摩西球囊霉和施P量对丹参生长和养分含量的影响

贺学礼,李君,孟静静,赵丽莉

(河北大学生命科学学院,河北保定 071002)

摩西球囊霉和施P量对丹参生长和养分含量的影响

贺学礼,李君,孟静静,赵丽莉

(河北大学生命科学学院,河北保定 071002)

为探明AM真菌促进丹参生长效应及其作用机理,以非灭菌土为生长基质,采用盆栽实验,研究了不同施P量与摩西球囊霉(Glom us mosseae)对丹参(Salvia m iltiorrhizaBge.)生长和养分含量的影响.结果表明,接种摩西球囊霉对不同施P水平下丹参生长有显著影响,能够提高丹参根系菌根侵染率,但高施P量抑制了摩西球囊霉对丹参根系的侵染.不同施P水平下接种摩西球囊霉能有效提高丹参生长量、根系活力、叶片可溶性糖及全N、全P含量,对植株地下部丹参酮含量有明显促进作用,并显著降低了地下部黄酮含量,但对叶片可溶性蛋白及地上部丹参酮和黄酮含量无显著影响.一定施P水平下,接种摩西球囊霉能够促进丹参生长,提高药用成分含量,土壤施P量为0.049～0.098 g/kg时接种效果最佳.

摩西球囊霉;施 P量;生长量;养分含量;丹参

丹参(Salviam iltiorrhizaBge.)隶属唇形科鼠尾草属,中药丹参在我国应用历史悠久,其干燥根及根茎入药,具有祛瘀止痛、活血通经、清心除烦等功能[1].随着丹参需求量增加以及野生资源急剧减少,人工种植丹参正在快速推进,由于不规范种植及滥施肥料使得丹参栽培种的土壤环境日益恶化[2].通过生物技术提高植物产量和品质是近年来国内外研究的热点领域.

目前,已知80%以上高等植物都能形成丛枝菌根(AM)[3].丛枝菌根有利于植物对土壤养分和水分的吸收和利用,改善植物生长状况[4-5].大量研究表明,AM真菌能够对药用植物生长产生影响,扩大根系吸收面积,促进植物对N,P等矿质元素的吸收[6-7],同时也可提高植物抗性,使植物在逆境条件下正常生长.魏改堂等[8-9]研究发现,接种AM真菌可有效促进荆芥和曼陀罗植株生长,增加营养元素吸收,提高有效成分含量.贺学礼等[10]研究表明,接种AM真菌对不同施N水平下黄芪生理特性和药用成分有显著促进作用.但AM真菌的有益作用与环境条件密切相关,其中土壤P含量是非常重要的影响因子[11-12].要充分利用AM真菌的有益效应,就必须了解相应的适宜条件.笔者在土培条件下研究了施P量与摩西球囊霉(Glom usmosseae)对丹参生长和养分含量的影响,以便为阐明AM真菌促进丹参生长效应以及利用菌根生物技术提高丹参产量和品质提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

供试的丹参(S.m iltiorrhizaBge.)种子购自河北安国市药材市场.AM真菌接种剂为摩西球囊霉(G.m osseae)经黑麦草扩大繁殖后获得的含有孢子、菌丝和侵染根段的根际土.

供试土壤为河北保定市农田土壤耕作层(1～20 cm),过2 mm筛,按m(土)∶m(沙)=2∶1混匀,晾干备用.土壤有机质10.08 g/kg,碱解N 0.064 4 g/kg,速效 P 0.021 5 g/kg,p H(H2O)8.23.供试肥料：尿素(N的质量分数为46%),硫酸钾(K2O的质量分数为54%),磷酸二氢钠(P2O5的质量分数为59.17%).盆栽容器为21.5 cm×16 cm×20.5 cm的硬质底部有孔塑料盆,每盆装非灭菌土4 kg.

1.2 实验设计及处理

以非灭菌土为基质,设5个施 P水平(用 P0,P1,P2,P3和 P4表示),依次为0,0.024,0.049,0.098和0.196 g/kg,同一施P水平设接种(GM)和不接种(CK)2个处理,接种处理每盆均匀层施菌剂40 g,对照处理每盆加等量灭菌菌剂和接种菌剂过滤液,以保持除AM真菌外其他土壤微生物区系组成一致.同时,每盆每kg土加0.335 g K2SO4和0.219 g尿素,每个处理重复4次,实验盆随机排列.2009年3月29日选取生相一致、4片真叶的丹参壮苗移植,每盆2株,生长期间,温室常规管理,不定期灭蚜,松土,9月1日收获完成.

