江南油杉幼苗接種AMF的菌根浸染及依賴性分析

姜 英，劉 菲，劉雄盛，李 娟，何應(yīng)會(huì)，黃榮林，蔣 燚

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530002）

菌根是菌根真菌菌絲與高等植物營養(yǎng)根系形成的聯(lián)合共生體。叢枝菌根真菌（arbuscular mycor?rhizal fungi，AMF）是能與地球上大部分陸生維管植物形成菌根結(jié)構(gòu)的土壤真菌[1]，其與宿主形成的菌根結(jié)構(gòu)稱為叢枝菌根（AM）[2]。叢枝菌根可通過改良土壤根際微生態(tài)環(huán)境[1]以及提高宿主植物橫向根壓和縱向蒸騰拉力[3-4]，為宿主植物提供特殊的快速吸收方式，提高植物對(duì)土壤水分以及礦物質(zhì)元素的吸收和運(yùn)輸[5-6]，改善和增加植株的生物量[7]，在植物生長和環(huán)境改善中有非常重要的作用。

江南油杉（Keteleeria fortuneivar．cyclolepis）為松科（Pinaceae）油杉屬常綠針葉大喬木，是我國特有種。其樹干通直，材質(zhì)致密、紋理美觀且經(jīng)久耐用[8]；枝葉茂密濃綠，優(yōu)雅美觀，耐干旱，抗逆性強(qiáng)[9]，可作為珍貴鄉(xiāng)土用材樹種或園林綠化觀賞樹種栽培。江南油杉前期生長緩慢，后期速生，如何提高其前期生長速度，是該樹種復(fù)壯面臨的難題。目前，江南油杉的研究主要集中在種質(zhì)資源[10]、苗木繁育[11]及苗期抗性[12]、人工林培育[13]、營養(yǎng)器官結(jié)構(gòu)特征[14]及植物分類[15]等方面，接種真菌對(duì)其菌根影響方面的研究鮮有報(bào)道。本研究對(duì)江南油杉進(jìn)行接種AMF 處理，對(duì)接種后的苗木進(jìn)行菌根檢測和浸染率調(diào)查，探索接種AMF 對(duì)江南油杉苗木前期生長緩慢的改善作用，可為菌根化育苗和促進(jìn)江南油杉苗木培育提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

菌種：供試菌種購買于北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，2 個(gè)摩西球囊霉菌種（Glomus.mosseae，MX，以下簡稱GM）和2 個(gè)幼套球囊霉菌種（Glomus.etunicatum，YT，以下簡稱GE)，共4 個(gè)菌劑（表1）。

表1 供試AMF基本情況Tab.1 Basic information of arbuscular mycorrhizal fungi

苗木：選擇江南油杉田林種源的種子，種子經(jīng)處理后用滅菌沙床催芽，長成芽苗后，選擇長勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行移栽。移栽的基質(zhì)袋規(guī)格為20 cm×20 cm（直徑×高），移栽的基質(zhì)為草炭土∶珍珠巖∶沙（7∶2∶1）。將基質(zhì)袋裝滿滅菌基質(zhì)后，在袋中心位置打1 個(gè)4 cm×5 cm（直徑×高）的小洞，洞內(nèi)加入10 g 菌劑，再放入1 株健壯的芽苗，輕輕壓實(shí)基質(zhì)，使芽苗根系與菌劑基質(zhì)貼合，適當(dāng)補(bǔ)充基質(zhì)裝至杯口，澆水定根。分不同菌劑接種移植，移植后進(jìn)行單株培養(yǎng)。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與指標(biāo)測定

試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)處理，4 個(gè)菌劑（HUN03B、XJ08A、HEB04、XJ04B）接種處理和1個(gè)對(duì)照（CK），每處理6次重復(fù)，共計(jì)30盆。接種40、70和360天時(shí)，進(jìn)行菌根真菌浸染檢測，接種1年半后進(jìn)行生長數(shù)據(jù)及菌根依賴性指數(shù)測定。

菌根真菌浸染檢測：對(duì)不同處理苗木的根系進(jìn)行取樣，選取切斷的根系，清洗干凈后剪至1 cm長，用FAA 固定液（70%酒精∶冰醋酸∶福爾馬林=90∶5∶5）固定一段時(shí)間后，采用墨水醋染色法[16]染色制片，采用Olympus CX-41 型光學(xué)顯微鏡對(duì)菌根真菌侵染情況進(jìn)行觀察、記錄并拍照。

生長數(shù)據(jù)測定：去掉基質(zhì)后洗凈并吸干表面水分，用卷尺測量苗高和主根長（精確至0．1 cm）；用游標(biāo)卡尺測量地徑和根頸粗（精確至0．01 mm）；并記錄≥5 mm根的數(shù)量。

菌根依賴性指數(shù)（MD，%）測定：對(duì)不同處理苗木的根、莖和葉生物量（g）進(jìn)行測定，洗凈并吸干表面水分后，105 ℃殺青5 min 后80 ℃烘干至恒重，分別稱取重量，三部分之和為總生物量。

1．3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 18．0 軟件進(jìn)行分析和差異性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2．1 AMF對(duì)江南油杉苗木根系的浸染效果

