宋潔蕾， 李 勝， 林 瑩， 羅石文， 段艷茹， 桂富榮,3*

1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院,云南省生物資源保護與利用國家重點實驗室,云南 昆明 650201; 2廣西田園生化股份有限公司,廣西 南寧 530007； 3云南省高原特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院,云南 昆明 650201

紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Sprengel) R. K. H.是一種繁殖能力強、具群居性、生態(tài)適應(yīng)性廣、利用價值低、生長速度快的世界性惡性入侵雜草(尹俊，2006)，也是我國外來入侵物種中危害最嚴(yán)重的物種之一(強勝，1998)。紫莖澤蘭原產(chǎn)于中美洲的墨西哥與哥斯達黎加地區(qū)，后作為園林植物被帶入歐洲，隨后又被作為觀賞植物引入澳洲和亞洲，之后迅速擴散蔓延，現(xiàn)在在熱帶和亞熱帶的30多個國家與地區(qū)廣泛分布(萬方浩等，2011)。紫莖澤蘭大約于20世紀(jì)40年代從中緬邊境侵入我國云南，現(xiàn)已廣泛分布在我國長江以南各地，其中，云南、四川、廣西、貴州、重慶、西藏等地發(fā)生較嚴(yán)重。紫莖澤蘭可以通過有性和無性2種方式繁殖，但主要以種子繁殖為主。其種子產(chǎn)量高，一株紫莖澤蘭每年可產(chǎn)3萬～4.5萬粒種子，瘦果細小，千粒重僅0.045 g(王銀朝等，2005)，頂端具冠毛，可隨風(fēng)、水流等傳播，萌發(fā)率高(楊蓉西，2003)。紫莖澤蘭目前仍在以每年大約20 km的速度隨季風(fēng)向內(nèi)地擴散，嚴(yán)重制約了入侵地的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展，并且對入侵地的生物多樣性和自然生態(tài)環(huán)境也造成了極大影響(萬方浩等，2011)。

目前研究發(fā)現(xiàn)，在外來植物競爭排斥本地植物入侵機制方面，入侵地的土壤微生物群落在促進外來植物入侵的植物群落演替方面具有重要作用(Callawayetal.，2004; Inderjit & van der Putten，2010)。菌根真菌在高等植物出現(xiàn)以前就已經(jīng)同古老的陸生植物形成共生體。叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)也是最早出現(xiàn)的一類菌根類型。叢枝菌根是球囊門真菌侵染植物根系形成的共生體，共生體的形成極大提高了植物對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，在植物物種形成及進化的過程中扮演著重要角色(石兆勇等，2003)。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi，AMF)可以直接吸收或增強寄主植物根系對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，增加植物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用效率，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)酶活性，誘導(dǎo)寄主合成次生代謝物質(zhì)，改變植物內(nèi)源激素平衡情況，進而改良植物體內(nèi)營養(yǎng)和水分狀況，促進生長，提高植株的抗旱性、抗病性。不僅如此，AMF還可以促進植物結(jié)實量，改善品質(zhì)(李東彥，2007)。

研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭可以通過改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力來創(chuàng)造對自身有利的土壤環(huán)境，從而形成自我促進的入侵機制(李會娜等，2009； 牛紅榜等，2007; Niuetal.，2007)，但AMF對紫莖澤蘭的反饋效應(yīng)亟待全面研究(于文清，2012)。本研究采用室內(nèi)盆栽接種方法，通過測定分析紫莖澤蘭形態(tài)分化、生物量等指標(biāo)，探索接種AMF對紫莖澤蘭生長、繁殖的影響，以期為利用菌根控制技術(shù)防治紫莖澤蘭提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤：采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山無紫莖澤蘭和本地雜草生長的紅壤土，土壤自然風(fēng)干后過2 mm網(wǎng)篩，經(jīng)高溫高壓滅菌2次(溫度121 ℃、壓力0.14 MPa、時長2 h)，7 d后，取部分滅菌后的土壤測定基本理化性質(zhì)：全氮、全磷和全鉀含量分別為0.34、1.08、5.42 g·kg-1，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為41.03、9.34、171.75 mg·kg-1，有機質(zhì)含量8.73 g·kg-1，pH 6.25。另取建筑工地的河沙淘洗干凈、烘干后，采用高溫高壓滅菌2次(溫度121 ℃、壓力0.14 MPa、時長2 h)。滅菌的紅壤土與滅菌的河沙2/1(V/V)混合后作為供試土備用。塑料花盆洗凈后，用75%乙醇溶液浸泡消毒后備用。

供試菌種：參考于文清等(2012)、王鵬鵬等(2015)的研究，選用幼套球囊霉GlomusdiaphanumMorton Walker進行實驗。幼套球囊菌購自甘肅省武威市林業(yè)綜合服務(wù)中心，以玉米幼苗純化、擴繁。

