铝胁迫下外生菌根真菌对土壤无机磷的溶解释放

夏蓉蓉，陈梅玲，张瑞秋，柯许彬，张 亮

(南京师范大学泰州学院化学与生物工程学院，江苏泰州 225300)



铝胁迫下外生菌根真菌对土壤无机磷的溶解释放

夏蓉蓉，陈梅玲，张瑞秋，柯许彬，张 亮*

(南京师范大学泰州学院化学与生物工程学院，江苏泰州 225300)

[目的]研究铝胁迫下外生菌根真菌对土壤无机磷的溶解释放。[方法]铝胁迫下，以彩色豆马勃(Pisolithustinctorius，编号Pt)和松乳菇(Lactariusdelicious，编号Ld)为供试菌株，土壤为唯一磷源，采用液体培养试验研究菌丝生长情况，以及对土壤无机磷的活化。[结果]在铝胁迫下，2株外生菌根真菌的生物量随着铝离子浓度的升高，表现为先增高后降低的趋势，其中，在0～2.0 mmol/L铝离子浓度下，Pt的生物量均大于Ld，说明Pt的抗铝毒能力强于Ld。此外，pH在铝离子胁迫下显著下降，2株外生菌根真菌不同程度地活化土壤中无机磷。[结论]外生菌根真菌的抗铝和溶磷能力与其分泌的氢离子和有机酸有关。

铝；外生菌根真菌；酸性土壤；磷

铝元素是土壤中含量最高的金属元素，但并非植物生长所必需的元素。我国南方很多地区受到酸雨的影响，导致土壤中铝离子的溶出，形成铝毒[1]。而南方地区森林土壤矿质元素缺乏严重，加之森林土壤一般不施肥，导致森林生态系统极不稳定，酸雨加重了土壤酸化和毒害，造成很多林地成片枯萎凋亡[2]。

外生菌根真菌作为森林生态系统的一部分，与多数木本植物形成菌根共生体后，能增强植物根系对难溶磷钾的溶解吸收，从而促进植物的生长[3]。研究发现，在重金属胁迫下，外生菌根真菌能积累重金属，增强植物的抗逆性，缓解重金属对植物的迫害[4]。进一步研究发现，外生菌根真菌作为根系微生物，能向植物根系周围分泌多种有机酸，包括小分子的草酸、乙酸、酒石酸等，这些有机酸能电离出氢离子，来溶解难溶性的磷酸钙盐；高分子有机酸能与金属离子形成稳定络合物，从而将磷酸根释放到土壤中[5-6]。目前，对外生菌根真菌的研究主要集中在菌根化苗木的生长和抗胁迫环境，外生菌根真菌在金属胁迫和难溶性磷的活化释放研究较少。笔者以南方地区森林土壤——低磷黄红壤为供试土壤，研究在铝胁迫下，外生菌根真菌对土壤无机磷的溶解释放。

1　材料与方法

1.1试验材料

1.1.1外生菌根真菌。从南京师范大学泰州学院微生物实验室取2株外生菌根真菌，分别为彩色豆马勃(Pisolithustinctorius，编号Pt)和乳菇(Lactariusdelicious，编号Ld)。采用无磷源的Pachlewsk固体培养基，25 ℃下培养14 d备用。

1.1.2培养基。培养基组成：0.5 g/L酒石酸铵，0.55 g/L KCl，0.5 g/L MgSO4，20 g/L 葡萄糖，20 g/L琼脂，0.1 g/L维生素B1，1.0 ml/L微量元素混合液(1 L含8.45 mg H3BO3、5 mg MnSO4、6 mg FeSO4、0.625 mg CuSO4、2.77 mg ZnCl2和0.27 mg(NH4)2MoO4)，琼脂15～20 g；摇动容器直至溶质全部溶解，调pH至5.5，用去离子水定容至1 L，并在121 ℃高压下蒸汽灭菌30 min。

1.1.3土壤样品。供试土壤为酸性黄红壤，采自浙江安吉藏龙百瀑景区马尾松林下的底层土壤。土壤理化指标：pH 4.25，有机质20.5 g/kg，全氮1.07 g/kg，全磷0.55 g/kg，有效磷22.9 mg/kg。风干土壤，磨细过100目筛，取1.000 0 g土壤置于两端开口的直径1 cm的塑料管中部，然后两端塞入玻璃纤维，将土壤夹在中间，再用孔径0.22 μm的微孔滤膜密封两端，121 ℃蒸汽灭菌150 min。在培养外生菌根真菌时，将盛有土壤的塑料管放入液体培养基中，水分子、无机离子和有机酸等均可自由进出，但土壤不会穿过滤膜而进入溶液。

