汪遠秀，李快芬，丁貴杰，劉海燕

(1.貴州大學林學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省森林資源與環(huán)境研究中心，貴州 貴陽 550025；3.貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

馬尾松是我國南方主要的鄉(xiāng)土工業(yè)用材樹種，具有分布廣、耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強等特性[10-11]。我國南方主要是富鐵鋁化酸性土壤[12]，當土壤酸化時，存在于固相部分的鋁會釋放到土壤溶液中或以交換性鋁形式吸附在土壤表面的陽離子交換位上，誘發(fā)重金屬和鋁毒害[13-14]。鋁毒害影響了馬尾松的生長，甚至導致馬尾松大面積衰退和死亡。國內(nèi)學者對菌根化馬尾松的研究主要集中在干旱脅迫、種子萌發(fā)和根際土壤微生物等方面[15-17]，對鋁脅迫的研究較少，如何增強馬尾松苗木對鋁的耐受性是目前馬尾松研究過程中亟待解決的重要問題。為探明鋁對菌根化和非菌根化馬尾松幼苗生長及營養(yǎng)元素吸收的影響，揭示和掌握馬尾松菌根苗對鋁的適應(yīng)機制，為緩解馬尾松苗木在土壤酸化地區(qū)的鋁毒害提供理論和技術(shù)參考，開展了本研究。

1 材料與方法

1.1 供試菌株與菌劑

供試材料為褐環(huán)乳牛肝菌(Suillusluteus, SL)。將來自貴州省龍里林場馬尾松林下的褐環(huán)乳牛肝菌菌株的子實體接種于Pachlewski液體培養(yǎng)基中，在(25±1) ℃條件下培養(yǎng)21 d后備用。

用100 mL三角瓶裝Pachlewski液體培養(yǎng)基50 mL，封口后置于121 ℃高壓滅菌鍋中滅菌30 min，冷卻后將6 mm的菌片接種于液體培養(yǎng)基中，每瓶裝2個菌片，封口后置于25 ℃培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)21 d備用[18]。

1.2 供試幼苗

種子采自貴州省都勻市馬鞍山馬尾松國家良種基地的優(yōu)良半同胞家系單株。將選好的種子用質(zhì)量分數(shù)為0.5%高錳酸鉀溶液消毒1 h后用無菌水沖洗3～5次，然后將其浸入初始溫度40 ℃無菌水中24 h，待露白后取出放在發(fā)芽盒內(nèi)并置于25 ℃人工氣候箱內(nèi)催芽，基質(zhì)為滅菌后的蛭石，出芽45 d后移植至苗床，發(fā)芽盒和苗床中處理組均灑菌劑，對照組不灑菌劑。

1.3 試驗設(shè)計

采用水培法，選取長勢一致的菌根化幼苗(SL)和非菌根化幼苗(CK)為試驗材料，移栽固定于水培盆中，每個處理5盆，每盆移栽40株，在馬尾松苗齡180 d時，用體視顯微鏡觀測接種褐環(huán)乳牛肝菌的馬尾松幼苗根系是否成功侵染，當侵染率大于55%時開始鋁脅迫，采用不同Al3+濃度的1/4 Hoagland 完全營養(yǎng)液培養(yǎng)，共設(shè)置0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-15個Al3+濃度梯度，以AlCl3的形式加入Al3+，pH值設(shè)置為5.0±0.5，每7 d更換1次營養(yǎng)液，具體方法參考李快芬[19]的方法處理。

1.4 測定方法

鋁處理60 d后用直尺測量幼苗苗高，之后整株取樣，用去離子水將菌根化和非菌根化幼苗按地上部分(葉、莖)和地下部分(根)洗凈后稱鮮重，然后放入80 ℃的烘箱烘干至恒重以測定其生物量。根系形態(tài)用根系掃描儀分析，根、莖、葉中的N、P、K、Al含量分別采用靛酚藍比色法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法和分光光度計法測定[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel 2013進行處理和作表，用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析，用Sigmaplot 12.0和Adobe Illustrator CS6軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Al3+對馬尾松幼苗苗高的影響

圖1為Al3+對菌根化和非菌根化馬尾松幼苗苗高的影響。由圖1可知，在不同濃度Al3+處理下，菌根苗的苗高均高于非菌根苗，與未接種馬尾松幼苗相比，Al3+濃度為0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時，苗高依次增加7.09%、10.37%、15.90%、10.91%和9.53%。接種和未接種苗高均隨Al3+濃度的增大表現(xiàn)為先升后降再升的趨勢。Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，促進作用最強，但隨著Al3+濃度的增大，逐漸轉(zhuǎn)為抑制作用，且抑制作用逐漸增強，當Al3+濃度為1.2 mmol·L-1時，抑制作用最強，與Al3+濃度為0.8 mmol·L-1時相比，未接種和接種馬尾松幼苗的苗高均有小幅增長，但在P=0.05時無顯著性差異。

