磷脅迫下內生真菌對宿主布頓大麥生長及生理性狀的影響

關鍵詞：磷脅迫；內生真菌：布頓大麥；生長發育；酸性磷酸酶活性；多酚含量

布頓大麥是一種高質量飼草，其莖葉柔軟、口感良好，在牛、馬、羊等家畜飼養中廣受歡迎：此外，成熟后的布頓大麥也適合其他家畜食用，食用后有助于幼畜快速發育、提高母畜受胎率和幼畜的成活率。有研究發現，新疆地區的野生布頓大麥具有較高的內生真菌侵染率。研究表明禾草內生真菌可以在禾草植株內部生長并進行全部或大部分的生命周期發展，而禾草本身不會表現出任何外部癥狀。內生真菌的菌絲會隨著種子發芽擴展到禾草地上部，在各器官如分蘗、莖稈、葉片和花序等內部生長，同時這些內生真菌又能夠促進宿主植物產生更多分蘗，促進種子發芽和幼苗生長，增加生物量積累，加快宿主植物的生長。另外，內生真菌還能夠增強植物對某些非生物脅迫的抗性，包括抗蟲、抗營養缺乏、抗強光、抗旱等，加速土壤中全磷的溶解，從而促進植物吸收可溶性磷，并增強其在低磷環境下的抗性。

磷是植物生長過程中不可或缺的元素之一，植物磷營養主要通過吸收土壤中的無機磷來獲取。研究表明，磷是構成ATP和ADP等關鍵分子的重要組成部分，而這些分子對于草坪草地上部和地下部的生長至關重要，缺磷將導致草坪草生長緩慢。研究發現，低磷脅迫時，植物會通過增強根系生長來增加磷的吸收，這個過程中植物通過調節信號分子如NO、H2S和激素等來改變體內磷的吸收、轉運等生理反應，以適應低磷脅迫的環境條件。磷缺乏會抑制植物的生長和發育，導致植株生長減緩和變矮，降低生物量和產量。酸性磷酸酶是一種具有催化作用的酶，能夠分解磷酸單酯或酸酐，從而釋放出無機磷酸根離子。酸性磷酸酶活性的增強被認為是植物適應低磷環境的普遍響應。多項研究表明，在低磷脅迫下，眾多植物如擬南芥、玉米、大豆、水稻、大麥、小麥和菜豆等體內的酸性磷酸酶活性均有所增加，從而促進植物對有機磷的活化利用。

本試驗以新疆溫宿縣含內生真菌的布頓大麥（E+）和不含內生真菌的布頓大麥（E-）為供試材料，研究低磷脅迫下內生真菌對布頓大麥生長和生理特性的影響，以期為用內生真菌創建新種質資源奠定一定理論基礎，對內生真菌在禾草育種作用方面具有重要意義。

1材料與方法

1.1供試材料及磷脅迫處理

布頓大麥種子采自新疆維吾爾自治區阿克蘇地區溫宿縣。實驗室前期處理得到的溫宿縣E+、E-布頓大麥種子，經鑒定E+種子帶有內生真菌屬Epichloe后，挑選飽滿的E+、E-種子作為試驗材料。于2022年1月用清水進行萌發，待長出葉片后移栽到溫室中的4L水培盒中，每盒19個孔，每孔一株苗。每盒連接一個充氧泵，每天定時換氣，每3d更換一次1/2Hoagland營養液。溫室培養條件：燈光照射光強，晝／夜溫度為（28+2）℃/（15+3）℃，日照時長約12h。移栽到水培盒后40d，采集植株分蘗葉鞘內表皮的薄層，采用苯胺藍染色法染色后鏡檢布頓大麥是否帶有內生真菌，不帶菌的確定為內生真菌陰性（E-），帶菌的確定為內生真菌陽性（E+）。

