AM真菌和无机磷处理对油茶幼苗生长和光合作用的影响

谭明曦，文旺先，林宇岚，张林平，吴 斐，张 扬，梁戊殿

（1.江西农业大学 鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复国家林业和草原局重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西省贵溪市林业局，江西 贵溪 335400；3.湄洲湾职业技术学院，福建 莆田 351119）

油茶Camellia oleifera隶属于山茶科Theaceae山茶属Camellia，为常绿小乔木，主要分布在我国南方地区，是江西省的主要经济林树种之一[1]。由油茶籽所榨的茶油营养价值高，还具缓解疲劳、降脂、软化血管等功效，是食用油的最佳选择[2]。

磷（P）是植物生长过程中的必需元素，参与植物的光合作用、酶活性调节等生理过程[3]。合理施用磷对植物具有促生作用。罗汉东等[4]通过研究发现，在每株施用0、300、600、900、1 200 g共5个磷肥水平下，油茶各指标随磷素供应水平增加而增大。当体内磷元素不足时，植物出现矮化、叶片枯黄等症状，其品质和产量也进一步受到影响[5]。彭选明等[6]的研究结果表明，缺磷会降低油茶的出籽率并增加落果率；何方等[7]的研究结果表明，油茶叶片中磷含量对坐果率和产量有一定影响；袁军等[8]经研究发现，在磷素缺乏的条件下，油茶侧根的分化与伸长会受到抑制。土壤中以无机磷为主，占土壤全磷含量的50%～90%[9]，其中仅水溶性无机磷（H3PO4和H2PO4－）能被植物直接吸收利用，但这部分磷在土壤中含量少，是植物生长的限制因素[10]。油茶林地磷的亏缺临界值为12 mg/kg[11]。奚如春等[12]经研究发现，江西省油茶林地土壤中普遍严重缺乏N、P、K 元素；龚斌等[13]经研究发现，江西宜春等地油茶林土壤中速效磷含量为1 ～5 mg/kg，土壤的保水保肥能力弱；王玉娟等[14]测得江西泰和县油茶林土壤中速效磷含量为1.0 ～2.6 mg/kg。在油茶经营过程中，种植者通过施用磷肥来提高油茶产量和品质。施入的磷肥因极易被土壤中的金属离子固定成植物不可利用的形态，故其利用效率低[15]，同时会引起土壤退化、土壤板结等环境问题，从而降低油茶林地的生产力。因此，提高油茶林地土壤有效磷含量和降低磷肥的施用量是我国油茶产业可持续发展中急需解决的问题。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是土壤共生真菌中分布最广泛的一类真菌，在改善土壤磷吸收、改善植物光合作用、促进植物生长等方面发挥着重要作用[16-22]。目前，有关油茶根际土壤中AM真菌的研究主要集中在AM真菌群落组成、AM真菌对油茶磷吸收的影响、有机磷与AM真菌对油茶光合作用的影响等方面[23-24]，有关无机磷对油茶影响的研究报道较为鲜见。本试验中以1年生油茶实生苗为研究对象，采用盆栽试验方法，探究施加无机磷和接种幼套近明球囊霉对油茶幼苗生长、叶片叶绿素含量、光合特性和叶绿素荧光参数的影响，旨在为集约化经营油茶的合理施肥和菌根技术应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油茶植株为1年生实生苗，由江西省林业科学院提供，栽培前放入10%双氧水中消毒15 s，并使用蒸馏水反复冲洗干净。

使用幼套近明球囊霉Claroideogolmus etuicatum作为供试菌种。该菌种购自长江大学根系生物学研究所，购回后以玉米Zea mays和三叶草Trifolium pretense为宿主植物，以纯沙为基质进行扩繁，将所得孢子（每克孢子数量为34）、根段、菌丝和扩繁基质作为供试菌剂。

试验土壤为采自江西农业大学的红壤土，其基本理化特征为pH 5.8、有机质含量41.25 g/kg、有效磷含量2.5 mg/kg、铵态氮含量14.24 mg/kg、硝态氮含量2.26 mg/kg。将土壤过筛（2 mm），并进行高温灭菌（121 ℃，2 h）处理，消除土著微生物的干扰。同时，取过2 mm 筛的河沙，用自来水冲洗干净，烘干灭菌（180 ℃，4 h）。将灭菌土和灭菌沙按体积比1∶1 混合，作为供试基质。将供试基质装入盆（上口直径17 cm、下底直径12 cm、高15 cm）中，每盆装2 kg。

1.2 试验设计

试验采用双因素设计：2个AM真菌处理水平，接种或不接种；4个无机磷（KH2PO4溶液）施用水平，0、10、50、100 mg/kg。每个处理30 盆，共240 盆。