1.3 实验方法

菌根侵染率按Phillips和Hayman[13]方法测定;分别收获丹参地上部和地下部,洗去表面浮尘后于50℃烘干至恒重,称重,丹参根系活力用 TTC法测定,叶片可溶性糖含量用蒽酮法测定,可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝 G-250测定,脯氨酸含量用茚三酮法[14]测定;组织全N含量用凯氏定氮法测定,全P含量用钒钼黄比色法[15]测定;丹参酮、黄酮含量用紫外分光光度法[16]测定.

实验数据用SPSS16.0统计软件One-Way ANONA程序进行统计分析,平均值按Duncan新复极差分析进行多重比较.

2 结果与分析

2.1 AM真菌和施P量对丹参生长量及生理特性的影响

AM真菌和施P量对丹参生长量及生理特性的影响见表1.

表1 AM真菌和施P量对丹参生长量及生理特性的影响Tab.1 Effects of AM fungion the growth amoun t and physiological characters of S.miltiorrhiza under different P levels

2.1.1 AM真菌和施P量对丹参侵染率、生长量及根系活力的影响

由表1可知,同一施P水平,接种株菌根侵染率在P2-P4水平高于对照株,并在P2-P3水平差异显著.不同施P水平,接种株和对照株菌根侵染率在P0-P3水平随施P量增加而增加,在P4时侵染率显著下降.

同一施P水平,与对照珠相比,接种摩西球囊霉显著提高了丹参植株干重.不同施 P水平下,接种株及对照株地上部干重分别在P1和P0水平达到最高,此后随施P量增加而降低,但差异均不显著.接种株及对照株地下部干重随施P量增加而增加,分别在P3和P1水平时达到最大,此后随施P量增加而降低,差异显著.

同一施P水平,接种摩西球囊霉对植株根系活力有显著影响,在 P0水平显著低于对照株,在 P1-P4时显著高于对照株.不同施P水平,接种株和对照株根系活力随施P量增加而增加,并在P3时达到最大且差异显著,在P4水平根系活力显著降低.

2.1.2 AM真菌和施P量对丹参生理特性的影响

同一施P水平,接种株叶片可溶性糖含量在P0时显著低于对照株,而在 P1-P4时显著高于对照株;接种株可溶性蛋白含量在P1和P3水平显著高于对照株,在P4时显著低于对照株.不同施P水平,接种株可溶性糖含量在P0-P4水平随施P量增加而增加,对照株可溶性糖含量及接种株和对照株可溶性蛋白含量在P0-P3水平随施P量增加而显著增加(除接种株可溶性蛋白P1水平外),在P4水平显著降低(表1).

同一施P水平,接种株脯氨酸含量显著高于对照株.不同施 P水平,接种株叶片脯氨酸含量在 P0-P3水平随施P量增加而增加(除接种株P1水平),在P4时略有下降,差异不显著.对照株叶片脯氨酸含量在 P1时显著下降,在P1-P3水平随施P量增加而显著增加,在P4时脯氨酸含量显著下降(表1).

2.2 AM真菌和施P量对丹参营养成分的影响

2.2.1 AM真菌和施P量对丹参N,P含量的影响

由表2可知,同一施P水平,接种株地上部N含量在P0-P3水平显著高于对照株,在P4时显著低于对照株;接种株地下部N含量仅在P3时显著高于对照株.不同施P水平,接种株和对照株N含量在P0-P3水平均随施P量增加而增加,在P4时含量降低,仅对照株地下部N含量差异不显著.

同一施P水平,接种株地上部P含量在P0时显著低于对照株,在P2-P4水平显著高于对照株;接种株地下部P含量仅在P2-P3水平显著高于对照株.不同施P水平,接种株P含量在P0-P3水平随施P量增加而增加,在P4时显著降低;对照株地上部P含量在P1-P2水平略有下降,P2-P4水平随施P量增加而增加;地下部P含量在P0-P1水平显著下降,此后P含量增加.

