哈茨木霉对湿地松幼苗光合作用和生物量累积的影响

杨 雄 刘乐平 李兴山 田 玲

(荆门市彭场林场 荆门 448000)

中国经过数十年的工业发展，现在面临日益严重的的环境问题，尤其是面源污染问题。在这种情况下，环境友好型的农林栽培技术更应该得到广泛的推广。这种环境友好型的栽培技术旨在维持农林土壤的持续性以及农林病虫害的有效控制。因此，生物菌肥的使用应该大力提倡。

木霉属的多个菌种(如绿色木霉、康宁木霉、棘孢木霉、深绿木霉、哈茨木霉、长枝木霉等)为重要的生防菌，对寄主具有多方面的生理生态方面的影响，其中人们研究较多的菌种为哈茨木霉(Trichodermaharzianum)。这些研究集中于哈茨木霉的小型分泌蛋白(small secreted proteins)的功能[1]、农杆菌介导哈茨木霉转化系统优化及突变体分析[2]、哈茨木霉对植物根际微生物群落的影响[3]、植物激素的变化[4]、以及对植物生长发育[5]、抗病性[6]和抗逆性[7]的影响。哈茨木霉所产生的次生代谢物质(Harzianic acid)能够促进植物的生长和提高植物抗病性[8]，该次生物质对铁离子(Fe3+)具有很高的亲和力，可以促进土壤中铁离子的溶解[9]，从而增强植物对铁离子的吸收。正因为如此，人们对其基因组[10]和蛋白组[11]进行了研究。

目前，人们对木霉属的真菌的研究几乎全部集中于模式植物和园艺植物，而很少研究它们对森林植物的影响。将木霉属的真菌(包括哈茨木霉)应用于林木苗木生产之前，需要对其进行严格的实验。本研究试图将哈茨木霉应用于湿地松幼苗的培育上，为其苗木生产节省生产成本，同时为减少面源污染、维持土壤肥力而探索一种新途径。

图1 哈茨木霉接种对湿地松幼苗气体交换的影响

1 材料与试验方法

1.1 试验材料

哈茨木霉(Trichodermaharzianum，BNCC 336568)由北京北纳创联生物技术研究院购入。湿地松(Pinuselliottii)种子由荆门市彭场林场种子园母树上获得。以0.5%高锰酸钾溶液对湿地松种子进行消毒10 min，清洗后播入装有事先消毒过的河沙的塑料盆中。待发芽刚长出一片真叶后移入装有培养基质的塑料盆(直径25 cm)，每盆栽植3棵小苗。一周后对小苗进行接种处理：每盆加入20 mL哈茨木霉菌液。对照处理只浇灌20 mL经过灭菌的哈茨木霉菌液。各个处理均20盆。所有苗木放在露天摆放场进行培养，根据天气情况和培养基质的水分状况进行浇水。

1.2 湿地松幼苗针叶光合速率和叶绿素荧光测定

在湿地松幼苗生长6个月后，利用Li-Cor 6400光合仪(美国Li-Cor公司)测定光合速率。在天气晴朗的上午9∶00-12∶00，采用该光合仪的配件针叶叶室测定，每个处理选择生长状况一致的20株小苗进行测定。针叶的荧光参数测定采用Junior-PAM荧光仪(德国WALZ公司)测定。在已测定过光合速率的湿地松松幼苗上选择3根针叶，并拢后夹上荧光叶室。测定叶绿素荧光时，PAR强度设置为190 μmol·m-2·s-1。

各荧光参数的计算如下：

Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm[12]

Y(II)=(Fm′-F′)/Fm′[13]

qP=(Fm′-F′)/(Fm′-F0′)[14]

qL=qP×F0′/F′[15]

Y(NO)=1/[NPQ+1+qL(Fm/F0-1)][15]

ETR=Y(II)×PFDa×0.5[13]

1.3 湿地松幼苗的生物量分析

将湿地松幼苗从培养基质中取出，用自来水清洗干净后带回实验室。先将幼苗用吸水纸将其表面水分吸收干净，装入信封，然后在烘箱中以80 ℃温度烘12 h。待样品冷却至室温后，用锋利的剪刀从根颈处将幼苗的根系与地上部分分开，然后以分析天平分别称量。

