不同菌根菌對栓皮櫟苗木光合及蒸騰特性的影響

劉現(xiàn)剛，郭素娟，趙 菡，馬履一

（北京林業(yè)大學(xué)省部共建教育部森林培育與保護重點開放實驗室，北京 100083）

栓皮櫟（Quercus variabilis），屬殼斗科（Fagaceae）櫟屬（Quercus），是我國重要的造林樹種之一。栓皮櫟木材、樹皮、果實和葉片等都具有重要的經(jīng)濟價值；由于其耐受性較強，在保持水土、涵養(yǎng)水源、增加土壤肥力等方面也有重要的應(yīng)用價值[1]。如何培育優(yōu)質(zhì)的栓皮櫟苗木是擺在林業(yè)科研人員面前的主要問題。外生菌根對植物的生長有著良好的促進作用，能夠顯著增加苗木吸收水分、養(yǎng)分的面積，促進植物對礦質(zhì)元素的吸收，提高幼苗抗逆性等[2]。因此，運用外生菌根接種技術(shù)來培育優(yōu)質(zhì)苗木不失為一種好的方法。本實驗室之前的研究重點分析了外生菌根對栓皮櫟苗木生長的促進作用[3]，本文將在凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）及兩者的日變化和水分利用效率（WUE）等生理特性方面做進一步探討，研究外生菌根促進栓皮櫟苗木生長及提高水分利用效率方面的機理。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

選擇形成良好外生菌根的栓皮櫟苗木進行研究。試驗地位于北京市昌平區(qū)白浮村北京林學(xué)會菊花地苗圃（115° 50′ 17″ ～ 16° 29′ 49″ E、40° 02′ 18″ ～ 40° 23′ 13″ N），屬典型的大陸性氣候。氣溫年較差和日較差都較大。年平均氣溫8.5 ～ 9.6℃，無霜期150 d左右，年平均降水量607 mm。

1.2 試驗材料制備

1.2.1 菌劑制備 從中國林科院購買的菌種用PDA培養(yǎng)基平板培養(yǎng)菌種，然后用不加瓊脂的PDA培養(yǎng)基做液體培養(yǎng)，最后在草炭、玉米粉按4：1混合的基質(zhì)上擴大培養(yǎng)，制作成固體菌劑。

1.2.2 苗木培育 栓皮櫟種子經(jīng)低溫層積催芽處理后，于3月進行容器育苗。所用基質(zhì)為苗圃土，播種前10 d用0.1%甲醛消毒處理，容器為20 cm×18 cm塑料營養(yǎng)缽?；|(zhì)pH約為8.6，全N 0.15%，全P 0.08%，全K 0.23%，速效P 18.11 mg/kg，速效K 68.91 mg/kg。

1.2.3 接種方法 栓皮櫟苗第一片真葉長出后15 d，在距苗5 cm處均勻打3個5 cm深的孔，將固體菌劑搓碎施入，覆土。每株苗接種10 g固體菌劑。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計。每個處理設(shè)3個重復(fù)（處理方式見表2）。

表1 供試菌根菌Table 1 Fungi for test

表2 試驗處理及菌劑比例Table 2 Treatments and proportions of fungi

1.4 測試指標(biāo)及方法

1.4.1 Pn及Tr測定 2007年8月選擇標(biāo)準(zhǔn)株，在同一葉位上（上數(shù)第三片）用Li-6400便攜式光合儀進行測定。8:00開始測定，每處理記錄3組數(shù)據(jù)，每2 h測定一次，至18:00結(jié)束測定。

1.4.2 WUE計算[4]根據(jù)已測定的凈光合速率及蒸騰速率，由如下公式計算得出：

1.4.3 葉綠素含量測定 稱取樣本新鮮葉片用比色法測定。利用分光光度計測定葉綠素提取液在最大吸收波長下的吸光值，即可用朗伯—比爾定律計算出提取液中各色素的含量。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析 利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件和Excel對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

菌根化的栓皮櫟苗木在凈光合速率、葉綠素含量、蒸騰速率及水分利用效率方面與未菌根化的栓皮櫟比較都有不同程度的提高，不同菌劑處理之間也有著不同的差異性。

2.1 菌根化栓皮櫟苗木凈光合速率的變化

菌根化的栓皮櫟苗木凈光合速率與對照相比有顯著的影響（圖 1）。菌根化的栓皮櫟苗木凈光合速率變化規(guī)律基本相似，都呈現(xiàn)出雙峰規(guī)律；而對照的凈光合速率變化規(guī)律為單峰形式，并且10:00以后一直呈現(xiàn)下降趨勢。

