張中峰，張金池，黃玉清，徐廣平，張德楠,俞元春

1 廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所,桂林　541006 2 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 南京　210037

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接種菌根真菌對(duì)青岡櫟幼苗耐旱性的影響

張中峰1,*，張金池2，黃玉清1，徐廣平1，張德楠1,俞元春2

1 廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所,桂林541006 2 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 南京210037

摘要:利用叢枝菌根真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices)和外生菌根真菌彩色豆馬勃(Pisolithus tinctorius)對(duì)石漠化地區(qū)造林樹種青岡櫟(Cyclobalanopsis glauca)幼苗進(jìn)行接種試驗(yàn)。在大棚盆栽條件下模擬土壤干旱脅迫,研究菌根真菌對(duì)青岡櫟生長(zhǎng)和耐旱性的影響。結(jié)果表明：在土壤干旱條件下，接種菌根處理植株生物量顯著高于未接種處理(P<0.05)，菌根依賴性隨土壤水分含量降低而升高；未接種處理植株葉綠素含量在土壤干旱條件下顯著降低(P<0.05)，除接種Pisolithus tinctorius處理外，其它接種處理葉綠素含量無(wú)顯著變化。土壤干旱使植株體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量上升，在中度干旱條件下，接種處理可溶性糖含量均顯著高于對(duì)照處理，接種Glomus intraradices、Pisolithus tinctorius處理脯氨酸含量顯著低于對(duì)照(P<0.05)；在重度干旱條件下，接種Glomus mosseae和Glomus intraradices處理可溶性糖含量顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)，而相應(yīng)的脯氨酸含量顯著低于對(duì)照處理。當(dāng)土壤水分含量在田間持水量55%—65%時(shí)，接種處理植株SOD、POD和CAT酶活性顯著高于未接種處理(P<0.05)，在土壤水分含量降至35%—45%時(shí)，Glomus mosseae和Glomus intraradices處理SOD酶活性顯著高于對(duì)照，并且所有接種處理POD酶活性均顯著高于對(duì)照。此外，在水分干旱條件下，植株全磷和全鉀含量也顯著高于未接種處理(P<0.05)。研究表明，叢枝菌根真菌和外生菌根真菌均能夠侵染青岡櫟幼苗根系；在干旱脅迫條件下，接種菌根真菌能夠提高青岡櫟植株生物量、抗氧化酶活性、增加植株可溶性糖含量和促進(jìn)植株養(yǎng)分吸收，提高植株耐旱性，從而使青岡櫟幼苗在巖溶干旱環(huán)境下更容易存活。

關(guān)鍵詞：菌根真菌；石漠化；耐旱性；酶活性

中國(guó)西南巖溶地區(qū)由于存在雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，土層薄且分布不連續(xù)，土壤貧瘠干旱造成植被恢復(fù)困難，以石漠化為典型代表的生態(tài)退化成為制約該地區(qū)發(fā)展的重大生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1- 2]。研究發(fā)現(xiàn)，菌根真菌的生態(tài)學(xué)作用與石漠化退化生態(tài)系統(tǒng)的限制因子之間有著良好的耦合關(guān)系[3- 4]。石漠化地區(qū)土壤普遍缺磷、富鈣，同時(shí)存在地質(zhì)性干旱，而菌根能夠通過(guò)菌絲體網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大根系吸收范圍，促進(jìn)植物對(duì)土壤水分和營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是磷的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高宿主植物的耐旱性[5- 7]，因此菌根真菌在石漠化治理上具有很強(qiáng)的潛在應(yīng)用價(jià)值。有學(xué)者分別對(duì)喀斯特地區(qū)植物構(gòu)樹[8]、香樟[9]、光皮樹[10]、滇柏和楸樹[11]等進(jìn)行了接種菌根真菌研究，發(fā)現(xiàn)接種菌根能促進(jìn)喀斯特地區(qū)植物的養(yǎng)分吸收和光合能力，使植物耐旱性增強(qiáng)，提高造林樹種在干旱逆境下的成活率。青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca)是殼斗科櫟屬常綠喬木，是中亞熱帶常綠闊葉林的代表性群落類型之一，是西南喀斯特地區(qū)常用的造林樹種。殼斗科植物是典型的外生菌根植物，通常被認(rèn)為易形成外生菌根而不宜形成叢枝菌根[12- 13]，但近年來(lái)研究表明[14- 18]，殼斗科植物的幼苗能被叢枝菌根真菌侵染形成菌根共生體，并產(chǎn)生顯著的菌根效應(yīng)。本文通過(guò)對(duì)青岡櫟幼苗接種外生菌根、內(nèi)生菌根和混合接種方式，研究在不同水分條件下，接種菌根真菌對(duì)青岡櫟幼苗生長(zhǎng)和耐旱性的影響作用，為巖溶地區(qū)石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)提供理論支撐。

