丛枝菌根真菌对植被混凝土植物早熟禾的影响

王 立，傅生杰，马 放，李 哲，刘贵祥

(哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，150090 哈尔滨)

丛枝菌根真菌对植被混凝土植物早熟禾的影响

王 立，傅生杰，马 放，李 哲，刘贵祥

(哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，150090 哈尔滨)

为改善植被混凝土中植物的生长状况，提高植物成活率，选用摩西球囊霉(Glomus mosseae)和根内球囊霉(Glomus intraradices)两种丛枝菌根真菌AMF(arbuscular mycorrhizal fungi)，分别研究单菌、混菌添加改良植被混凝土配方对早熟禾——巴林生长的影响.结果表明:在植被混凝土中，接种摩西球囊霉对植物的侵染率最高(达43.37%);早熟禾对摩西球囊霉和混菌的依赖性较强，二者相差不大，明显优于根内球囊霉;混菌处理的早熟禾株高和地上生物量均高于其他处理(分别达15.8%和20%);接种摩西球囊霉对早熟禾地下生物量促进效果最好(达48%).接种摩西球囊霉的早熟禾脯氨酸和可溶性糖含量最高(比空白分别提高45.4%和27.7%)，丙二醛(MDA)含量最低(降低14.7%)，能有效增强植物抗逆性;接种摩西球囊霉能使植物达到最大的光合同化能力和水分利用效率，增强植物对光和水分的利用能力，促进植物更好地生长.摩西球囊霉是AMF强化植被混凝土的最佳菌剂.

丛枝菌根真菌;植被混凝土;早熟禾;菌根依赖性;抗逆生理

植被混凝土技术是采用特定的混凝土配方和种子配方，对岩石边坡进行防护和绿化的新技术［1］，既能起到良好的护坡作用，又能重建生态景观，已在湖北、四川、云南等18个省市推广使用［2－3］.然而，植被混凝土技术在应用过程中仍面临一些问题，包括植被生长受基质材料胁迫、养护过程中植被容易退化、生长状况和生理活性不高等.这些问题导致护坡防护效果变差，甚至使植被混凝土达不到防护要求.

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)是土壤中丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)与植物根系形成的互利共生体系.这一共生体系能有效促进植物对土壤中养分的吸收［4－5］，提高植物在胁迫环境中的抗逆性［6］和生理活性［7］，进而促进植物的生长.AMF普遍存在于自然环境中，并能侵染80%以上的陆生植物［8］.基于菌根的优良特性，本试验将摩西球囊霉(Glomus mosseae)、根内球囊霉(Glomus intraradices)及二者的混合菌剂加入植被混凝土配比中，构建AMF－早熟禾共生体系，研究AMF菌剂对植被混凝土植被的改良作用，以期优化植被混凝土配方，改善植物生长状况.

1 试 验

1.1 试验材料

试验地点为哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室人工气候室，一天设置两个时间段，时段1持续时间为12 h，有光照，温度为25℃，湿度为55%;时段2持续时间为12 h，无光照，温度为20℃，湿度为65%.

供试植物为草地早熟禾(Poa pratensis)——巴林(Balin)，禾本科，多年生，须根系，具有根状茎，发芽迅速，成坪快，适应性强，耐寒性较强，耐旱性较突出，耐粗放管理，耐践踏，尤其适用于公路护坡、水土保持等项目.试验种子购于黑龙江省农科院.选用 2个 AMF广适菌种，即Glomus mosseae(BEG167)和Glomusintraradices(BEG141)，两种菌剂的孢子密度约为 10 g－1.菌种以白三叶为宿主植物，盆栽扩繁2个月后，用含有宿主植物根段、菌根真菌孢子及含有根外菌丝体的根际土壤作为接种剂.

其他试验主要材料有:水泥、绿化添加剂、土、有机质、保水剂和水.采用亚泰集团哈尔滨水泥有限公司生产的P.O.325普通硅酸盐水泥、三峡大学绿野环保工程有限公司的专利产品LY－2型砼绿化添加剂.土壤为沙壤土，有机质26.53 g/kg，速效钾17.43 mg/kg，水解性氮115.62 mg/kg，有效磷124.37 mg/kg，pH为7.84.有机质采用华润雪花啤酒(黑龙江)有限公司酿酒后剩余的酒糟.采用广州创唯公司生产的100目土壤保水剂，含水率5%，pH7.3，为丙烯酸盐/丙烯酰胺交联型共聚物.

