干旱胁迫下外生菌根真菌对马尾松幼苗生长和微量元素吸收的影响

王 艺， 丁贵杰

（贵州大学 造林生态研究所， 贵州 贵阳550025）

菌根菌通过大量伸展到土壤中的根外菌丝把土壤中的矿质元素、 水分等运送到植物根内供植物吸收利用［1－2］， 同时通过根内菌丝从植物获得其生长繁殖所需的碳水化合物， 从而与植物形成一种营养上的共生关系［3］， 有利于植物的生长发育， 提高植物的抗性［4］。 植物正常生长过程中， 不仅需要氮磷钾等大中量营养元素， 还需要必要的微量元素。 微量元素在植物生命周期中扮演着非常重要的角色， 它们与植物的光合作用、 碳水化合物的运转和积累密切相关， 对植物的干物质积累起着重要的作用。 目前， 在干旱胁迫下外生菌根对苗木微量元素的影响方面研究甚少。 本试验通过在干旱胁迫下， 研究外生菌根对马尾松Pinus massoniana 苗木微量元素吸收及分布情况， 揭示菌根化苗木在干旱胁迫下生长发育的营养状况， 从而因地制宜地选择优良的菌种进行植树造林， 使菌根生物技术更好地应用到生产实践中。

1 材料及方法

1.1 试验材料

试验菌种包括： 褐环乳牛肝菌Suillus luteus Sp7 （简称S7）， 褐环乳牛肝菌Sp1 （简称S1）， 鸡油菌Cantharellus cibarius（简称G）， 彩色豆马勃Pisolithus tinctorius（简称C）， 土生空团菌Cenococcum geophilum（简称T）， 对照不接菌（ck）。 试验树种为马尾松， 种子采自贵州省都匀市优良林分。

1.2 菌剂制备及培养

［5］。

1.3 种子及土壤处理

选择籽粒饱满的马尾松种子， 流水冲洗。 然后用体积分数为75%的乙醇表面消毒1 min， 无菌水冲洗4 次， 再用初始温度45 ℃温水浸种24 h， 湿纱布包裹， 置于25 ℃恒温箱催芽， 待种子裂嘴露白时即可播种。 试验基质是由第四纪红色黏土发育的黄壤与干净的河砂， 按体积9∶2 比例混合而成。 苗床上的土壤用甲醛溶液进行消毒10 d 后播种。 盆栽土壤在高压灭菌锅内（压力0.14 Mpa， 124～126 ℃）连续灭菌2 h 后备用。 塑料花盆规格为25 cm × 28 cm， 用体积分数为95%的乙醇擦拭后晾干。 将灭菌基质称取5 kg·盆－1， 装入灭菌好的花盆内备用， 供试土壤的基本理化性质： 全氮为0.060 g·kg－1， 全磷0.360 g·kg－1， 全钾1.496 g·kg－1， 有效氮66 mg·kg－1， 有效磷11 mg·kg－1， 有效钾164 mg·kg－1， 铁16.3 mg·kg－1，锰8.2 mg·kg－1， 铜1.6 mg·kg－1， 锌5.6 mg·kg－1， 交换性钙2.9 g·kg－1， 交换性镁0.4 g·kg－1， 有机质58.8 g·kg－1。

1.4 播种和接种

播种和接种同时进行， 采用条播方式， 先将培养好的菌丝液喷洒在苗床上， 然后将已催芽的种子播种于苗床上， 最后再将菌液喷洒于种子周围， 覆土。

1.5 试验设计

试验采用双因素随机区组试验设计。 因素A 为接种处理， 分别为S7， G， S1， C， T 和ck； 因素B为干旱胁迫处理， 分别为正常水分（65±5）%， 轻度胁迫（50±5）%， 中度胁迫（35±5）%， 重度胁迫（25±5）%。重复3 次， 5 盆·处理-1， 2 株·盆-1。

