松嫩鹽堿草地2種優(yōu)勢(shì)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿耐鹽性的影響

王 娜， 陳 飛， 岳英男， 楊春雪

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

松嫩草地生態(tài)系統(tǒng)是以多年生草本植物為主要生產(chǎn)者的陸地生態(tài)系統(tǒng)，地處半濕潤(rùn)半干旱過(guò)渡帶，是世界三大蘇打草原鹽堿地之一的松嫩鹽堿草地。目前，鹽堿地面積已超過(guò)370萬(wàn)hm2，且以每年1.4%的速度擴(kuò)展，松嫩草地生態(tài)系統(tǒng)正逐步走向衰老[1]。菌根是某些真菌侵染植物根部形成的共生體。菌根真菌菌絲由根部向土中伸展的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于根毛的長(zhǎng)度，因此擴(kuò)大了根對(duì)土壤養(yǎng)分吸收的范圍，而真菌則直接從植物中獲得碳水化合物，兩者互利互惠共同生活。叢枝菌根(Arbuscularmycorrhizae，簡(jiǎn)稱AM)真菌是分布最廣泛、最普遍的一類土壤微生物，能與90%以上的植物根系形成菌根共生體[2]。研究發(fā)現(xiàn)，菌根真菌廣泛存在于鹽堿地中，幾乎所有的植物均具有菌根結(jié)構(gòu)。菌根真菌不僅能夠增強(qiáng)植物在鹽堿土中的耐鹽堿能力和促進(jìn)植物生長(zhǎng)、發(fā)育，還能夠改善鹽堿土的土壤結(jié)構(gòu)[3-4]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是豆科、苜蓿屬多年生草本植物，其株莖高挺、花色艷麗，常被作為園林背景材料廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，紫花苜蓿和AM真菌的共生體系逐漸受到研究者的關(guān)注，研究表明，紫花苜蓿能與多種AM真菌在自然條件下形成共生體系[4]。本試驗(yàn)首先確定松嫩鹽堿草地上的優(yōu)勢(shì)AM真菌菌種，并設(shè)置3種鹽脅迫水平(0、0.5%、1.0% NaCl)，研究在不同鹽脅迫水平下，優(yōu)勢(shì)AM真菌對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)狀況的影響，并從植物生長(zhǎng)和生理變化角度初步探討AM真菌提高羊草耐鹽性的作用機(jī)制，可為松嫩鹽堿草原退化生態(tài)系統(tǒng)的生物修復(fù)與重建提供科學(xué)的理論依據(jù)，同時(shí)擴(kuò)大紫花苜蓿在有一定鹽度園林綠地中的應(yīng)用范圍，對(duì)鹽堿地的綠化具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 鹽脅迫及接種菌劑試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)鹽脅迫水平，分別為0、0.5%、1.0% NaCl；同一鹽脅迫水平下設(shè)4種接種處理：(1)每盆接種18 g滅菌的菌劑；(2)每盆接種18 g根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices，簡(jiǎn)稱GI)菌種；(3)每盆接種18 g地表球囊霉(Glomusversiforme，簡(jiǎn)稱GV)菌種；(4)每盆接種18 g混合菌種(GI×GV，簡(jiǎn)稱GIV)。共12個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)6次。在東北林業(yè)大學(xué)光照培養(yǎng)室培養(yǎng)，溫度為20～25 ℃，光照時(shí)間為 08：00—18：00，共 10 h。其中，紫花苜蓿種子購(gòu)于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究所；菌劑均購(gòu)于北京農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所國(guó)家基金資助“中國(guó)叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)(簡(jiǎn)稱BGC)”，其中GI是松嫩鹽堿草地的優(yōu)勢(shì)菌種，GV是松嫩鹽堿草地的常見(jiàn)菌種[5]。

1.2 AM真菌侵染率的測(cè)定

播種30 d后，取部分新鮮紫花苜蓿根部樣品用于測(cè)定紫花苜蓿根系的菌根侵染情況。采用改良Phillips和Hayman染色法，用臺(tái)盼藍(lán)對(duì)根系進(jìn)行染色，在MOTIC-BA400顯微鏡下鏡檢，計(jì)算菌根侵染率[6]。菌根侵染率=(侵染根段長(zhǎng)/觀察根段長(zhǎng))×100%。

1.3 植物生理指標(biāo)的測(cè)定

植物生理指標(biāo)的測(cè)定參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[7]和《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[8]的方法進(jìn)行。個(gè)體生物量采用電子天平稱質(zhì)量法測(cè)定；葉綠素含量采用95%乙醇提取法測(cè)定；丙二醛(簡(jiǎn)稱MDA)含量利用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定；細(xì)胞膜透性采相對(duì)電導(dǎo)率表示；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行Duncan’s多重比較分析(P<0.05)；采用SigmaPlot 10.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的NaCl溶液處理下菌根侵染率的變化

