有機磷和AM真菌對油茶生長、根系形態和光合作用的影響

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（江西農業大學 鄱陽湖流域森林生態系統保護與修復國家林業局重點實驗室，江西 南昌 330045）

油茶Camellia oleifera隸屬于山茶科山茶屬，在我國種植時間長，主要分布在我國長江流域及南方紅壤地區[1]。油茶是木本油料樹種之一，是以果實為主要產品的經濟樹種，其果實經過加工可制成高級保健品等一系列產品[2-3]。植物的生長發育離不開磷。近年來，為了提高產量，在油茶高產高效經營中主要通過施用大量的磷肥來增加土壤磷含量，造成土壤板結、土壤污染等問題，對生態環境產生一定的影響。因此，合理利用磷肥資源，提高作物產量，并減少環境風險，是我國油茶產業可持續發展中面臨的突出問題[4-5]。

叢枝菌根（arbuscular mycorrhizas，AM）真菌，是一類極為古老的土壤真菌，與80%以上的陸地植物形成共生關系。在作物生產過程中，AM真菌在改善植物對土壤中營養元素的吸收、提高作物產量等方面發揮重要作用[6]。土壤中磷元素主要以無機磷和有機磷形式存在，有機磷不易被植物吸收和利用，經轉化后才能被吸收[7]。目前，國內外學者已證實AM 真菌能夠促進植物對土壤中多種形態有機磷的吸收[8-9]。葉少萍等[10]、任愛天等[11]的研究結果表明，在一定磷水平下，接種AM 真菌可顯著提高狗牙根Cynodon dactylon和紫花苜蓿Medicago sativa的株高、根長度等；馬坤等[12]經研究發現，在不同干旱脅迫條件下，接菌處理可提高木棉Bombax ceiba體內磷元素的含量；吳曉蕾等[13]經研究發現，在一定的重金屬脅迫條件下，接種AM 真菌可以提高黃瓜Cucumis sativus葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率。

目前，有關AM 真菌對油茶吸收有機磷影響的研究鮮見報道。本研究中以1年生油茶實生苗為研究對象，探究AM 真菌和有機磷對油茶生長、根系形態、葉片光合參數等的影響，旨在提供有效促進油茶吸收有機磷的途徑，為油茶高產高效集約化經營提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試油茶植株為1年生實生苗，由江西省林業科學院提供。栽培前將油茶實生苗根部放入10%雙氧水中消毒15 s，然后使用蒸餾水反復沖洗干凈。AM 真菌菌劑為含有摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae真菌孢子、菌絲和宿主植物根段的砂土，購自長江大學根系生物研究所。

供試基質為河沙與紅壤土的混合物（體積比1∶1）。河沙洗至不再渾濁。紅壤土取自江西農業大學校園內，pH 為5.6，其有效磷、速效鉀、銨態氮、硝態氮、有機質含量分別為2.90、49.65、1.24、1.16、18.40 mg/kg。基質過2 mm 篩，進行高溫（121 ℃）滅菌2 h。將供試基質裝入塑料花盆（14.5 cm×15.0 cm），每盆約裝1.5 kg。

供試有機磷肥為植酸鈣C6H6Ca6O24P6，純度89.00%，P 含量為20.86%。

1.2 試驗設計

2018年4月，在江西農業大學實踐基地大棚內進行試驗。共設4 個處理：不接種AM 直菌，不施有機磷肥（CK）；接種AM 直菌，不施有機磷肥（A）；接種，施有機磷肥（AP）；不接種AM 直菌，施有機磷肥（P）。每個處理15 盆，共60 盆。在土壤中間挖孔，接種處理每盆加入60 g菌劑，不接種處理每盆加入等量的滅活菌劑。施有機磷肥處理的有機磷肥施用量為50 mg/kg。

油茶生長期間采用自然光照，并充分供水，分別在2018年8月和12月收獲油茶植株，收獲前測定株高、地徑、葉面積、氣體交換參數。

1.3 指標測定和統計

1.3.1 菌根侵染率

采用臺盼藍染色法對根系進行染色[14]，在顯微鏡（200 倍）下觀察AM 真菌的結構，用十字交叉法統計AM 真菌侵染率，分別記錄叢枝侵染率、泡囊侵染率、菌絲侵染率和總侵染率[15]。AM 真菌總侵染率為被AM 真菌侵染的交叉點數占總交叉點數的百分比，叢枝侵染率為含叢枝的交叉點數占總交叉點數的百分比，泡囊侵染率為含泡囊的交叉點數占總交叉點數的百分比，菌絲侵染率為含菌絲的交叉點數占總交叉點數的百分比。

