張巖 蔣爽 邢夢月 王非

摘 要：外生菌根真菌（ECMF）能夠提高宿主植物對(duì)外界環(huán)境脅迫的抵抗力， 促進(jìn)植物生長。為了解重金屬Cu脅迫下外生菌根真菌對(duì)興安落葉松（Larix gmelinii）生長及土壤修復(fù)的影響，采用盆栽試驗(yàn)，對(duì)興安落葉松幼苗進(jìn)行美味牛肝菌（Boletus edulis，Be）、血紅鉚釘菇（Gomphidius rutulus，Gr）和Be+Gr的混合接種處理，研究不同菌根真菌在重金屬Cu（0、40、80、160、320 mg/kg）脅迫下興安落葉松生長、根系發(fā)育、營養(yǎng)元素及重金屬Cu吸收分配的作用機(jī)理。結(jié)果表明，2種ECMF均能與興安落葉松形成良好的共生關(guān)系，且Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)根系外生菌根真菌侵染率有顯著影響；在不同Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理下，接種ECMF能顯著促進(jìn)幼苗的生長，增加根系和植株生物量，增強(qiáng)對(duì)營養(yǎng)元素以及重金屬Cu的吸收，并隨Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加改變其地上、地下部分分配格局。隨著Cu施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，各接種處理植株地上、地下生物量，氮磷鉀營養(yǎng)元素的吸收均呈先升高后下降的趨勢，Cu積累量升高，且菌根結(jié)構(gòu)通過吸收固持Cu，減少Cu向地上部分的遷移，從而緩解重金屬Cu脅迫。與單接種處理相比，混合接種Be+Gr對(duì)興安落葉松抗Cu脅迫的效果最顯著。因此，興安落葉松接種外生菌根真菌在重金屬Cu污染土壤生態(tài)修復(fù)中有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：興安落葉松；外生菌根真菌；重金屬Cu；生物量；營養(yǎng)元素

中圖分類號(hào)：S791.222; S719??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006-8023（2023）04-0058-10

Growth and Copper Accumulation Characteristics of Larix gmelinii

Mycorrhizal Seedlings Under Copper Stress

ZHANG Yan， JIANG Shuang， XING Mengyue， WANG Fei*

（College of Landscape Architecture， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China）

Abstract：Ecmycorrhizal fungi （ECMF） can improve the resistance of host plants to external environmental stress and promote the growth of plants. In order to understand the effects of ECMF on the growth and soil remediation of Larix gmelinii under heavy metal copper （Cu） stress， pot experiment was conducted to inoculate L. gmelinii seedlings with Boletus edulis （Be）， Gomphidius rutulus （Gr） and Be+Gr. The mechanism of growth， root development， nutrient elements and copper absorption and distribution of different mycorrhizal fungi under heavy metal copper （0， 40， 80， 160， 320 mg/kg） stress was studied. The results showed that both ECMFs could form a good symbiotic relationship with L. gmelinii， and copper concentration had a significant effect on the infection rate of root ectomycorrhizal fungi. Under different Cu concentrations， inoculation of ECMF can significantly promote the growth of seedlings， increase the biomass of roots and plants， enhance the absorption of nutrient elements and heavy metal Cu， and change the distribution pattern of aboveground and underground parts with the increase of copper stress concentration. With the increase of Cu application concentration， the aboveground and underground biomass and the absorption of N， P and K nutrients of each inoculation treatment plant showed a trend of first increasing and then decreasing， and the copper accumulation increased， the mycorrhizal structure reduced the migration of Cu to the aboveground part by absorbing and holding copper， thus alleviating the heavy metal Cu stress. Compared with single inoculation， mixed inoculation of Be+Gr had the most significant effect on the copper stress resistance of L. gmelinii. Therefore， ectomycorrhizal fungi inoculated with L. gmelinii have certain application value in ecological remediation of Cu contaminated soil.

Keywords：Larix gmelinii; ectomycorrhizal fungi; heavy metal copper; biomass; nutrient elements

收稿日期：2022-10-05

基金項(xiàng)目：黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（GA21B010-02）

第一作者簡介：張巖，碩士研究生。研究方向?yàn)閳@林植物應(yīng)用。E-mail： flowerseazhang@163.com

通信作者：王非，博士，副教授。研究方向?yàn)閳@林植物種質(zhì)資源，園林植物應(yīng)用。E-mail： shuijing7539@163.com

引文格式：張巖，蔣爽，邢夢月，等. Cu脅迫下興安落葉松菌根苗生長和Cu積累特性[J].森林工程，2023，39（4）：58-67.

