孫 燕 董云萍 龍宇宙 林興軍 譚 軍 閆 林 黃麗芳 王曉陽(yáng)

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部香辛飲料作物遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質(zhì)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南萬(wàn)寧571533)

咖啡是世界三大飲料作物之一，是國(guó)際貿(mào)易中排名居前的大宗產(chǎn)品。中國(guó)咖啡種植面積13萬(wàn)多hm2，隨著國(guó)內(nèi)外消費(fèi)需求不斷增加，種植面積增勢(shì)明顯。目前，咖啡產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)熱帶經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一。然而，咖啡主栽品種中粒種為多年生經(jīng)濟(jì)作物，連作后普遍存在長(zhǎng)勢(shì)弱、易衰老、發(fā)病率高、產(chǎn)量明顯下降、更新補(bǔ)種成活率低等現(xiàn)象，連作障礙已逐漸成為制約中國(guó)咖啡產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題［1-5］。前人研究發(fā)現(xiàn)，茄子等植物嫁接后表現(xiàn)出抗逆性狀［6-10］，低溫脅迫下抗冷性強(qiáng)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(qiáng)［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(zhǎng)，但黑籽南瓜嫁接伽師瓜后并無(wú)明顯抑制植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量［7］。由此可見(jiàn)，利用嫁接的方式提高植物抗逆性已得到普遍認(rèn)可。

近年來(lái)，咖啡栽培嘗試以大粒種為砧木，利用種間嫁接優(yōu)勢(shì)改善連作障礙取得了一定的進(jìn)展［1-5］。大田試驗(yàn)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(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)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(yǎng)咖啡種間嫁接苗，發(fā)現(xiàn)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(fā)達(dá)，吸收根廣泛分布在表土層［1］。且前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，種間嫁接咖啡可能通過(guò)提高自身養(yǎng)分吸收利用能力，增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)，提高了抗逆性。為明確種間嫁接咖啡緩解連作障礙的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理，本試驗(yàn)以大粒種咖啡1號(hào)為砧木，中粒種熱研1號(hào)為接穗，研究種間嫁接對(duì)連作障礙土壤上咖啡生長(zhǎng)及養(yǎng)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(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)時(shí)間：2016～2018年；試驗(yàn)地點(diǎn)：中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所日光溫室；砧木材料：大粒種咖啡1號(hào)和中粒種咖啡熱研1號(hào)種子苗；接穗材料：熱研1號(hào)高產(chǎn)無(wú)性系母樹(shù)上的直生枝；育苗基質(zhì)：添加0.1%復(fù)合肥（N-P-K：15-15-15）的腐熟椰糠。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

不同品種的咖啡種子經(jīng)沙床催芽，待子葉平展時(shí)移栽至育苗基質(zhì)，幼苗生長(zhǎng)8個(gè)月后嫁接，共4個(gè)處理。處理I：以大粒種1號(hào)種子苗為砧木，以熱研1號(hào)直生枝頂端第1～2節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；處理II：以大粒種1號(hào)種子苗為砧木，以熱研1號(hào)直生枝頂端第3～4節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；CK1（對(duì)照1）：以中粒種熱研1號(hào)種子苗為砧木，以熱研1號(hào)直生枝頂端第1～2節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗；CK2（對(duì)照2）：以中粒種熱研1號(hào)種子苗為砧木，以熱研1號(hào)直生枝頂端第3～4節(jié)莖段作為接穗的嫁接苗。嫁接1個(gè)月后解綁，移盆培養(yǎng)。培養(yǎng)土為連續(xù)種植咖啡20 a、已表現(xiàn)連作障礙的根際土。注意培養(yǎng)過(guò)程中需保持土壤濕潤(rùn)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目

生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 待培養(yǎng)3、6、9個(gè)月，各處理隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的待測(cè)植株15株，分別測(cè)定植株株高、莖粗等指標(biāo)。培養(yǎng)結(jié)束后（9個(gè)月）整株先用自來(lái)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(zhì)稱重，粉碎后測(cè)定養(yǎng)分含量。

養(yǎng)分含量測(cè)定 樣品用濃H2SO4-H2O2消化，半微量凱氏定氮法測(cè)N，鉬銻抗比色法測(cè)P，火焰光度法測(cè)K，原子吸收光譜法測(cè)Ca、Mg［12］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010及SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan法進(jìn)行多重比較。由于CK1和CK2處理的數(shù)據(jù)基本一致，取平均值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種間嫁接對(duì)連作障礙土壤上咖啡生長(zhǎng)的影響