供試植株：紫莖澤蘭種子采自云南省昆明市盤龍區(qū)茨壩鎮(zhèn)，挑選大小一致、顆粒飽滿的種子，用10% H2O2浸泡10 min，再用無菌水沖洗數(shù)遍瀝干后備用。滅過菌的培養(yǎng)土裝至育苗盤的2/3處，將種子撒播于培養(yǎng)土表面，再均勻覆蓋一層1 cm的培養(yǎng)土，苗期每隔2周澆50% Hoagland營養(yǎng)液100 mL。接種實驗時選用長勢一致、株高約10 cm的紫莖澤蘭無菌苗進行移栽。

1.2 實驗設(shè)計

實驗處理：將滅過菌的培養(yǎng)土裝至花盆的2/3處，加入10 g菌劑，再均勻覆蓋一層1 cm的培養(yǎng)土，每盆裝入培養(yǎng)土1 kg。對照組為添加10 g滅菌的AMF菌劑和經(jīng)微孔無菌濾膜濾除真菌后的土壤細菌群落濾液10 mL，其他處理和培養(yǎng)方法與接種處理一致。每個處理重復(fù)5次，共10盆?；ㄅ桦S機擺放于溫室中，每隔1周變換一次位置，并補充100 mL Hoagland 營養(yǎng)液，每3 d澆一次無菌水。

1.3 生長繁殖指標(biāo)的測定

實驗于2017年4月7日開始，2018年4月30日結(jié)束。紫莖澤蘭生物量的測定于種子完全成熟后進行，從盆中完整地取出紫莖澤蘭，洗去根部泥土，盡量減少細根的損失，收獲整株。分別測定株高、葉片數(shù)、總?cè)~面積、節(jié)間距、地徑，并統(tǒng)計單株花序數(shù)、單花序種子量、種子量、種子千粒重、含水率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)。稱重使用電子天平(精度0.0001 g)；葉面積采用掃描像素法(于守超等，2012)測定，即用掃描儀掃描葉片后利用Photoshop CS6分析圖片計算出葉面積并記錄。各指標(biāo)測定后在105 ℃下殺青處理5 min，置于70 ℃烘箱烘干72 h至恒重，再分別測定葉、莖、根的干重，計算生物量(紫莖澤蘭總干重)、根冠比(root mass/crown mass，根干重/地上部干重)、根生物量比(root mass ratio，根重/植株總重)、莖生物量比(stem mass ratio，莖重/植株總重)、葉生物量比(leaf mass ratio，葉重/植株總重)。種子在實驗前用75%酒精消毒15 min，5%次氯酸鈉消毒5 min，滅菌蒸餾水沖洗一遍，將消毒過的種子放在墊有2層定性濾紙的培養(yǎng)皿中，加適量滅菌蒸餾水，放入預(yù)先設(shè)置好溫度[(27±1) ℃]和濕度[(90±5)%]的光照培養(yǎng)箱中，每日記錄樣品種子的發(fā)芽數(shù)。以胚根沖破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄發(fā)芽種子的數(shù)量(韓利紅等，2010)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，LSD法多重比較分析，對發(fā)芽率與侵染率數(shù)據(jù)反正弦轉(zhuǎn)換后進行方差分析。

發(fā)芽勢/%=前3 d發(fā)芽/總種子數(shù)×100；發(fā)芽勢是指種子開始萌發(fā)后，某天之前所有的種子數(shù)占所測樣品種子總數(shù)的百分率。

發(fā)芽率/%=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100；發(fā)芽率是指樣品種子測試結(jié)束時所有發(fā)芽的種子占樣品種子總數(shù)的百分率。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；Gt為在t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫莖澤蘭的菌根侵染率

對照組紫莖澤蘭未被AMF侵染，接種處理的紫莖澤蘭生長一年后菌根侵染率達89.53%，顯著高于未接種。

2.2 AMF對紫莖澤蘭生長的影響

接種AMF顯著促進紫莖澤蘭地上部分生長(表1)。與對照相比，接種處理的紫莖澤蘭植株各莖葉生長指標(biāo)均極顯著增加(P<0.01)；其中，接種處理的紫莖澤蘭株高和莖粗分別是未接種植株的2.63、1.90倍。接種處理的紫莖澤蘭葉片數(shù)、總?cè)~面積、分枝數(shù)和節(jié)間距分別是未接種植株的3.28、4.14、2.71、1.86倍，差異極顯著(P<0.01)。

表1 AMF對紫莖澤蘭生長的影響Table 1 Effect of AMF on growth of A. adenophora

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同大寫字母者表示在1%水平上差異極顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different capital letters mean significant differences at 1% level.