低磷脅迫處理共設置3個磷濃度，營養液全磷濃度為30.96mg·L。其中，無磷組（P0）：水培時營養液中不添加KH2P04，用KC1替換，營養液其他配方成分不變；半磷組（P1）：KH2P04與KC1含量各為50%．營養液其他配方成分不變：全磷組（P2）：按照營養液設計要求添加KH2P04，其他配方成分不變。各組營養液配制好后澆灌，并在水培箱蓋上做好標記，最終將水培苗分為6個組，即POE+、POE-、PIE+、PIE-、P2E+和P2E-。每組4盆苗，共計24盆。于移栽水培盒后45 d開始低磷脅迫處理。后面管理中，每3d澆一次相對應的營養液．7d換一次水，磷脅迫滿40d后取樣進行生理生態指標測定。

1.2植株生物量及生理指標測定

磷脅迫滿40d后，首先用直尺測量株高，用計數法統計分蘗數：其次將布頓大麥植株全部從水培盒中取出，將地上部與地下部分開，根部清洗干凈、吸干表面水分。用稱量法測定植株鮮重與干重，計算布頓大麥地上部與地下部含水量。公式為：絕對含水量（%）=（Wf.-W）/Wf.×100，式中，Wf為鮮重（g），W為干重（g）。酸性磷酸酶（ACP）活性測定使用南京建成生物工程研究所生產的酸性磷酸酶測試盒。多酚含量測定采用Folin-Ciocalteus法。

1.3數據統計與分析

數據統計分析采用SPSS 26.0軟件。使用GraphPad Prism 9.5軟件繪圖。用單因素方差分析不同磷濃度處理下布頓大麥株高、分蘗數、地上和地下部鮮重和干重以及含水量、ACP活性和多酚含量的差異性，獨立樣本t檢驗分析相同磷濃度處理下上述指標帶菌和不帶菌的差異性。用雙因素分析方法檢測內生真菌和不同磷濃度處理對布頓大麥上述指標的影響。統計顯著性差異定義在95%置信水平。

2結果與分析

2.1不同磷濃度下內生真菌對布頓大麥生長的影響

2.1.1對株高與分蘗數的影響由表1雙因素方差分析結果可知，磷處理極顯著影響布頓大麥株高和分蘗數，內生真菌極顯著影響分蘗數，對株高和分蘗數而言兩者的交互作用均不顯著。

由圖1A可知，低磷脅迫40d后，全磷P2組株高最高，隨著磷脅迫加重株高顯著降低，且在相同磷濃度脅迫下內生真菌對株高的影響無顯著差異。由圖1B可知，隨著磷脅迫加重，無論是否感染內生真菌，布頓大麥分蘗數均顯著下降，且在全磷P2組中E+植株的分蘗數顯著高于E-植株。

2.1.2對植株鮮重與干重的影響由表2可知，內生真菌和磷處理極顯著或顯著影響地上部鮮重與干重、地下部鮮重與干重，除了地上部干重外其它指標的兩者交互作用也達到顯著水平。

由圖2A、B可知．無論是否感染內生真菌，隨著磷脅迫的減輕，布頓大麥地上部鮮重、干重顯著增加。在半磷P1組中，E+植株的地上部鮮重、干重均顯著高于E-植株：在無磷PO組和全磷P2組中，E+植株的地上部鮮重、干重均高于E-植株，但差異不顯著。由圖2C、D可知，在半磷P1組和全磷P2組中，E+植株的地下部鮮重、干重均顯著高于E-植株。

2.1.3對植株絕對含水量的影響由表3可知，磷處理極顯著影響地上部絕對含水量，而內生真菌對地上部、地下部絕對含水量無顯著影響，并且兩者之間不存在顯著交互作用。

由圖3A可知，隨著磷脅迫的減輕，E-植株地上部絕對含水量顯著增加：E+植株半磷P1組和全磷P2組間地上部絕對含水量差異不顯著，但均顯著高于無磷PO組。由圖3B可知，內生真菌在各磷濃度處理下對布頓大麥地下部絕對含水量的影響差異均不顯著。

2.2不同磷濃度下內生真菌對布頓大麥ACP活性與多酚含量的影響

由表4可知，內生真菌和磷處理均極顯著影響布頓大麥葉片的酸性磷酸酶活性和葉片多酚含量，且兩者的交互作用也極顯著。

由圖4A可知，在半磷P1組和全磷P2組，E+植株葉片的ACP活性均顯著高于E-植株，說明內生真菌在半磷和全磷條件下可以提高葉片ACP活性。在E+植株中，無磷PO組和半磷P1組葉片的ACP活性顯著高于全磷P2組，而在E-植株中，無磷PO組葉片的ACP活性顯著高于P1組和P2組。