1.3.2 生長指標和磷含量

使用直尺測量油茶植株高度，使用游標卡尺測量油茶地徑，使用YMJ-B 葉面積儀測量油茶展開葉片面積。將油茶地上部分和地下部分分開，105 ℃條件下殺青15 min，70 ℃條件下烘干至恒質量，計算根冠比（根干質量/地上部分干質量）。采用EPSON PERFECTION V700 PHOTO 型掃描儀及WinRHIZO（Pro2012）根系分析軟件測定根系構型。采用H2SO4-H2O2消煮法測定植株磷含量[16]。

1.3.3 光合指標

選擇收獲前晴天的9:00—11:00，以油茶生長點下第3 ～5 片展開葉為材料，使用LI-6400 便捷式光合儀（LI-COR 公司，美國）測定凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。測定時，CO2濃度定為400 μmol/(m2·s)，葉室溫度設為26 ℃，光照強度為1 000 μmol/(m2·s)[17-18]。

1.4 數據處理

使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 20.0 軟 件進行數據處理和分析[19]，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）方法中的鄧肯檢驗（Duncan’s test）進行顯著性分析和處理間均值的比較，采用雙因素方差分析（Two-way ANOVA）方法檢測接種處理、施磷處理間的交互作用。

2 結果與分析

2.1 有機磷對AM 真菌侵染油茶的影響

在2 個收獲期，對照處理和僅施有機磷處理中未發現AM 真菌侵染。A 處理和AP 處理下油茶的菌根侵染情況如圖1所示。由圖1可見，與8月收獲油茶植株相比，12月收獲油茶植株根系AM 真菌的總侵染率均有所提高。A 處理和AP 處理下，8月收獲油茶植株根系的總侵染率分別為49.67%、33.33%，主要為菌絲侵染，菌絲侵染率分別為41.33%、31.33%。A 處理和AP 處理下，12月收獲油茶植株根系的總侵染率分別為57.67%、67.00%，主要為泡囊侵染，泡囊侵染率分別為27.67%、31.00%。油茶根系AM 真菌侵染情況可能與油茶的生長狀況有關。

圖1 不同處理下油茶的菌根侵染率Fig.1 Mycorrhizal infection rate of C.oleifera under different treatments

2.2 AM 真菌和有機磷對油茶生長和生理生化指標的影響

2.2.1 對油茶各生長指標的影響

不同處理下油茶的各生長指標見表1，其方差分析結果（P值）見表2。由表2可知，接種AM真菌（A 處理）對8月待收獲油茶植株的葉面積和根冠比無顯著影響，其余均有顯著積極作用。接種AM 真菌（A 處理）顯著影響到12月待收獲油茶植株的生長；接種AM 真菌和施有機磷（AP處理）對其地徑的影響存在交互作用。由表1可知，在2 個收獲時間，接種AM 真菌明顯提高了油茶的株高、地徑和葉面積，A 處理的這些指標在8月收獲前與對照相比分別提高了17.54%、8.75%、6.43%，在12月收獲前與對照相比分別提高了17.64%、25.89%、41.63%。僅施有機磷對油茶植株的生長無顯著影響。接種AM 真菌降低了油茶根系根冠比，A 處理的根冠比在8月和12月收獲前與對照相比分別降低了18.25%、23.58%。結果表明，接種AM 真菌降低了油茶的根冠比，提高了油茶的株高、地徑、葉面積，有利于植物的生長。

表1 不同處理下油茶各生長指標?Table 1 Biomass growth index of C.oleifera under different treatments

表2 不同處理下油茶各生長指標的方差分析結果（P 值）?Table 2 The results of variance analysis (P value) of various growth indexes of C.oleifera under different treatments