2.2.2 AM真菌和施P量对丹参酮、黄酮含量的影响

同一施P水平,接种株地上部丹参酮含量仅在P1时显著高于对照株;接种株地下部丹参酮含量在P0-P3水平显著高于对照株,而在P4时显著低于对照株.不同施P水平,接种株丹参酮含量随施P量增加先升后降,地上部丹参酮含量在P2时达最大值,地下部丹参酮含量在P3时达最大值.对照株地上部丹参酮含量在P2时达最大值;地下部丹参酮含量随施P量增加而显著增加(表2).

表2 AM真菌和施P量对丹参营养成分的影响Tab.2 Effects of AM fungion nutritional components of S.m iltiorrhiza under different P levels

同一施P水平,接种株地上部黄酮含量在P0-P1水平显著低于对照株,在P3时显著高于对照株,在P4时显著低于对照株.在P0-P4水平接种株地下部黄酮含量显著低于对照株.不同施P水平,接种株地上部黄酮含量在P0-P3水平随施P量增加而显著增加,在P4时显著降低;对照株地上部黄酮含量在P0-P1水平随施P量增加而显著增加,在P1-P4水平随施P量增加而减少.接种株及对照株地下部黄酮含量在P0-P2水平随施P量增加而降低,在P2-P4水平随施P量增加而增加,接种株差异不显著,对照株差异显著(表2).

3 讨论

AM真菌能与绝大多数高等植物形成良好共生关系,而这种共生关系的程度与土壤营养密切相关.实验中,土著AM真菌对丹参根系有不同程度侵染,接种摩西球囊霉提高了不同施P水平下菌根侵染率.低P条件下,土壤有效P不能满足植株和AM真菌生长所需的磷营养,抑制了AM真菌侵染,随施P量增加,根系侵染率增加,在0.098 g/kg时侵染率最大.在0.196 g/kg时,可能是由于过高施P量增加了植株体内 P含量,降低根系细胞膜透性,减少分泌物数量,使AM真菌对根系侵染频度和与根系形成二次侵入的机会降低,从而抑制了菌根真菌侵染.也有可能是高P造成AM真菌生长和代谢活性下降,使植物通过AM真菌获取P营养的过程受到限制[17-18].

大量研究表明,根系生长发育与磷环境密切相关,在磷环境发生变化时,根系首先感受并传导信号,促使植物通过调节自身代谢活动来适应磷环境的变化[18].不施P或高P都会抑制丹参根系活力,可能是降低了丹参根系酸性磷酸酶活性.AM真菌与根系共生后,扩大了根系吸收面积,有效提高了植物根系活力[19].实验中,AM真菌在适P水平显著提高了丹参根系活力.根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官,它的生长发育直接影响到地上部茎叶生长及作物产量[20].丹参根系活力的增强对植株生长量有明显促进作用.

植物抗逆性与防御系统活性密切相关.研究证实,脯氨酸累积量与植物抗逆能力有正相关性.脯氨酸合成途径消耗大量NADPH,其降解可以产生能量,所以脯氨酸累积可能还是一种储存能量的途径[21].本实验中,适P水平下接种株叶片脯氨酸含量显著高于对照株,可能是植株抗衰老的一种表现.接种摩西球囊霉能够显著提高不同施P水平下丹参叶片可溶性糖含量,而可溶性糖含量增加有利于提高植株的抗逆性[22].

接种AM真菌可显著促进植物对土壤N,P的吸收,原因在于AM真菌菌丝体的直接吸收和改变了土壤理化性质的间接作用,从而影响了根系本身对土壤养分的摄取能力[23].本实验中,接种AM真菌在适P水平下促进了丹参对土壤N,P的吸收,改善了植株体内N,P营养.不施P时,接种株全P含量低于对照株,可能是由于在极端低P条件下,土壤有效P不但要供植株生长,还要被土著真菌和施入真菌消耗,使丹参对土壤磷肥利用降低的缘故.本实验中,接种摩西球囊霉提高了丹参叶片可溶性蛋白含量,表明摩西球囊霉提高了植物叶片对N的吸收、转化及贮存能力[10].同时可溶性蛋白含量的提高能够增强植株光合能力,延缓丹参叶片衰老,提高丹参的抗逆性.

