàn)出葉色變黃，生長減緩，停止甚至死亡。此外，柳枝稷幼苗POD活性受pH值脅迫的表現(xiàn)趨勢與SOD一致，隨水培液pH值的脅迫強度的增加POD活性急劇上升，當(dāng)酸性脅迫過高(pH值<5.0)，柳枝稷POD活性亦表現(xiàn)出急劇下降的趨勢，遠遠低于對照，達到最低值，柳枝稷受到嚴(yán)重傷害。其中西稷3號對pH值的脅迫最敏感(圖2)。

圖2 pH值對柳枝稷幼苗SOD和POD活性的影響Fig.2 Effect on the SOD and POD activity switchgrass seedlings with pH value

2.8 酸堿脅迫對柳枝稷幼苗凈光合速率(Pn)的影響

光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)。植物光合速率能直接反應(yīng)植物的健康程度。圖3結(jié)果表明，柳枝稷受到環(huán)境酸堿度的傷害影響后，其凈光合速率也受到一定的影響，表現(xiàn)為隨水培液pH值的增加呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，尤其是在酸性環(huán)境(pH值<7.0)中受到的傷害更明顯。不同品種(系)受水培液pH值影響的敏感不同，以西稷3號最為敏感。在pH值大于7.0時的堿性環(huán)境中，以西稷1號、2號的凈光合速率較好，受到脅迫的影響也最小。這表明柳枝稷幼苗對酸性環(huán)境更敏感，更容易受到傷害。而在堿性環(huán)境(pH值>7.0)中西稷2號的耐堿能力要更好(圖3)。

圖3 pH值對柳枝稷幼苗光合速率的影響Fig.3 Effect on the Pn of switchgrass seedling with pH value

3 討論與結(jié)論

土壤溶液的酸堿度對植物的生長發(fā)育具有重要影響，且不同植物對土壤的酸堿度要求不同。而植物對不同土壤條件的需求在很大程度上取決于植物的根系特性及其生長發(fā)育狀況[13]。在酸堿性環(huán)境中，土壤中的酸堿離子會抑制植物根系的生長，影響水分和養(yǎng)分的吸收，從而影響植物的生長發(fā)育[14-17]。本試驗以研究和種植都非常廣泛的Alamo和Natural switchgrass 2個品種[18-19]中選育的3個品種(系)作為試驗材料，發(fā)現(xiàn)柳枝稷幼苗在酸堿脅迫下生長發(fā)育受到抑制，表現(xiàn)出生長緩慢，植株矮小，葉片變黃，光合速率下降等，尤其對柳枝稷根系的影響更為明顯。柳枝稷不同品種(系)間耐酸堿(pH值)能力的差異在根系上表現(xiàn)非常明顯，其中西稷1號、2號品系的根系明顯要好于西稷3號，尤其是西稷2號。而西稷3號在堿性環(huán)境的脅迫下表現(xiàn)出根的數(shù)量明顯減少，且變黃變黑，根系活力顯著降低(圖4)。

圖4 柳枝稷幼苗不同pH值的水培下生長狀況Fig.4 Switchgrass growth with different pH value in hydroponics1：西稷1號; 2：西稷2號; 3：西稷3號；a:柳枝稷的水培；b—f:pH值依次為3.5, 5, 7, 9, 11處理下的柳枝稷幼苗

據(jù)報道植物的抗逆性是一綜合性過程。不同植物種類或同一植物的不同品種(系)即不同基因型的抗逆特性表現(xiàn)出明顯的基因型差異[20]。張永鋒[21]，范可章[22]等對紫花苜蓿研究發(fā)現(xiàn)，不同的紫花苜蓿對鹽堿脅迫反應(yīng)不同，且隨著鹽堿脅迫濃度的增大表現(xiàn)出一系列的生理變化，可溶性糖和脯氨酸含量上升，葉片持水能力下降，保護酶活性的相應(yīng)變化等。本試驗研究水培條件下不同pH值處理對柳枝稷的分蘗數(shù)、株高、苗重、根冠比、根系活力、丙二醛含量、保護酶以及光合速率影響的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同柳枝稷品種(系)對水培液的pH值的敏感程度存在差異，其中在酸性條件下(pH值<7.0)，不同品種(系)對酸性環(huán)境的耐性差異不大，尤其是在pH值≤3.0時，各品種(系)都將因為酸性脅迫太強影響植物的正常生長而不能存活。當(dāng)水培液的pH值大于7的堿性環(huán)境時，各品種(系)對堿性環(huán)境的耐性表現(xiàn)出顯著差異，其中以西稷1號和西稷2號的耐堿性明顯好于西稷3號，尤其是西稷2號。當(dāng)在pH值上升到9.0時，西稷2號的分蘗數(shù)、株高、苗重、根冠比和光合速率都明顯的高于西稷1號和西稷3號，而幼苗保護酶和MDA含量則低于西稷1號、3號。其中西稷1號和西稷2號的抗逆性總體上要好于西稷3號，尤其是西稷2號的抗逆性相對更強。因此在選用柳枝稷作為堿性土壤地區(qū)推廣時，西稷2號可能更合理，這同樣證明了Alamo材料比其他材料適應(yīng)性要更好[23]。