由圖1可知，與CK相比，以大粒種1號(hào)為砧木，熱研1號(hào)為接穗的種間嫁接咖啡苗株高、莖粗及干物質(zhì)量均增加。其中，處理I較CK株高、莖粗、地上部及根部干物質(zhì)量分別增加34.48%、39.71%、62.59%和122.70%，干物質(zhì)量增幅達(dá)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(zhǎng)，地上部和根部增幅分別達(dá)到41.41%和48.67%，根部干物質(zhì)量顯著增加。

2.2 種間嫁接對(duì)連作障礙土壤上咖啡養(yǎng)分吸收量的影響

由表1可知，CK植株養(yǎng)分吸收量為N＞K＞Ca＞Mg＞P，而種間嫁接咖啡苗養(yǎng)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(dá)顯著水平，說(shuō)明種間嫁接有效促進(jìn)了植株對(duì)養(yǎng)分的吸收，改變了植株體內(nèi)養(yǎng)分比例，且處理I較處理II更有利于植株養(yǎng)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(yǎng)分處理間差異均達(dá)顯著水平。此外，種間嫁接植株對(duì)K吸收量不同，處理I較CK增加86.84%，增幅達(dá)顯著水平，處理II較CK則略有下降。

圖1 種間嫁接對(duì)連作障礙土壤上咖啡株高、莖粗、干物質(zhì)量的影響

2.3 種間嫁接對(duì)連作障礙土壤上咖啡各器官養(yǎng)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(yǎng)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(jiàn)，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(yǎng)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(yǎng)分積累差異均達(dá)顯著水平。種間嫁接對(duì)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(dá)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(jié)論

種間嫁接通過(guò)提高養(yǎng)分吸收，促進(jìn)植株生長(zhǎng)［13-16］。研究發(fā)現(xiàn)，南瓜嫁接黃瓜后N、P、Ca和Mg的養(yǎng)分吸收能力顯著提高，嫁接植株生長(zhǎng)健壯［13］。較常規(guī)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(fā)達(dá)，經(jīng)咖啡連作障礙園土壤培養(yǎng)后，植株N、P、Ca和Mg養(yǎng)分含量及干物質(zhì)積累均高于CK。另有研究發(fā)現(xiàn)，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(rèn)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(zhǎng)度、根系總面積、根尖數(shù)和根系活力。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以熱研1號(hào)直生枝不同部位作接穗，對(duì)植株養(yǎng)分（除K外）吸收及干物質(zhì)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(zhì)積累，相比CK處理，不同接穗對(duì)植株K素吸收利用影響趨勢(shì)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(jié)果基本一致［13］。由此可見(jiàn)，種間嫁接改善了連作障礙土壤上咖啡養(yǎng)分吸收特性，增強(qiáng)了植株長(zhǎng)勢(shì)，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(duì)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(duì)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(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，廣泛參與植物對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答反應(yīng)。有研究表明，Ca2+作為偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使，能調(diào)節(jié)高溫、低溫、干旱等逆境脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程［21-24］。高溫脅迫下葉面噴施CaCl2溶液，可增強(qiáng)皖貝母葉片SOD、POD活性［21］。低P脅迫下，相關(guān)抗性甜菜品種體內(nèi)Ca素含量增加［23］。經(jīng)連作障礙園土壤培養(yǎng)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(jiàn)，種間嫁接咖啡苗較其自根嫁接苗Ca素增幅達(dá)顯著水平；前期利用中粒種自根嫁接苗根系分泌物培養(yǎng)幼苗，發(fā)現(xiàn)中粒種自根嫁接苗生長(zhǎng)受到抑制，且隨著根系分泌物濃度升高，抑制作用增強(qiáng)，而種間嫁接苗能通過(guò)提高SOD、POD等保護(hù)酶活性緩解植株生長(zhǎng)障礙，使植株生長(zhǎng)所受抑制減少［2］。種間嫁接咖啡體內(nèi)Ca含量與SOD、POD等活性是否表現(xiàn)正相關(guān)，并以此作為其緩解連作障礙的原因，有待進(jìn)一步研究。