哈茨木霉對濕地松幼苗光合作用和生物量累積的影響

楊 雄 劉樂平 李興山 田 玲

(荊門市彭場林場 荊門 448000)

中國經(jīng)過數(shù)十年的工業(yè)發(fā)展，現(xiàn)在面臨日益嚴重的的環(huán)境問題，尤其是面源污染問題。在這種情況下，環(huán)境友好型的農(nóng)林栽培技術更應該得到廣泛的推廣。這種環(huán)境友好型的栽培技術旨在維持農(nóng)林土壤的持續(xù)性以及農(nóng)林病蟲害的有效控制。因此，生物菌肥的使用應該大力提倡。

木霉屬的多個菌種(如綠色木霉、康寧木霉、棘孢木霉、深綠木霉、哈茨木霉、長枝木霉等)為重要的生防菌，對寄主具有多方面的生理生態(tài)方面的影響，其中人們研究較多的菌種為哈茨木霉(Trichodermaharzianum)。這些研究集中于哈茨木霉的小型分泌蛋白(small secreted proteins)的功能[1]、農(nóng)桿菌介導哈茨木霉轉化系統(tǒng)優(yōu)化及突變體分析[2]、哈茨木霉對植物根際微生物群落的影響[3]、植物激素的變化[4]、以及對植物生長發(fā)育[5]、抗病性[6]和抗逆性[7]的影響。哈茨木霉所產(chǎn)生的次生代謝物質(Harzianic acid)能夠促進植物的生長和提高植物抗病性[8]，該次生物質對鐵離子(Fe3+)具有很高的親和力，可以促進土壤中鐵離子的溶解[9]，從而增強植物對鐵離子的吸收。正因為如此，人們對其基因組[10]和蛋白組[11]進行了研究。

目前，人們對木霉屬的真菌的研究幾乎全部集中于模式植物和園藝植物，而很少研究它們對森林植物的影響。將木霉屬的真菌(包括哈茨木霉)應用于林木苗木生產(chǎn)之前，需要對其進行嚴格的實驗。本研究試圖將哈茨木霉應用于濕地松幼苗的培育上，為其苗木生產(chǎn)節(jié)省生產(chǎn)成本，同時為減少面源污染、維持土壤肥力而探索一種新途徑。

圖1 哈茨木霉接種對濕地松幼苗氣體交換的影響

1 材料與試驗方法

1.1 試驗材料

哈茨木霉(Trichodermaharzianum，BNCC 336568)由北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術研究院購入。濕地松(Pinuselliottii)種子由荊門市彭場林場種子園母樹上獲得。以0.5%高錳酸鉀溶液對濕地松種子進行消毒10 min，清洗后播入裝有事先消毒過的河沙的塑料盆中。待發(fā)芽剛長出一片真葉后移入裝有培養(yǎng)基質的塑料盆(直徑25 cm)，每盆栽植3棵小苗。一周后對小苗進行接種處理：每盆加入20 mL哈茨木霉菌液。對照處理只澆灌20 mL經(jīng)過滅菌的哈茨木霉菌液。各個處理均20盆。所有苗木放在露天擺放場進行培養(yǎng)，根據(jù)天氣情況和培養(yǎng)基質的水分狀況進行澆水。

1.2 濕地松幼苗針葉光合速率和葉綠素熒光測定

在濕地松幼苗生長6個月后，利用Li-Cor 6400光合儀(美國Li-Cor公司)測定光合速率。在天氣晴朗的上午9∶00-12∶00，采用該光合儀的配件針葉葉室測定，每個處理選擇生長狀況一致的20株小苗進行測定。針葉的熒光參數(shù)測定采用Junior-PAM熒光儀(德國WALZ公司)測定。在已測定過光合速率的濕地松松幼苗上選擇3根針葉，并攏后夾上熒光葉室。測定葉綠素熒光時，PAR強度設置為190 μmol·m-2·s-1。

各熒光參數(shù)的計算如下：

Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm[12]

Y(II)=(Fm′-F′)/Fm′[13]

qP=(Fm′-F′)/(Fm′-F0′)[14]

qL=qP×F0′/F′[15]

Y(NO)=1/[NPQ+1+qL(Fm/F0-1)][15]

ETR=Y(II)×PFDa×0.5[13]

1.3 濕地松幼苗的生物量分析

將濕地松幼苗從培養(yǎng)基質中取出，用自來水清洗干凈后帶回實驗室。先將幼苗用吸水紙將其表面水分吸收干凈，裝入信封，然后在烘箱中以80 ℃溫度烘12 h。待樣品冷卻至室溫后，用鋒利的剪刀從根頸處將幼苗的根系與地上部分分開，然后以分析天平分別稱量。