选取各处理生长一致的1 年生苗木移栽至花盆中， 统一浇水管理， 全部恢复正常生长后， 开展干旱胁迫试验。 最初使每盆的土壤含水量均达到饱和状态， 然后在温室内模拟自然干旱胁迫。 每天通过称量法维持土壤相对含水量保持在试验设计的范围内。 60 d 后进行指标测定。

1.6 指标测定

干旱胁迫开始后每隔10 d 测定1 次苗高和地径， 直至胁迫试验结束。 在胁迫试验结束后测定生物量和微量元素。 生物量的测定是将植株冲洗干净， 然后置80 ℃烘箱烘至恒量， 称干质量。 菌根依赖性（%）=（接种处理干质量－不接种处理干质量）/接种干质量×100［6］。 土壤基本分析采用常规分析方法［7］。

1.7 数据处理

数据采用Excel 和SPSS 18.0 统计软件进行数理统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下外生菌根真菌对马尾松幼苗生长的影响

2.1.1 苗高和地径 外生菌根真菌与干旱胁迫对幼苗生长均产生了显著影响（图1 和表1）。 处理间差异极显著（P＜0.01）。 在相同水分条件下， 菌根化苗高和地径均高于对照。 随干旱胁迫程度的加剧， 对照苗高和地径逐渐降低， 而菌根化苗木苗高、 地径则先增后降， 均在中度胁迫时达最大， 彼此间差异随胁迫的加剧而增大。 接种处理T 的苗高和地径最高， 较对照分别提高27.8%和52.9%。 说明在干旱胁迫条件下， 接种外生菌根真菌能显著提高苗木生长和抗旱能力， 其中以菌种T 和G 效果最好。

图1 接种外生菌根真菌对马尾松苗高和地径的影响Figure 1 Effects of different ectomycorrhizal fungi on the heights and ground diameters of Pinus massoniana seedlings

表1 马尾松幼苗菌根真菌和干旱胁迫二因素试验方差分析Table 1 Two factor analysis of Pinus massoniana seedlings in mycorrhizal fungi and drought stress

2.1.2 生物量 接种外生菌根真菌能显著促进幼苗生物量的增加（表2）。 在相同水分条件下， 菌根化苗木地上部分、 地下部分和总生物量均高于对照， 且处理间差异极显著（P＜0.01）。 随水分胁迫加剧， 接种S7 和G 的苗木总生物量逐渐降低， 而接种S1， C 和T 的苗木总生物量则先增后降， 其中， 接种S1和C 的苗木在中度胁迫时达最大， 分别比对照增加230%和111%； 接种T 的苗木在轻度胁迫时达最大，比对照增加268%。 综合在各种水分胁迫条件下的表现， 以菌种S1 效果最好。 说明在干旱缺水条件下，接种S1 更能增强幼苗的吸收功能， 增加干物质的积累， 进而促进苗木的生长。

在干旱条件下， 外生菌根真菌能显著促进苗木的地上和地下部分生长， 特别是对根系的促进作用效果更加明显， 因此， 菌根化苗木的根冠比显著高于对照。 在干旱条件下， 外生菌根真菌能显著提高苗木生物量， 并通过增加根系生长， 增强苗木对水分的吸收， 提高苗木抗旱能力。

2.2 干旱分胁迫下外生菌根真菌对幼苗微量元素的影响

2.2.1 对铁质量分数的影响 由表3 可见： 相同水分条件下， 菌根化幼苗铁质量分数均高于对照， 各菌种间差异显著（P＜0.05）。 然而随干旱胁迫加剧， 苗木铁质量分数总体呈现下降趋势。 在轻度、 中度和重度胁迫时， 分别以接种C， S1， G 的苗木铁质量分数最高， 分别较对照增加了126%， 135%和100%。在同一菌种， 不同干旱胁迫处理间苗木铁质量分数差异显著（P＜0.05）。 与正常水分条件相比， 轻度干旱胁迫时， 接种S7 苗木的铁质量分数增幅最大， 达55.5%； 在中度干旱胁迫时， 接种S1 苗木的铁质量分数增幅最大， 达47.9%； 在重度干旱胁迫时， 仅接种G 的苗木铁质量分数高于正常水分条件， 增幅达20.9%。 说明接种后， 这些菌种既促进了苗木生长， 又显著促进了苗木对铁的吸收， 进而增强的苗木的抗旱性。