2.3 AMF對紫莖澤蘭干物質(zhì)量及生物量分配的影響

如圖1所示，接種AMF極顯著增加了紫莖澤蘭的生物量積累(P<0.01)。在整個生長期內(nèi)，接種處理的紫莖澤蘭葉、根、莖器官的干物質(zhì)量分別是對照組的3.79、6.37、7.42倍，差異極顯著(P<0.01)。接種處理的紫莖澤蘭地上生物量和總生物分別為對照的6.75、6.53倍。單株干物質(zhì)總積累量，接種植株為16.50 g，對照植株為2.53 g，干重相差13.97 g。從生物量分配比可以看出(圖2)，接種處理的生物量比，僅莖生物量比高于對照，差異不顯著(P>0.05)，葉生物量比顯著低于對照(P<0.05)，根生物量比、根冠比也均低于對照，但差異不顯著。

2.4 AMF對紫莖澤蘭花序數(shù)與種子量的影響

與對照相比，接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭種子產(chǎn)量及種子質(zhì)量。接種AMF后紫莖澤蘭的單株花序數(shù)、單花序種子數(shù)和產(chǎn)籽量為對照植株的5.03、1.51、7.64倍，差異達極顯著(P<0.01)。其種子長度、寬度以及千粒重均顯著高于對照。通過測量種子含水率，接種植株的含水率較未接種植株增加了3.18倍，差異顯著(P<0.05)(表2)。

圖1 AMF對紫莖澤蘭干物質(zhì)量的影響Fig.1 Effects of AMF on biomass of A. adenophorum不同大寫字母者表示在1%水平上差異顯著。The different capital letters mean significant differences at 1% level.

圖2 AMF對紫莖澤蘭生物量分配的影響Fig.2 Effects of AMF on biomass ratio of A. adenophorum不同小寫字母者表示在5%水平上差異顯著。The different small letters mean significant differences at 5% level.

2.5 種子發(fā)芽率等參數(shù)的比較

接種AMF的紫莖澤蘭發(fā)芽率顯著高于未接種。發(fā)芽勢反應(yīng)的是種子質(zhì)量優(yōu)劣程度，接種AMF的種子發(fā)芽勢達18.56%，未接種的為3.78% ，顯著高于未接種(P<0.05)。發(fā)芽指數(shù)反應(yīng)的是種子活力，接種AMF的發(fā)芽指數(shù)為43.13，未接種的為15.21，差異極顯著(P<0.01)，說明接種過的種子發(fā)芽速度快，發(fā)芽能力好。

3 討論與結(jié)論

AMF與土壤養(yǎng)分之間存在相互影響的關(guān)系，而紫莖澤蘭的入侵會改變土壤養(yǎng)分情況(Blank & Young，2002)，如N、P、K的供應(yīng)發(fā)生變化，這種變化必然會對本地植物造成傷害，外來植物由此改變土壤化學(xué)和土壤生態(tài)，創(chuàng)造利于入侵的條件(Annapurna & Singh，2003; Dudaetal.，2003)，增強其擴散能力、繁殖能力、競爭能力等(萬方浩，2015)。

AMF對紫莖澤蘭的生長具有極大的促進作用，實驗結(jié)果表明，接種處理植株的株高、葉面積分別是對照的2.63、4.14倍；接種處理植株顯著增強了紫莖澤蘭的干物質(zhì)量的積累，接種后，其地上部干重、地下部干重與總干重分別是對照植株的6.75、6.38、6.53倍。

種子萌發(fā)對物種的更新至關(guān)重要，種子萌發(fā)率會直接影響一個物種在一個種群中所占的數(shù)量和比例(劉志磊等，2006)。AMF可以促進植物生長和結(jié)實(李東彥，2007)，接種AMF可以顯著提高棉花(劉潤進和沈崇彥，1994)、西瓜(楊興洪和劉潤進，1994)和柚子(楊曉紅等，2002)等植物的產(chǎn)量和不同部位的生物量。本研究結(jié)果顯示，接種AMF增加了紫莖澤蘭的有性繁殖能力，植株頭狀花序數(shù)、產(chǎn)籽量及種子發(fā)芽能力顯著增高。

表2 AMF對紫莖澤蘭花序數(shù)及種子量的影響Table 2 Effect of AMF on anthotaxy and seed number of A. adenophora

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同大、小寫字母者分別表示在1%、5%水平上差異顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different capital, small letters mean significant differences at 1%, 5% level, respectively.

種子傳播是紫莖澤蘭擴散蔓延的主要方式(劉倫輝和劉文耀，1989)。鏟除大面積的植株后，土壤中已有的種子仍會大量萌發(fā)，而且殘留的少量紫莖澤蘭也能產(chǎn)生大量種子。張麗坤等(2014)研究結(jié)果顯示，紫莖澤蘭的植株高度與種子傳播速度和種子形態(tài)相關(guān)，植株越高，種子傳播的越遠。紫莖澤蘭接種AMF后，其株高比對照高63.52 cm。相比于對照，接種植株的種子借助風(fēng)力或人為因素，能更迅速傳播，且范圍更廣，對于其建立種群發(fā)揮了重要作用，對防治工作也帶來了極大困難。因此，減少紫莖澤蘭結(jié)實量以減小種子產(chǎn)量和種子發(fā)芽率，被認(rèn)為是有效防控紫莖澤蘭危害和擴散蔓延的主要方法之一(李愛芳等，2006)。是否能夠通過降低土壤中叢枝菌根含量以降低紫莖澤蘭開花結(jié)實量還有待進一步的研究。