2.2 Al3+對馬尾松幼苗生物量的影響

Al3+對馬尾松幼苗地上及地下生物量的影響如圖2所示。從圖2可知，不同濃度Al3+處理下，菌根苗的地上和地下部分生物量均高于非菌根苗，且差異顯著。與未接種的馬尾松幼苗相比，接種的幼苗地上生物量分別增加了37.93%、60.87%、58.06%、41.18%和45.57%，地下生物量分別增加了50.00%、57.14%、33.33%、100.00%和50.00%。接種和未接種馬尾松幼苗生物量均隨Al3+濃度的增加表現(xiàn)為先升后降再升的趨勢。當Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，促進作用達最大，但隨著Al3+濃度繼續(xù)增加，逐漸抑制幼苗生長，當Al3+濃度為0.8 mmol·L-1時，抑制作用最強；當Al3+濃度為1.2 mmol·L-1時未接種和接種的幼苗生物量均有小幅增長，但在P=0.05時無顯著性差異。

注：不同大寫字母表示Al3+濃度相同,在P=0.05時存在顯著性差異，不同小寫字母表示Al3+濃度不同，在P=0.05時存在顯著性差異。Note: different uppercase letters mean that there was a significant difference at the same concentration of Al3+atP=0.05, and different lowercase letters mean that there was a significant difference with different concentrations of Al3+atP=0.05.

圖1 Al3+對馬尾松幼苗苗高的影響
Figure 1 Effects of Al3+concentrations on the growth of mycorrhizal and non-mycorrhizalP.massonianaseedlings

(a)地上生物量Aboveground biomass (b)地下生物量Underground biomass

注：不同大寫字母表示Al3+濃度相同,在P=0.05時存在顯著性差異，不同小寫字母表示Al3+濃度不同，在P=0.05時存在顯著性差異。Note: different uppercase letters mean that there was a significant difference at the same concentration of Al3+atP=0.05, and different lowercase letters mean that there was a significant difference with different concentrations of Al3+atP=0.05.

圖2 Al3+對馬尾松幼苗地上及地下生物量的影響
Figure 2 Effects of Al3+on aboveground and underground biomass of mycorrhizal and non-mycorrhizalP.massonianaseedlings

2.3 Al3+對馬尾松幼苗根系形態(tài)的影響

Al3+對馬尾松菌根苗和非菌根苗根系形態(tài)的影響如表1所示。由表1可知，不同濃度Al3+處理，菌根苗根尖數(shù)、根表面積、根總長度和根體積均高于非菌根苗，但平均直徑變化不明顯。隨Al3+濃度增大，根尖數(shù)、根表面積、根總長度和平均直徑均呈現(xiàn)先升后降再升的趨勢，低濃度Al3+對這4個根系形態(tài)參數(shù)均有促進作用，但隨著Al3+濃度的增大，Al3+對這4個根系形態(tài)參數(shù)產(chǎn)生抑制作用，當Al3+濃度為0.8 mmol·L-1時，抑制作用最強。當Al3+濃度為1.2 mmol·L-1時，與Al3+濃度為0.8 mmol·L-1時相比，接種的馬尾松幼苗和未接種的馬尾松幼苗的根系總長度、根系表面積、平均直徑和根尖數(shù)等均有低幅增長，但在P=0.05時無顯著性差異。

表1 Al3+對馬尾松幼苗根系形態(tài)的影響Table 1 Effects of Al3+ on root morphology of mycorrhizal and non-mycorrhizal P. massoniana seedlings

注：不同大寫字母表示Al3+濃度相同,在P=0.05時存在顯著性差異，不同小寫字母表示Al3+濃度不同，在P=0.05時存在顯著性差異。Note: different uppercase letters mean that there was a significant difference at the same concentration of Al3+atP=0.05, and different lowercase letters mean that there was a significant difference with different concentrations of Al3+atP=0.05.