ZHANG Y， JIANG S， XING M Y， et al. Growth and copper accumulation characteristics of Larix gmelinii mycorrhizal seedlings under copper stress[J]. Forest Engineering， 2023， 39（4）：58-67.

0 引言

社會(huì)的發(fā)展使得重金屬在土壤中大量富集，土壤主要重金屬污染物包含汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）和銅（Cu）等[1]，重金屬Cu是植物生長發(fā)育必需的微量元素，但過量Cu會(huì)破壞動(dòng)物、植物、微生物的生態(tài)系統(tǒng)，威脅人類健康[2]。有研究表明，全世界對(duì)Cu的排放量達(dá)到了340萬t/a[3]，動(dòng)植物生長及人類健康深受其影響。Cu礦的開采，廢氣、廢水和廢渣的排放等使得土壤Cu含量遠(yuǎn)超環(huán)境容量，以重工業(yè)為主的東北地區(qū)尤其面臨著環(huán)境（土壤、地表水和空氣）遭受重金屬Cu污染的問題[4-6]。土壤Cu污染破壞水體土地資源，危害植物生長，是重要的環(huán)境污染問題，急須解決，但是當(dāng)前對(duì)有效修復(fù)重金屬Cu污染的研究相對(duì)較少，因此探討研究修復(fù)重金屬Cu污染土壤對(duì)穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境極為重要。

目前土壤污染修復(fù)手段中，化學(xué)和物理修復(fù)手段價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，而且容易造成二次污染，無法大面積修復(fù)重金屬污染，而生物修復(fù)具有環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境擾動(dòng)小等諸多優(yōu)點(diǎn)[7-8]。地上部植物生長和土壤中微生物有很大聯(lián)系[9-10]，外生菌根真菌（ Ectomycorrhizal fungi，ECMF）能和一些樹木形成有益的菌根共生體，ECMF不僅能增強(qiáng)植物獲取外界養(yǎng)分的能力，促進(jìn)植物生長、提高抗逆性[11]，而且能夠降低土壤中重金屬的生物利用率，以提高植物對(duì)重金屬的抗性[12]。目前80%以上的高等植物能和真菌形成菌根，ECMF廣泛存在于松科、柏科等植物根部[13]，菌根真菌能促進(jìn)植物吸收鐵、鋅和Cu等微量元素[14]，油松的菌根促進(jìn)根系吸收固持重金屬，減少了重金屬對(duì)植物的危害[15]；樟子松的菌根，顯著增加土壤脲酶的活性，不僅有效改善土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而且緩解逆境脅迫，在樟子松的生長過程中發(fā)揮巨大作用[16]。

興安落葉松（Larix gmelinii）為松科落葉松屬的落葉喬木，是東北常見的主要針葉造林樹種，生長速度快，生物產(chǎn)量高，觀賞性強(qiáng)，抗性強(qiáng)，因此具有較高的生態(tài)修復(fù)價(jià)值。興安落葉松對(duì)ECMF有較強(qiáng)的依賴性，課題組前期研究得出美味牛肝菌（Boletus edulis，Be）和血紅鉚釘菇（Gomphidius rutulus，Gr）能夠顯著促進(jìn)興安落葉松的生長[17]。因此，能否通過接種ECMF，緩解重金屬Cu對(duì)興安落葉松生長的影響，并實(shí)現(xiàn)重金屬Cu污染土壤的有效修復(fù)是本試驗(yàn)的研究目的。本研究采用溫室盆栽試驗(yàn)，探討在Cu脅迫下接種ECMF對(duì)興安落葉松侵染率、生長、營養(yǎng)元素及重金屬Cu吸收分配的影響，研究興安落葉松菌根共生體抗Cu脅迫的響應(yīng)機(jī)制，為土壤Cu污染修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，以更好地利用土地資源，增大造林面積，發(fā)揮其生態(tài)價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