1.2 试验设计和方法

试验设4个处理，即接种灭菌菌剂(CK)、接种Glomusmosseae(GM)、接 种Glomus intraradices(GI)和接种两种菌的混菌(MI).所用植被混凝土配比(质量比，以干土质量为计算基数)如下:水泥质量为干土质量的8%;绿化添加剂质量和有机质质量均为干土质量的5%;保水剂质量为干土质量的0.1%;菌剂接种量为干土质量的4%(混菌处理中两种菌各占 2%);水适量.

采用花盆试验，花盆高 15 cm，顶部直径10 cm，底部直径6.5 cm，每盆装土量280 g，每个处理6个重复.在投加菌剂之前，将土、水泥、绿化添加剂和酒糟的混合物置于高压蒸汽灭菌锅中121℃条件下灭菌2 h.然后投加不同菌剂，混合均匀.种子用干湿处理［9］催芽，播种前用体积分数为75%的酒精浸洗10 min，用蒸馏水冲洗干净.花盆于紫外灯下灭菌30 min，每盆均匀播种60粒.在人工气候室养护50 d后开始试验.

1.3 测定指标及方法

AMF侵染率:随机选取各处理根系进行染色，3个重复，每个重复用显微镜观察100个根段，采用十字交叉法观察计算菌根侵染率［10］.

菌根依赖性［11］(MD)=接菌后植物生物量/未接菌植物生物量×100%.

生长指标测定:测量不同处理的植株高度，每个处理5个重复;测量不同处理的地上生物量和地下生物量干质量，每个处理3个重复.

生理指标测定:丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸显色法测定，脯氨酸采用茚三酮比色法［12］测定，每个处理3个重复.

光响应曲线测定:利用CIRAS－2便携式光合仪的LED红蓝光源控制系统模拟光强度.空气使用开放气路，流速为0.5 L/min，温度25℃，CO2浓度360 μmol/mol，大气相对湿度75%.供试植物首先在暗光下诱导30 min，测定时光强由弱到强，依次设定光合有效辐射强度(PAR)为0，50，100，150，200，400，600，800，1 000，1 200，1 400，1 600，1 800，2 000 μmol·m－2·s－1，每一光强下至少停留180 s.待植物各项生理指标的总变异系数小于1%时由仪器自动读取并记录数据.分别测量不同处理下早熟禾叶片的净光合速率 (Pn，μmol·m－2·s－1)和蒸腾速率 (E，μmol·m－2·s－1)等生理指标.植物叶片选择完全展开成熟、健康的洁净叶片，每个处理3个重复.

以光合有效辐射强度PAR为横轴，Pn为纵轴绘制光合作用光响应曲线，依据Bassman和Zwier的方法［13］拟合Pn-PAR 曲线方程，即

式中:Pmax为最大净光合速率，即光合能力，α为弱光下光量子利用效率(apparent quantum yield，AQY)，C0为度量弱光下净光合速率趋近于0的指标.通过适合性检验，若拟合效果良好，则用下式计算光补偿点(light compensation point，LCP)和光饱和点(light saturation point，LSP):

瞬时水分利用效率(water use efficiency，Ewu)为

1.4 数据分析

应用SPSS18.0对数据进行统计分析，应用Origin8.0进行绘图.

2 结果与讨论

2.1 不同接菌处理下菌根侵染率比较

自然条件下，早熟禾——巴林根际AMF侵染能力较弱，通过人工强化技术，可以增强AMF侵染效果(图1)，促进二者互利共生关系的形成，进而提高植物的生长能力.在植被混凝土中，AMF能够有效侵染植物，但不同接菌处理下，AMF对早熟禾根系的侵染率不同.由于植被混凝土基质经过灭菌，在接种已灭菌菌剂的处理(CK)中，没有检测到AMF对早熟禾根系的侵染.接种摩西球囊霉(GM)对早熟禾的侵染效果最好，侵染率达43.27%，显著高于接种根内球囊霉(GI)的侵染率(35.71%)(P＜0.05).接种混菌(MI)的侵染效果居中(42.18%)，与GM处理差异无统计学意义，但显著高于GI处理(P＜0.05).结果表明:接种摩西球囊霉(GM)对早熟禾的侵染效果最佳，混菌处理(MI)次之，接种根内球囊霉(GI)侵染效果最差.