2.2.2 對油茶根系各形態指標的影響

不同處理下油茶根系的各形態指標見表3，其方差分析結果（P值）見表4。由表4可知，接種AM 真菌（A 處理）對8月收獲油茶植株的根冠比無顯著影響，其余均有顯著積極作用；接種AM 真菌和施有機磷（AP 處理）對其根系長度、表面積和平均直徑的影響存在交互作用。接種AM真菌（A 處理）顯著影響到12月收獲油茶植株的根系結構；接種AM 真菌和施有機磷（AP 處理）對其根系長度、表面積和體積的影響存在交互作用。由表3可知，不同處理對油茶根系各項形態指標有著不同程度的影響。在2 個收獲期，接種AM 真菌對油茶根系生長有積極作用。與施有機磷相比，接種AM 真菌提高了油茶根系長度、根系投影面積、根系表面積、根系平均直徑、根系體積，A 處理的各根系形態指標在8月收獲前與對照相比分別提高了23.36%、6.51%、1.16%、5.3%、12.5%，在12月收獲前與對照相比分別提高了37.13%、23.32%、7.76%、13.10%、13.04%。結果表明，接種AM 真菌后油茶根系的吸收范圍擴大，為植物吸收營養元素提供了更多的場所，促進了植物的生長發育。

表3 不同處理下油茶根系各形態指標Table 3 Morphological indexes of C.oleifera root system under different treatments

表4 不同處理下油茶根系各形態指標的方差分析結果（P 值）Table 4 The variance analysis results of each morphological index of C.oleifera root system under different treatments (P value)

2.2.3 對油茶植株磷含量的影響

不同處理下油茶植株磷含量如圖2所示，其方差分析結果（P值）見表5。由表5可知，接種AM 真菌（A 處理）對8月收獲油茶植株地上部和根系磷含量均有顯著積極作用；接種AM 真菌和施有機磷（AP 處理）對其根系磷含量的影響存在交互作用。接種AM 真菌（A 處理）顯著影響到12月收獲油茶植株磷含量的變化。由圖2可見，接種AM 真菌后油茶植株的地上部和根系磷含量明顯提高。接種AM 真菌（A 處理）、施有機磷（P 處理）、接種AM 真菌且施有機磷（AP 處理）后，8月收獲油茶植株地上部磷含量分別比對照增加了101.80%、308.11%、156.76%，其根系磷含量分別增加了54.21%、127.81%、31.74%。接種AM 真菌（A 處理）、施有機磷（P 處理）、接種AM 真菌和施有機磷（AP 處理）后，12月收獲油茶植株地上部磷含量分別比對照增加了61.98%、197.65%、43.66%，其根系磷含量分別增加了30.32%、78.34%、14.44%。結果表明，接種AM真菌能夠提高油茶植株對磷元素的獲取能力，間接改善其對有機磷的利用，在體內形成一定的磷儲存，有利于油茶植株的生長。

圖2 不同處理下油茶植株磷含量Fig.2 Phosphorus contents in C.oleifera under different treatments

表5 不同處理下油茶植株磷含量的方差分析結果（P 值）Table 5 The variance analysis results of phosphorus contents in C.oleifera under different treatments (P value)

2.2.4 對油茶葉片光合指標的影響

不同處理下油茶葉片各光合指標如圖3所示，其方差分析結果（P值）見表6。由表6可知，接種AM 真菌（A 處理）對8月待收獲油茶植株的各光合指標均有顯著積極作用。接種AM 真菌（A處理）顯著影響到12月待收獲油茶植株葉片的光合作用。由圖3可見，AM 真菌和有機磷2 個因素在不同程度上影響著油茶葉片的光合指標。與12月待收獲油茶植株相比，8月待收獲油茶植株葉片的光合指標均較高，可能與夏季溫度高有關。按8月待收獲油茶植株的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率由大到小排列，各處理依次為AP、A、P、CK，接種AM 真菌且施有機磷處理的各指標顯著高于其他處理；按其胞間CO2濃度由大到小排列，各處理依次為CK、P、A、AP。12月待收獲油茶植株的4 個光合指標的變化趨勢基本與8月待收獲油茶植株保持一致。結果表明，AM 真菌可以提升油茶葉片的氣體交換能力，通過提高氣孔導度，提高植株葉片的凈光合速率和蒸騰速率。