2.2.2 对锰质量分数的影响 在相同水分条件下， 菌根化马尾松幼苗锰质量分数均高于对照， 且各菌种间差异显著（P＜0.05）。 随干旱胁迫的加剧， 除接种C 外， 其他苗木锰质量分数总体呈现上升趋势。 在轻度干旱胁迫时以接种S7 的苗木锰质量分数最高， 较对照增加了34.5%； 中度和重度胁迫时， 以接种S1 的苗木质量分数最高， 分别较对照增加了33.1%和59.6%。 在同一菌种， 不同干旱胁迫处理间苗木锰质量分数差异显著（P＜0.05）。 与正常水分条件相比， 在轻度胁迫下， 接种C 苗木的锰质量分数增幅最大， 达50.1%； 在中度和重度胁迫下， 接种S1 苗木的锰质量分数增幅最大， 分别比对照增加了46.1%和79.0%。 说明外生菌根真菌能促进苗木对锰的吸收， 且在中度和重度干旱胁迫下， 接种S1 对促进苗木锰吸收效果最好。

2.2.3 对铜质量分数的影响 外生菌根真菌对苗木铜吸收有一定影响， 且不同菌根化苗木表现不一致，各菌种间差异显著（P＜0.05）。 随水分胁迫的增加， 接种S1 和T 的苗木铜质量分数逐渐增加； 接种S7，G 和C 的苗木铜质量分数先增后减， 在轻度干旱胁迫时达最大。 在轻度胁迫时， 接种C 的苗木铜质量分数最高， 较对照增加了128%； 中度和重度干旱胁迫时， 接种S1 的苗木铜质量分数最高， 较对照分别增加155%和3.75%。 在同一菌种， 不同干旱胁迫处理间苗木铜质量分数差异显著（P＜0.05）。 与正常水分条件相比， 在轻度干旱胁迫下， 接种C 的苗木铜质量分数增幅最大达21.9%； 在中度胁迫和重度胁迫下， 接种S1 苗木铜质量分数增幅最大， 分别为130.7%和14.5%。 说明中度和重度干旱胁迫下， 接种S1能显著促进了苗木对铜的吸收。

2.2.4 对锌质量分数的影响 外生菌根真菌对马尾松幼苗锌吸收有一定的影响， 各处理间差异显著（P＜0.05）。 随干旱胁迫的加剧， 除接种S1 和T 外， 其他苗木锌质量分数逐渐降低。 在轻度、 中度和重度胁迫时， 分别以接种C， S1， T 的苗木锌质量分数最高， 分别较对照增加了106%， 96%， 22%。 轻度干旱胁迫下， 菌根化苗木锌质量分数均低于正常水分条件， 其中接种C 的苗木降幅最小（2.56%）。 在中度和重度干旱胁迫下， 接种S1 苗木锌质量分数与正常水分条件相比增幅最大， 分别为达49.0%和29.3%。 说明在中度和重度胁迫下， 接种S1 能显著提高苗木锌质量分数。

2.2.5 对钙质量分数的影响 外生菌根的形成对苗木钙的吸收无明显促进作用， 但处理间差异显著（P＜0.05）。 随干旱胁迫加剧， 苗木钙质量分数总体呈现下降趋势。 在轻度胁迫时， 接种S7 的苗木钙质量分数最高， 比对照增加了152%。 中度和重度胁迫时， 接种G 的苗木钙质量分数最高， 分别比对照增加了90%和127%。 在同一菌种， 不同干旱胁迫处理间苗木钙质量分数差异显著（P＜0.05）。 与正常水分条件相比， 在轻度干旱胁迫下， 接种S7 苗木钙质量分数增幅最大达147.4%； 在中度干旱胁迫下， 接种S7 苗木钙质量分数增幅最大达55.5%； 在重度干旱胁迫下， 菌根化苗木钙质量分数均低于正常水分条件， 且接种S7 苗木降幅最小（37.1%）。 可见， 在轻度干旱胁迫下， 接种S7 能促进苗木对钙的吸收， 而在重度干旱胁迫下， 外生菌根真菌不能促进苗木对钙的吸收。 说明较低的土壤含水量会抑制苗木对钙的吸收。