興安落葉松種子由內(nèi)蒙古大興安嶺重點(diǎn)國有林管理局提供。供試基質(zhì)為將草炭土∶沙子∶蛭石按照體積比為2∶2∶1均勻混合，經(jīng)高壓滅菌后裝盆，每盆1 kg基質(zhì)。供試外生菌根真菌Be和Gr由中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏中心和中國林業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用菌種和重金屬雙因子設(shè)計(jì)，包括4個(gè)接種水平和5個(gè)重金屬Cu脅迫水平，接種處理為Be、Gr、Be+Gr和未接種（CK）；重金屬處理為Cu：0、40、80、160、320 mg/kg，試驗(yàn)隨機(jī)分組，共20個(gè)處理，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)。

將興安落葉松種子均勻放入帶有雙層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，遮光放入4 ℃冰箱中10 d低溫打破休眠，然后將種子用2%NaClO溶液消毒10 min，用蒸餾水沖洗后將種子播入經(jīng)高壓滅菌處理過的基質(zhì)，再將其放入光照培養(yǎng)室中，氣候培養(yǎng)條件為：光照25 ℃培養(yǎng)16 h，黑暗17 ℃培養(yǎng)8 h，每日定期噴灑蒸餾水。種子萌發(fā)約2個(gè)月后選取長勢相近的幼苗，將液體培養(yǎng)后的Be、Gr菌劑磨碎制成菌液后浸染幼苗根部48 h，然后將幼苗取出，移苗到花盆中，每盆盛裝1株幼苗。接種真菌后，每周定期澆灌蒸餾水，記錄幼苗生長狀況。興安落葉松幼苗接菌營養(yǎng)生長3個(gè)月后開始重金屬脅迫，將按質(zhì)量分?jǐn)?shù)配好的重金屬溶液分4次均勻混合到土壤中。脅迫后每周定期澆灌蒸餾水，培養(yǎng)3個(gè)月后測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 生物量的測定

干重的測定：將收割的興安落葉松幼苗分成根、莖、葉 3部分，蒸餾水沖洗干凈后放入60 ℃烘箱48 h，用1/1 000的電子天平稱重。

比根長：比根長（Specific Root Length， SRL）=根長/植物生物量，單位為cm/g。根長采用WinRHIZO根系掃描分析系統(tǒng)測定。

1.3.2 生理生化指標(biāo)的測定

侵染率的測定：將幼苗的根系均勻隨機(jī)剪成1 cm左右長的根段，將根段用10%KOH溶液浸泡加熱后，臺(tái)盼藍(lán)染色劑染色，在顯微鏡下觀察菌絲結(jié)構(gòu)特征，測定菌根侵染率，重復(fù)3次。菌根侵染率=被侵染的根段數(shù)/總根段數(shù)×100%。

營養(yǎng)元素和Cu含量的測定：將植物樣品烘干后磨碎過50目篩，取0.05 g樣品放入15 mL硝化管中，將濃硝酸和高氯酸按照4∶1的比例混合5 mL裝入硝化管中，消解過夜后將硝化管放入硝化儀繼續(xù)消解4～6 h至消化液澄清，定容至50 mL，用電感耦合等離子光譜儀測定各元素含量。

植株體內(nèi)Cu遷移率、富集系數(shù)、滯留率的計(jì)算公式為

Cu遷移率（TF）=MCA/MCB；富集系數(shù)（BCF）=MCB/MCS；滯留率（RR）=（MCB-MCA）/MCB。

式中：MCA=（莖Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)×莖干質(zhì)量+葉Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)×葉干質(zhì)量）/（莖干質(zhì)量+葉干質(zhì)量）；MCB為根Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)；MCS為土壤Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2021 整理數(shù)據(jù)，SPSS 25.0分析數(shù)據(jù)，采用單變量方差分析和最小顯著差數(shù)法（ LSD） 分析不同Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)下接種ECMF對(duì)測定指標(biāo)含量的影響，顯著性水平設(shè)定為P=0.05，使用Origin2018進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗根系的影響

接種ECMF的興安落葉松侵染率均達(dá)到25.00%以上，混合接種侵染率達(dá)到35.00%～64.17%，各接種處理下侵染率由大到小為：Be+Gr混合接種、Gr單獨(dú)接種、Be單獨(dú)接種、CK，如圖1所示。說明2種ECMF都能與興安落葉松形成共生關(guān)系。CK處理下，由于空氣中真菌偶然侵染到根部，故侵染率不為0，但是隨重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不產(chǎn)生顯著差異（P>0.05）。3種接菌幼苗的侵染率在Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg顯著低于其他Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)（P<0.05），表明高質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬抑制外生菌侵染興安落葉松根部。