多數(shù)植物適應(yīng)中性至微酸性土壤。據(jù)報道柳枝稷適宜在pH值≥5.0的土壤上種植[24]。本試驗同樣發(fā)現(xiàn)柳枝稷在酸性環(huán)境當(dāng)pH值小于5.0時，其生長發(fā)育受到顯著影響，幼苗生長緩慢，葉片干黃，根系活力明顯降低，因此柳枝稷一般不適宜在強酸性土壤中生長。當(dāng)水培液的pH值上升到堿性環(huán)境，尤其是在強堿性環(huán)境中(pH值≥9.0)時，柳枝稷的的生長發(fā)育雖也受到抑制，生長變慢，發(fā)育變緩，但是與強酸性環(huán)境(pH值≤5.0)相比，柳枝稷的分蘗數(shù)、株高、苗重、根冠比以及光合速率都明顯要高，而丙二醛含量則顯著要低。這表明柳枝稷對酸堿性脅迫的適應(yīng)性不同，其中對堿性環(huán)境的適應(yīng)性要明顯的好于酸性環(huán)境。這與關(guān)于柳枝稷適宜種植的土壤pH值是高于5.0的報道一致。因此在選用柳枝稷作為酸堿土壤的改良植物時，應(yīng)首選堿性土壤，即使在酸性土壤上種植，土壤pH值也不宜低于5.0。

此外，顏宏等[25]研究堿脅迫對羊草和向日葵的影響時發(fā)現(xiàn)植物對鹽脅迫和堿脅迫是兩種不同的脅迫，兩者即相關(guān)又有本質(zhì)區(qū)別。本試驗是柳枝稷幼苗在溫室水培條件進行，與大田試驗相比,水培對條件控制更容易[26-28]。但是試驗也有許多不足，如水分、礦物離子、鹽離子等的影響。但本試驗旨在研究柳枝稷對酸堿的適應(yīng)能力，為大田推廣提供理論基礎(chǔ)。具體到大田推廣種植時，應(yīng)綜合考慮種植地的土壤和氣候等條件。

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Effect of the pH value on switchgrass seedling growth and development in hydroponics

XU Kaijie1, SHI Lili2, WANG Yongfeng1, LI Mao1, SUN Fengli1, LIU Shudong1, XI Yajun1,*

1NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China2HanDanShiAcademyofAgriculturalSciences,Handan056001,China

With increasing societal and industrial development, soil pollution has become an increasingly serious environmental problem, and hinders the sustainable development of agriculture, especially in acidic and alkaline soils. It is well known that soil pH is a key limiting factor for plant survival and regional adaptation. Planting suitable acid- and alkali-proof plants in these types of soils was the primary focus of the present study. Switchgrass (PanicumvirgatumL.) belongs to the family Poaceae, and is a warm season C4 perennial grass. It is a highly versatile grass used for soil and water conservation, livestock production, and biomass production as an alternative energy source. As a valuable crop, switchgrass has received much attention worldwide since the 1980s, and was introduced in China approximately ten years ago. However, the lack of water and food security is a global problem, with switchgrass competing with food crops for limited resources, making its use unrealistic. Fortunately, there are a plenty of marginal soils available on which to grow switchgrass, making its use both practical and valuable. In addition, several studies have shown that switchgrass has strong stress tolerance, including drought, salinity, leanness, acid, and alkali resistance. It is generally recognized that the range of soil pH for the appropriate growth of switchgrass is 4.9 to 7.6, but there have been no detailed reports on its acid and alkali resistance. To explore the acid and alkali resistance of switchgrass at the seedling stage, which is an important stage for the adaptability of switchgrass to harsh environments, switchgrass seedling growth and development, in addition to net photosynthetic rate (Pn), were studied under different pH conditions using the split-unit design in hydroponics. Switchgrass varieties ‘Xiji 1’and ‘Xiji 2’ were bred using the American variety ‘Alamo,’ while ‘Xiji 3’ was bred using the American variety ‘Natural Switchgrass.’ Both American varieties were used as the main factors, while different pH [3.5, 5, 7 (Control check, CK), 9, and 11] were used as the deputy factors. The results revealed that switchgrass seedling tiller number, seedling plant height, seedling fresh weight, seedling root-shoot ratio, seedling root activity, and seedling net photosynthetic rate were sharply reduced, and that seedling protective enzyme activity and MDA (malondialdehyde) content noticeably increased as acid and alkali stress increased (P<0.01). In particular, when the pH of the hydroponic solution was less than 5, the effect of stress on switchgrass seedlings was more noticeable because seedling SOD (superoxide dismutase) and POD (peroxidase) activity suddenly showed a sharp decline, seedling growth and development were inhibited, and death was recorded in some instances. The effects of acid and alkali stress on seedling growth differed with switchgrass variety. Compared with acidic hydroponic conditions (pH<7.0), the seedlings of all switchgrass varieties became well adapted to the alkaline hydroponic conditions (pH>7.0); ‘Xiji 2’ was the most resistant of all switchgrass varieties. Therefore, commercial switchgrass varieties should not be planted in marginal soils that are strongly acidic soil (pH<5.0), with ‘Xiji 2’ representing the optimal variety for planting switchgrass on marginal soils.

switchgrass (PanicumvirgatumL.); acid and alkali resistance; hydroponics; net photosynthetic rate (Pn)

附表1 水培液配方Attached list 1 The compounding of Hydroponic

國家自然科學(xué)基金項目(31171607, 31371690)；國家948計劃資助項目(2011-G1-19)

2014- 05- 04; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2015- 05- 19

10.5846/stxb201405040877

*通訊作者Corresponding author.E-mail:xiyajun2002@126.com

徐開杰，史麗麗，王勇鋒，李毛，孫風(fēng)麗，劉曙東，奚亞軍.水培條件下pH值對柳枝稷幼苗生長發(fā)育的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(23):7690- 7698.

Xu K J, Shi L L, Wang Y F, Li M, Sun F L, Liu S D, Xi Y J.Effect of the pH value on switchgrass seedling growth and development in hydroponics.Acta Ecologica Sinica,2015,35(23):7690- 7698.