AM真菌和無機磷處理對油茶幼苗生長和光合作用的影響

譚明曦，文旺先，林宇嵐，張林平，吳 斐，張 揚，梁戊殿

（1.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和草原局重點實驗室，江西 南昌 330045；2.江西省貴溪市林業局，江西 貴溪 335400；3.湄洲灣職業技術學院，福建 莆田 351119）

油茶Camellia oleifera隸屬于山茶科Theaceae山茶屬Camellia，為常綠小喬木，主要分布在我國南方地區，是江西省的主要經濟林樹種之一[1]。由油茶籽所榨的茶油營養價值高，還具緩解疲勞、降脂、軟化血管等功效，是食用油的最佳選擇[2]。

磷（P）是植物生長過程中的必需元素，參與植物的光合作用、酶活性調節等生理過程[3]。合理施用磷對植物具有促生作用。羅漢東等[4]通過研究發現，在每株施用0、300、600、900、1 200 g共5個磷肥水平下，油茶各指標隨磷素供應水平增加而增大。當體內磷元素不足時，植物出現矮化、葉片枯黃等癥狀，其品質和產量也進一步受到影響[5]。彭選明等[6]的研究結果表明，缺磷會降低油茶的出籽率并增加落果率；何方等[7]的研究結果表明，油茶葉片中磷含量對坐果率和產量有一定影響；袁軍等[8]經研究發現，在磷素缺乏的條件下，油茶側根的分化與伸長會受到抑制。土壤中以無機磷為主，占土壤全磷含量的50%～90%[9]，其中僅水溶性無機磷（H3PO4和H2PO4－）能被植物直接吸收利用，但這部分磷在土壤中含量少，是植物生長的限制因素[10]。油茶林地磷的虧缺臨界值為12 mg/kg[11]。奚如春等[12]經研究發現，江西省油茶林地土壤中普遍嚴重缺乏N、P、K 元素；龔斌等[13]經研究發現，江西宜春等地油茶林土壤中速效磷含量為1 ～5 mg/kg，土壤的保水保肥能力弱；王玉娟等[14]測得江西泰和縣油茶林土壤中速效磷含量為1.0 ～2.6 mg/kg。在油茶經營過程中，種植者通過施用磷肥來提高油茶產量和品質。施入的磷肥因極易被土壤中的金屬離子固定成植物不可利用的形態，故其利用效率低[15]，同時會引起土壤退化、土壤板結等環境問題，從而降低油茶林地的生產力。因此，提高油茶林地土壤有效磷含量和降低磷肥的施用量是我國油茶產業可持續發展中急需解決的問題。

叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是土壤共生真菌中分布最廣泛的一類真菌，在改善土壤磷吸收、改善植物光合作用、促進植物生長等方面發揮著重要作用[16-22]。目前，有關油茶根際土壤中AM真菌的研究主要集中在AM真菌群落組成、AM真菌對油茶磷吸收的影響、有機磷與AM真菌對油茶光合作用的影響等方面[23-24]，有關無機磷對油茶影響的研究報道較為鮮見。本試驗中以1年生油茶實生苗為研究對象，采用盆栽試驗方法，探究施加無機磷和接種幼套近明球囊霉對油茶幼苗生長、葉片葉綠素含量、光合特性和葉綠素熒光參數的影響，旨在為集約化經營油茶的合理施肥和菌根技術應用提供參考。

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，栽培前放入10%雙氧水中消毒15 s，并使用蒸餾水反復沖洗干凈。

使用幼套近明球囊霉Claroideogolmus etuicatum作為供試菌種。該菌種購自長江大學根系生物學研究所，購回后以玉米Zea mays和三葉草Trifolium pretense為宿主植物，以純沙為基質進行擴繁，將所得孢子（每克孢子數量為34）、根段、菌絲和擴繁基質作為供試菌劑。