比根長反映根系的粗壯程度。由圖2可知，接菌幼苗隨重金屬施加水平的提升，比根長出現(xiàn)先減少后增加的趨勢，結(jié)果表明，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬脅迫促進(jìn)菌根苗的根系粗壯生長，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬使植物根系細(xì)弱，不利于根系生長。不同接種條件下的比根長中，CK>Gr>Be>Be+Gr，差異顯著（P<0.05）。與CK相比，在Cu脅迫下3種菌根苗的比根長分別降低了9.72%～43.02%、1.91%～11.26%、41.46%～55.72%，說明在重金屬脅迫下，ECMF促進(jìn)宿主植物根系發(fā)育，使根系粗壯。

2.2 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗生物量的影響

不同重金屬脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)和接種條件都會(huì)對(duì)興安落葉松生物量造成不同的影響（圖3）。隨重金屬施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，幼苗地上、地下部分生物量均先增加后減少，在Cu 40 mg/kg條件下，與無重金屬處理相比，幼苗各部分生物量有所增加，但變化并不顯著（P>0.05）。在Cu 320 mg/kg條件下，與重金屬空白對(duì)照相比，CK幼苗地上、地下、總生物量分別降低了30.44%、69.15%、52.87%，變化顯著（P<0.05）。結(jié)果表明，一定范圍內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重金屬脅迫促進(jìn)植物各器官生物量的積累，過量重金屬則抑制植物生長。

試驗(yàn)中接菌幼苗的各部分生物量明顯大于未接種幼苗（P<0.05），并且不同接種處理存在顯著差異，其中混合接種Be+Gr促進(jìn)生物量積累的效果最佳。重金屬脅迫條件下，Be、Gr、Be+Gr幼苗的總生物量分別是CK的0.82～2.50、1.16～2.22、1.41～5.73倍。就地上生物量而言，在不接菌條件下，Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)興安落葉松生物量影響顯著，表現(xiàn)為低質(zhì)量分?jǐn)?shù)促進(jìn)，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)抑制興安落葉松生長；在接菌條件下，不同Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)興安落葉松生物量影響不顯著，不同ECMF接種處理對(duì)興安落葉松生物量影響顯著，且Be+Gr＞Be＞Gr；就地下生物量而言，ECMF接種處理對(duì)興安落葉松地下生物量影響顯著，接菌興安落葉松地下生物量顯著高于對(duì)照，不同Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)未顯著影響地下生物量。興安落葉松菌根共生體隨Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，調(diào)節(jié)地上、地下生物量分配，并在80 mg/kg下Be+Gr的生物量均達(dá)到最大值。結(jié)果表明在重金屬Cu脅迫下，ECMF能促進(jìn)植物地上和地下部分生長以及生物量的積累分配，通過生物稀釋來緩解高質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬Cu對(duì)植物的傷害。

2.3 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗營養(yǎng)元素含量的影響

2.3.1 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗氮含量的影響

試驗(yàn)中隨重金屬Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，興安落葉松植物體內(nèi)地上、地下氮含量先增加后減少，在Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)80 mg/kg時(shí)幼苗地上、地下氮含量最大。

說明低質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu脅迫能促進(jìn)興安落葉松地上和地下對(duì)氮元素的吸收，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu脅迫抑制植物對(duì)氮的吸收。在重金屬Cu脅迫下，與CK相比，接種Be、Gr、Be+Gr的幼苗總氮含量分別增加了11.09%～70.03%、6.31%～75.82%、31.05%～122.47%。在Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg時(shí)，與不施加重金屬相比，CK幼苗地上氮含量降低了35.87%、Be+Gr幼苗地上氮含量降低了36.44%；CK幼苗地下氮含量降低了43.25%；Be+Gr地下部分氮含量降低了8.23%。結(jié)果表明在重金屬脅迫下，ECMF改變了養(yǎng)分資源在植物體內(nèi)的分配格局，ECMF促進(jìn)興安落葉松根系更多比例地吸收氮元素，同時(shí)有效促進(jìn)興安落葉松植株總體和地上部分對(duì)氮元素的攝取。