在土壤中间挖孔，接种处理每盆加入70 g 菌剂，未接种处理每盆加入等量的灭活菌剂（121 ℃，2 h）。2019年5月开始种植油茶苗，每盆栽入1 棵，确保根系与菌剂接触。将盆栽幼苗放在江西农业大学大棚内（温度25 ～28 ℃，相对湿度70%～75%）。在磷处理之前，浇灌正常磷水平的Hoagland 营养液。3个月后，开始施磷处理，每隔1 d 分别浇灌200 mL 不同质量分数的KH2PO4溶液，处理时长30 d。施肥处理完毕，待油茶幼苗继续生长2个月后收获。在收获植株前，完成植株生物量、叶绿素含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数的测定。

1.3 指标测定方法

1.3.1 实生苗生物量

使用卷尺测量油茶株高，使用游标卡尺测量油茶地径。将幼苗地上部分和地下部分分开，置于烘箱中在70 ℃条件下烘至恒质量，称量其干质量。

1.3.2 菌根侵染率

采用台酚蓝染色法[25]对根系进行染色，在显微镜（200 倍）下观察AM真菌的结构，用十字交叉法统计AM真菌侵染率（R）[26]。

R=(N/Nt)×100%。

式中：N表示被AM真菌侵染的交叉点数量，Nt表示总交叉点数量。

1.3.3 叶绿素含量

参考李正昀[23]的方法，使用SPAD-502Plus叶绿素仪（日本Konica Minolta 公司）测定叶绿素含量。

1.3.4 光合作用参数

参考李正昀[23]的方法，选取每株油茶苗从上至下第5 片完全展开叶，使用LI-6400 便携式光合仪（LI-COR 公司，美国）测定油茶叶片的光合参数，包括净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率。

1.3.5 叶绿素荧光参数

每株油茶选取3 片完整展开叶，使用PAM-2500 便携式调制叶绿素荧光仪（Walz 公司，德国），测定油茶叶片的叶绿素荧光参数，测定前先对植株进行暗反应30 min，测定的叶绿素荧光参数包括最大光化学效率、实际光化学效率、非光化学猝灭系数和光化学猝灭系数。

1.4 数据分析

使用Excel 2016 软件对数据进行整理，使用SPSS 20.0 软件[27]进行双因素方差分析，检测接AM真菌处理、施无机磷处理及其交互作用对所有测定指标的影响。采用单因素方差分析中的Duncan’s 检验方法检测不同处理间的差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 接种AM真菌及施磷对油茶AM真菌侵染率的影响

接种AM真菌及施磷对油茶AM真菌侵染率的影响见表1。由表1 可知，菌根化油茶根系AM真菌侵染率为27.33%～40.33%，表明AM真菌与油茶根系之间有一定的亲和力。在接种处理下，施无机磷显著提高了油茶根系AM真菌的侵染率。双因素方差分析结果显示，接种处理、施磷处理及其交互作用对油茶根系侵染率的影响均极显著（P＜0.01），其F值分别为130.596、12.270、12.275。

表1 接种AM真菌及施磷对油茶AM真菌侵染率的影响†Table 1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the infection rate of C.oleifera

2.2 接种AM真菌及施磷对油茶生长的影响

接种AM真菌及施磷对油茶生长的影响如图1所示。由图1 可见，随着KH2PO4溶液质量分数的提高，油茶植株的株高、地径、地上部干质量和地下部干质量均呈先上升、后下降的趋势。在施磷水平为50 mg/kg 时，接种AM真菌后，油茶的株高（26.87%）、地径（20.00%）、地上部干质量（55.23%）和地下部干质量（14.20%）均显著提高。结果表明在一定的无机磷浓度下，AM真菌有利于油茶的生长。

图1 接种AM真菌及施磷对油茶生长的影响Fig.1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the growth of C.oleifera

接种AM真菌、施磷处理及其交互作用对油茶生长影响的双因素方差分析结果见表2。由表2可知，接种处理对油茶幼苗各生长指标的影响极显著（P＜0.01）；施磷处理对油茶幼苗株高、地径、地上部干质量、地下部干质量的影响极显著（P＜0.01）；接种处理与施磷处理之间的交互作用对油茶幼苗地径和地上部干质量的影响极显著（P＜0.01），对株高、地下部干质量的影响不显著（P＞0.05）。

表2 接种AM真菌、施磷及其交互作用对油茶生长影响的双因素方差分析结果†Table 2 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.3 接种AM真菌及施磷对油茶相对叶绿素含量的影响

接种AM真菌及施磷对油茶叶片相对叶绿素含量的影响如图2所示。由图2 可见，接种和不接种AM真菌处理下，油茶叶片的相对叶绿素含量均随供磷水平的上升呈现先上升、后下降的趋势。在10、50、100 mg/kg 施磷水平时，接种AM真菌处理的油茶叶片的相对叶绿素含量均显著高于未接种AM真菌处理，分别提高了9.84%、11.45%、14.33%。

