鋁脅迫下外生菌根真菌對土壤無機磷的溶解釋放

夏蓉蓉，陳梅玲，張瑞秋，柯許彬，張 亮

(南京師范大學泰州學院化學與生物工程學院，江蘇泰州 225300)

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鋁脅迫下外生菌根真菌對土壤無機磷的溶解釋放

夏蓉蓉，陳梅玲，張瑞秋，柯許彬，張 亮*

(南京師范大學泰州學院化學與生物工程學院，江蘇泰州 225300)

[目的]研究鋁脅迫下外生菌根真菌對土壤無機磷的溶解釋放。[方法]鋁脅迫下，以彩色豆馬勃(Pisolithustinctorius，編號Pt)和松乳菇(Lactariusdelicious，編號Ld)為供試菌株，土壤為唯一磷源，采用液體培養試驗研究菌絲生長情況，以及對土壤無機磷的活化。[結果]在鋁脅迫下，2株外生菌根真菌的生物量隨著鋁離子濃度的升高，表現為先增高后降低的趨勢，其中，在0～2.0 mmol/L鋁離子濃度下，Pt的生物量均大于Ld，說明Pt的抗鋁毒能力強于Ld。此外，pH在鋁離子脅迫下顯著下降，2株外生菌根真菌不同程度地活化土壤中無機磷。[結論]外生菌根真菌的抗鋁和溶磷能力與其分泌的氫離子和有機酸有關。

鋁；外生菌根真菌；酸性土壤；磷

鋁元素是土壤中含量最高的金屬元素，但并非植物生長所必需的元素。我國南方很多地區受到酸雨的影響，導致土壤中鋁離子的溶出，形成鋁毒[1]。而南方地區森林土壤礦質元素缺乏嚴重，加之森林土壤一般不施肥，導致森林生態系統極不穩定，酸雨加重了土壤酸化和毒害，造成很多林地成片枯萎凋亡[2]。

外生菌根真菌作為森林生態系統的一部分，與多數木本植物形成菌根共生體后，能增強植物根系對難溶磷鉀的溶解吸收，從而促進植物的生長[3]。研究發現，在重金屬脅迫下，外生菌根真菌能積累重金屬，增強植物的抗逆性，緩解重金屬對植物的迫害[4]。進一步研究發現，外生菌根真菌作為根系微生物，能向植物根系周圍分泌多種有機酸，包括小分子的草酸、乙酸、酒石酸等，這些有機酸能電離出氫離子，來溶解難溶性的磷酸鈣鹽；高分子有機酸能與金屬離子形成穩定絡合物，從而將磷酸根釋放到土壤中[5-6]。目前，對外生菌根真菌的研究主要集中在菌根化苗木的生長和抗脅迫環境，外生菌根真菌在金屬脅迫和難溶性磷的活化釋放研究較少。筆者以南方地區森林土壤——低磷黃紅壤為供試土壤，研究在鋁脅迫下，外生菌根真菌對土壤無機磷的溶解釋放。

1　材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1外生菌根真菌。從南京師范大學泰州學院微生物實驗室取2株外生菌根真菌，分別為彩色豆馬勃(Pisolithustinctorius，編號Pt)和乳菇(Lactariusdelicious，編號Ld)。采用無磷源的Pachlewsk固體培養基，25 ℃下培養14 d備用。

1.1.2培養基。培養基組成：0.5 g/L酒石酸銨，0.55 g/L KCl，0.5 g/L MgSO4，20 g/L 葡萄糖，20 g/L瓊脂，0.1 g/L維生素B1，1.0 ml/L微量元素混合液(1 L含8.45 mg H3BO3、5 mg MnSO4、6 mg FeSO4、0.625 mg CuSO4、2.77 mg ZnCl2和0.27 mg(NH4)2MoO4)，瓊脂15～20 g；搖動容器直至溶質全部溶解，調pH至5.5，用去離子水定容至1 L，并在121 ℃高壓下蒸汽滅菌30 min。