1材料和方法

1.1材料

試驗(yàn)菌種為摩西球囊霉(Glomusmosseae，Gm)、根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices，Gi)和彩色豆馬勃(Pisolithustinctorius，Pt)，由長(zhǎng)江大學(xué)園林園藝學(xué)院、北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所提供。兩種內(nèi)生菌根真菌用高粱苗在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)繁培養(yǎng)，培養(yǎng)4個(gè)月后用于接種的菌劑含有孢子、菌絲片段和侵染根段；外生菌根菌劑用珍珠巖與草炭土的混合基質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)繁培養(yǎng)，用于接種的菌劑主要含有孢子和菌絲。供試土壤采自貴州喀斯特高原生態(tài)綜合治理試驗(yàn)示范區(qū)，土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。土壤過(guò)2mm篩，在0.14MPa，120℃條件下滅菌2h后作為試驗(yàn)基質(zhì)。青岡櫟種子采自喀斯特地區(qū)青岡櫟次生林，試驗(yàn)前用5% NaClO 消毒15 min，并用滅菌水沖洗多次，備用。

表1　供試土壤理化性質(zhì)

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，包括3個(gè)土壤水分處理和5個(gè)接種處理(3×5)。土壤水分處理設(shè)置為相對(duì)土壤田間持水量的75%—85%(正常供水)、55%—65%(中度干旱)和35%—45%(重度干旱)；其中，每個(gè)處理設(shè)置6個(gè)重復(fù)，接種處理設(shè)置為：接種摩西球囊霉處理(Gm)、接種根內(nèi)球囊霉處理(Gi)、接種彩色豆馬勃處理(Pt)、混合接種處理(Mixture inoculation，Mi)和不接種處理(Contrast check，CK)。接種方法：在塑料花盆中裝入滅菌土1.5kg，稱取菌劑平鋪在滅菌土上，同時(shí)播入消毒并催芽的青岡櫟種子，用滅菌土覆蓋。單個(gè)菌種接種處理按25g/盆施加菌劑(孢子密度7—12個(gè)/g)；混合菌種接種處理：3種菌劑按相同重量混合后，再稱取25g菌劑施入花盆中；對(duì)照處理不加菌劑，加入經(jīng)微孔濾膜過(guò)濾的菌液和25g高溫滅菌后的混合菌劑，以保持除目的菌外和其他處理土壤微生物組成一致。在接種后的30d內(nèi)，各處理用無(wú)菌水進(jìn)行補(bǔ)充水分，按常規(guī)育苗方式管理。在幼苗正常生長(zhǎng)30d后，每盆定苗5株，并對(duì)各處理土壤開始進(jìn)行不同水分控制，每天用稱重法測(cè)定土壤水分變化并加入相應(yīng)失水量，保持各處理土壤水分含量在相應(yīng)梯度內(nèi)。在進(jìn)行水分處理90d后結(jié)束試驗(yàn)，每個(gè)處理隨機(jī)選取其中6株(分別在6個(gè)重復(fù)花盆中各選擇1株)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.3指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)處理1.3.1侵染率的測(cè)定