研究表明,AM真菌能够直接或间接地影响植物次生代谢过程,进而影响药用植物有效成分含量[24].适P水平,接种株总丹参酮含量显著高于对照株,可能是由于AM真菌作为一种生物诱导子通过提高糖中间代谢产物来提高丹参酮类物质含量,不施P或高P均不利于丹参酮积累[25].黄酮类化合物在植物界中普遍存在,具有解热、镇痛、抗炎、止咳、祛痰作用[26].哈本[27]指出某些营养元素的缺乏易刺激黄酮类化合物合成.不施P时,植株地下部黄酮含量高于其他P水平,而接种AM真菌缓解了磷的缺乏.本实验中,地上部黄酮含量均高于地下部,进一步证实了黄酮类化合物在植物体内并非均匀分布,可能与植物器官所承担的功能有关[28-29].

实验表明,不施P或少施P会对丹参生长发育和代谢活动产生不利影响;过高施P,植物根系为抵抗高磷胁迫,需提高呼吸来适应环境,渗透物质含量减少,导致丹参质量下降.施 P量为0.049～0.098 g/kg时,摩西球囊霉接种效果最明显,此时土壤中N,P含量比例为(0.029～0.098)∶0.1,与韩建平[30]等研究的丹参较佳施肥比例大体(1∶1)一致.

[1]刘德辉,赵海燕,严秀贵,等.苏北中药材种植基地栽培丹参质量评析及改善对策[J].中草药,2004,35(12)：1426-1428.

[2]郭兰萍,黄璐琦,蒋有绪,等.药用植物栽培种植中的土壤环境恶化及防治策略[J].中国中药杂志,2006,31(9)：714-717.

[3]STRACK D,FESTER T,HAUSE B,et al.A rbuscular mycorrhiza：biological,chemical,and molecular aspects[J].Journal of Chemical Ecology,2003,29：1955-1979.

[4]MAHENDRA R,DEEPAK A,SINGH A.Positive grow th responsesof themedicinal p lantsSpilanthes calvaandW ithania somniferatoinoculation byPiriformospora indicaina field trial[J].M ycorrhiza,2001,11：123-128.

[5]SM ITH S E,READ D J.M yco rrhizal sym biosis[M].London：Academic Press,1997：11-32.

[6]GOV INDA RAO Y S,SURESH C K,SURESH N S,et al.Vesicular arbuscularmyco rhizal fungi inmedicinal plants[J].Indian Journal of Phythopathology,1989,42：476-478.

[7]BALA THANDA YU THAM K,CHERU TH A J,ZHAO C X.The effect of AM fungiand phosphorous levelon the biomass yield and ajmalicine p roduction inCatharanthus roseus[J].EurAsian Journal of BioSciences,2008,2：26-33.

[8]魏改堂,汪洪钢.VA菌根真菌对荆芥生长、营养吸收及挥发油合成的影响[J].中国中药杂志,1991,16(3)：139.

[9]魏改堂,汪洪钢.VA菌根真菌对药用植物曼陀罗生长、营养吸收及有效成分的影响[J].中国农业科学,1989,22(5)：56.

[10]贺学礼,刘媞,赵丽莉.接种丛枝菌根对不同施氮水平下黄芪生理特性和药用成分的影响[J].应用生态学报,2009,20(9)：2118-2122.

[11]TAWARAYA K,SA ITO M,MORIOKA M.Effect of phosphate application to arbuscular mycorrhizal onion on the development and succinct dehydrogenase activity of internal hyphae[J].Soil Science and Plant Nutrition,1994,40(4)：667-673.

[12]石蕾,贺学礼.不同施P水平下AM真菌对黄芪生长和生理学特性的影响[J].西北农业学报,2007,16(1)：46-50.

[13]PH ILL IPSJM,HAYMAN D S.Imp roved p rocedures fo r clearing and ataining parasitic and vesicular arbuscularmycorrhizal fungi fo r rapid assessment of infection[J].Trans Br M ycol Soc,1970,55：158-161.

[14]高俊凤.植物生理实验技术[M].西安：世界图书出版公司,2000.

[15]李酉开.土壤农业化学常规分析方法[M].北京：科学出版社,1983：272-277.

[16]杭亮,王俊儒,杨东风,等.紫花丹参和白花丹参不同部位有效成分的分布特征[J].西北农林科技大学学报：自然科学版,2008,36(12)：217-222.