图1 AMF对早熟禾的侵染效果

2.2 不同菌剂处理对早熟禾生长的影响

菌根依赖性是反映植物对菌根依赖程度及AMF对植物促进效果的指标.根据Nemec的方法［11］计算并分析菌根依赖性，将CK处理植物的菌根依赖性设为100%，结果见表1.与CK相比，接种菌剂处理均可提高植物的菌根依赖性.其中，MI和GM两种处理的菌根依赖性差异无统计学意义，分别为122.25%和121.66%.GI处理的效果较差，其菌根依赖性显著低于其他两种接菌处理(P＜0.05).结果表明:接种混菌和接种摩西球囊霉均能显著提高植物菌根依赖性，而接种根内球囊霉的效果较差.

表1 不同菌剂处理对早熟禾生长的影响

植物的株高是反应植物生长情况的有效指标之一，也是草坪建植质量评价指标之一.接种活菌的3个处理都不同程度地提高了早熟禾的高度.自然条件下，早熟禾平均株高为(31.1±2.4)cm.接菌处理后，混菌(株高为(36.0±2.2)cm)和摩西球囊霉(株高为(35.7±2.46)cm)均显著促进早熟禾地上分枝的生长(P＜0.05)，株高分别提高15.8%和14.8%.接种根内球囊霉的早熟禾株高居中(株高为(33.3±1.59)cm)，与CK对比差异无统计学意义.

生物量是衡量草坪生长发育状态的重要指标，是研究草坪生长规律的重要参数.接种AMF可直接合成或诱导植物产生多种激素类物质［14－15］，进而可能会对植物生长产生促进作用.由表1可以看出，与CK相比，MI和GM处理均能显著提高早熟禾地上生物量(P＜0.05)，分别提高了20%和18%，GI处理与CK差异无统计学意义;GM处理的地下生物量显著高于CK(P＜0.05)，提高了 48%，MI和 GI处理分别提高了35%和17%，与CK差异无统计学意义.结果表明:MI处理对于提高早熟禾地上生物量效果最好，而GM处理对于提高早熟禾地上和地下生物量效果均十分显著.

植物各部分生物量在总生物量中所占比例不同体现了不同的生态分配对策.通过根冠比的比较，可以揭示不同接菌处理下早熟禾生物量分配对策上的差异.由不同接菌处理下早熟禾的根冠比可知，3种接菌处理的根冠比由大到小依次为:GM＞MI＞GI＞CK.结合 GM 处理对早熟禾地下生物量的促进作用，与其他接菌处理相比，摩西球囊霉的添加能更有效地促进早熟禾根系的生长，有助于植物在胁迫环境中有效攫取资源和适应逆境，提高早熟禾根系在植被混凝土中的加筋作用，提高强度.

2.3 不同菌剂处理下早熟禾光合生理变化

植物的光合作用是植物生长发育的基础，也是植物生产力高低的决定性因素.光合速率是描述植物光合作用的直接指标，其大小反映了植物合成有机物质和积累营养物质能力的强弱［16］.根据经验公式对不同接菌处理的净光合速率进行拟合，结果的相关程度均达P＜0.01(n=14)的极显著水平(图2)，拟合和计算结果见表2.

图2 不同接菌处理下早熟禾的光响应曲线

表2 不同接菌处理下早熟禾光合特征指标

AQY能够较直接地反映植物捕光以及对弱光利用的能力.光补偿点是衡量植物需光特性的生理指标，代表了植物光合作用对光辐射强度所要求的下限，也反映了对弱光的利用能力［17］.因此，AQY越高，LCP越低，植物利用弱光的能力越强.从表2可以看出，不同处理的AQY由大到小依次为:GM＞MI＞GI＞CK;不同处理的 LCP 由小到大依次为:GM＜GI＜MI＜CK.结果表明:接种 AMF均可提高植物对弱光的利用能力，GM处理效果最好.对于密集丛生的早熟禾种群，接种摩西球囊霉能有效提高其对光资源的截取和利用效果，提高有机物质的积累.

LSP反映了植物对强光的利用能力.AMF接菌植物均较晚达到最大净光合速率，而后保持较高的光合速率，未出现强光抑制现象，对强光的利用能力增强.由表2可以看出，AMF侵染植物LSP增大，LCP减小，表明对光资源利用区间增大.Pmax反映了植物的光合能力，添加AMF均能提高早熟禾的光合同化能力.其中GM处理的Pmax最大，光合同化能力最强.