2.3.2 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗磷含量的影響

隨著重金屬Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，各接種條件下的幼苗磷含量都先增加后減少，表現(xiàn)為低質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu促進(jìn)各接種處理的幼苗地上、地下部分吸收磷，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu對(duì)興安落葉松幼苗磷的吸收起抑制作用（圖5）。高質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬（Cu 320 mg/kg）促進(jìn)了未接菌幼苗根系對(duì)磷的吸收，但抑制了菌根苗地上、地下部分對(duì)磷的攝取，差異顯著（P<0.05）。在Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg條件下，就地下部分磷含量而言，與無重金屬施加相比，CK幼苗根部磷含量增加了43.90%，接菌苗根部磷含量降低了48.10%～51.90%；

接菌苗地上部分磷含量降低了25.42%～30.49%，說明ECMF更多促進(jìn)興安落葉松地上部分對(duì)磷的吸收。與未接菌幼苗相比，菌根植物顯著提高了植物地上、地下部分及總磷含量（P<0.05），且促進(jìn)磷含量更多比例向地上部分分配，混合接種Be+Gr效果較單獨(dú)接種更加明顯。

2.3.3 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗鉀含量的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬Cu脅迫及ECMF接種處理對(duì)興安落葉松地上、地下部分吸收鉀含量均有顯著影響（圖6）。隨Cu施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，幼苗地上部分和根系鉀含量先增加后減少，表現(xiàn)為低質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Cu 40 mg/kg）重金屬促進(jìn)植物地上、地下部分吸收鉀，而逐漸升高的重金屬Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)>40 mg/kg）對(duì)幼苗各部分鉀含量的抑制作用加強(qiáng)。Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg的脅迫顯著抑制了植物地上、地下部分對(duì)鉀的吸收，與不施加重金屬相比，4種處理的幼苗總鉀含量分別降低了22.34%、31.36%、24.77%、28.47%（P<0.05）。接種ECMF的幼苗各部分鉀含量均顯著高于未接種幼苗，且促進(jìn)效果大體表現(xiàn)為Be+Gr>Be>Gr。各脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，接種Be+Gr、Be、Gr分別比CK的幼苗根系鉀含量增加了19.68%～75.30%、6.67%～36.44%、4.67%～25.01%。在Cu 40 mg/kg條件下，Be+Gr、Be、Gr分別比CK的地上鉀含量增加了26.08%、19.56%、17.25%。說明在重金屬污染的條件下，ECMF能促進(jìn)植物根系吸收土壤內(nèi)的鉀元素并向莖葉轉(zhuǎn)移，混合接種能夠集結(jié)不同菌種優(yōu)勢，促使植物地上、地下部分吸收鉀，進(jìn)而促進(jìn)植物生長。

2.4 Cu脅迫下ECMF對(duì)興安落葉松幼苗重金屬的吸收及分配影響

隨著Cu脅迫水平的提高，4種接種處理幼苗的地上部分和根部Cu含量均顯著升高（圖7），在Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值。Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg下CK、Be、Gr、Be+Gr處理的植株地上Cu含量分別是無重金屬脅迫的2.45、14.20、12.62、11.65倍；植株根系含Cu量分別是Cu 0 mg/kg對(duì)照組的2.19、9.55、7.93、8.06倍。相比于不接菌，接種ECMF在無重金屬脅迫下降低了植物地上部分對(duì)Cu的吸收，增加了根系對(duì)Cu的吸收；在重金屬脅迫下ECMF均增加了地上部分和根系對(duì)Cu的吸收，且隨Cu脅迫水平的增加，菌根苗相比于未接菌苗的地上Cu含量增幅逐漸升高。在Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg條件下，與CK相比，Be、Gr、Be+Gr幼苗的地上含Cu量分別增加了2.38、1.75、1.77倍；幼苗根部含Cu量分別是CK的5.19、3.41、3.96倍，結(jié)果表明在重金屬Cu的脅迫下接種ECMF均能促進(jìn)植物根系和地上部分吸收Cu，且更多比例促進(jìn)根系吸收Cu。

在無Cu脅迫時(shí)，4種接種處理下的興安落葉松Cu含量并不為0（表1），這是因?yàn)镃u是植物的必需營養(yǎng)元素，植物生長過程中吸收了基質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)。隨著Cu脅迫施加水平的增加，各接種處理幼苗的Cu總含量、遷移率和富集系數(shù)都逐漸上升，滯留率相應(yīng)下降。Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)320 mg/kg條件下各處理幼苗的Cu總含量、遷移率、滯留率分別是Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)40 mg/kg時(shí)的2.4 ～10.41、1.12 ～1.61、0.47 ～0.80倍。與CK相比，接種ECMF的幼苗Cu的含量、富集系數(shù)和滯留率顯著增加，遷移率顯著降低（P<0.05），說明在重金屬Cu脅迫下，ECMF促進(jìn)興安落葉松吸收并富集Cu，使植株根系更多地吸收Cu，抑制其向莖葉部分運(yùn)輸，以此減少重金屬Cu的毒害作用，提高植物抗性并進(jìn)行一定的土壤修復(fù)。