每種處理選取6株(分別在6個(gè)重復(fù)的花盆中各選擇1株)，挖出根系混勻隨機(jī)取10根6—10cm長(zhǎng)細(xì)根，用水沖洗干凈，并剪成1cm長(zhǎng)左右片段，然后用10% KOH在90℃透明1h，用5%的乳酸酸化5min，再用0.05%的曲利苯藍(lán)于90℃染色30min，內(nèi)生菌根用網(wǎng)格交叉法[19]測(cè)定根系菌根侵染率，菌根侵染率(%)=交叉點(diǎn)菌根數(shù)/根段與線交叉點(diǎn)數(shù)×100%。外生菌根侵染率用計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)方法確定，以形成外生菌根的根段數(shù)占觀察的總根段數(shù)的百分比作為菌根侵染率，菌根侵染率=(菌根侵染根尖數(shù)/檢查根尖數(shù))×100%。

1.3.2葉面積、生物量和養(yǎng)分含量測(cè)定

分別從每種處理選取其中6株(分別在6個(gè)重復(fù)花盆中各選擇1株)，將幼苗完整取出清洗，在80℃下烘干至恒重，計(jì)算生物量和菌根依賴性，菌根依賴性=(接種處理干重-不接種處理干重)/接種處理干重×100%；將植物地上部樣品烘干磨碎過(guò)0.25mm篩，稱取0.1g，置于100mL消化管中，用水濕潤(rùn)樣品，加濃硫酸5mL，然后放置過(guò)夜，在消化爐上加熱，當(dāng)溶液全部呈棕黑色時(shí)，從消化爐上取下消化管，逐滴加入300g/L H2O210滴，并不斷搖動(dòng)消化管。再加熱至微沸10min，稍冷后再加入H2O25滴，如此反復(fù)3次，至消煮液呈清亮色再加熱5min，以除盡過(guò)剩的雙氧水。將消煮液定容至100mL，用上清液測(cè)定N、P、K元素含量。植物全氮用奈氏比色法測(cè)定，植物全磷含量用釩鉬黃比色法，植物全鉀含量用火焰光度計(jì)法測(cè)定[20]。

1.3.3滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性和葉綠素含量測(cè)定

每種處理分別從6個(gè)重復(fù)花盆中隨機(jī)選擇1株，取植株新鮮葉片，剪碎后混勻。稱取0.3g新鮮植物葉片，用蒽酮法測(cè)定可溶性糖、稱取0.5g新鮮植物葉片，用茚三酮法測(cè)定脯氨酸，稱取0.5g新鮮植物葉片，采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化學(xué)還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)酶活性，以每單位時(shí)間內(nèi)抑制NBT光化還原的50%為一個(gè)酶活性單位(U)；稱取5g新鮮植物葉片，采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)酶活性，以每分鐘光密度值變化0.01為1個(gè)過(guò)氧化物酶活性單位；稱取2.5g新鮮植物葉片，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)酶活性，酶活性采用每g鮮質(zhì)量樣品1min內(nèi)分解H2O2的mg數(shù)表示[20]。稱取0.2g新鮮植物葉片，用80%丙酮提取植物葉片葉綠素，并在663nm和645nm條件下測(cè)定葉綠素溶液吸光度，利用CT=20.29A645+8.05A663計(jì)算葉綠素總量[21]。

1.3.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件統(tǒng)計(jì)，利用Two-way ANOVA雙因素方差分析檢驗(yàn)接種處理和水分處理對(duì)青岡櫟生長(zhǎng)指標(biāo)的影響，當(dāng)接種處理與水分處理交互作用顯著時(shí)，采用Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)各處理平均值間差異的顯著性；當(dāng)接種處理與水分處理交互作用不顯著時(shí)，分別采用Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)在同一水分處理下，不同接種處理數(shù)據(jù)差異顯著性，以及在同一接種處理下，不同水分處理數(shù)據(jù)之間的差異顯著性。