1.2试验设计分别配制铝离子浓度为0、0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L的无磷Pachlewsk液体培养基，pH 4.25。分别取上述溶液20 mL加入150 mL三角瓶中，在每个三角瓶中加入1个装有土壤的灭菌塑料管，封口，蒸汽灭菌((121±1)℃，30 min)，冷却；每瓶分别接入直径6 mm的琼脂菌种2块，以不接种但加入1个土壤塑料管的液体培养基为对照，其余接种处理，试验重复3次，每个处理设5次重复。25 ℃暗箱静止培养14 d。

1.3测定项目与方法培养结束后，过滤菌丝，收集滤液。用数字酸度计测定滤液pH变化；菌丝干燥后测定生物量；取出塑料管中的土壤，自然风干，土壤无机磷组分测定采用文献[7]的方法：1 mol/L NH4Cl浸提疏松态磷，0.5 mol/L NH4F浸提铝磷(Al-P)，0.1 mol/L NaOH浸提铁磷(Fe-P)，0.3 mol/L柠檬酸钠+1.0 g Na2S2O4+0.5 mol/L NaOH浸提闭蓄态磷(O-P)，0.5 mol/L(1/2H2SO4)浸提钙磷(Ca-P)。

1.4数据处理用Excel 2007对试验数据进行计算，SPSS 18.0进行统计分析，不同处理间的差异显著性用单因素方差分析进行比较。

2　结果与分析

2.1铝对外生菌根真菌生物量的影响由图1可知，随着铝离子浓度的升高，2株外生菌根真菌的生物量均表现为先升高后降低的趋势。其中，菌株Pt的生物量均在铝离子浓度1 mmol/L时达到最大，后随着铝离子浓度的升高，生物量降低，而菌株Ld在0.5 mmol/L时达到最大；且在试验所设铝离子浓度范围内，Pt的生物量均大于Ld。说明Pt对铝离子的敏感度小于Ld。

图1　不同浓度铝离子对外生菌根真菌生物量的影响Fig.1　Effects of Al3+ concentration on the biomass of ectomycorrhizal fungi

2.2铝胁迫下外生菌根真菌培养基中pH的变化由图2可知，培养14 d后，2株外生菌根真菌均显著降低培养基中的pH，且随着铝离子浓度的增加，降低效果越显著。其中，Ld菌株在铝离子浓度为2.0 mmol/L时，降幅最大，与对照(CK)相比，pH降低1.02。同时，在试验所设铝离子浓度范围内，菌株Ld的降幅均大于菌株Pt。

注：CK为不接种，铝浓度为0 mmol/L。Note：CK means the medium was not inoculated，and Al3+ concentration was 0 mmol/L.图2　培养基中pH的变化Fig.2　Changes of pH in liquid culture mediums

2.3铝胁迫下外生菌根真菌对土壤各组分无机磷含量的影响由表1可知，在液体培养基中接种外生菌根真菌，土壤铝磷、铁磷、钙磷和闭蓄态磷均不同程度地降低。其中，2株外生菌根真菌在试验所设铝离子浓度下均显著降低土壤中的铝磷、铁磷和钙磷。除菌株Ld在铝浓度为0 mmol/L外，2株外生菌根真菌显著降低土壤中的闭蓄态磷。从土壤无机磷总量看，2株外生菌根真菌在试验所设铝离子浓度下均显著降低土壤中的无机磷总量，降幅为2.87%～9.54%。此外，菌株不同，土壤无机磷各组分的降幅也不同。

表1　土壤中无机磷组分的变化

注：同列不同小写字母表示不同浓度间差异显著(P<0.05)。

Note：Different letters in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

3　结论与讨论

该研究结果发现，2株外生菌根真菌在不同铝离子浓度下均能活化土壤中无机磷组分，菌株Pt的活化能力略强于Ld；同时2株外生菌根真菌随着铝离子浓度的升高，菌丝的磷吸收量表现为先升高后降低的趋势，说明低浓度的铝离子对菌丝生长是有益的，可以促进菌丝从低磷环境下吸收养分。当铝离子浓度超过菌丝的耐受性后，将不利于外生菌根真菌的生长。因此，筛选出既有抗铝作用又耐低磷(活化能力强)的优良菌株显得尤为重要。