[17]BRAUNBERGER P G,M ILLER M H,PETERSON R L.Effect of phosphorus nutrition on morphological characteristicsof vesicular arbuscular myco rrhizal colonization of maize[J].New Phytol,1991,119：107-113

[18]L YNCH J P,DEIKMAN J.Phosphorus in p lant biology：regulatory roles in molecula,cellular,organismic,and ecosystem p rocesses[M].Maryland ：American Society of Plant Physiologists Rockville,1998 ：157.

[19]冯固,白灯莎,杨茂秋,等.盐胁迫下AM真菌对玉米生长及耐盐性生理指标的影响[J].作物学报,2000,26(6)：743-750.

[20]贺军军,林钊沐,华元刚,等.不同施磷水平对橡胶树根系活力的影响[J].中国土壤与肥料,2009,19：16-19,30.

[21]全先庆,张渝洁,单雷,等.脯氨酸在植物生长和非生物胁迫耐受中的作用[J].生物技术通讯,2007,18(1)：159-162.

[22]郭东伟,梁银丽.水分和氮素对油菜渗调物质含量阶段性变化的影响[J].干旱地区农业研究,1999,17(4)：65-70.

[23]GRAHAM J H,L INDEMAN R G,M EN J A.Development of external hyphae by different isolatesof mycorrhizalGlom us.Sop in relation to root colonization and grow th ofTroger citrange[J].New Phytol,1982,133：177-185.

[24]赵昕,阎秀峰.丛枝菌根真菌对植物次生代谢的影响[J].植物生态学报,2006,30(3)：514-521.

[25]晏琼,胡宗定,吴建勇.生物和非生物诱导子对丹参毛状根培养生产丹参酮的影响[J].中草药,2006,37(2)：262-265.

[26]中国医学科学院药物研究所.中药志：第2册[M].2版.北京：人民卫生出版社,1982：481-486.

[27]哈本.黄酮类化合物[M].北京：科学出版社,1975.

[28]诸姮,胡宏友,卢昌义,等.植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展[J].厦门大学学报：自然科学版,2007,46(1)：137-143.

[29]GRAHAM L T.Flavonoid and isoflavonoid distribution in developing soybean seedling tissues and in seed and root exudates[J].Plant Physiol,1991,95：594-603.

[30]韩建萍,梁宗锁,孙群,等.丹参根系氮、磷营养吸收及丹参酮累积规律研究[J].中国中药杂志,2004,29(3)：207-211.

Effects of Glomusmosseae on the Growth and Nutritional Contents of Salviam iltiorrhiza Bge.Under Different P Levels

HEXue-li,LIJun,MENGJing-jing,ZHAO Li-li
(College of Life Sciences,Hebei University,Baoding 071002,China)

A pot culture w ith unsterilized soil as grow th substrate showed thatGlom usmosseaehad significant effects on the grow th of host p lants under different P app lication levels in order to understand the mechanism of AM fungi on the grow th ofSalvia m iltiorrhizaand p rovide the basis fo r the use of m yco rrhizal biotechnology to imp rove quantity and quality of host p lant.The results show ed that them yco rrhizal infection rate of host p lants w as significantly p romo ted by inoculationG.mosseae,but high P app lication level supp ressed the m yco rrhizal infection rate.The grow th amount,vitality of roots,soluble sugar in leaves,and the contentsof total N and total Pof host p lantsw ere p romoted,aswell as the tanshinone content in root,but reduced the flavonoid content in root,w hile the content of soluble p rotein in leaves and the tanshinone and flavonoid contents in shoot were not effected by inoculationG.mosseae.InoculationG.mosseaewith certain P level could promot the grow th and contentsof medicinal componentsofS.miltiorrhiza.Inoculation effect ofG.mosseaewas the best under 0.049-0.098 g/kg.

Glomusmosseae;Papplied levels;grow th amount;nutritional contents;Salviam iltiorrhizaBge.

Q 94

A

1000-1565(2011)04-0418-06

2010-11-20

河北省教育厅重点基金资助项目(ZH2006007);河北省自然科学基金创新药物基地专项(2008B030);河北大学省基金预研项目(2006Y10)

贺学礼(1963-),男,陕西蒲城人,河北大学教授,博士,主要从事药用植物及菌根生物技术研究.

E-mail：xuelh1256@yahoo.com.cn

赵藏赏)