2結(jié)果

2.1不同水分處理?xiàng)l件對(duì)青岡櫟幼苗侵染率和菌根依賴性的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，接種處理根系均能與菌根真菌形成菌根共生體，未接種對(duì)照處理也受到菌根真菌侵染，但侵染率均小于5%。在3種水分條件下，Gm、Gi和Mi接種處理根系侵染率均顯著高于Pt處理，在正常水分和中度干旱條件下，Gm、Gi和Mi接種處理之間根系侵染率無(wú)顯著差異。隨著土壤水分干旱脅迫加重，根系侵染率均顯著降低。

如表3所示，在3種土壤水分條件下，接種處理的青岡櫟幼苗總生物量均顯著高于未接種處理。與正常水分相比，中度干旱條件下，各接種植株總生物量差異不顯著；重度干旱下，除Gi處理外，其余處理生物量均顯著下降(P<0.05)，Gm、Gi和Mi處理生物量顯著高于Pt處理，而Gm、Gi和Mi處理之間無(wú)顯著性差異。經(jīng)雙因素方差分析，青岡櫟生物量在接種處理和水分處理間存在顯著的交互作用(P<0.01)(表2)。

植物對(duì)菌根真菌的依賴性是反映植物與菌根真菌之間相互關(guān)系的指標(biāo)。由表3可知，在正常水分條件下，各處理菌根依賴性均低于37%；在中度干旱條件下，各處理之間菌根依賴性均增加，增加幅度大小順序?yàn)椋篜t(47.68%)>Gm(46.27%)>Mi(45.47%)>Gi(40.87%)。相比于中度干旱條件，在重度干旱條件下，僅Gm和Gi處理菌根依賴性增加，Pt和Mi處理菌根依賴性下降，其中Pt處理菌根依賴性下降50.3%。

圖1　青岡櫟內(nèi)生菌根孢子和菌絲形態(tài)Fig.1　Hyphae and spores of AMF in Cyclobalanopsis glauca roots

圖2　青岡櫟外生菌根根尖形態(tài)Fig.2　Morphological characteristics of ectomycorrhizal of Cyclobalanopsis glauca roots

Table 2The results of two-way ANOVA for effects of mycorrhizal inoculation and water condition on the growth parameters ofCyclobalanopsisglaucaseedlings

處理Treatment侵染率Colonizationrate生物量Biomass氮含量Nitrogen磷含量Phosphorus鉀含量Potassium葉綠素含量Totalchlorophyll水分Waterregime(WC)******NS**接種Mycorrhizafungi(MF)************水分×接種WC×MF*****NSNSNSNS

*、**、***和NS分別表示在P<0.05、P<0.01、P<0.001水平顯著和不顯著

表3不同處理的青岡櫟幼苗菌根侵染率、生物量和菌根依賴性

Table 3Colonization rate, dry biomass and mycorrhizal dependency ofCyclobalanopsisglaucaseedlings under different inoculated disposals

土壤相對(duì)含水量Soilrelativewatercontent接種Inoculation生物量Drybiomass/g菌根依賴性Mycorrhizaldependency/%侵染率Colonizationrate/%75%—85%CK3.01c-4.41f正常水分NormalmoistureGm4.57a34.1476.53aGi4.04bc25.5068.17aPt4.72a36.2344.5cMi4.38ab31.2870.8a55%—65%Ck2.59d-4.01f中度干旱ModeratedroughtGm4.62a46.2766.2abGi4.38ab40.8762.8bPt4.75a47.6829.6dMi4.55a45.4759.2b35%—45%Ck2.13e-3.59f重度干旱SeveredroughtGm4.01bc46.8857.47bGi3.70bc42.4354.23bcPt2.79d23.6618.5eMi3.55c40.0040.2c

CK：未接種處理Non inoculation treatment，Gm：接種摩西球囊霉Glomusmosseaetreatment，Gi：接種根內(nèi)球囊霉，GlomusintraradicestreatmentPt：接種彩色豆馬勃Pisolithustinctoriustreatment，Mi：混合接種Mixedinoculationtreatment ; 表中同一列標(biāo)注不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.2接種菌根和水分脅迫對(duì)青岡櫟葉綠素和養(yǎng)分含量的影響