試驗土壤為采自江西農業大學的紅壤土，其基本理化特征為pH 5.8、有機質含量41.25 g/kg、有效磷含量2.5 mg/kg、銨態氮含量14.24 mg/kg、硝態氮含量2.26 mg/kg。將土壤過篩（2 mm），并進行高溫滅菌（121 ℃，2 h）處理，消除土著微生物的干擾。同時，取過2 mm 篩的河沙，用自來水沖洗干凈，烘干滅菌（180 ℃，4 h）。將滅菌土和滅菌沙按體積比1∶1 混合，作為供試基質。將供試基質裝入盆（上口直徑17 cm、下底直徑12 cm、高15 cm）中，每盆裝2 kg。

1.2 試驗設計

試驗采用雙因素設計：2個AM真菌處理水平，接種或不接種；4個無機磷（KH2PO4溶液）施用水平，0、10、50、100 mg/kg。每個處理30 盆，共240 盆。

在土壤中間挖孔，接種處理每盆加入70 g 菌劑，未接種處理每盆加入等量的滅活菌劑（121 ℃，2 h）。2019年5月開始種植油茶苗，每盆栽入1 棵，確保根系與菌劑接觸。將盆栽幼苗放在江西農業大學大棚內（溫度25 ～28 ℃，相對濕度70%～75%）。在磷處理之前，澆灌正常磷水平的Hoagland 營養液。3個月后，開始施磷處理，每隔1 d 分別澆灌200 mL 不同質量分數的KH2PO4溶液，處理時長30 d。施肥處理完畢，待油茶幼苗繼續生長2個月后收獲。在收獲植株前，完成植株生物量、葉綠素含量、氣體交換參數、葉綠素熒光參數的測定。

1.3 指標測定方法

1.3.1 實生苗生物量

使用卷尺測量油茶株高，使用游標卡尺測量油茶地徑。將幼苗地上部分和地下部分分開，置于烘箱中在70 ℃條件下烘至恒質量，稱量其干質量。

1.3.2 菌根侵染率

采用臺酚藍染色法[25]對根系進行染色，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（R）[26]。

R=(N/Nt)×100%。

式中：N表示被AM真菌侵染的交叉點數量，Nt表示總交叉點數量。

1.3.3 葉綠素含量

參考李正昀[23]的方法，使用SPAD-502Plus葉綠素儀（日本Konica Minolta 公司）測定葉綠素含量。

1.3.4 光合作用參數

參考李正昀[23]的方法，選取每株油茶苗從上至下第5 片完全展開葉，使用LI-6400 便攜式光合儀（LI-COR 公司，美國）測定油茶葉片的光合參數，包括凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

1.3.5 葉綠素熒光參數

每株油茶選取3 片完整展開葉，使用PAM-2500 便攜式調制葉綠素熒光儀（Walz 公司，德國），測定油茶葉片的葉綠素熒光參數，測定前先對植株進行暗反應30 min，測定的葉綠素熒光參數包括最大光化學效率、實際光化學效率、非光化學猝滅系數和光化學猝滅系數。

1.4 數據分析

使用Excel 2016 軟件對數據進行整理，使用SPSS 20.0 軟件[27]進行雙因素方差分析，檢測接AM真菌處理、施無機磷處理及其交互作用對所有測定指標的影響。采用單因素方差分析中的Duncan’s 檢驗方法檢測不同處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 接種AM真菌及施磷對油茶AM真菌侵染率的影響

接種AM真菌及施磷對油茶AM真菌侵染率的影響見表1。由表1 可知，菌根化油茶根系AM真菌侵染率為27.33%～40.33%，表明AM真菌與油茶根系之間有一定的親和力。在接種處理下，施無機磷顯著提高了油茶根系AM真菌的侵染率。雙因素方差分析結果顯示，接種處理、施磷處理及其交互作用對油茶根系侵染率的影響均極顯著（P＜0.01），其F值分別為130.596、12.270、12.275。

表1 接種AM真菌及施磷對油茶AM真菌侵染率的影響?Table 1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the infection rate of C.oleifera