由圖4B可知，在相同磷濃度處理下，E+植株葉片多酚含量均高于E-植株，且無磷PO組兩者間差異達顯著水平。無論是否感染內生真菌，葉片多酚含量隨著磷脅迫減輕而逐漸減少，缺磷處理下布頓大麥的葉片多酚含量最高。

3討論與結論

本研究中，全磷組內生真菌對布頓大麥分蘗的促進作用顯著，這與前人研究指出的內生真菌能夠提高野大麥、醉馬草分蘗數的結果類似。磷對苜蓿苗期株高以及水稻分蘗數的影響顯著，也與本試驗結果類似，但磷和內生真菌交互作用對布頓大麥株高和分蘗數的影響不顯著。

李鋒等研究指出，低磷脅迫抑制水稻地上部生長，導致總生物量降低。何春霖研究發現，黑麥草地上總生物量隨著供磷水平下降而逐漸降低，而地下生物量和根冠比則有所提高。Lopez-Bucio等研究表明低磷脅迫促進擬南芥側根原基形成，具體表現為低磷水平下側根原基數目顯著增加。可見，為了適應低磷環境，植物會將有限的同化物資源更多分配到根部，從而限制地上部生長。本試驗結論與上述研究結果相符，即無論是否含內生真菌，低磷脅迫均顯著抑制地上部鮮重與干重，而無磷相對半磷處理，對地下部干、鮮重有一定促進作用。

Azevedo等認為內生真菌的菌絲可以作為植物的磷儲存器，在低磷條件下供給磷，以滿足植物的生長需求。任安芝等研究發現，在缺磷條件下，感染內生真菌導致黑麥草的根系更長、生物量更大。本研究也發現，在半磷P1組中，E+植株的地上部鮮重、干重和地下部鮮重、干重都顯著高于E一植株，且全磷P2組中E+植株的地下部鮮重和干重也均顯著高于E一植株。

有研究表明，內生真菌可以促進禾本科植物的營養生長。酸性磷酸酶是生物體內調節磷代謝的關鍵酶之一，不僅參與植物的正常生長和代謝過程，還可以增強植物對缺磷、干旱、低溫、水、鹽等逆境的抗性。Han等研究表明，內生真菌可以提高布頓大麥葉片的酸性磷酸酶活性。從本研究結果可以看出，在相同濃度磷處理下，E+布頓大麥葉片的酸性磷酸酶活性均顯著高于E-植株，說明在低磷情況下，內生真菌可以提高葉片的酸性磷酸酶活性。同時，酸性磷酸酶也是一種誘導酶，其活性受到植物供磷濃度的顯著影響。本研究結果符合這一說法，無磷PO組葉片的酸性磷酸酶活性顯著高于P2組。在缺磷條件下，植物會將酸性磷酸酶分泌到根系區域，從而促進磷的解離和釋放，進而增加根系對磷的直接吸收。因此，在缺磷情況下，植物葉片酸性磷酸酶活性會增加，以此來提高磷的吸收和利用效率，進而滿足植物的生長需求。

多酚是一類植物中天然存在的化合物，正常情況下在植物中的含量較低，然而，當植物遭遇外界刺激時，這些物質的含量會顯著增加，從而增強植物對非生物脅迫的抗性。任安芝等研究表明，在缺磷條件下，內生真菌對黑麥草的多酚含量有顯著影響，這與本試驗結論相似，即無磷P0組中E+植株葉片多酚含量顯著高于E-植株。Han等研究表明，在對照組中，布頓大麥E+和E-植株莖中的多酚含量沒有顯著差異。這與本試驗中P2組的結果一致。

綜上認為，在低磷脅迫下內生真菌對宿主布頓大麥生長發育有一定的促進作用，這種共生關系有助于其更好地抵御環境壓力，提高對生態系統的適應性。