3 討論與結(jié)論

菌根是菌根真菌侵染植物根系后在植物根部形成的共生結(jié)構(gòu)，侵染率是反映植物菌根化的重要指標(biāo)[18]。本試驗(yàn)得出，在重金屬Cu脅迫環(huán)境下，ECMF美味牛肝菌（Be）和血紅鉚釘菇（Gr）均能與興安落葉松形成良好的共生關(guān)系，侵染率達(dá)25.00%～64.17%，其中混合接種Be+Gr＞Gr＞Be，且不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu脅迫對(duì)真菌侵染率有顯著影響，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu明顯抑制真菌侵染，這可能是因?yàn)檫^量重金屬抑制了外生菌的生長[19]。此外，本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著重金屬Cu脅迫水平的提高，無論是否施加菌劑，興安落葉松幼苗的地上、地下生物量和營養(yǎng)元素吸收都呈先上升后下降，說明低質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬Cu促進(jìn)植物生長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時(shí)超出植物自身的防御閾值，造成生理毒害，抑制植物正常代謝作用[20]，并且當(dāng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時(shí)，會(huì)在根部與營養(yǎng)元素競爭離子通道和點(diǎn)位，從而抑制植物吸收土壤中的營養(yǎng)元素[21]。于浩等[22]研究得出接種ECMF，顯著增加了馬尾松菌根苗的生物量，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。生物量分配是植物受到逆境脅迫時(shí)的響應(yīng)之一，當(dāng)受到逆境脅迫時(shí)，植物會(huì)通過調(diào)節(jié)地上、地下生物量來提高其適應(yīng)能力[23]。本研究中，在重金屬Cu脅迫下，接種ECMF不僅增強(qiáng)了幼苗菌根效應(yīng)（Be+Gr＞Be＞Gr），降低了比根長（Gr＞Be＞Be+Gr），而且隨Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化改變了興安落葉松地下、地上生物量分配，并增加其生物量，說明ECMF能在Cu脅迫下增強(qiáng)根系發(fā)育，使根系生長粗壯，促進(jìn)植物生長，緩解重金屬毒害。

氮（N）、磷（P）、鉀（K）是植物生長發(fā)育必需的3種大量元素，影響著植物體內(nèi)的各種代謝過程[24]，植物體內(nèi)缺少N、P、K會(huì)使植物體內(nèi)物質(zhì)組成和代謝紊亂[25]。王曉英等[26]研究發(fā)現(xiàn)AMF菌絲能夠擴(kuò)大白三葉草根系的吸收空間，增加植物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收，葉思源等[27]、汪遠(yuǎn)秀等[28]研究也表明在逆境脅迫下接種ECMF能夠促進(jìn)植物對(duì)N、P、K等元素的吸收，進(jìn)而促進(jìn)其生長，本試驗(yàn)研究結(jié)果與其一致。在重金屬Cu脅迫條件下，接種ECMF后植物地上、地下部分N、P、K含量均明顯提高，其中混合接種Be+Gr結(jié)合菌種優(yōu)勢，根際微生物數(shù)量增多，改善土壤結(jié)構(gòu)，其效果要優(yōu)于單獨(dú)接種。植物各器官發(fā)揮著各自的特殊功能，如植物葉片進(jìn)行光合和固碳、莖提供機(jī)械支撐和液壓通道、根系吸收土壤養(yǎng)分和水分[29]，因此，植物的營養(yǎng)利用和分配模式對(duì)環(huán)境條件變化的響應(yīng)在不同的植物器官中也有所差異[30]。陳璐等[31]研究發(fā)現(xiàn)在不同N添加下，興安落葉松養(yǎng)分含量在根和葉中存在顯著差異；劉柿良等[32]研究發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量分?jǐn)?shù) Cd 處理（≥25 mg/kg） 明顯降低了長春花的生物量及 C、N、P等的積累，顯著改變了其分配格局。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明ECMF增加了興安落葉松的生物量以及對(duì)營養(yǎng)元素的吸收，且在重金屬Cu脅迫下，根據(jù)植物體內(nèi)機(jī)制需要調(diào)節(jié)地上、地下部分對(duì)營養(yǎng)元素的吸收分配，進(jìn)而影響植物地上、地下的生物量分配，同時(shí)有效提高植物對(duì)重金屬Cu的吸收，并增大對(duì)土壤中重金屬的提取效率，從而增強(qiáng)植物對(duì)重金屬Cu的耐受性，發(fā)揮積極的土壤生態(tài)修復(fù)作用。