圖3　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉綠素含量的影響　Fig.3　The effect of mycorrhizal fungi on the leaf chlorophyll content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different water conditions不同大寫字母標(biāo)注相同接種處理下，不同水分條件的差異顯著性(P<0.05)，不同小寫字母標(biāo)注相同水分條件下，不同接種處理的差異顯著性(P<0.05)

由表2可知，經(jīng)雙因素方差分析，青岡櫟幼苗葉片葉綠素含量在接種處理和水分處理間無(wú)顯著的交互作用。接種和水分脅迫對(duì)葉綠素含量均有顯著影響(圖3)。隨土壤水分脅迫程度增加，植株葉綠素總含量逐漸降低；與正常水分相比，中度干旱條件下各處理葉綠素含量未出現(xiàn)顯著變化，但在重度干旱條件下，Pt、Mi和未接種處理葉綠素含量顯著下降。在中度干旱條件下，Mi處理葉綠素含量顯著高于對(duì)照，而其余處理之間葉綠素含量無(wú)顯著性差異；在重度條件下，接種Gm、Gi和Mi處理葉綠素含量均顯著高于未接種處理，而Pt處理與對(duì)照之間無(wú)顯著性差異。

由表2可知，經(jīng)雙因素方差分析，青岡櫟地上部氮含量、磷含量和鉀含量在接種處理和水分處理之間無(wú)顯著的交互作用。隨著土壤含水量降低，植株地上部分氮含量下降(圖4)。在正常水分條件下，各處理植株地上部全氮含量無(wú)顯著性差異；在中度干旱條件下，除Pt處理全氮含量顯著高于對(duì)照外，其余接種處理全氮含量與對(duì)照處理無(wú)顯著差異，與正常水分條件相比，各處理?xiàng)l件下氮含量無(wú)顯著差異；當(dāng)土壤水分含量達(dá)到重度干旱條件時(shí)，Pt處理和未接種處理全氮含量顯著下降。

在3種水分條件下，接種處理植株地上部分磷含量均顯著高于對(duì)照處理(圖5)。在相同水分條件下，接種處理之間植株全磷含量無(wú)顯著性差異。與正常水分條件相比，在重度干旱條件下，除Gi處理外，其余接種處理磷含量均顯著下降，其中Gm、Pt和Mi處理分別下降17.8%、19.0%、18.7%。

由圖6可知，在相同水分條件下，接種處理植株地上部全鉀含量均顯著高于對(duì)照，接種處理之間無(wú)顯著性差異；土壤干旱脅迫條件下，各處理間鉀含量沒(méi)有顯著差異。2.3接種菌根和水分脅迫對(duì)植株可溶性糖和脯氨酸含量的影響

水分脅迫與接種處理顯著影響植株可溶性糖與脯氨酸含量，經(jīng)雙因素方差分析，青岡櫟可溶性糖與脯氨酸含量在接種處理和水分處理之間無(wú)顯著的交互作用(表4)。在正常水分條件下，接種植株與未接種植株可溶性糖含量無(wú)顯著差異；當(dāng)土壤水分含量降低達(dá)到中度干旱時(shí)，Gm和Pt處理可溶性糖含量顯著升高，而對(duì)照處理無(wú)顯著變化；與正常水分條件相比，在重度水分脅迫條件下，各處理間可溶性糖含量均顯著升高，并且Gm、Gi和Mi處理可溶性糖含量顯著高于CK和Pt處理。

圖4　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟氮含量的影響　Fig.4　The effect of mycorrhizal fungi on the total nitrogen content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different water conditions

圖5　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟磷含量的影響　Fig.5　The effect of mycorrhizal fungi on the total phosphorus content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different water conditions

圖6　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟鉀含量的影響　Fig.6　The effect of mycorrhizal fungi on the total potassium content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different water conditions

圖8 表明，土壤水分降低使植株脯氨酸含量升高，接種菌根真菌使植株脯氨酸含量降低。在正常水分條件下，各處理之間脯氨酸含量無(wú)顯著差異，當(dāng)土壤水分降低至中度干旱狀態(tài)時(shí)，對(duì)照處理脯氨酸含量顯著升高，而接種處理脯氨酸含量無(wú)顯著變化；與正常水分相比，在重度脅迫下，除Mi處理無(wú)顯著變化外，其余處理脯氨酸均顯著升高，Gm、Gi和Mi處理含量顯著低于對(duì)照。

