AM真菌对甘草侵染及生长的影响

范继红　邹原东　韩振芹　李玉舒

摘要：为了探索AM真菌对甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）的影响，试验在盆栽条件下，比较了接种AM真菌对甘草幼苗生长的影响。结果表明，接种的4种AM真菌能与甘草幼苗形成菌根，显著促进甘草幼苗的生长，形成菌根的甘草幼苗均能显著提高成活率，增加甘草幼苗的苗高、地径、鲜重、干重，提高水分利用率，提高叶绿素含量，增强抗旱性。

关键词：甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）；AM真菌；侵染；生长

中图分类号：S567.7+1.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）04-0670-04

菌根（Mycorrhiza）是自然界中一种极为普遍和重要的植物共生结构，分布最为广泛的菌根类型为丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM），这是植物在长期生存进化过程中与真菌一起协同进化的产物[1]。AM是出现时间最早、生存历史最长的菌根，可能形成于陆生植物出现的初期[2]，自然界中约有90%以上的维管植物形成AM[3]。AM有助于促进宿主植物吸收养分[4]、提高抗逆性[5]、增强竞争力和提高对重金属污染的耐受性[6]，从而改善宿主植物的生长状况。甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）为豆科（Leguminosae）甘草属（Glycyrrhiza L.）多年生草本植物，药用部位是根及根茎；其味甘甜，性平和，生用泻火解毒、缓急止痛，炙用散表寒、补中益气，善于调和药性，解百药之毒，被誉为国之药老，有“十方九草”之说，是最常用的大宗药材，市场上连年需求量巨大。由于持续多年的掠夺性采挖，使野生甘草资源日趋枯竭，生态环境严重恶化；而通过人工栽培甘草代替野生甘草，是实现甘草资源可持续利用的根本有效措施[7]。目前，甘草人工栽培的技术已开始受到重视并取得阶段性成果，如野生变家植驯化、人工栽培和发芽低的问题基本解决[8]，干旱胁迫、密度、钙等环境条件对甘草酸产量影响的研究也报道不少[9-12]。但有关甘草AM方面的研究還比较少，目前主要有甘草AM真菌资源的调查[13]及接种AM真菌对甘草生长方面的某些影响[14]。为此，试验研究了不同AM真菌对甘草侵染情况以及对一年生甘草幼苗生长的影响，以期为AM真菌在甘草上的应用提供全面的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试菌种及植物

供试菌种分别有摩西球囊霉（Glomus mosseae）、地表球囊霉（G. versiforme）、聚丛球囊霉（G. Aggregatum）、幼套球囊霉（G. etunicatum），所用菌种均购于北京市农林科学院植物资源与营养研究所；供试植物甘草种子购于北京市大兴区时珍中草药技术有限公司。

1.2 种子及接种处理

播种前对甘草种子浸种，浸种前用1%高锰酸钾溶液将种子消毒30 min，以清水浸种1 d，浸种完毕后将种子取出，流水冲洗干净。将种子均匀摊到已高温消毒的湿纱布上，上面再盖一层湿纱布进行催芽；种子露白后进行播种，播种同时接菌。供试基质采用混合基质，分别用草炭、蛭石、沙子混合配制，混合比例如下：草炭∶蛭石∶沙子=1∶0.5∶1，基质有机质含量为1.305%，全氮量为0.098%；经高压湿热灭菌2 h（121 ℃）后，晾凉备用。栽植盆选用塑料盆，规格为上口径25 cm、盆底直径20 cm、高40 cm。栽植盆使用前用2%高锰酸钾溶液消毒10 min，每盆装基质到盆内35 cm处，菌剂接种量为10 g/盆，每处理20盆，每盆种5粒。根据试验安排酌情浇水，每隔30 d浇1次Hoagland营养液。

1.3 测定方法

甘草出苗后定期用直尺和游标卡尺测量甘草幼苗的苗高、主根长度和地径，鲜重直接采样称量，干重应用烘干称重法测定，计算根冠比（Root top ratio，R/T）。AM真菌侵染状况采用KOH透明-蓝墨水染色法测定[15]，菌根侵染率测定以被侵染的根段数占镜检总根段数的百分率表示，侵染株率测定由侵染株数和被检测株数的比值计算侵染个体比例，侵染部位率测定采用直线方格交叉法测定，叶绿素含量采用丙酮提取法测定，幼苗组织含水量测定采用烘干称重法测定，