菌根真菌能夠促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收固持，促進(jìn)相應(yīng)的解毒及耐受過程，提高植物的生長適應(yīng)能力，增強(qiáng)植物對(duì)重金屬脅迫的抗性[33-34]。ECMF對(duì)重金屬的耐性機(jī)制包括蛋白質(zhì)及有機(jī)酸等的螯合作用、鐵載體對(duì)重金屬的絡(luò)合作用、菌絲對(duì)重金屬的吸附固持、液泡區(qū)室化以及抗氧化酶和相關(guān)功能基因的表達(dá)等[35-37]，這些機(jī)制可以降低重金屬的可移動(dòng)性或者生物利用性，從而減輕重金屬的毒害。溫祝桂等[38]、黃晶等[39]研究表明ECMF使重金屬Cu主要固定在植物根部，降低向地上部的轉(zhuǎn)移，提高了宿主重金屬Cu耐性。本研究中，接種ECMF增加了興安落葉松地上、地下部分的重金屬含量、富集系數(shù)和滯留率，明顯降低了轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，說明ECMF不僅促進(jìn)了興安落葉松對(duì)Cu的吸收，而且改變了其在植物體內(nèi)的分配，其中混合接種Be+Gr對(duì)Cu的吸收固持及抗性優(yōu)于單獨(dú)接種，在重金屬Cu的脅迫下，外生菌根真菌Be、Gr、Be+Gr通過龐大的根系結(jié)構(gòu)將大量重金屬Cu吸附固定在興安落葉松根系，加強(qiáng)幼苗對(duì)重金屬離子的吸附、固持能力，并通過螯合及絡(luò)合作用抑制重金屬向地上部分的轉(zhuǎn)移，降低重金屬的可移動(dòng)性和生物利用率，增強(qiáng)了興安落葉松抗重金屬Cu脅迫的能力，同時(shí)一定程度上，植株生物量的增加提高了其體內(nèi)重金屬含量，在修復(fù)重金屬Cu污染土壤中表現(xiàn)出積極作用。

綜上所述，在重金屬Cu脅迫下，根系侵染率、興安落葉松地上、地下的生物量和氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的吸收都隨著重金屬脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為低質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬促進(jìn)、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)抑制興安落葉松生長的趨勢。接種ECMF顯著促進(jìn)了興安落葉松幼苗的生長，不僅增加了各器官生物量和營養(yǎng)元素含量，而且降低了幼苗比根長、菌根效應(yīng)正向促進(jìn)，緩解了重金屬Cu脅迫，并且ECMF能夠增強(qiáng)興安落葉松的抗逆性，隨外界環(huán)境重金屬Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變，根據(jù)體內(nèi)機(jī)制響應(yīng)調(diào)節(jié)地上、地下營養(yǎng)元素及生物量分配。此外，各接種處理增加了興安落葉松地上、地下部分對(duì)重金屬Cu的吸收，提高了植株對(duì)重金屬Cu的富集系數(shù)、滯留率，降低了重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，使根部更多地吸收固定Cu，減少其向地上的轉(zhuǎn)移，從而減緩Cu脅迫對(duì)興安落葉松的傷害。此外，不同接種處理的促生效果及對(duì)重金屬Cu脅迫的抗性有所差異，混合接種Be+Gr對(duì)興安落葉松緩解Cu脅迫的促生及吸附固持Cu的效果優(yōu)于單獨(dú)接種Be或Gr，試驗(yàn)表明，在0～320mg/kg的Cu脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，ECMF能夠有效緩解重金屬Cu脅迫，促進(jìn)興安落葉松生長，進(jìn)而在一定程度上實(shí)現(xiàn)重金屬Cu污染土壤的利用和有效修復(fù)。

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