由圖1可知，沒(méi)有接種AM真菌的紫花苜蓿(CK)菌根侵染率為0，而接種處理的紫花苜蓿菌根均有不同程度的侵染。接種的菌劑不同，紫花苜蓿菌根的侵染率也有所不同。隨著NaCl濃度的增加，相同菌劑接種時(shí)紫花苜宿的侵染率呈下降趨勢(shì)。同一NaCl濃度處理下，接種GIV紫花苜蓿菌根的侵染率最高，接種GV的次之，接種GI最低。接種GIV的紫花苜蓿菌根在0、0.5%、1.0% NaCl溶液處理下，侵染率分別為45.77%、41.20%、37.77%，顯著高于GV和GI菌劑同濃度NaCl溶液處理的菌根侵染率(P<0.05)。同一菌種在不同濃度NaCl處理下，菌根侵染率差異不顯著，說(shuō)明NaCl脅迫對(duì)植株侵染率的影響不明顯。

2.2 不同濃度的NaCl溶液處理下個(gè)體生物量的變化

由圖2可知，同一NaCl濃度脅迫下，接種AM真菌能明顯減輕NaCl對(duì)紫花苜蓿個(gè)體生物量的脅迫，并表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。接種GIV菌種的紫花苜蓿個(gè)體生物量顯著高于不接種AM真菌植株的個(gè)體生物量(P<0.05)，顯著高于接種GI、GV菌種的植株的個(gè)體生物量。在0、0.5%、1.0% NaCl濃度下，接種GIV紫花苜蓿的個(gè)體生物量分別為2.30、1.86、1.33 g，比接種GV菌劑的紫花苜蓿的個(gè)體生物量分別高0.05、0.08、0.07 g，比接種GI菌劑的紫花苜蓿的個(gè)體生物量分別高0.16、0.27、0.21 g；紫花苜蓿個(gè)體生物量受NaCl溶液脅迫的影響較大，隨著NaCl濃度的增加，個(gè)體生物量明顯降低。

2.3 不同濃度的NaCl溶液處理下葉綠素含量的變化

葉綠體對(duì)鹽分脅迫的感知十分靈敏，由于外界鹽分過(guò)高，葉片水勢(shì)降低，葉綠素會(huì)隨之降解，從而抑制植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。由圖3可知，在沒(méi)有鹽脅迫時(shí)，接種GIV菌劑能顯著提高苜蓿中的葉綠素含量，達(dá)5.13 mg/g，比不接種菌劑、接種GI、GV分別高1.11、0.88、0.26 mg/g；隨著NaCl濃度的升高，接種與未接種的紫花苜蓿葉綠素含量均明顯降低；接種GIV和GV植株中的葉綠素含量顯著高于未接種植株(P<0.05)，且顯著高于GI接種處理(P<0.05)；在含鹽量為 0.5% 時(shí)，NaCl脅迫對(duì)紫花苜蓿葉綠素含量的影響表現(xiàn)出差異顯著性(P<0.05)。

2.4 不同濃度的NaCl處理下細(xì)胞膜透性的變化

用相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表示苜蓿葉片的細(xì)胞膜透性，相對(duì)電導(dǎo)率越高，說(shuō)明苜蓿細(xì)胞膜透性越強(qiáng)，受鹽脅迫傷害越大。由圖4可知，同一鹽濃度下，接種AM真菌與不接種AM真菌的紫花苜蓿的相對(duì)電導(dǎo)率具有顯著性差異(P<0.05)；不同鹽濃度下，接種GIV和GV的相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于對(duì)照的相對(duì)電導(dǎo)率(P<0.05)，在0、0.5%、1.0% NaCl濃度處理下接種GIV的相對(duì)電導(dǎo)率分別比對(duì)照的相對(duì)電導(dǎo)率降低 40.00%、39.11%、32.72%，接種GV分別比對(duì)照降低 32.91%、31.26%、28.66%。無(wú)論是否接種AM真菌，隨著鹽濃度的增加，紫花苜蓿均表現(xiàn)出相對(duì)電導(dǎo)率明顯增加的趨勢(shì)。

2.5 不同濃度的NaCl溶液處理下MDA含量的變化

MDA是反映膜質(zhì)透性的重要指標(biāo)，可反映細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷程度[9]。由圖5可知，隨著脅迫程度的加強(qiáng)，紫花苜蓿葉片的MDA含量明顯增高；在沒(méi)有NaCl脅迫的情況下，接種和未接種AM真菌的紫花苜蓿葉片中MDA的含量相差不大。在NaCl濃度為1.0%時(shí)，接種AM真菌能夠降低MDA的含量且與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，接種GIV菌種MDA的含量為0.010 2 μmol/g，比接種GV和GI植株葉片的MDA含量分別降低 18.02%、31.23%，比未接種植株的MDA含量降低47.32%； 隨著鹽濃度的增加， 接種AM真菌的紫花苜蓿葉片中MDA含量增加的幅度明顯低于未接種植株葉片中MDA含量增加的幅度；隨著NaCl鹽脅迫程度的增強(qiáng)，AM真菌降低鹽脅迫下紫花苜蓿葉片中MDA含量越明顯。