相对含水量=（自然鲜重-干重）/（饱和鲜重-干重）×100%，

水分自然饱和亏=（饱和鲜重-自然鲜重）/（饱和鲜重-干重）×100%。

2 结果与分析

2.1 AM真菌对甘草幼苗的侵染效果

在接种AM真菌90 d时检测甘草幼苗侵染状况及成活率，结果见表1。从表1可见，4种AM真菌均能与甘草幼苗形成菌根。通过染色法观察AM真菌对甘草幼苗的侵染情况，结果分别见图1、图2、图3、图4。从图1、图2、图3、图4可见，4种AM真菌都能侵染甘草幼苗根系，形成菌根，其中摩西球囊霉、地表球囊霉和聚丛球囊霉3种真菌与甘草幼苗形成菌根比较早，侵染率比较高，形成的菌根主要为丛枝结构，菌丝粗大，丛枝清晰，数量多；地表球囊霉与甘草幼苗形成的菌根既有丛枝结构，也有泡囊，形式多样。只有幼套球囊霉与甘草幼苗形成的菌根主要为泡囊结构，形状多样，大小不一。从表1的侵染数据看，摩西球囊霉和地表球囊霉侵染甘草幼苗的能力强，侵染株率达到90%以上，侵染部位率均大于50%，以地表球囊霉在4个处理中菌根侵染部位率最高，达到57.4%。聚丛球囊霉对甘草幼苗的侵染效率比较强，从侵染数据看处于中等水平，但生长量却并不小。接种幼套球囊霉菌根的侵染部位率较低，为45.2%；而对照没有发现AM真菌侵染。接种AM真菌的甘草幼苗成活率均在90%以上，明显高于对照。结合苗高生长数据看，地表球囊霉和幼套球囊霉对甘草幼苗的促生效果都非常明显，但在侵染过程中的表现却有一定差异，地表球囊霉在初期侵染速度快，对苗高生长促进作用比较明显，而幼套球囊霉初期侵染速度稍慢，在侵染完成后，才对苗高生长促进作用明显。

2.2 AM真菌侵染对甘草幼苗生长量的影响

AM真菌对甘草幼苗生长量的影响情况见表2。从表2可以看出，4种AM真菌均能和甘草幼苗形成菌根，与对照相比，对苗高、地径、主根长、鲜重、干重等方面的影响大多数都达到了显著差异水平（P<0.05）。其中，接种地表球囊霉的甘草幼苗表现突出，其平均高度达到42.0 cm，比对照提高1倍以上，地径为1.46 mm，比对照增加0.51 mm；接种摩西球囊霉的甘草幼苗在苗高生长方面表现不突出，苗高为33.3 cm，比对照增加了13 cm，差异显著（P<0.05）；地径为1.08 mm，仅比对照增加0.13 mm，差异不显著（P>0.05）。

植物的地上部分与地下部分的生长具有相关性，根系生长的强弱直接影响植物地上部分的生长发育水平，而且根作为甘草药材的药用部位，是考察药材质量的关键所在。从表2还可见，幼套球囊霉对甘草幼苗主根长度的促进作用最大，主根长达到17.3 cm，比对照增加了7.2 cm，差异达到了显著水平（P<0.05）。地表球囊霉虽然对苗高生长促进作用大，但在促进主根生长方面的作用不是很强，接种地表球囊霉的甘草幼苗主根长为14.4 cm，只比对照增加了4.3 cm，差异不显著（P>0.05）。

4种AM真菌对甘草的鲜重、干重等经济指标都产生了显著的影响，地表球囊霉、聚丛球囊霉和幼套球囊霉3种AM真菌对甘草幼苗苗高生长的促进作用都很显著（P<0.05），但对鲜重、干重的影响却不尽相同；接种幼套球囊霉的甘草幼苗鲜重、干重增加都是最多的，地上部干重为3.23 g，地下部干重为2.08 g，根冠比达到了0.64，而接种地表球囊霉和聚丛球囊霉的甘草根冠比分别为0.47和0.41；接种摩西球囊霉的甘草苗虽然促进苗高生长不是最显著的，但其地上部干重为2.37 g，地下部干重为1.45 g，根冠比达到了0.61，表现出很强的促进根系生长能力。