瞬时水分利用效率Ewu是衡量植物对水资源的有效利用和节约程度的重要生理指标.Ewu越高，植物的节水能力越大.由图3可看出，GI处理的E最高，远大于CK，强光下旺盛的蒸腾导致其Ewu最低.GM处理虽然有着较高的蒸腾速率，但由于光合作用强，其Ewu仍然保持高效，在4种处理中最高.MI处理的E和Ewu均高于CK.结果表明:接种摩西球囊霉能提高植被混凝土中植物的水分利用效率，加强坡面水分的截留与涵养，提高植被混凝土的抗旱能力.

2.4 不同菌剂处理对早熟禾抗逆性的影响

与普通土壤相比，植被混凝土由于其pH较高，盐碱性较强，会对植物的生理状态产生一定影响.脯氨酸、可溶性糖和MDA含量等是衡量植物生理状态的常用生理指标.植物体内脯氨酸和可溶性糖含量在一定程度上反映了植物的抗逆性;MDA含量则反映了植物受害程度的大小，MDA含量越高，植物受害程度越大.

图3 不同接菌处理下早熟禾蒸腾速率和水分利用效率的光相应曲线

由表3可知，与CK相比，GM、GI和MI处理下的脯氨酸和可溶性糖含量均显著提高，MDA含量均显著降低.GM、GI和MI处理的脯氨酸含量分别比CK处理提高了45.4%、17.4%和38.1%;GM、GI和MI处理的可溶性糖含量分别比CK处理提高了27.7%、10.9%、22.9%.GM处理的MDA含量显著低于其他处理(P＜0.05)，GI和CK处理的MDA含量显著高于MI处理(P＜0.05)，两者差异无统计学意义.表明在植被混凝土中，接种摩西球囊霉能最有效地增加植物内脯氨酸和可溶性糖含量，提高植株的渗透调节能力，降低MDA含量，增强植株的抗逆性.

表3 不同接菌处理处理下早熟禾的生理指标

3 结 论

1)在植被混凝土中添加菌根菌剂，能有效提高早熟禾根部的AMF侵染率，进而对早熟禾的生长、抗逆性能和生理活性产生明显促进作用.接种摩西球囊霉和混菌的侵染效果显著优于接种根内球囊霉，两者的侵染率分别达 43.27%和42.18%，菌根依赖性分别达 121.66%和122.25%.

2)与对照相比，外接菌根菌剂能明显提高早熟禾的株高、地上和地下生物量.MI处理对早熟禾株高和地上生物量促进效果最好，分别提高了15.8%和20%.GM处理对早熟禾地下生物量的促进效果最好，提高达48%，显著高于其他处理(P＜0.05).植物地下根系是保证植物旺盛生长、物质同化和资源利用的基础，发达的根系能起到良好的加筋作用.因此，添加摩西球囊霉对于提高植被混凝土性能和护坡效果具有重要意义.

3)在植被混凝土条件下，不同菌剂处理均能显著增加植物体内脯氨酸和可溶性糖含量(P＜0.05)，减少MDA含量.AMF的添加还能促进植物对弱光的利用能力，提高植物的光合同化能力和水分利用效率.因此，添加AMF菌剂可以在一定程度上解决植被混凝土植被生长受胁迫和易退化等问题，提高植被抗逆性和生长活性.不同菌剂处理中，GM处理的效果最好，能显著降低MDA含量，提高植物对光和水分的利用率.

4)在不同处理中，GM处理的效果最优.摩西球囊霉的添加能促进植物根系的生长，提高植物的株高和生物量，增强植物抗逆性、光合同化能力和水分利用效率，对于植被混凝土构建、工程养护与维护有重要意义，是AMF强化的首选菌剂.

［1］许文年，王铁桥，叶建军.岩石边坡护坡绿化技术应用研究［J］.水利水电技术，2002，33(7):35－36，40.

［2］王铁桥，许文年，叶建军，等.挖方岩石边坡绿化技术与方法探讨［J］.三峡大学学报:自然科学版，2003，25(2):101－104.

［3］许文年，王铁桥，李建林，等.清江隔河岩电厂高陡混凝土边坡绿化技术研究［J］.水利水电技术，2003，34(6):43－46.