2.4 Al3+對馬尾松幼苗根系營養(yǎng)元素吸收的影響

2.4.1 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中N含量的影響 Al3+對菌根苗和非菌根苗根莖葉中N含量的影響如圖3(a)所示。在不同濃度Al3+處理下，菌根苗各器官中N的含量均高于非菌根苗。與未接種的幼苗相比，當Al3+濃度為0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時，接種的馬尾松幼苗根中N含量分別增加34.26%、23.69%、9.27%、12.81%和11.97%，莖中N的含量分別增加10.70%、20.87%、45.37%、19.45%和23.33%，葉中N含量分別增加25.98%、29.21%、33.15%、32.33%和30.49%。接種和未接種馬尾松幼苗根、莖、葉中的N含量總體呈現(xiàn)先升后降趨勢，當Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，接種和未接種馬尾松幼苗根、莖、葉中的N含量最高，之后，隨著Al3+濃度增加，接種和未接種馬尾松幼苗根、莖、葉中的N含量總體呈下降趨勢，Al3+對幼苗各器官N元素的吸收，基本呈現(xiàn)隨濃度增加抑制作用逐漸增強。

2.4.2 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中P含量的影響 Al3+對菌根苗和非菌根苗根莖葉中P含量的影響如圖3(b)所示。在不同濃度Al3+處理下，菌根苗各器官P的含量均高于非菌根苗，與未接種的馬尾松幼苗相比，當Al3+濃度為0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時，接種的馬尾松幼苗根中P含量分別增加16.23%、33.63%、12.13%、7.49%和12.09%。莖中的P含量在Al3+濃度為0、0.2、0.4和1.2 mmol·L-1時，分別增加了4.47%、0.80%、5.01%和0.76%，葉中P含量分別增加5.44%、16.18%、2.07%、6.99%和1.85%。當Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，接種和未接種馬尾松幼苗根、莖、葉中的P含量最高，隨著Al3+濃度升高，幼苗根、莖、葉中的P含量逐漸減少。

2.4.3 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中K含量的影響 Al3+對菌根苗和非菌根苗根莖葉中K含量的影響如圖4(a)所示。在不同濃度Al3+處理下，菌根化幼苗根莖葉中的K含量均高于非菌根化幼苗，與未接種的馬尾松幼苗相比，當Al3+濃度為0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時，菌根幼苗根中K含量分別增加41.71%、38.52%、36.13%、23.93%和40.17%，莖中K含量增加28.33%、25.31%、23.73%、13.21%和21.92%，葉中K含量增加18.26%、17.96%、16.13%、22.26%和10.70%。隨Al3+濃度增加，接種和未接種馬尾松幼苗莖中K含量呈下降趨勢，根、葉中K含量呈先升后降趨勢。當Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，接種和未接種馬尾松幼苗根系和葉片中K含量最高，此后逐漸下降。

注：不同大寫字母表示Al3+濃度相同,在P=0.05時存在顯著性差異，不同小寫字母表示Al3+濃度不同，在P=0.05時存在顯著性差異。Note: different uppercase letters mean that there was a significant difference at the same concentration of Al3+atP=0.05, and different lowercase letters mean that there was a significant difference with different concentrations of Al3+atP=0.05.

圖3 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中N和P含量的影響
Figure 3 Effects of Al3+on N and P contents in roots, stems and leaves of mycorrhizal and non-mycorrhizal seedlings

2.4.4 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中Al含量的影響 馬尾松幼苗根莖葉中的Al含量分布如圖4(b)所示。在不同濃度Al3+處理下，菌根化幼苗根、莖、葉中的Al含量均低于非菌根化幼苗。與未接種馬尾松幼苗相比，菌根苗根中Al含量在Al3+濃度為0 mmol·L-1時增加了5.67%，之后在Al3+濃度為0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時分別下降32.32%、13.09%、25.18%和13.75%，當Al3+濃度為0、0.2、0.4、0.8和1.2 mmol·L-1時，莖中Al含量分別下降5.83%、31.58%、25.13%、19.38%和38.35%，葉中Al含量分別下降11.27%、16.63%、13.79%、12.76%和16.10%。與無Al3+處理相比，接種和未接種馬尾松幼苗根、莖、葉片中的Al含量隨著Al3+濃度的增加均呈現(xiàn)先增后降的趨勢，根增幅最明顯，各器官中Al含量分配均為根>莖>葉。

注：不同大寫字母表示Al3+濃度相同,在P=0.05時存在顯著性差異，不同小寫字母表示Al3+濃度不同，在P=0.05時存在顯著性差異。Note: different uppercase letters mean that there was a significant difference at the same concentration of Al3+atP=0.05, and different lowercase letters mean that there was a significant difference with different concentrations of Al3+atP=0.05.