各處理的栓皮櫟苗木凈光合速率都在10:00左右出現(xiàn)第一個高峰，12:00以后變化規(guī)律出現(xiàn)不同。接種BC2×B31×XCH菌劑的栓皮櫟苗木雙峰規(guī)律不明顯 ，基本呈現(xiàn)與對照同樣的變化規(guī)律。接種B31及XCH菌劑的栓皮櫟苗木第一個高峰出現(xiàn)在10:00左右，第二個高峰比其它菌根化的栓皮櫟苗木延后2 h，出現(xiàn)在16:00左右；其余4個處理，除接種BC2菌劑的栓皮櫟苗木第二個高峰較高外（達到5.49μmolCO2·m－2·s－1），規(guī)律基本相似。

菌根化的栓皮櫟苗木初始凈光合速率低于對照，但第一個高峰到來后就一直保持高于對照的水平，其光合水平有較大幅度的提高。

除接種3個菌種混合菌劑的栓皮櫟苗木的平均凈光合速率低于對照外，其余菌根化的栓皮櫟苗木的平均凈光合速率都高于對照（表 3）；接種單一菌種BC2和B31菌劑的栓皮櫟苗木平均凈光合速率增幅最大，分別為29.6%和39.2%。接種XCH和BC2×B31菌劑的栓皮櫟苗木平均凈光合速率也有較大程度提高；接種BC2×XCH及B31×XCH菌劑的栓皮櫟苗木平均凈光合速率提高程度較小，甚至低于對照。

各處理的最大凈光合速率的多重比較結(jié)果（表 4）顯示：菌根化的栓皮櫟苗木最大凈光合速率與對照有著顯著差異。接種BC2×XCH、XCH、BC2×B31及B31×XCH菌劑的栓皮櫟苗木之間最大凈光合速率的差異較??；接種BC2及B31菌劑的栓皮櫟苗木與以上四個處理及對照都有著顯著差異。說明BC2和B31兩種菌根真菌更適合栓皮櫟苗木的接種，進行單一菌種的接種處理更有利于提高栓皮櫟苗木的凈光合速率。

菌根化的栓皮櫟苗木的凈光合速率有明顯的提高，這與許多研究的結(jié)果是一致的[5]。影響光合作用的因素很多，包括外界因素諸如光照、CO2、溫度、礦質(zhì)元素、水分等；內(nèi)部因素如植物不同部位、不同生育期等[6]。外生菌根會對植物礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收產(chǎn)生影響，從而間接影響植物的凈光合速率。很多研究表明，外生菌根可以促進植物對N、P[7]、Mg、Fe、Mn、Cu、S[8～9]等的吸收。N、Mg、Fe、Mn等是葉綠素等生物合成所必需的礦質(zhì)元素；Cu、Fe、S等參與光合電子傳遞和水裂解過程；P也參與光合作用中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變和能量傳遞。所以從影響光合作用的因素及菌根對植物的影響來看，菌根化的栓皮櫟凈光合速率的變化之一是因為菌根真菌對植物吸收礦質(zhì)元素的促進作用造成的。

圖1 栓皮櫟凈光合速率日變化Figure 1 Net photosynthetic rate and diurnal variation of Q. variabilis

表3 栓皮櫟凈光合速率平均值Table 3 Average of net photosynthetic rate

表4 最大凈光合速率LSD比較Table 4 LSD comparison of maximum net photosynthetic rate

表5 栓皮櫟葉綠素平均含量及其LSD比較Table 5 LSD comparison on average content of chlorophyll of Q. variabilis

2.2 菌根化栓皮櫟苗木葉綠素含量的變化

菌根化能夠增加植物葉綠素的含量[10]。菌根化的栓皮櫟苗木葉綠素含量有不同程度的增加（表 5），接種BC2和B31及BC2×B31菌劑的栓皮櫟苗木葉綠素含量增加明顯，其它處理的栓皮櫟苗木葉綠素雖有增加，但增加量很少。對葉綠素含量變化的多重比較表明，接種BC2和B31及BC2×B31菌劑的栓皮櫟苗木與其它處理的栓皮櫟苗木及對照的差異顯著，另外四種處理間差異不明顯，但與對照還是有著顯著差異。

影響葉綠素含量的因素有很多，光是影響葉綠素形成的主要因素。而礦質(zhì)元素對葉綠素的形成也有很大的影響，植物缺乏N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等元素時就不能形成葉綠素，呈現(xiàn)缺綠病，N和Mg都是組成葉綠素的元素，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn等元素，它們可能是葉綠素形成過程某些酶的活化劑，在葉綠素形成過程中起間接作用[6]。如上文所述，菌根化影響葉綠素含量的機理可能也是因為菌根對植物吸收礦質(zhì)元素的促進作用引起的。

葉是植物進行光合作用制造有機物的重要器官，葉綠素含量多少對光合速率有直接影響，葉綠素含量在一定程度上能說明植物體營養(yǎng)狀況和光合能力的強弱[10]。菌根化對栓皮櫟苗木凈光合速率的影響原因之二是因為增加了其葉綠素含量。