4 種菌劑均能對(duì)江南油杉根系完成浸染過程，形成明顯的叢枝菌根結(jié)構(gòu)（圖1）。對(duì)比柚木（Tecto?na grandis）接種研究[17]，AMF 對(duì)江南油杉樹種的浸染程度小、浸染率低，形成菌根結(jié)構(gòu)所需時(shí)間長。接種40和70天均未發(fā)現(xiàn)浸染菌根，接種360天的根系中發(fā)現(xiàn)菌根結(jié)構(gòu)（表2）。4 種菌劑中，接種XJ08A浸染苗木根系效果最好，浸染率最高（41．57%）；其他3 種菌劑的浸染率均較低（16．87% ～35．96%）；未接種處理的浸染率為2．83%，可能是自然界中存在的本土AMF進(jìn)行了浸染。

表2 江南油杉接種AMF后的菌根侵染率Tab.2 Mycorrhizal infection rate of K.fortunei var.cyclolepis inoculated with AMF

圖1 AMF浸染形成的菌根結(jié)構(gòu)Fig.1 Mycorrhizal structures inoculated with AMF

2．2 AMF對(duì)江南油杉苗木生長及生物量的影響

接種AMF 一定程度上促進(jìn)了江南油杉苗木的生長（表3 ～4）。苗高、地徑、根頸粗、地下鮮重和地下干重均以接種XJ08A 菌劑處理最大，均顯著高于CK（P＜0．05）。主根長、地上鮮重、地上干重和總生物量以接種XJ04B 菌劑處理最大，均顯著高于CK（P＜0．05）。≥5 mm 根數(shù)以接種HUN03B 菌劑處理最多，為CK的1．89倍，處理間差異均不顯著。

表3 接種AMF對(duì)江南油杉苗木生長的影響Tab.3 Effects of inoculation with AMF on growth of K.fortunei var.cyclolepis seedlings

續(xù)表3 Continued

表4 接種AMF對(duì)江南油杉苗木生物量的影響Tab.4 Effects of inoculation with AMF on biomass of K.fortunei var.cyclolepis seedlings(g)

2．3 江南油杉幼苗菌根依賴性

根據(jù)Nemec[18]的分類方法，可將植物對(duì)菌根的依賴程度分為3 級(jí)：MD ≥300%時(shí)，為高強(qiáng)度依賴；300% ＞MD ≥200%時(shí)，為中等強(qiáng)度依賴；200% ＞MD ≥100%時(shí)，為弱依賴或無依賴。江南油杉苗木對(duì)4 種菌劑的依賴程度有差異，菌根依賴性指數(shù)為199．10% ～330．18%（表5）。接種HEB04 菌劑處理的苗木菌根依賴性最小（199．10%），為弱依賴或無依賴；接種HUN03B 菌劑處理的苗木菌根依賴性指數(shù)為298．13%，為中等依賴；接種XJ04B 和XJ08A 菌劑處理的苗木菌根依賴指數(shù)分別為330．18%和318．08%，為高強(qiáng)度依賴。

表5 接種不同菌劑江南油杉苗木的菌根依賴性Tab.5 Effects of inoculation with AMF on biomass of K.fortunei var.cyclolepis seedlings

3 結(jié)論與討論

AM 菌根結(jié)構(gòu)的形成能增強(qiáng)苗木根系對(duì)空氣和土壤中氮素的吸收和固定能力，增加脲酶和蛋白酶的活性[1]，加速植株的氮素營養(yǎng)利用率；菌根結(jié)構(gòu)可對(duì)根際某個(gè)微區(qū)內(nèi)土壤的磷酸酶產(chǎn)生刺激和分泌作用[1,19]，加速全磷向有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，使得根際全磷量減少，速效磷富集，能顯著提高植株的磷營養(yǎng)效率；菌根的形成可提高根際土壤中各類微生物的數(shù)量[1,20]；AMF 與一些溶磷、溶氮細(xì)菌共同作用，可增加土壤中有效氮和有效磷的含量，進(jìn)一步促進(jìn)植物對(duì)氮和磷的吸收與利用[20-21]，提高植株生物量。本試驗(yàn)中，4 種菌劑接種處理的江南油杉苗木苗高、地徑和生物量均不同程度高于對(duì)照，表明這4 種叢枝菌根真菌對(duì)江南油杉苗木的生長發(fā)育均有一定的促進(jìn)作用，驗(yàn)證了之前研究中AM 菌根可促進(jìn)植物生物量的結(jié)論。

4 種菌劑對(duì)江南油杉苗木生長的影響不同，表明宿主植株與AMF 之間存在雙向選擇性。不同菌劑（菌株）可能因?yàn)榉蛛x地和分離植株的不同，對(duì)相同植物的浸染效果產(chǎn)生差異[22-24]。不同的AMF 與植株形成菌根所產(chǎn)生的根際效應(yīng)有所不同[1]。江南油杉對(duì)這4 種菌劑表現(xiàn)出的菌根依賴性也不相同，對(duì)HEB04 的菌根依賴性最低，對(duì)HUN03B 表現(xiàn)出中等依賴，對(duì)XJ08A 和XJ04B 表現(xiàn)出高強(qiáng)度依賴。說明XJ08A和XJ04B兩種菌劑能明顯促進(jìn)江南油杉的生長發(fā)育，其中XJ08A 對(duì)江南油杉根系生長的促進(jìn)作用最顯著。

AMF 對(duì)江南油杉樹種的浸染程度小、浸染率低，形成菌根結(jié)構(gòu)時(shí)間長，如何有效縮短AMF 對(duì)江南油杉根系的浸染時(shí)間并提高其浸染率是今后菌根研究努力的方向。而這些是否與江南油杉樹種根系生長特性有關(guān)聯(lián)、油杉的油脂性是否會(huì)阻礙菌根結(jié)構(gòu)的形成以及AMF 浸染過程中對(duì)樹種的選擇偏好等有待進(jìn)一步研究。