2.2.6 对镁质量分数的影响 除轻度干旱胁迫时， 接种C 的苗木镁质量分数显著低于对照外， 菌根化苗木在各水分处理下镁质量分数均高于对照， 且各处理间差异显著（P＜0.05）。 随干旱胁迫的加剧， 除接种C 外其他苗木镁质量分数逐渐增加。 在轻度、 中度和重度胁迫时， 分别以接种S1， G， T 的苗木镁质量分数最高， 分别较对照增加了35.6%， 56.2%， 67.6%。 在同一菌种， 不同干旱胁迫处理间苗木镁质量分数差异不显著（P＜0.05）。 与正常水分条件相比， 在轻度干旱胁迫下， 接种S1 苗木镁质量分数增幅最大达12.8%； 在中度干旱胁迫下， 接种S1 苗木镁质量分数增幅最大达20.3%。 在重度干旱胁迫下， 接种T 苗木镁质量分数增幅最大达23.2%。 可见， 在中度干旱胁迫时， 接种S1 能促进苗木对镁的吸收；而在重度干旱胁迫时， 接种T 仍能促进苗木对镁的吸收。

3 结论与讨论

外生菌根能促进苗木生长［8－9］。 外生菌根真菌侵染植株根系后， 改变了其根形态， 增加了植株根系的适应性， 拓宽了植株获取营养的渠道， 有利于根系在土壤中的生长［10］。 本研究进一表明： 在一定干旱条件， 菌根化苗木可通过促进根系生长， 促进苗木对水分的吸收来提高苗木抗旱能力， 进而促进苗木生长。 但不同菌种促生效果不同， 在中度胁迫时菌种土生空团菌对苗高、 地径促生效果最好， 分别比对照提高了27.8%和52.9%， 而菌种褐环乳牛肝菌Sp1 对苗木生物量促进效果最明显， 较对照增加了230%。

干旱胁迫下， 外生菌根真菌对苗木微量元素的吸收有一定影响， 这与前人的研究结果相一致［11－12］。轻度干旱胁迫时， 接种彩色豆马勃的苗木的铁、 锰、 铜和锌质量分数最高， 钙和镁最低； 在中度干旱胁迫时， 接种褐环乳牛肝菌Sp1 苗木铁、 锰、 铜和锌质量分数最高， 钙和镁较低。 从微量元素含量的变化来看， 菌种N1 对干旱胁迫的适应性很强， 随着干旱胁迫的加重， 菌种褐环乳牛肝菌Sp1 能迅速适应干旱胁迫， 各种微量元素质量分数逐渐增加。 在中度胁迫时， 接种褐环乳牛肝菌Sp1 的苗木微量元素质量分数仍能维持在较高水平， 这些都有助于增强苗木抵御干旱的能力， 也就是说接种S1 的苗木能通过对自身营养元素调节的方式， 来增强苗木叶绿素含量和各种酶活性， 从而更有利于苗木光合作用的正常进行， 提高菌根化苗木的抗旱性。

表3 干旱胁迫下外生菌根真菌对苗木微量元素质量分数的影响Table 3 Effect of ectomycorrhizal fungi on contents of microelements in Pinus massoniana seedlings under drought stress

综上所述： 在干旱条件下， 外生菌根真菌促进了马尾松幼苗的吸收功能， 增加了干物质的积累， 进而促进了植株的生长， 该结果与其他学者的发现一致［13－15］。 其中， 在中度干旱胁迫时， 接种褐环乳牛肝菌Sp1 在生物量积累和促进苗木微量元素吸收方面综合效果最好。 需要指出的是， 在干旱胁迫下， 由于不同菌株促进马尾松苗木生长、 改善营养的效应有所差异， 故在推广使用过程中应根据具体情况酌情选择。

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