林地土壤及其真菌对毛红椿种子发芽及幼苗保存的影响

郭晓燕，付 立,张 露*,苏 恒,梁跃龙

(1.江西农业大学,江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西 南昌 330045；2.江西农业大学生物科学与工程学院，江西 南昌 330045； 3.江西九连山国家级自然保护区，江西 龙南 341700)

林地土壤及其真菌对毛红椿种子发芽及幼苗保存的影响

郭晓燕1，2，付 立1,张 露1*,苏 恒1,梁跃龙3

(1.江西农业大学,江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西 南昌 330045；2.江西农业大学生物科学与工程学院，江西 南昌 330045； 3.江西九连山国家级自然保护区，江西 龙南 341700)

毛红椿；种子萌发；幼苗存活；土壤真菌

Abstract: [Objective]The barrier factors influencing the natural regeneration ofToonaciliatavar.pubescenswere explored through investigating the effects of forest soil and fungi in different natural communities on seed germination and seedling survival. [Method]Soil samples were collected from the root zone at three distances (2.5, 5.0, and 7.5 m) from the mother trees as well as the natural forest stands 25 m away from the mother trees in Jiulianshan National Nature Reserve. The seed germination trial on soils was carried out in the laboratory with non-forest soil as the control. In addition, the seedling infection trial in soil was also performed in the laboratory with root irrigation by fungi isolated from root zone soil and suspended with water or root exudates. The seed germination, seedling survival and seedling susceptibility were observed. [Result]The germination of seed in all kinds of soil revealed the tendency of increasing at initial and then decreasing, and reached the peak during the eighth to tenth day after sowing. There were no significant differences between forest soil and non-forest soil in germination rate, while the seedling survival rate of forest soil was significantly lower than that of non-forest soil. There were significant differences between root zone soil and non-root zone soil in seedling survival rate, and the seedling mortality of root zone soil was higher. It was also found that there were no significant differences in seedlings survival rate of root zone soil among different distances from the mother trees. It addition, there were extremely significant differences in seedling infection treatments, and the seedling disease incidence rates of RS2, RS5soil-borne fungi were significantly higher than those of the two blank controls, water (W) and root exudates (R). Moreover, the disease infection rate of RS2root exudates suspension was significantly higher than that of RS2water suspension. [Conclusion]Forest soil of different natural communities has no effect on seed germination ofT.ciliatavar.pubescens, However, the seedling establishment is disturbed by root zone soil of the same species; the interaction between root exudates and pathogens can significantly reduce the seedling survival rate. It could be inferred that there are potential pathogens in root zone soil ofT.ciliatavar.pubescensand root exudates can enhance their pathogenicity.

Keywords:Toonaciliatavar.pubescens; seed germination; seedling survival; soil-borne fungi

作为我国二级保护物种之一的毛红椿(ToonaciliataRoem.var.pubescens(Franch.)Hand.-Mazz.[1]，因其速生、珍贵、濒危，近年来越来越受到学者关注。目前，在毛红椿天然种群生态特征[2]、群落结构特征[3]、群体遗传结构[4-5]、结实特性及生殖力[6-7]、种子萌发的影响因素[8-9]和毛红椿资源保护对策和育苗技术[10-12]等方面开展了研究，本课题组探讨了天然林毛红椿种子库、林下幼苗数量、基株个体大小和枯落物厚薄等生境因素对毛红椿天然更新的影响[2,6,9]。植物种群更新限制主要来自三种机制：一是种子可获得性低，导致有效传播率低，引起种源限制；二是种子不能扩散到合适地点而受到传播限制；三是扩散到微生境后，受生物和非生物因素影响而不能生长成幼树，导致建成限制[13-15]。微生境生态因子包含多种限制因素，如土壤、水分、光照、枯落物、植物邻居等，这些因子决定着幼树的建成，不同种植物的主导因子存在差异[16]。土壤作为林木生长的重要生态因子，其物理、化学及生物学性质直接影响森林的更新过程[17]，森林群落植物的组成及分布，还与其森林系统根系分泌物的化感效应存在密切联系[18]。本文在毛红椿天然优势群落中，研究根区土壤、土壤真菌及土壤性质等对种子萌发和幼苗建成的影响，研究结果有助于寻找制约该物种生存和发展的主要因子，更好理解毛红椿天然更新的障碍因素，为珍稀阔叶树种毛红椿致濒提供有效的保护策略和保育技术。

1 研究材料

表1 九连山毛红椿天然林群落及母树基本情况

2 研究方法

2.1室内模拟播种实验

2015年4月，用0.3%的高锰酸钾溶液进行种子消毒30min，再用蒸馏水清洗残液。将根区土、非根区土及河沙、沙壤土、菜地土分别装入经消毒灭菌的组培瓶(瓶高85mm，上口径95mm，底面直径80mm)，每瓶置20粒种子，放入光照培养箱发芽，光照时间14h·d-1，温度25℃，每天称质量补充水分，5次重复。观察记录种子发芽数、发芽天数及幼苗保存情况，以某处理中幼苗全部死亡结束整个实验，计算毛红椿种子发芽率和幼苗存活率。