图2 哈茨木霉接种对湿地松幼苗叶片荧光参数的影响

1.4 数据处理

所有数据以统计软件SPSS(IBM SPSS， v.17.0)进行统计分析，以p=0.05为差异显著性检验水平(LSD)，分析处理组和对照组之间的各参数的差异。

2 试验结果

2.1 哈茨木霉接种对湿地松幼苗针叶气体交换的影响

哈茨木霉接种于湿地松幼苗可显著地增加了湿地松幼苗的净光合速率和蒸腾速率(图1A，p<0.05)，同时显著降低了气孔导度和水分亏缺(图1B，p<0.05)，也显著地降低了叶片胞间二氧化碳的浓度(图1C，p<0.05)。

2.2 哈茨木霉接种对湿地松幼苗针叶叶绿素荧光参数的影响

植物叶片通过叶绿素分子所吸收的太阳能以三种途径进行耗散：其一是驱动光化学反应；其二是以热量的形式散发；其三是以叶绿素荧光的形式散发。这三个过程相互竞争，因此测量叶绿素荧光可以很好地监测植物叶片的光化学效率及其热量散发情况。哈茨木霉对湿地松幼苗的浸染显著地改变了其针叶的荧光参数。从图2可以看出，除了哈茨木霉侵染显著降低荧光参数Y(NO)(图2D，p<0.05)，其侵染都显著提高了其它几个荧光参数[Y(II)、qL、ETR、qP和Fv/Fm](图2A，B和C，p<0.05)。这些结果表明哈茨木霉对湿地松幼苗的侵染可以显著改变其光系统II的行为。

2.3 哈茨木霉接种对生物量累积及其分配的影响

哈茨木霉接种对湿地松幼苗生物量的累积与分配产生了很大的影响。从图3可以看出，哈茨木霉不仅显著增加了湿地松幼苗根系生物量、地上部分的生物量和总生物量(图3A和B，p<0.05)，而且显著地改变了湿地松幼苗生物量的分配(图3A)，即：显著增加了生物量向根系的分配(p<0.05)。

图3 哈茨木霉接种对湿地松幼苗生物量累积及其分配的影响

3 讨论

哈茨木霉属于多功能有益真菌，人们对其深入研究旨在更好地将其应用到农林实际生产上和人类健康上。哈茨木霉接种到湿地松幼苗上，显著改变了也针叶的光系统II的行为，使其光化学参数[Y(II)、qP和Fv/Fm]显著增加(图2A和C)，从而使净光合速率显著增加(图1A)。净光合速率的显著增加导致了其胞间二氧化碳浓度的显著减少(图1C)。同时，哈茨木霉接种也改变了湿地松幼苗针叶的气孔行为，使其蒸腾速率显著增加(图1A)。哈茨木霉提高湿地松幼苗净光合速率，也可能与其增加叶绿素含量有关，因为接种了哈茨木霉的西红柿和辣椒的叶绿素含量增加[16，17]。

哈茨木霉接种于湿地松幼苗显著增加其生物量累积(图3)，这种累积的增加直接与哈茨木霉对其净光合速率的影响(图1A)有关。尽管哈茨木霉于湿地松幼苗根系共生会消耗一定数量的有机物，但其共生并没有减少湿地松幼苗向根系的生物量的分配，反而增大了生物量向根系的分配(图3A)。哈茨木霉接种于湿地松幼苗导致其根系生物量分配增加有利于根系发育，这对于提高湿地松幼苗的质量具有很大意义。

哈茨木霉提高生物量向根系的分配可以改变根系的构型。陆宁海等的实验结果表明，哈茨木霉接种于西红柿幼苗可增加根系的长度，同时显著增加西红柿幼苗对氮和钾的吸收。哈茨木霉的影响促进了植物的生长。由此可以推测，哈茨木霉促进湿地松幼苗的生长与其对湿地松幼苗根系构型和营养吸收有关。

哈茨木霉接种于湿地松幼苗可以促进其生长，提高其苗木的质量，因而可以用于湿地松幼苗的培育。