1.1.3土壤樣品。供試土壤為酸性黃紅壤，采自浙江安吉藏龍百瀑景區馬尾松林下的底層土壤。土壤理化指標：pH 4.25，有機質20.5 g/kg，全氮1.07 g/kg，全磷0.55 g/kg，有效磷22.9 mg/kg。風干土壤，磨細過100目篩，取1.000 0 g土壤置于兩端開口的直徑1 cm的塑料管中部，然后兩端塞入玻璃纖維，將土壤夾在中間，再用孔徑0.22 μm的微孔濾膜密封兩端，121 ℃蒸汽滅菌150 min。在培養外生菌根真菌時，將盛有土壤的塑料管放入液體培養基中，水分子、無機離子和有機酸等均可自由進出，但土壤不會穿過濾膜而進入溶液。

1.2試驗設計分別配制鋁離子濃度為0、0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L的無磷Pachlewsk液體培養基，pH 4.25。分別取上述溶液20 mL加入150 mL三角瓶中，在每個三角瓶中加入1個裝有土壤的滅菌塑料管，封口，蒸汽滅菌((121±1)℃，30 min)，冷卻；每瓶分別接入直徑6 mm的瓊脂菌種2塊，以不接種但加入1個土壤塑料管的液體培養基為對照，其余接種處理，試驗重復3次，每個處理設5次重復。25 ℃暗箱靜止培養14 d。

1.3測定項目與方法培養結束后，過濾菌絲，收集濾液。用數字酸度計測定濾液pH變化；菌絲干燥后測定生物量；取出塑料管中的土壤，自然風干，土壤無機磷組分測定采用文獻[7]的方法：1 mol/L NH4Cl浸提疏松態磷，0.5 mol/L NH4F浸提鋁磷(Al-P)，0.1 mol/L NaOH浸提鐵磷(Fe-P)，0.3 mol/L檸檬酸鈉+1.0 g Na2S2O4+0.5 mol/L NaOH浸提閉蓄態磷(O-P)，0.5 mol/L(1/2H2SO4)浸提鈣磷(Ca-P)。

1.4數據處理用Excel 2007對試驗數據進行計算，SPSS 18.0進行統計分析，不同處理間的差異顯著性用單因素方差分析進行比較。

2　結果與分析

2.1鋁對外生菌根真菌生物量的影響由圖1可知，隨著鋁離子濃度的升高，2株外生菌根真菌的生物量均表現為先升高后降低的趨勢。其中，菌株Pt的生物量均在鋁離子濃度1 mmol/L時達到最大，后隨著鋁離子濃度的升高，生物量降低，而菌株Ld在0.5 mmol/L時達到最大；且在試驗所設鋁離子濃度范圍內，Pt的生物量均大于Ld。說明Pt對鋁離子的敏感度小于Ld。

圖1　不同濃度鋁離子對外生菌根真菌生物量的影響Fig.1　Effects of Al3+ concentration on the biomass of ectomycorrhizal fungi

2.2鋁脅迫下外生菌根真菌培養基中pH的變化由圖2可知，培養14 d后，2株外生菌根真菌均顯著降低培養基中的pH，且隨著鋁離子濃度的增加，降低效果越顯著。其中，Ld菌株在鋁離子濃度為2.0 mmol/L時，降幅最大，與對照(CK)相比，pH降低1.02。同時，在試驗所設鋁離子濃度范圍內，菌株Ld的降幅均大于菌株Pt。

注：CK為不接種，鋁濃度為0 mmol/L。Note：CK means the medium was not inoculated，and Al3+ concentration was 0 mmol/L.圖2　培養基中pH的變化Fig.2　Changes of pH in liquid culture mediums

2.3鋁脅迫下外生菌根真菌對土壤各組分無機磷含量的影響由表1可知，在液體培養基中接種外生菌根真菌，土壤鋁磷、鐵磷、鈣磷和閉蓄態磷均不同程度地降低。其中，2株外生菌根真菌在試驗所設鋁離子濃度下均顯著降低土壤中的鋁磷、鐵磷和鈣磷。除菌株Ld在鋁濃度為0 mmol/L外，2株外生菌根真菌顯著降低土壤中的閉蓄態磷。從土壤無機磷總量看，2株外生菌根真菌在試驗所設鋁離子濃度下均顯著降低土壤中的無機磷總量，降幅為2.87%～9.54%。此外，菌株不同，土壤無機磷各組分的降幅也不同。

表1　土壤中無機磷組分的變化

注：同列不同小寫字母表示不同濃度間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different letters in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