种子发芽率=种子发芽数/种子数×100%

幼苗存活率=实验结束时存活幼苗数/种子发芽数×100%

2.2土壤性质测定

采用烘干法(105℃)测定土壤含水率，玻璃电极法测定土壤pH值，水合热重铬酸钾氧化-比色法测定土壤有机质含量，KCl浸提-靛酚蓝比色法测定土壤铵态氮含量，紫外分光光度法测定土壤硝态氮含量，3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤纤维素酶和蔗糖酶活性[19]。

2.3根区土壤真菌分离及接种

2.3.1真菌分离 选取播种实验幼苗死亡率较高的毛红椿根区土样，分离培养真菌。称取5g根区土，梯度稀释法制成土壤悬液，接种至ABPDA培养基(PDA培养基内加100mg·L-1链霉素和100mg·L-1青霉素)，28℃恒温培养获得单菌落，采用划线分离法纯化菌株，得到根区土壤真菌，再将其接种至PDA培养基斜面上保存待用。

2.3.2毛红椿根系分泌物收集 挖取1年生毛红椿幼苗3株，洗净根系泥土，在盛有1000mL蒸馏水的容器中放置24h，收集水培液，过滤除菌获得根系分泌物(R)[20]。

2.3.3真菌感染用幼苗培养 将消毒处理后的毛红椿种子播于121℃间歇灭菌3次的沙壤土中，光照培养箱内培养15d至初生叶形成，以备接种之用。

2.4数据处理

采用SPSS17.0统计软件和Excel2007进行数据分析，不同处理间参数的差异采用 Student-Newman-Keuls法进行多重比较，比较两参数采用独立样本t检验，变量相关性采用双变量pearson 相关分析。

3 结果与分析

3.1毛红椿林地土对毛红椿实生苗更新的影响

图1 毛红椿种子萌发及幼苗数量随时间的变化Fig.1 Changes on the number of seed germination and seedling of T. ciliata var. pubescens with the sowing time

表2 距毛红椿母树不同距离的种子发芽率与幼苗保存率

注：同列不同小写字母间表示差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母间表示差异极显著(P<0.01)，下同。

Note：Different lowercase letter along the column indicate significant difference atP<0.05，Different capital letter along the column indicate extremely significant difference atP<0.01，the same as below.

表3表明：林地土(根区土、非根区土)种子发芽率的总均值(71.86%)与非林地土(河沙、沙壤土、菜地土)对照的种子发芽率总均值(72.67%)差异不显著，但林地土的保存率总均值(40.58%)极显著低于非林地土的(70.02%)(F=5.352，df=49，P=0.000<0.01)；林地根区土与非根区土的种子发芽率差异不显著，但幼苗保存率差异极显著(F=30.074，P=0.000<0.01)，林地根区土幼苗存活率较低，仅32.44%。以上结果进一步表明，林地土毛红椿幼苗保存率低的原因主要来源于根区土的影响。

表3 不同类型土壤毛红椿种子发芽率与幼苗保存率

3.2土壤理化性质、酶活性与毛红椿幼苗保存的相关性

鉴于非根区土壤幼苗保存率与3种非林地土均差异不显著，故探讨林地土壤(根区土和非根区土)性状与毛红椿幼苗保存率间的关系。

九连山毛红椿林地土部分理化性质和酶活性见表4。独立样本t检验结果表明：毛红椿根区土的pH值显著高于非根区土的(F=0.049，df=34，P=0.016<0.05)，但毛红椿根区土和非根区土的含水率、蔗糖酶、纤维素酶、有机质、铵态氮、硝态氮差异不显著。

相关分析结果(表5)表明：不同类型土壤指标与种子发芽率和幼苗保存率相关不显著。

表4九连山林地土壤的理化性质和酶活性

Table4Enzymeactivityandphysical-chemicalpropertiesofJiulianshanforestsoil

土壤性状Soiltraits根区Rootzone大丘田Daqiutian虾公塘Xiagongtang电站Dianzhan非根区Non⁃rootzone大丘田Daqiutian虾公塘Xiagongtang电站Dianzhan含水率Watercontent%32．57±1．4234．97±3．8226．34±3．8437．67±8．7239．24±3．6528．60±3．00pH值pHvalue5．39±0．295．40±0．226．09±0．145．11±0．294．90±1．835．68±0．36有机质SOM(g·kg-1)15．16±5．4410．56±0．487．40±2．3417．00±4．3711．36±0．519．36±0．54蔗糖酶Invertase(mg·g-1)4．34±3．243．17±0．995．61±3．816．40±2．375．33±3．663．72±2．98纤维素酶Cellulose(mg·g-1)1．38±0．861．92±0．571．41±0．857．86±0．792．38±0．190．95±0．26铵态氮(NH4+)N(mg·kg-1)13．60±5．8632．55±2．8221．01±10．3321．13±11．0333．13±1．9616．71±7．43硝态氮(NO3-)N(mg·kg-1)1．61±0．611．63±0．281．34±0．391．86±0．651．71±0．401．13±0．42