圖2 哈茨木霉接種對濕地松幼苗葉片熒光參數(shù)的影響

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)以統(tǒng)計軟件SPSS(IBM SPSS， v.17.0)進行統(tǒng)計分析，以p=0.05為差異顯著性檢驗水平(LSD)，分析處理組和對照組之間的各參數(shù)的差異。

2 試驗結果

2.1 哈茨木霉接種對濕地松幼苗針葉氣體交換的影響

哈茨木霉接種于濕地松幼苗可顯著地增加了濕地松幼苗的凈光合速率和蒸騰速率(圖1A，p<0.05)，同時顯著降低了氣孔導度和水分虧缺(圖1B，p<0.05)，也顯著地降低了葉片胞間二氧化碳的濃度(圖1C，p<0.05)。

2.2 哈茨木霉接種對濕地松幼苗針葉葉綠素熒光參數(shù)的影響

植物葉片通過葉綠素分子所吸收的太陽能以三種途徑進行耗散：其一是驅動光化學反應；其二是以熱量的形式散發(fā)；其三是以葉綠素熒光的形式散發(fā)。這三個過程相互競爭，因此測量葉綠素熒光可以很好地監(jiān)測植物葉片的光化學效率及其熱量散發(fā)情況。哈茨木霉對濕地松幼苗的浸染顯著地改變了其針葉的熒光參數(shù)。從圖2可以看出，除了哈茨木霉侵染顯著降低熒光參數(shù)Y(NO)(圖2D，p<0.05)，其侵染都顯著提高了其它幾個熒光參數(shù)[Y(II)、qL、ETR、qP和Fv/Fm](圖2A，B和C，p<0.05)。這些結果表明哈茨木霉對濕地松幼苗的侵染可以顯著改變其光系統(tǒng)II的行為。

2.3 哈茨木霉接種對生物量累積及其分配的影響

哈茨木霉接種對濕地松幼苗生物量的累積與分配產(chǎn)生了很大的影響。從圖3可以看出，哈茨木霉不僅顯著增加了濕地松幼苗根系生物量、地上部分的生物量和總生物量(圖3A和B，p<0.05)，而且顯著地改變了濕地松幼苗生物量的分配(圖3A)，即：顯著增加了生物量向根系的分配(p<0.05)。

圖3 哈茨木霉接種對濕地松幼苗生物量累積及其分配的影響

3 討論

哈茨木霉屬于多功能有益真菌，人們對其深入研究旨在更好地將其應用到農(nóng)林實際生產(chǎn)上和人類健康上。哈茨木霉接種到濕地松幼苗上，顯著改變了也針葉的光系統(tǒng)II的行為，使其光化學參數(shù)[Y(II)、qP和Fv/Fm]顯著增加(圖2A和C)，從而使凈光合速率顯著增加(圖1A)。凈光合速率的顯著增加導致了其胞間二氧化碳濃度的顯著減少(圖1C)。同時，哈茨木霉接種也改變了濕地松幼苗針葉的氣孔行為，使其蒸騰速率顯著增加(圖1A)。哈茨木霉提高濕地松幼苗凈光合速率，也可能與其增加葉綠素含量有關，因為接種了哈茨木霉的西紅柿和辣椒的葉綠素含量增加[16，17]。

哈茨木霉接種于濕地松幼苗顯著增加其生物量累積(圖3)，這種累積的增加直接與哈茨木霉對其凈光合速率的影響(圖1A)有關。盡管哈茨木霉于濕地松幼苗根系共生會消耗一定數(shù)量的有機物，但其共生并沒有減少濕地松幼苗向根系的生物量的分配，反而增大了生物量向根系的分配(圖3A)。哈茨木霉接種于濕地松幼苗導致其根系生物量分配增加有利于根系發(fā)育，這對于提高濕地松幼苗的質量具有很大意義。

哈茨木霉提高生物量向根系的分配可以改變根系的構型。陸寧海等的實驗結果表明，哈茨木霉接種于西紅柿幼苗可增加根系的長度，同時顯著增加西紅柿幼苗對氮和鉀的吸收。哈茨木霉的影響促進了植物的生長。由此可以推測，哈茨木霉促進濕地松幼苗的生長與其對濕地松幼苗根系構型和營養(yǎng)吸收有關。

哈茨木霉接種于濕地松幼苗可以促進其生長，提高其苗木的質量，因而可以用于濕地松幼苗的培育。