2.2 接種AM真菌及施磷對油茶生長的影響

接種AM真菌及施磷對油茶生長的影響如圖1所示。由圖1 可見，隨著KH2PO4溶液質量分數的提高，油茶植株的株高、地徑、地上部干質量和地下部干質量均呈先上升、后下降的趨勢。在施磷水平為50 mg/kg 時，接種AM真菌后，油茶的株高（26.87%）、地徑（20.00%）、地上部干質量（55.23%）和地下部干質量（14.20%）均顯著提高。結果表明在一定的無機磷濃度下，AM真菌有利于油茶的生長。

圖1 接種AM真菌及施磷對油茶生長的影響Fig.1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the growth of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對油茶生長影響的雙因素方差分析結果見表2。由表2可知，接種處理對油茶幼苗各生長指標的影響極顯著（P＜0.01）；施磷處理對油茶幼苗株高、地徑、地上部干質量、地下部干質量的影響極顯著（P＜0.01）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對油茶幼苗地徑和地上部干質量的影響極顯著（P＜0.01），對株高、地下部干質量的影響不顯著（P＞0.05）。

表2 接種AM真菌、施磷及其交互作用對油茶生長影響的雙因素方差分析結果?Table 2 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.3 接種AM真菌及施磷對油茶相對葉綠素含量的影響

接種AM真菌及施磷對油茶葉片相對葉綠素含量的影響如圖2所示。由圖2 可見，接種和不接種AM真菌處理下，油茶葉片的相對葉綠素含量均隨供磷水平的上升呈現先上升、后下降的趨勢。在10、50、100 mg/kg 施磷水平時，接種AM真菌處理的油茶葉片的相對葉綠素含量均顯著高于未接種AM真菌處理，分別提高了9.84%、11.45%、14.33%。

圖2 接種AM真菌及施磷對油茶葉片相對葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll content of C.oleifera

雙因素方差分析結果表明，接種處理對油茶幼苗葉片的相對葉綠素含量的影響極顯著（P＜0.01），F值為34.552；施磷處理及其與接種處理的交互作用對油茶幼苗葉片的相對葉綠素含量的影響均不顯著（P＞0.05），F值分別為4.643、0.910。

2.4 接種AM真菌及施磷對油茶光合作用參數的影響

接種AM真菌及施磷對油茶光合作用參數的影響如圖3所示。由圖3 可見，不同處理間油茶的光合能力存在顯著差異。不施磷條件下，接種AM真菌顯著提高了油茶的凈光合速率、胞間CO2摩爾分數和蒸騰速率，分別提高了31.72%、17.22%、39.82%。在低磷（10 mg/kg）、中磷（50 mg/kg）、高磷（100 mg/kg）水平下，接種AM真菌使得油茶凈光合速率分別顯著提高了30.54%、25.87%、23.01%，蒸騰速率分別顯著提高了30.05%、29.51%、43.42%。

圖3 接種AM真菌及施磷對油茶光合作用參數的影響Fig.3 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the photosynthesis of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對油茶光合作用參數影響的雙因素方差分析結果見表3。由表3 可知，接種處理對油茶幼苗各光合作用參數的影響極顯著（P＜0.01）；施磷處理對油茶幼苗凈光合速率、氣孔導度的影響極顯著（P＜0.01），對胞間CO2濃度、蒸騰速率的影響不顯著（P＞0.05）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對油茶幼苗各光合作用參數的影響不顯著（P＞0.05）。

表3 接種AM真菌、施磷及其交互作用對油茶光合作用參數影響的雙因素方差分析結果?Table 3 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.5 接種AM真菌及施磷對油茶葉綠素熒光參數的影響

接種AM真菌及施磷對油茶葉綠素熒光參數的影響見表4。由表4 可知，隨著KH2PO4施用水平的升高，接種和未接種AM真菌處理的油茶葉綠素熒光參數均呈先增加、后降低的趨勢。在低磷（10 mg/kg）和中磷（50 mg/kg）水平下，接種AM真菌使得油茶的光化學量子效率分別顯著提高了34.35%、66.75%，實際光化學量子效率分別顯著提高了37.92%、40.01%。