该研究发现，培养基中的pH在铝离子的胁迫下显著下降，其中，Ld菌株在铝离子浓度为2.0 mmol/L时，降幅最大，与对照(CK)相比，pH降低了1.02，这说明2株外生菌根真菌通过向环境中释放氢离子，活化难溶性磷酸盐。在我国南方大部分地区由于受到环境的污染，土壤酸化严重，伴随着铝离子在土壤中的大量溶出，加上森林土壤养分的贫瘠，使外生菌根真菌生长受到抑制，进而树木缺乏养分供给[8-10]。该研究发现，外生菌根真菌Pt具有较强的抗铝和耐低磷环境的能力。因此，筛选出优良的外生菌根真菌，研究其耐胁迫环境的机理，并将其应用于森林退化修复中意义重大。

[1] 辜夕容，黄建国.铝对外生菌根真菌草酸分泌及磷、钾、铝吸收的影响[J].生态学报，2010，20(2)：357-363.

[2] 李倩，黄建国.外生菌根真菌改善树木钾素营养的研究进展[J].贵州农业科学，2011，39(6)：107-110.

[3] 钟汉珍，袁泉.长江流域酸雨危害及对策分析[J].华中农业大学学报(社会科学版)，2002(3)：18-21.

[4] 喻田甜.外生菌根真菌对铝胁迫的响应[D].重庆：西南大学，2014.

[5] ZHANG L，WANG M X，LI H，et al.Mobilization of inorganic phosphorus from soils by ectomycorrhizal fungi[J].Pedosphere，2014，24(5)：683-689.

[6] LIANG J F，YU H W，YE G P，et al.Influence of organophosphate on growth and phosphorus-dissolving of phosphobacteria[J].Acta agriculturae Jiangxi，2007，19(8)：89-90.

[7] 杨剑虹，王成秋，代亨林.土壤农化分析与环境监测[M].北京：中国大地出版社，2008.

[8] 章爱群，贺立源，赵会娥，等.有机酸对土壤无机态磷转化和速效磷的影响[J].生态学报，2009，29(8)：4061-4069.

[9] 张宇龙，卢小良，杨成德.东祁连山高寒草地土壤无机磷溶解菌分离及溶磷能力初探[J].草地学报，2011，19(4)：560-564.

[10] 张亮，王明霞，张薇，等.外生菌根真菌对土壤钾的活化作用[J].微生物学报，2014，54(7)：786-792.

Dissolution and Release of Inorganic Phosphorus from Soil by Ectomycorrhizal Fungi under Aluminum Stress

XIA Rong-rong, CHEN Mei-ling, ZHANG Rui-qiu, ZHANG Liang*et al

(School of Chemistry and Bioengineering, Taizhou College, Nanjing Normal University, Taizhou, Jiangsu 225300)

[Objective] To study the dissolution and release of inorganic phosphorus from soil by ectomycorrhizal fungi under aluminum stress. [Method]Pisolithustinctorius(Pt) andLactariusdelicious(Ld) were cultured in liquid Pachlewsk medium with soil as the source of phosphorus (P) under aluminum stress to study the fungal growth, and changes of soil inorganic P were measured to study P mobilization from soil by ectomycorrhizal fungi (ECMF). [Result] The fungal growth first increased and then decreased with the increase of aluminum concentration. When aluminum concentration varied from 0 to 2.0 mmol/L, the biomass of Pt was higher than that of Ld, showing that the resistance of Pt to aluminum toxicity was stronger than that of Ld. In addition, the pH of culture mediums decreased significantly, and the soil inorganic P was mobilized by ECMF at different levels. [Conclusion] The ability of ECMF to resist aluminum and mobilize P is related to hydrogen ions and organic acids secreted by ECMF.

Aluminum; Ectomycorrhizal fungi; Acid soil; Phosphorus

江苏省高等学校大学生实践创新创业训练计划项目“铝胁迫下外生菌根真菌对土壤无机磷的活化作用”(201513843015Y)；泰州市科技支撑计划(社会发展)项目“农作物秸秆高温堆肥生产有机肥”(TS018)；泰州市科技支撑计划(社会发展)项目(TS201516)。

夏蓉蓉(1994- )，女，江苏泰州人，本科生，专业：制药工程。*通讯作者，讲师，硕士，从事农业资源微生物研究。

2016-05-26

S 718.81

A

0517-6611(2016)19-143-02