圖2 栓皮櫟蒸騰速率日變化Figure 2 Diurnal variation of transpiration rate of Q. variabilis

2.3 菌根化栓皮櫟苗木蒸騰速率的變化

表6 蒸騰速率及其LSD比較Table 6 LSD comparison of transpiration rate

表7 栓皮櫟水分利用效率及其LSD比較Table 7 LSD comparison of water use efficiencies

菌根化能夠有效的降低栓皮櫟苗木的蒸騰速率[11]，對照的蒸騰速率幾乎一直高于菌根化的栓皮櫟苗木（圖 2）。在第一個凈光合速率高峰即10:00左右，菌根化的栓皮櫟苗木的蒸騰速率都呈現(xiàn)較低水平，而對照則同時達到一個蒸騰高峰。接種B31及BC2菌劑的栓皮櫟苗木，其蒸騰速率一直保持較低水平，有效地減少了水分流失。其余菌根化的栓皮櫟苗木，先在10:00左右出現(xiàn)低值，于12:00左右達到峰值，此后一直呈現(xiàn)下降趨勢，與對照及相互之間差異較小。

菌根化的栓皮櫟苗木蒸騰速率有較大程度的降低，單一菌種BC2和B31菌劑處理的栓皮櫟苗木蒸騰速率降幅最大，分別達到 34.3%和 32.8%；其它處理降幅大致相當(dāng)，均為17%左右（表6）。進行多重比較表明菌根化的栓皮櫟苗木與對照差異顯著。接種BC2和B31菌劑的栓皮櫟苗木與其它處理的栓皮櫟苗木蒸騰速率變化差異顯著，剩余5種處理間的差異不顯著。

蒸騰作用在植物生活中具有重要的作用。蒸騰作用的降低將能有效的增加植物的抗旱能力，提高水分利用效率。菌根化能夠降低蒸騰作用的部分在于其降低了苗木的比葉面積，使發(fā)生蒸騰作用的蒸發(fā)面積減小，導(dǎo)致蒸騰作用的降低[12]。

2.4 菌根化栓皮櫟水分利用效率的變化

水分對植物具有重要的意義，是細胞質(zhì)的主要成分，參與植物代謝活動，是植物物質(zhì)吸收和運輸?shù)娜軇?，能夠保持植物的固有形態(tài)等。水分利用效率是指利用單位重量的水分植物所能同化的CO2，是凈光合速率與蒸騰速率的比值。植物水分利用效率的提高，可以幫助植物適應(yīng)土壤水分減少的環(huán)境，對干旱半干旱地區(qū)提高造林成活率有重要的意義[12]。本試驗栓皮櫟苗木水分利用效率情況如表7。單一菌種BC2和B31菌劑處理的栓皮櫟苗木，水分利用效率比對照增幅最大，分別達到103.0%和97.9%，其它處理增幅為33%左右，接種BC2×B31×XCH混合菌劑的栓皮櫟苗木水分利用效率幾乎沒有變化。從多重比較的結(jié)果看，接種BC2、B31及BC2×B31菌劑的栓皮櫟苗木水分利用效率與對照有著顯著差異；其它處理與對照及相互之間的差異不顯著。表明菌根化對栓皮櫟苗木的水分利用效率有較大影響，單一菌種菌劑處理的栓皮櫟苗木效果要好于多個菌種混合菌劑處理的栓皮櫟苗木。本試驗中，菌根化的栓皮櫟苗木的凈光合速率提高，蒸騰速率下降，所以兩者的比值即水分利用效率會增加。

3 結(jié)論

有研究表明[13]，菌根的作用不僅在于促進植物根部對養(yǎng)分的吸收，而且能夠調(diào)節(jié)植物養(yǎng)分運輸?shù)纳磉^程，使根部養(yǎng)分盡快運輸?shù)饺~片，以滿足葉片中光合代謝的需要，這也為葉綠素的合成提供了充足的營養(yǎng)。菌根的作用可以簡單表示如下：增加吸收面積和礦物質(zhì)吸收→為葉綠素合成提供條件→葉綠素含量增加→光合效率提高。同時，菌根化降低了植物的比葉面積，使得蒸騰速率下降，由水分利用效率（WUE）的計算公式可知，水分利用效率與凈光合速率成正比，與蒸騰速率成反比，故水分利用效率會大幅提升。菌根化對栓皮櫟苗木的生長有著積極的促進作用。

從本試驗來看，BC2和B31兩種菌根真菌對栓皮櫟苗木光合作用的促進和對蒸騰作用的抑制效果最好，其對栓皮櫟苗木的單一接種效果要好于2種及3種菌根真菌的混合接種。由于采用的菌種并不是專門的殼斗科樹種的菌根，所以如果能夠從栓皮櫟根上獲取菌根，然后加以培養(yǎng)、制作菌劑后再回接到栓皮櫟苗木上，可能會取得更好的結(jié)果。

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