圖4 Al3+對馬尾松幼苗根莖葉中K和Al含量的影響
Figure 4 Effect of Al3+on K and Al content in roots, stems and leaves of mycorrhizal and non-mycorrhizal seedlings

3 討論

植物生物量反應(yīng)了植物的生長狀況，可作為評估植物抗逆性的重要指標。研究表明，植物根系具有重要的生理功能，如吸收傳輸水分、合成運輸養(yǎng)分和固持植物體等[20]。MARULANDetal[21]、王藝等[22]研究發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下，外生菌根通過侵染植物根系改變根形態(tài)，增加根系吸收面積，促進植物根系吸收水分和養(yǎng)分，提高植物礦質(zhì)元素含量，從而促進馬尾松苗木的生長。本研究發(fā)現(xiàn)，在相同濃度Al3+處理下，馬尾松菌根苗的苗高、根系形態(tài)和生物量均優(yōu)于非菌根苗，鋁脅迫下，接種褐環(huán)乳牛肝菌有利于馬尾松幼苗生長。

N、P、K元素均為植物體生長發(fā)育過程中的重要元素。SMITHetal[23]研究發(fā)現(xiàn)，接種褐環(huán)乳牛肝菌對植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)和增強宿主植物抗逆性有利。喻田甜[24]研究發(fā)現(xiàn)，外生菌根真菌吸附鋁的能力遠大于植物根系細胞，它能有效阻止鋁進入植物細胞內(nèi)，從而影響植物生長。本研究結(jié)果表明，當Al3+濃度相同時，馬尾松菌根苗各器官中的N、P、K含量均比非菌根苗高，而Al含量比非菌根苗低，與上述研究結(jié)果相似。這種現(xiàn)象可能是因為接種褐環(huán)乳牛肝菌后，改變了馬尾松苗根系形態(tài)，增大了根系吸收養(yǎng)分范圍。菌根苗中的Al含量低于非菌根苗，可能是因為在Al3+脅迫下，褐環(huán)乳牛肝菌能分泌草酸、蘋果酸和檸檬酸等低分子量有機酸，與Al3+形成環(huán)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，鰲合Al3+以降低土壤中的Al3+活性來減輕對植物的危害[25]。

此外，不同Al3+濃度處理下，接種和未接種馬尾松幼苗苗高、根系形態(tài)、生物量積累表現(xiàn)均為先升后降再升的趨勢。當Al3+濃度為0.2 mmol·L-1時，Al3+對接種和未接種馬尾松幼苗苗高、根系形態(tài)、生物量和N、P、K營養(yǎng)元素的吸收轉(zhuǎn)運等的促進作用達到最強，當Al3+濃度大于0.2 mmol·L-1時，Al3+對根系形態(tài)、生物量和營養(yǎng)元素吸收等的抑制作用逐漸凸顯。有研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的Al3+可維持細胞膜的穩(wěn)定性，減少細胞內(nèi)的外滲物，對植物生長有利[26]。紀雨薇[27]的研究也得出，Al3+能明顯抑制馬尾松的生長，并隨濃度的增大抑制作用加強，而本研究中，與Al3+濃度為0.8 mmol·L-1時相比，當Al3+濃度為1.2 mmol·L-1時，接種和未接種馬尾松幼苗苗高、生物量和根系形態(tài)均有小幅增長，其原因可能是在高濃度Al3+脅迫下，馬尾松通過吸收根際H+使根尖周圍的pH值快速上升，從而使Al3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3或磷酸鋁沉淀而減輕植物受Al3+的毒害[28]，因此，本研究中Al3+濃度為1.2 mmol·L-1時馬尾松幼苗出現(xiàn)小幅度增長。辜夕容等[29]研究得出接種雙色蠟?zāi)bS238N和LbS238A后，植物根系的磷含量均低于對照，但葉片含磷量卻顯著提高，接種外生菌根真菌促進了磷從根系向地上部位轉(zhuǎn)移。而本研究中馬尾松苗根系中磷含量高于莖葉，這種現(xiàn)象可能是馬尾松根中的Al3+與進入根細胞的P發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)，抑制了P向地上部分運輸，或者是因為接種的外生菌根種類不同所致。隨Al3+濃度增加，馬尾松菌根苗和非菌根苗根、莖、葉Al3+含量呈逐漸提高趨勢，Al3+含量在根、莖葉、中的分配為根>莖>葉，即根系中的Al3+含量明顯大于莖和葉，表明了Al3+被植物吸收后，大部分被累積在根系中，這與劉玉民[30]研究發(fā)現(xiàn)，加入外源鋁后，馬尾松中Al3+的積累量為根>莖>葉的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

接種褐環(huán)乳牛肝菌的馬尾松幼苗苗高、生物量、根系形態(tài)及根莖葉中營養(yǎng)元素的吸收均高于未接種苗，對Al的吸收低于非菌根化苗，說明接種褐環(huán)乳牛肝菌能增強馬尾松幼苗的耐鋁性，促進鋁脅迫下馬尾松幼苗的生長。低濃度的Al3+處理對馬尾松苗的苗高、生物量、根系生長及營養(yǎng)元素的吸收有一定促進作用，隨著Al3+濃度的增加，Al3+逐漸抑制馬尾松幼苗苗高、生物量積累、根系形態(tài)及營養(yǎng)元素的吸收。