表4 接種AM真菌及施磷對油茶葉綠素熒光參數的影響?Table 4 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll fluorescence parameters of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對油茶葉綠素熒光參數影響的雙因素方差分析結果見表5。由表5 可知，接種處理對油茶幼苗最大光化學效率和實際光化學量子效率的影響極顯著（P＜0.01），而對非光化學猝滅系數、光化學猝滅系數的影響不顯著（P＞0.05）；施磷處理對油茶幼苗非光化學猝滅系數、光化學猝滅系數的影響極顯著（P＜0.01），而對最大光化學效率和實際光化學量子效率的影響不顯著（P＞0.05）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對油茶幼苗各葉綠素熒光參數的影響均不顯著（P＞0.05）。

表5 接種AM真菌、施磷及其交互作用對油茶葉綠素熒光參數影響的雙因素方差分析結果?Table 5 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth and photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

3 結論與討論

本研究結果表明，不同無機磷施用水平下，菌根化油茶根系AM真菌侵染率為27.33%～40.33%；低磷水平處理時，AM真菌能夠擴大根系的吸收面積，提高油茶的生物量；AM真菌可提高油茶葉片的葉綠素含量，增強油茶的光合能力，進而促進油茶生長。

菌根侵染率是衡量植物根系與AM真菌之間依賴性的重要指標。孔凡美等[28]經研究發現在玉米根系中AM真菌侵染率在30%以上；張淑彬等[29]經研究發現在不同磷水平下玉米AM真菌侵染率達到75%以上。本研究中，在不同磷水平下油茶菌根AM真菌侵染率均在30%以上，表明油茶與AM真菌之間具有一定的親和力，這與李正昀[23]的研究結果一致。

本研究結果表明，在土壤滅菌的條件下，施加無機磷對未菌根化油茶株高和地徑有極顯著影響，表明無機磷對油茶的生長有促進作用。同時，接種AM真菌顯著提高了油茶的株高、地徑、地上部干質量和地下部干質量，表明AM真菌對植物的生長起到積極作用。此外，接種處理與施磷處理之間的交互作用對油茶地徑和地上部干質量的影響極顯著，對株高和地下部干質量的影響不顯著。這可能是因為AM真菌的根外菌絲擴大了植物根系的吸收面積，縮短了養分運輸的距離，從而促進油茶的生長。

葉綠素是植物進行光合作用的重要物質，在生長過程中植物獲得能量和合成物質離不開光合作用[30]。本研究結果表明，在不同磷濃度下AM真菌能夠顯著增加油茶葉片的葉綠素含量，這與潘興嬌等[31]的研究結果一致，表明接種AM真菌能提高宿主植物的葉綠素含量，有利于捕獲光能，從而提高植物的光合能力，且接種AM真菌顯著提高了油茶的氣孔導度和蒸騰速率。

同時，本研究結果表明，在低磷和中磷水平下AM真菌能夠增加油茶的光化學量子效率和實際光化學量子效率；在高磷水平下，其促進效果不顯著。這與對烤煙Nicotiana tabacum[32]、木棉Bombax ceiba[33]、多花黃精Polygonatum cyrtonema[34]等的相關研究結果一致。表明接種AM真菌能提高油茶葉片的實際光化學量子效率，增強將葉片吸收的光能用于光化學傳遞的能力，從而提高植株的光合能力[35]。

本研究中以1年生油茶實生苗為研究對象，個體間差異較大，在后續相關研究中，將盡可能采用油茶組培苗或扦插苗作為試驗材料，并進一步研究AM真菌與解磷細菌互作對油茶磷吸收的影響，探究其參與調控油茶根際土壤有機磷的礦化和周轉的機理，從而為集約化經營油茶磷養分管理提供參考。