2.3 AM真菌侵染对甘草幼苗叶绿素含量的影响

AM真菌通过提高植物叶片叶绿素的含量、增强光合作用来参与植物碳素同化物代谢，从而促进植物的生长发育。接种AM真菌后甘草幼苗的叶绿素含量变化情况见图5。从图5可见，接种AM真菌的4个处理叶绿素含量均高于对照。其中接种摩西球囊霉（Gm）和幼套球囊霉（Ge）的甘草幼苗大大提高了叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量，如接种摩西球囊霉的甘草幼苗其叶绿素a含量为1.689 mg/g，是对照的1.67倍，叶绿素b含量为0.517 mg/g，是对照的2.07倍，差异非常明显；接种幼套球囊霉的甘草幼苗其叶绿素a含量为1.715 mg/g，是对照的1.69倍，叶绿素b含量为0.512 mg/g，是对照的2.05倍，差异也非常明显。接种聚丛球囊霉（Ga）的甘草幼苗其叶绿素含量居中；而接种地表球囊霉（Gv）的甘草幼苗其叶绿素含量最低，但也高于对照，叶绿素a、叶绿素b含量分别为对照的1.34倍和1.50倍。

2.4 AM真菌侵染对甘草幼苗水分代谢的影响

AM真菌接种后对甘草幼苗水分代谢的影响情况见图6、图7。从图6可以看出，4种AM真菌对甘草幼苗的水分代谢影响不如叶绿素含量大，如接種摩西球囊霉处理的甘草幼苗相对含水量为72.11%，而对照为51.59%，接种其他3种AM真菌的甘草幼苗相对含水量都在60%上下，虽然都高于对照，但差异不象叶绿素含量那样大。从图7水分自然饱和亏测定结果看，接种摩西球囊霉的处理下降最多，自然饱和亏为29.89%，对照为45.41%，明显低于对照，其他3个处理的自然饱和亏数值在36%～40%，略低于对照。

3 小结与讨论

试验选用的4种AM真菌均能与甘草幼苗形成丛枝菌根，但在侵染速度、侵染强度及形成的菌根结构等方面存在差异，除了幼套球囊霉形成泡囊结构外，其他3种AM真菌均形成了丛枝结构。4种AM真菌接种后均能显著提高甘草幼苗的成活率和生长量，尤以接种幼套球囊霉和地表球囊霉的效果显著，接种地表球囊霉在促进苗高生长方面效果显著，接种幼套球囊霉的甘草苗高生长虽然不突出，但是积累干物质的量相对要高，这可能是不同菌种的特性决定的。

根冠比以植物地下部分与地上部分干重或鲜重的比值为依据，它能反映植物的生长状况以及环境条件对地上部与地下部生长的不同影响。试验中接种AM真菌的甘草幼苗根冠比明显高于对照，其中接种摩西球囊霉和幼套球囊霉的处理根冠比相对较大，而地表球囊霉和聚丛球囊霉的根冠比较小，与侵染规律没有明显相关。说明不同物种有不同的根冠比，同一物种在不同的生育期根冠比也有变化，由于AM真菌不同，侵染后植物的代谢改变也可能不同，下一步还应深入探讨，以找出其规律性。

不同的AM菌种在促进植株生长发育中，很可能存在不同的作用机制。试验中，对甘草幼苗苗高的影响是地表球囊霉、聚丛球囊霉和幼套球囊霉都比较明显，但从地上部干重、地下部干重和根冠比来看，幼套球囊霉的效果最好。AM真菌能促进寄主的生长发育，虽然菌根真菌消耗植物叶片合成的碳水化合物，但它促进了根系对矿质营养的吸收，最终使得菌根植物的生长发育超过了对照。但不同的AM真菌促进甘草幼苗生长发育的效果不一样，对此，不同研究者所做的解释也不同，Graham等[16]认为不同菌种促生作用的不同是由于丛枝菌根真菌外生菌丝的不同或是寄主与丛枝菌根的亲和性不同及侵染早晚造成的，因此，在今后的试验里还要全面系统分析AM真菌促进植株生长发育的作用。

参考文献：

[1] 李晓林，冯 固.丛枝菌根生理生态[M].北京：华文出版社， 2001.

[2] （日）小川真.作物と土をつなぐ共生微生物菌根の生態學[M].东京：农文协，1987.

[3] 刘润进，李晓林.丛枝菌根及其应用[M].北京：科学出版社， 2000.

[4] SMITH S E，SMITH F A，JAKOBSEN I. Mycorrhizal fungi can dominate phosphate supply to plants irresoective of growth responses[J].Plant Physiology，2003，133：16-20.