2.4接種菌根和水分脅迫對(duì)青岡櫟抗氧化酶活性的影響

經(jīng)雙因素方差分析(表4)，青岡櫟SOD與POD酶活性在接種處理和水分處理間具有顯著的交互作用(P<0.01)，CAT酶活性在接種處理和水分處理間無(wú)顯著的交互作用。如圖9所示，在正常水分條件下，未接種處理與接種處理SOD活性無(wú)顯著性差異。在中度干旱時(shí)，接種處理SOD酶活性顯著升高，均顯著高于對(duì)照處理；與正常水分相比，Gm、Gi、Pt和Mi處理分別升高40.9%、36.8%、70.7%和55.8%。在重度干旱條件下Gm、Gi處理SOD酶活性顯著高于對(duì)照處理，并顯著高于Pt和Mi處理。

表4接種和水分處理對(duì)青岡櫟抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量雙因素方差分析結(jié)果

Table 4The results of two-way ANOVA for effects of mycorrhizal inoculation and water condition on the content osmotic adjustment and activities of antioxidative enzymes of Cyclobalanopsis glauca seedlings

處理Treatment可溶性糖Solublesugar脯氨酸Proline超氧化物歧化酶SOD過(guò)氧化氫酶CAT過(guò)氧化物酶POD水分Waterregime(WC)*******接種Mycorrhizafungi(MF)*******水分×接種WC×MFNSNS**NS**

*、**、***和NS分別表示在P<0.05、P<0.01、P<0.001水平顯著和不顯著

圖7　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉片可溶性糖含量的影響Fig.7　The effect of mycorrhizal fungi on the soluble sugar content of Cyclobalanopsis glauca seedlings leaf under different water conditions

圖8　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉片脯氨酸含量的影響　Fig.8　The effect of mycorrhizal fungi on the proline content of Cyclobalanopsis glauca seedlings leaf under different water conditions

在正常水分條件下，各處理CAT酶活性無(wú)顯著性差異(圖10)；在中度干旱時(shí)，Pt和Mi處理CAT酶活性顯著升高，其余處理無(wú)顯著變化，未接種處理CAT酶活性顯著低于Gi、Pt和Mi處理。與正常水分條件相比，在重度干旱下，除Pt處理外，其余處理CAT酶活性均顯著增加，對(duì)照處理酶活性顯著低于Gi和Mi處理。

圖9　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉片SOD酶活性的影響　Fig.9　The effect of mycorrhizal fungi on the activity of SOD enzyme of Cyclobalanopsis glauca seedlings leaf under different water conditions

圖10　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉片CAT酶活性的影響　Fig.10　The effect of mycorrhizal fungi on the activity of CAT enzyme of Cyclobalanopsis glauca seedlings leaf under different water conditions

圖11　菌根真菌對(duì)不同水分條件下青岡櫟葉片POD酶活性的影響Fig.11　The effect of mycorrhizal fungi on the activity of POD enzyme of Cyclobalanopsis glauca seedlings leaf under different water conditions

在正常水分條件下，各處理POD酶活性無(wú)顯著性差異，但在中度干旱條件下，接種處理POD酶活性顯著升高，而未接種處理POD酶活性未出現(xiàn)顯著性變化。在重度干旱下，各處理POD酶活性進(jìn)一步升高，未接種處理POD酶活性顯著低于接種處理，Pt處理酶活性顯著低于Gm和Gi處理。

3討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)生菌根真菌和外生菌根真菌均可侵染青岡櫟根系。在土壤干旱脅迫條件下，菌根侵染率降低，外生菌根侵染率低于內(nèi)生菌根侵染率。本研究中，未接種植株根系也受到侵染，這是由于在土壤滅菌過(guò)程中未完全殺死土壤中真菌孢子，但與接種處理相比，未接種處理侵染率顯著較低，均未超過(guò)5%。在嚴(yán)重干旱條件下，外生菌根侵染率顯著下降，這可能是由于菌根菌絲擴(kuò)展和孢子活力在干旱條件下受到抑制造成[22- 23]。有研究表明[17]，在干旱脅迫時(shí)，外生菌根菌絲的生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)會(huì)受到抑制。