圖3 不同處理下油茶葉片各光合指標Fig.3 Photosynthetic indexes of C.oleifera leaves under different treatments

表6 不同處理下油茶葉片各光合指標的方差分析結果（P 值）Table 6 The variance analysis results of various photosynthetic indexes of C.oleifera leaves under different treatments (P value)

3 結論與討論

AM 真菌的寄主范圍廣泛，其生活史與寄主植物息息相關。本試驗中油茶AM 真菌侵染率為33.33%～67.00%，表明油茶是菌根植物，與AM真菌之間具有一定的親和力，與王東雪等[20]的研究結果基本一致。馮欣欣[21]和劉永俊等[22]的研究結果表明，在黃土高原地區狼牙刺Sophora davidii和檸條Caragana korshinskii的AM 真菌侵染率的變化與宿主植物的物候有關。本試驗中12月收獲油茶植株根系的總侵染率高于8月收獲油茶植株，可能是在2 個收獲期油茶的生長狀況不同，造成AM 真菌共生體的形成情況不同。植物各項生理生長指標之間關聯緊密，生長量是植物生長狀況的重要體現[23]。王東雪等[20]在試驗中發現，接種AM 真菌可提高油茶的株高、地徑等；舒波[24]在研究中發現，植酸鈣和AM 真菌的協同作用顯著提高了枳Poncirus trifoliate的株高和磷濃度。本研究結果表明，接種AM 真菌和施有機磷顯著提高了8月和12月收獲油茶植株的高、地徑和葉面積。其原因可能是有機磷為AM 真菌的生長繁殖提供了更多的磷源，AM 真菌在油茶根系定殖后，能與植株形成根系-菌絲體結構，菌絲促進根系對礦質營養元素的吸收，提高了根系的獲取能力，從而提高了油茶的生物量[25]。

植物根系吸收養分和水分的能力主要取決于根系形態[26-27]。韋竹立[28]的試驗結果表明，接種不同AM 真菌均能顯著增加玉米Zea mays的根系長度、根表面積等；陸爽等[29]的研究結果表明，在鹽脅迫下菌根化紫花苜蓿根系表面積高于非菌根化植株。本研究中，接種處理顯著提高了油茶根系長度、根系表面積、根系體積等，與前人研究結果一致。AM 真菌能誘導油茶根系產生更多的生長素，促進側根的生長，從而改善油茶根系的形態，使菌根能在土壤中形成菌絲網格，為植物提供更多的吸收場所[30-31]。

植物葉片光合作用的能力間接影響著植物的生長。已有研究結果表明，AM 真菌對植物的光合作用有積極影響[32]。鄒慧等[33]經研究發現，土著AM 真菌顯著提高了西南樺Betula alonoides的光合參數，促進了其對磷的吸收。本試驗中，8月收獲油茶植株的光合能力比12月收獲植株強，施有機磷條件下接種AM 真菌后，油茶植株葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率均明顯增加，胞間CO2濃度降低，表明外界溫度會影響植物葉片的光合作用，AM 真菌能夠提高油茶葉片的光合能力，增加氣孔導度，使更多的外界CO2進入葉肉細胞，為光合作用提供更充足的原料[34]。

AM 真菌能進一步礦化土壤有機磷，有效提高根際土壤磷的利用率[35]。有研究者發現AM 真菌能夠提高玉米[36]、高粱Sorghum bicolor[37]等寄主植物的磷含量。本試驗中，施有機磷條件下接種AM 真菌后，油茶植株的磷含量顯著高于非菌根油茶，而僅施有機磷對油茶植株的磷吸收影響不大，這與Ciereszko 等[38]的相關研究結果一致。其原因是AM 真菌可從土壤中吸收無機磷，擴大了植物根系吸收磷的范圍，同時AM 真菌的菌絲能分泌特定物質改變其周圍土壤的性質，以間接的方式影響植物的磷含量。

綜上所述，油茶與AM 真菌形成共生關系，在施有機磷條件下，接種AM 真菌能夠改善油茶植株根系的形態結構，提高油茶對磷等營養元素的吸收和利用，增強光合作用，促進植株生長。而AM 真菌促進油茶利用有機磷的作用機制尚未明確，有待進一步深入研究。