3 結(jié)論與討論

侵染率是植物根系受AM真菌侵染程度的指標(biāo)，同時(shí)也反映了AM真菌的侵染力，進(jìn)而體現(xiàn)AM真菌與植物互惠共生的親和力程度。研究表明，逆境能夠抑制AM真菌的形成，隨著脅迫程度的加強(qiáng)，AM真菌的菌根侵染率隨之降低，在鹽脅迫下，AM真菌的菌根侵染率與NaCl含量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)橥寥乐宣}分過(guò)多會(huì)抑制AM真菌孢子芽管的萌發(fā)，從而影響菌絲的形成[10-12]，本試驗(yàn)的研究結(jié)果與之一致。楊海霞等研究表明，混合接種摩西球囊霉(Glomusmosseae)和GI菌劑的白三葉草比單一接種2種菌劑的侵染率高[13]，本試驗(yàn)的研究結(jié)果與之一致。

試驗(yàn)結(jié)果表明，相同NaCl水平下接種AM真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗的生物量有明顯的促進(jìn)作用，其中接種混合菌劑的紫花苜蓿的個(gè)體生物量顯著高于單一接種GV和GI菌劑的紫花苜蓿的個(gè)體生物量，這說(shuō)明在鹽脅迫環(huán)境下混合菌劑與紫花苜蓿幼苗形成的菌根共生體更有利于抵抗鹽脅迫。植物生物量提高后向地下部分配，有利于提高紫花苜蓿根系對(duì)鹽脅迫的耐受力，從而提高紫花苜蓿的生存力，這一結(jié)果與馮固等的研究結(jié)果[14]一致。

許多研究表明，土壤中鹽濃度的增加會(huì)降低植物體內(nèi)葉綠素的含量[15-16]。胡彥江等研究發(fā)現(xiàn)，接種摩西球囊霉的花生植株葉綠素含量明顯增加[17]，本試驗(yàn)結(jié)果也表明與未接種AM真菌的紫花苜蓿相比，接種AM真菌的植株能明顯緩解鹽脅迫對(duì)葉綠素的傷害，提高紫花苜蓿體內(nèi)葉綠素的含量(P<0.05)。鹽脅迫環(huán)境下，植物由于滲透作用導(dǎo)致細(xì)胞胞液外滲，使細(xì)胞外的電導(dǎo)率增大，因此，電導(dǎo)率是反映細(xì)胞膜受損狀況的直觀生理指標(biāo)。本試驗(yàn)中，接種AM真菌能顯著降低植物葉片的膜質(zhì)透性(P<0.05)，緩解鹽脅迫所造成的生理影響，這一結(jié)果與Garg等的研究結(jié)果[18]一致。

MDA是膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物之一，能夠反映細(xì)胞受脅迫的程度[19]。盛敏等研究表明，接種AM真菌植株葉片中的MDA含量低于未接種植株葉片中的MDA含量，可以緩解鹽脅迫對(duì)玉米的傷害，并提高玉米的耐鹽性[20]。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著NaCl脅迫的增強(qiáng)，紫花苜蓿體內(nèi)MDA的含量顯著升高，接種AM真菌的紫花苜蓿體內(nèi)MDA含量的增幅較小，其中以接種混合菌劑的植株體內(nèi)MDA含量的增幅最小，在NaCl濃度為1.0%時(shí)效果最明顯。這說(shuō)明，混合接種能有效降低紫花苜蓿體內(nèi)的MDA含量，降低植物細(xì)胞質(zhì)膜受損害的程度，在一定程度上提高植物的耐鹽性。

紫花苜蓿在0、0.5%、1.0% NaCl脅迫處理后，生長(zhǎng)發(fā)育明顯受到抑制，個(gè)體生物量隨脅迫程度的加強(qiáng)逐漸降低，接種AM真菌抑制了鹽脅迫對(duì)葉片、膜保護(hù)系統(tǒng)的傷害，降低了葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA的含量，促進(jìn)了個(gè)體生物量的積累，增加了葉綠素含量。接種3種AM真菌的植株的菌根侵染率隨NaCl濃度的增加而下降，侵染能力表現(xiàn)為GIV>GV>GI，混合菌劑的接種效果明顯高于單一菌劑。此研究結(jié)果可為松嫩鹽堿草地退化生態(tài)系統(tǒng)的生物修復(fù)與重建提供科學(xué)的理論依據(jù)，同時(shí)擴(kuò)大紫花苜蓿在有一定鹽度園林綠地中的應(yīng)用范圍，對(duì)鹽堿地的綠化具有重要的意義。

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