3　結論與討論

該研究結果發現，2株外生菌根真菌在不同鋁離子濃度下均能活化土壤中無機磷組分，菌株Pt的活化能力略強于Ld；同時2株外生菌根真菌隨著鋁離子濃度的升高，菌絲的磷吸收量表現為先升高后降低的趨勢，說明低濃度的鋁離子對菌絲生長是有益的，可以促進菌絲從低磷環境下吸收養分。當鋁離子濃度超過菌絲的耐受性后，將不利于外生菌根真菌的生長。因此，篩選出既有抗鋁作用又耐低磷(活化能力強)的優良菌株顯得尤為重要。

該研究發現，培養基中的pH在鋁離子的脅迫下顯著下降，其中，Ld菌株在鋁離子濃度為2.0 mmol/L時，降幅最大，與對照(CK)相比，pH降低了1.02，這說明2株外生菌根真菌通過向環境中釋放氫離子，活化難溶性磷酸鹽。在我國南方大部分地區由于受到環境的污染，土壤酸化嚴重，伴隨著鋁離子在土壤中的大量溶出，加上森林土壤養分的貧瘠，使外生菌根真菌生長受到抑制，進而樹木缺乏養分供給[8-10]。該研究發現，外生菌根真菌Pt具有較強的抗鋁和耐低磷環境的能力。因此，篩選出優良的外生菌根真菌，研究其耐脅迫環境的機理，并將其應用于森林退化修復中意義重大。

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[2] 李倩，黃建國.外生菌根真菌改善樹木鉀素營養的研究進展[J].貴州農業科學，2011，39(6)：107-110.

[3] 鐘漢珍，袁泉.長江流域酸雨危害及對策分析[J].華中農業大學學報(社會科學版)，2002(3)：18-21.

[4] 喻田甜.外生菌根真菌對鋁脅迫的響應[D].重慶：西南大學，2014.

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[9] 張宇龍，盧小良，楊成德.東祁連山高寒草地土壤無機磷溶解菌分離及溶磷能力初探[J].草地學報，2011，19(4)：560-564.

[10] 張亮，王明霞，張薇，等.外生菌根真菌對土壤鉀的活化作用[J].微生物學報，2014，54(7)：786-792.

Dissolution and Release of Inorganic Phosphorus from Soil by Ectomycorrhizal Fungi under Aluminum Stress

XIA Rong-rong, CHEN Mei-ling, ZHANG Rui-qiu, ZHANG Liang*et al

(School of Chemistry and Bioengineering, Taizhou College, Nanjing Normal University, Taizhou, Jiangsu 225300)

[Objective] To study the dissolution and release of inorganic phosphorus from soil by ectomycorrhizal fungi under aluminum stress. [Method]Pisolithustinctorius(Pt) andLactariusdelicious(Ld) were cultured in liquid Pachlewsk medium with soil as the source of phosphorus (P) under aluminum stress to study the fungal growth, and changes of soil inorganic P were measured to study P mobilization from soil by ectomycorrhizal fungi (ECMF). [Result] The fungal growth first increased and then decreased with the increase of aluminum concentration. When aluminum concentration varied from 0 to 2.0 mmol/L, the biomass of Pt was higher than that of Ld, showing that the resistance of Pt to aluminum toxicity was stronger than that of Ld. In addition, the pH of culture mediums decreased significantly, and the soil inorganic P was mobilized by ECMF at different levels. [Conclusion] The ability of ECMF to resist aluminum and mobilize P is related to hydrogen ions and organic acids secreted by ECMF.

Aluminum; Ectomycorrhizal fungi; Acid soil; Phosphorus

江蘇省高等學校大學生實踐創新創業訓練計劃項目“鋁脅迫下外生菌根真菌對土壤無機磷的活化作用”(201513843015Y)；泰州市科技支撐計劃(社會發展)項目“農作物秸稈高溫堆肥生產有機肥”(TS018)；泰州市科技支撐計劃(社會發展)項目(TS201516)。

夏蓉蓉(1994- )，女，江蘇泰州人，本科生，專業：制藥工程。*通訊作者，講師，碩士，從事農業資源微生物研究。

2016-05-26

S 718.81

A

0517-6611(2016)19-143-02