表5 九连山林地土壤理化性质、酶活性与种子发芽率和幼苗保存率相关分析

3.3根区土壤真菌对毛红椿幼苗保存率的影响

根区土死亡的幼苗表现为苗茎或其叶子着生处感染褐化干枯而死，疑似真菌感染所致。因此，从幼苗死亡率较高的根区土壤中分离出真菌(RS2和RS3来自大丘田群落距毛红椿大树2.5m处根区土壤，RS5来自虾公塘群落距毛红椿大树5m处根区土壤)，分别用其水(RS2W、RS3W、RS5W)或毛红椿根系分泌物孢子悬液(RS2R、RS3R、RS5R)对毛红椿健康幼苗灌根接种，无菌水(W)和根系分泌物(R)为对照，幼苗保存结果见图2。

方差分析结果表明：处理间差异极显著(F=20.802，df=7，P=0.000<0.01)。多重比较表明：2个对照间差异不显著，无菌水悬浮液RS2W、RS5W和根系分泌物悬浮液RS2R、RS5R处理的幼苗保存率均显著低于其相应的对照；RS3W和RS3R孢子悬浮液处理的幼苗保存率与无菌水(W)和根系分泌物(R)的差异不显著；RS2R处理的幼苗保存率显著低于RS2W处理的，RS5R处理的幼苗保存率低于RS5W处理的，但差异不显著(图2)。以上结果表明：RS2和 RS5真菌可能为毛红椿潜在致病菌，且毛红椿根系分泌物能显著增强RS2真菌的致病力。

图2 根区土壤真菌孢子悬浮液对毛红椿幼苗保存率的影响Fig.2 Effect of the soil-borne fungal spore suspension on the survival of T. ciliata var. pubescens seedlings

4 讨论

森林土壤中的真菌及细菌等有较大的空间变异性[23]，土壤中病原菌对土壤的改变，将不利于植物的生存和生长，特别是对原有植物种的扩展产生限制作用，在幼苗更新过程中，这种限制作用表现为距同种成年树越近，幼苗死亡率越高。研究已证实，土壤中病害真菌导致热带和亚热带森林中成年树附近幼苗死亡，这可能是由土传病原菌引起的植物-土壤的负反馈作用对植物丰度的调节[24-26]。近年来，越来越多的学者认为，根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系紊乱是导致植物连作障碍形成的主要因素[27]。由于根系分泌物的输入，根际沉积物有不同于非根际沉积物的化学、物理和微生物特性[28]。植物根系周围的特殊区域对土壤中的微生物而言，是一个天然的选择性培养基,如果大量繁殖的微生物为病原菌，则可能入侵植物根系，导致病害发生[27,29]。刘艳霞等[30]研究表明，烟草根系分泌物及其酚酸类成分促进烟草青枯病原菌(茄科劳尔氏菌)的生长，而对拮抗菌(短芽孢杆菌)的生长具有抑制作用。某些根系分泌物成分对植物病原菌的毒性物质分泌具有促进作用，如Wu等[31]研究发现，兰州百合根系分泌物成分邻苯二甲酸显著刺激百合枯萎病原菌(尖孢镰刀菌)发病相关水解酶的活性。关于根系分泌物和土壤病原菌对毛红椿实生更新的影响还有待进一步研究。

5 结论

在本研究的不同类型土壤中，毛红椿种子萌发规律基本一致，幼苗数均呈先上升后下降的趋势，且毛红椿林地土壤理化性状与酶活性等均与种子发芽率及幼苗保存率不显著相关，但根系分泌物能够影响某些病原菌的致病性，使毛红椿根区土壤中存在潜在致病真菌导致幼苗死亡，不利于其幼苗保存和建成。建议下一步应侧重于致病微生物鉴定、对根系分泌物趋化性和其成分分析，以期提高毛红椿幼苗存活率，促进幼苗建成。

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(责任编辑：徐玉秀)

EffectsofForestSoilandSoil-borneFungionSeedGerminationandSeedlingSurvivalofToonaciliatavar.pubescens

GUOXiao-yan1,2，FULi1，ZHANGLu1，SUHeng1，LIANGYue-long3

(1.2011 Collaborative Innovation Center of Jiangxi Typical Trees Cultivation and Utilization，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，Jiangxi, China; 2. College of Bioscience and Bioengineering，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，Jiangxi,China；3.Jiulianshan National Nature Reserve, Longnan 341000，Jiangxi, China)

S718.5

A

1001-1498(2017)05-0871-07

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.05.022

2017-03-06

国家自然科学基金项目(31360171);高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20123603110002)

郭晓燕(1970—)，博士研究生，主要从事森林培育和微生物研究.E-mail: guoxiaoyan1970@126.com

* 通讯作者：张 露，博士，教授,主要从事珍贵阔叶树繁育理论与技术研究.E-mail: zhlu856@163.com