酸性土壤是指pH低于6.5的土壤的总称,全球约有3.95×10⁹ hm²酸土,占全球可耕地土壤面积的40%,尤其是发展中国家,酸土面积比例持续增大^[1,2]。我国酸性土壤总面积约为203万hm²,约占全国土地面积的21%^[3,4]。过多的铝离子是酸性土壤中影响植物生长的主要障碍因子^[5,6,7],严重制约着土壤的产出能力。铝毒害的最初反应是抑制植物根的生长,并因而抑制水分、养分的吸收,长时间的铝胁迫就会引起地上部分的生长受阻^[8]。当pH小于5.0时,铝以离子形态大量溶出,对植物造成毒害。随着工业化的发展,酸雨频繁沉降,酸性肥料投入增多,这更加加剧了土壤的酸化,使得铝对植物的毒害日益严重^[9]。降低土壤酸化程度已经成为当代植物研究工作中急需解决的关键问题之一。目前,农业生产上主要通过改良土壤和选育耐铝性品种两方面来缓解酸性土壤对植物生长发育所造成的影响^[10],对于酸性土壤的改良主要采用施用石灰和土壤改良剂等化学方法提高土壤pH从而降低铝的含量,施用石灰、钙镁磷肥以及施用有机质等农艺措施能够在一定程度上改善酸性土壤上铝对植物的毒害。然而这些措施存在很大的局限性,无论从经济角度还是从实践层面上考虑均不可行;而增施磷、钾肥料,既增加成本,又容易导致环境污染^[11]。综上可知,施石灰以改良土壤的策略既不经济也不利于持续发展。因此,研究者普遍认为充分挖掘和利用植物自身的耐性机制和潜力,进而通过遗传改良来获得耐酸铝能力较强的品种,应该是持续、经济地解决酸性土壤酸铝毒害的有效途径^[11]。

目前,已在草坪草及牧草耐铝性鉴定评价方面取得了一定的进展,获得了一些耐铝性较强的材料。陈振等^[12]利用水培法研究14种不同铝浓度胁迫对狗牙根（Cynodon dactylon）的叶色、耐铝指数、坪用质量、枯黄率、相对地上部干重、相对根系干重的影响,结果发现随着铝浓度的升高,狗牙根的叶色、均一性、坪用质量等逐渐降低,最终通过回归方程计算得出狗牙根的致死临界铝浓度为2520 μmol/L。Yan等^[13]及褚晓晴等^[14]采用采用小容积营养液培养方法,在1.5 mmol/L铝胁迫处理下分别对来自中国的48份和51份假俭草（Eremochloa ophiuroides）种质的耐铝性进行评价。通过测定相对根系干重、相对地上部分干重、相对全株干重发现中国假俭草耐铝性存在广泛变异。Huang等^[15]采用小容积营养液培养方法,在1.5 mmol/L铝胁迫处理下对46份结缕草（Zoysia Willd.）的耐铝性差异进行评价,发现46份结缕草耐铝性存在广泛变异。刘洋等^[16]利用小容积营养液水培法,在2.1 mmol/L的铝胁迫处理下,通过对相对总二级分枝数比、相对地上部干重比、相对地下部干重比、相对总茎长比、坪用质量、叶片枯黄率等指标的测定对85份采自中国的地毯草进行耐铝性鉴定,85份种质被分为中间型、敏铝型和耐铝型。廖丽等^[17]对不同浓度胁迫下地毯草（Axonopus compressus）耐铝性差异进行评价,发现在中等浓度（0.72~1.20 mmol/L）铝胁迫处理下,地毯草坪用质量明显优于低浓度（0~0.48 mmol/L）和高浓度（1.68~2.16 mmol/L）的铝胁迫处理。张静等^[18]采用小容积营养液培养方法,铝浓度设为2.10 mmol/L,以1份栽培品种为对照,19份不同地理来源的地毯草种质为材料,通过对相对总二级分枝个数比、相对总茎长比、叶片枯黄率、坪用质量、相对地上部干重比和相对地下部干重比等6个指标的测定,明确了地毯草各份种质的耐铝性。刘影等^[19]研究铝胁迫下扁穗牛鞭草（Hemarthria cornpressa）的生理响应情况,发现高浓度铝胁迫处理下,SOD、POD和CAT活性随铝浓度的增加表现出先增高后降低的趋势,说明扁穗牛鞭草在高浓度铝胁迫下通过这3种酶活性的持续增强来减少来自活性氧和自由基的伤害。Wheele等^[20]利用土培法于1990— 1993年间对34种牧草的耐铝性差异进行了比较,结果表明它们的耐铝性都很低。Wenzl等^[21]通过大容积营养液培养法对臂形草属（Brachiaria Griseb.）的3个主要育种材料,刚果臂形草（B. ruziziensis）、俯仰臂形草（B. decumbens）、珊状臂形草（B. brizantha）以及38个刚果臂形草和俯仰臂形草的杂交后代的耐铝性进行了鉴定评价,结果表明俯仰臂形草的耐铝性最强,刚果臂形草耐铝性最差,珊状臂形草耐铝性中等,杂交后代间的耐铝性存在显著差异。王瑞峰^[22]对我国22个主要苜蓿（Medicago sativa）审定品种进行了耐酸与耐铝性评价。王沿沿等^[23]对铝胁迫下不同木豆（Cajanus cajan）品种的耐铝性差异进行了比较。刘建乐等^[24,25]利用水培法研究了16份柱花草（Stylosanthes guianensias）及来自华南地区的20份割手密（Saccharum spontaneum）种质对铝胁迫的响应,确定了相对根长、相对地上干物质和相对地下干物质可作为耐酸铝的重要筛选指标。通过这些研究发现,禾本科草类植物的耐铝性比豆科植物的强。草坪草在铝胁迫下,生长受到抑制,坪用质量变差。在这些草坪草中,狗牙根的耐铝性较强,其次是地毯草、假俭草和结缕草。另外,关于草类植物的耐铝性研究主要集中在植物耐铝性评价与耐铝种质的筛选方面,耐铝指标的测定主要集中在生物量方面,所用的培养方法集中在小容积水培法,然而关于利用土培法对筛选出的耐铝性材料进行验证的研究则少见报道。

土壤酸化严重影响草坪的建植与养护,草坪草在酸性土壤上表现为生长受到抑制,营养元素缺乏并对逆境的耐受能力差^[26]。狗牙根是世界三大暖季型草坪草之一,具有较强的抗逆性及再生能力,对狗牙根进行耐铝性研究有利于开发本土草坪草资源。本课题组在前期研究中利用小容积营养液水培评价法,通过相对生物量的差异对65份狗牙根种质耐铝性进行了鉴定评价,从中筛选出了5份耐铝及5份敏铝狗牙根种质。水培法是一种省工省时,简便而又易于操作的筛选方法,但土壤是植物生长的主要介质,经筛选出的植物基因型最终还是要应用在土壤栽培中,而有报道指出由于土壤环境复杂,水培筛选和土培筛选的结果不同^[8]。因此,本研究以前期利用小容积营养液培养法研究筛选出的5份耐铝狗牙根种质和5份铝敏感狗牙根种质为材料,研究其在酸性土壤上的生长差异情况,以期为狗牙根种质在酸性土壤上的应用提供试验依据。