巖溶石漠化地區(qū)土壤普遍缺乏磷元素[24]。由于石漠化土壤中土壤磷酸酶活性較低，使土壤磷元素有效性下降，土壤中磷元素多為難溶性磷。在本研究中，接種菌根處理顯著增加了青岡櫟植株的磷含量，尤其是在土壤干旱條件下，無(wú)論接種內(nèi)生菌根還是外生菌根，植株磷含量均顯著高于未接種處理。有學(xué)者對(duì)石漠化造林樹種刺楸和滇柏[11]，香椿[25]接種菌根真菌試驗(yàn)，也觀察到植株磷元素顯著增加，并且干旱脅迫程度越重，效果越明顯。以上結(jié)果表明，接種菌根真菌能夠改善宿主磷營(yíng)養(yǎng)狀況，增加植株體內(nèi)磷含量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。這主要是由于菌根的活動(dòng)使土壤酸性磷酸酶活性增加，使土壤中難溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿亩嗑哿姿猁}，促進(jìn)有機(jī)磷礦化為植物可以吸收的磷元素[26]。此外，菌根真菌能分泌乙酸、檸檬酸等多種低分子有機(jī)酸，這些有機(jī)酸降低土壤pH值，能活化土壤中難溶性鹽，進(jìn)而促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收[27- 28]。如在本研究中，接種處理均顯著提高了植株鉀含量，而鉀元素對(duì)提高植物耐旱性具有重要作用[29]。

通常在干旱脅迫下，接種菌根真菌能夠促進(jìn)植物合成大量脯氨酸和可溶性糖增強(qiáng)植物的滲透調(diào)節(jié)作用。本研究中，接種菌根處理可溶性糖含量顯著高于未接種處理，這與以前的研究結(jié)果一致[29- 30]，表明在水分脅迫下，菌根真菌通過(guò)增加宿主體內(nèi)糖類含量來(lái)降低滲透勢(shì)，保持植株體內(nèi)水分。在干旱脅迫時(shí)，接種處理青岡櫟葉片脯氨酸含量顯著低于未接種處理，在其他植物研究中，如枳實(shí)生苗[31]、民勤絹蒿[32]、西紅柿[33]、金脈刺桐[34]等在干旱脅迫下，接種菌根處理脯氨酸含量也顯著低于未接種處理。表明接種菌根真菌后植株水分代謝得到改善，有效減輕植株受脅迫程度[35]，從而使菌根化植株體內(nèi)脯氨酸含量低于非菌根化植株[33]。

在土壤中度干旱條件下，接種處理POD、SOD和CAT酶活性均顯著高于未接種處理，在重度干旱條件下，接種處理POD酶活性顯著高于未接種處理，只有接種內(nèi)生菌根真菌處理SOD酶活性顯著高于未接種處理，表明在重度干旱條件下，菌根真菌對(duì)POD酶活性具有顯著促進(jìn)作用，外生菌根真菌在重度干旱下對(duì)SOD酶活性促進(jìn)作用降低，而接種內(nèi)生菌根真菌仍具有顯著促進(jìn)作用。表明接種菌根真菌能夠促進(jìn)提高植物抗氧化酶活性[7,22,36]，減少細(xì)胞內(nèi)由于水分脅迫引起的活性氧積累，從而減輕因干旱對(duì)植物造成的膜傷害。總體而言，青岡櫟幼苗在正常水分和中度干旱脅迫下，接種外生菌根真菌處理的抗氧化酶活性和養(yǎng)分含量好于接種兩種內(nèi)生菌根真菌處理；但是在重度干旱脅迫下，由于外生菌根侵染率顯著下降，其菌根效應(yīng)降低，而接種外生菌根真菌對(duì)青岡櫟生長(zhǎng)和耐旱性仍具有促進(jìn)作用。