［4］CARAVACA F，HERNANDEZ T，GARCIA C，et al.Improvementofrhizosphere aggregate stability of afforested semiarid plant species subjected to mycorrhizal inoculation and compostaddition［J］.Geoderma，2002，108(1/2):133－144.

［5］陈丹明，郭娜，郭绍霞.丛枝菌根真菌对牡丹生长及相关生理指标的影响［J］.西北植物学报，2010，30(1):131－135.

［6］BOROWICZ V A.Do arbuscular mycorrhizal fungi alter plant-pathogen relations［J］.Ecology，2001，82(11):3057－3068.

［7］贺忠群，贺超兴，任志雨，等.不同丛枝菌根真菌对番茄酶活性及光合作用的影响［J］.北方园艺，2008，(6):21－24.

［8］王立，贾文奇，马放，等.菌根技术在环境修复领域中的应用及展望［J］.生态环境学报，2010，19(2):487－493.

［9］李青丰，常海山.几种预处理对促进草地早熟禾种子萌发的效果［J］.中国草地，1997(3):28－30，48.

［10］PHILLIPS J，HAYMAN D.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesiculararbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection［J］.Transactions of the British Mycological Society，1970，55(1):158－161.

［11］NEMEC S.Response of six citrus root-stocks to three species of Glomus，a mycorrhizal fungus［C］//Proc Fla State Hort Soc.［S.l.］:［s.n.］，1978:10－14.

［12］刘家尧，刘新.植物生理学实验教程［M］.北京:高等教育出版社，2010:72－75.

［13］BASSMAN JH， ZWIER JC.Gasexchange characteristics of Populus trichocarpa，Populus deltoides and Populus trichocarpa×P.deltoides clones［J］.Tree Physiology，1991，8(2):145－159.

［14］于建新，李敏，刘润进.菌根真菌与植物激素相互作用研究进展［J］.青岛农业大学学报:自然科学版，2009，26(1):4－7.

［15］CRUZ A F，ISHII T，KADOYA K.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on tree growth，leaf water potential，and levels of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid and ethylene in the roots of papaya under water-stress conditions［J］.Mycorrhiza，2000，10(3):121－123.

［16］李小磊，张光灿，周泽福，等.黄土丘陵区不同土壤水分下核桃叶片水分利用效率的光响应［J］.中国水土保持科学，2005，3(1):43－47，65.

［17］芦站根，赵昌琼，韩英，等.不同光照条件下生长的曼地亚红豆杉光合特性的比较研究［J］.西南师范大学学报:自然科学版，2003，28(1):117－121.

Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on Poa pratensis in vegetation-growing concrete

WANG Li，FU Shengjie，MA Fang，LI Zhe，LIU Guixiang
(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment，Harbin Institute of Technology，150090 Harbin，China)

To improve the growth and survival rate of plants in vegetation-growing concrete，we chose two kinds of arbuscular mycorrhizal fungi，Glomus mosseaeandGlomus intraradices，to study the effect of pure fungi，mixed bacteria onPoa pratensisl.cv.BALIN in vegetation-growing concrete.The results show that:The single application ofGlomus mosseae(GM)can obviously improve the infection rate to 43.27%.Poa pratensishas stronger dependence onGlomus mosseaeand mixed fungicides(MI)with little difference thanGlomus intraradices(GI).The plant height and aboveground biomass with MI treatment can be increased by 15.8%and 20%respectively.Mtreatment can increase the underground biomass by 48%higher than any other treatment.M treatment can significantly improve the proline and soluble sugar contents by 45.4%and 27.7%and reduce the malondialdehyde content(MDA)by 14.7%which can enhance the plant stress-resistance.M treatment can make the plants get the highest CO2assimilation and water use efficiency(WUE)，enhancingPoa pratensis’ability of using the light and water and improving better growth of plants.Glomus mosseaeis the best choice to improve vegetation-growing concrete.

AMF;vegetation-growing concrete;Poa pratensis;mycorrhizal dependency;resistant physiology

X171.4;TU528

A

0367－6234(2014)02－0044－05

2013－01－06.

国家自然科学基金资助项目(51179041);水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07201003);黑龙江省自然科学基金资助项目(E201206);哈尔滨市科技创新人才研究专项基金资助项目(2012RFLXS026);城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题(2014TS05).

王 立(1978—)，女，博士，副教授;

马 放(1963—)，男，博士，教授，博士生导师.

王 立，wli@hit.edu.cn.

(编辑 刘 彤)