本研究結(jié)果表明，在土壤干旱脅迫下，菌根共生體通過(guò)改善植株抗氧化酶活性、調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、提高養(yǎng)分和維持葉綠素含量，使青岡櫟幼苗耐旱性得到增強(qiáng)，有利于青岡櫟在缺水的巖溶區(qū)生長(zhǎng)。在西南喀斯特地區(qū)，森林土壤中AMF種類豐富，孢子、菌絲密度高，但在一些石漠化地區(qū)，植被覆蓋少，土壤退化嚴(yán)重，土壤中AMF孢子種類與密度大大降低，可能對(duì)植物根系不能有效侵染。因此，在退化的石漠化地區(qū)造林，可利用菌根苗造林，提高造林成活率。

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基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470709); 廣西科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科攻1598016- 12); 廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (2013GXNSFBA019070); 廣西植物研究所基本業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(桂植業(yè)15005)；廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題項(xiàng)目(GKB15-A-23)

收稿日期:2015- 06- 26;

修訂日期:2015- 11- 30

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: 78228546@qq.com

DOI:10.5846/stxb201506261301

Effects of mycorrhizal fungi on the drought tolerance ofCyclobalanopsisglaucaseedlings

ZHANG Zhongfeng1,*, ZHANG Jinchi2, HUANG Yuqing1, XU Guangping1, ZHANG Denan1，YU Yuanchun2

1GuangxiKeyLaboratoryofPlantConservationandRestorationEcologyinKarstTerrain,GuangxiInstituteofBotany,GuangxiZhuangzuAutonomousRegionandChineseAcademyofSciences,Guilin541006,China2CollegeofForestry,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China

Abstract：Two endomycorrhiza fungi Glomus mosseae and Glomus intraradices and ectomycorrhiza Pisolithus tinctorius were used to inoculated the seedlings of Cyclobalanopsis glauca, C. glauca is a common species for forestation in karst rocky desertification area in southwest of China. The effects of mycorrhiza on the growth and drought tolerance of the seedlings were studied under three simulated drought conditions in green house pot experiment. Soil water content were maintained 75%—85%, 55%—65% and 35%—45% field capacity respectively. The results shows that, under soil drought condition, the biomass of inoculated treatment was significantly higher than the non-inoculated treatment. Mycorrhizal dependency increase with the soil moisture content reduces. Chlorophyll content of infected treatments were not affected by drought stress except Pisolithus tinctorius treatment, while contrast treatment was significantly decreased under drought condition. Under moderate drought condition, content of soluble sugar in shoots of inoculated treament were significantly higher than the contrast treatment, but the content of proline of Glomus intraradices and Pisolithus tinctorius treatment were significantly lower than that of contrast. The enzymatic activity of super oxide dismutase(SOD), peroxidase(POD) and catalase(CAT) of inoculated seedlings are significantly higher than that of non-mycorrhizal seedlings when the soil water content maitained 55%—65% field capacity. When the soil moisture content maitained 35%—45%, POD activity of all inoculated seedlings are significantly higher than that of contrast, SOD activity of Glomus mosseae and Glomus intraradices treatments are significantly higher than the contrast, while CAT activity of Glomus mosseae and Glomus intraradices treatments are significantly higher than that of non-mycorrhizal treatment.Furthermore, total phosphorus and total potassium content of mycorrhizal seedings significantly higher than that of no inoculated plants under soil drought condition. This research suggest that endomycorrhiza and ectomycorrhiza can infect Cyclobalanopsis glauca seedling. Under drought condition, both mycorrhizal fungi can improve the drought tolerance of the seedling through increasing the biomass, activity of antioxidant enzyme, soluble sugar content and advance the assimilate of nutrient of Cyclobalanopsis glauca seedling. Therefore, mycorrhizal Cyclobalanopsis glauca seedling more easier live under the drought karst environment.

Key Words:mycorrhizal fungi; kasrst rocky desertification; drought tolerance; enzymatic activity

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