图2 接种AM真菌及施磷对油茶叶片相对叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll content of C.oleifera

双因素方差分析结果表明，接种处理对油茶幼苗叶片的相对叶绿素含量的影响极显著（P＜0.01），F值为34.552；施磷处理及其与接种处理的交互作用对油茶幼苗叶片的相对叶绿素含量的影响均不显著（P＞0.05），F值分别为4.643、0.910。

2.4 接种AM真菌及施磷对油茶光合作用参数的影响

接种AM真菌及施磷对油茶光合作用参数的影响如图3所示。由图3 可见，不同处理间油茶的光合能力存在显著差异。不施磷条件下，接种AM真菌显著提高了油茶的净光合速率、胞间CO2摩尔分数和蒸腾速率，分别提高了31.72%、17.22%、39.82%。在低磷（10 mg/kg）、中磷（50 mg/kg）、高磷（100 mg/kg）水平下，接种AM真菌使得油茶净光合速率分别显著提高了30.54%、25.87%、23.01%，蒸腾速率分别显著提高了30.05%、29.51%、43.42%。

图3 接种AM真菌及施磷对油茶光合作用参数的影响Fig.3 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the photosynthesis of C.oleifera

接种AM真菌、施磷处理及其交互作用对油茶光合作用参数影响的双因素方差分析结果见表3。由表3 可知，接种处理对油茶幼苗各光合作用参数的影响极显著（P＜0.01）；施磷处理对油茶幼苗净光合速率、气孔导度的影响极显著（P＜0.01），对胞间CO2浓度、蒸腾速率的影响不显著（P＞0.05）；接种处理与施磷处理之间的交互作用对油茶幼苗各光合作用参数的影响不显著（P＞0.05）。

表3 接种AM真菌、施磷及其交互作用对油茶光合作用参数影响的双因素方差分析结果†Table 3 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.5 接种AM真菌及施磷对油茶叶绿素荧光参数的影响

接种AM真菌及施磷对油茶叶绿素荧光参数的影响见表4。由表4 可知，随着KH2PO4施用水平的升高，接种和未接种AM真菌处理的油茶叶绿素荧光参数均呈先增加、后降低的趋势。在低磷（10 mg/kg）和中磷（50 mg/kg）水平下，接种AM真菌使得油茶的光化学量子效率分别显著提高了34.35%、66.75%，实际光化学量子效率分别显著提高了37.92%、40.01%。

表4 接种AM真菌及施磷对油茶叶绿素荧光参数的影响†Table 4 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll fluorescence parameters of C.oleifera

接种AM真菌、施磷处理及其交互作用对油茶叶绿素荧光参数影响的双因素方差分析结果见表5。由表5 可知，接种处理对油茶幼苗最大光化学效率和实际光化学量子效率的影响极显著（P＜0.01），而对非光化学猝灭系数、光化学猝灭系数的影响不显著（P＞0.05）；施磷处理对油茶幼苗非光化学猝灭系数、光化学猝灭系数的影响极显著（P＜0.01），而对最大光化学效率和实际光化学量子效率的影响不显著（P＞0.05）；接种处理与施磷处理之间的交互作用对油茶幼苗各叶绿素荧光参数的影响均不显著（P＞0.05）。

表5 接种AM真菌、施磷及其交互作用对油茶叶绿素荧光参数影响的双因素方差分析结果†Table 5 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth and photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

3 结论与讨论

本研究结果表明，不同无机磷施用水平下，菌根化油茶根系AM真菌侵染率为27.33%～40.33%；低磷水平处理时，AM真菌能够扩大根系的吸收面积，提高油茶的生物量；AM真菌可提高油茶叶片的叶绿素含量，增强油茶的光合能力，进而促进油茶生长。

菌根侵染率是衡量植物根系与AM真菌之间依赖性的重要指标。孔凡美等[28]经研究发现在玉米根系中AM真菌侵染率在30%以上；张淑彬等[29]经研究发现在不同磷水平下玉米AM真菌侵染率达到75%以上。本研究中，在不同磷水平下油茶菌根AM真菌侵染率均在30%以上，表明油茶与AM真菌之间具有一定的亲和力，这与李正昀[23]的研究结果一致。

本研究结果表明，在土壤灭菌的条件下，施加无机磷对未菌根化油茶株高和地径有极显著影响，表明无机磷对油茶的生长有促进作用。同时，接种AM真菌显著提高了油茶的株高、地径、地上部干质量和地下部干质量，表明AM真菌对植物的生长起到积极作用。此外，接种处理与施磷处理之间的交互作用对油茶地径和地上部干质量的影响极显著，对株高和地下部干质量的影响不显著。这可能是因为AM真菌的根外菌丝扩大了植物根系的吸收面积，缩短了养分运输的距离，从而促进油茶的生长。

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质，在生长过程中植物获得能量和合成物质离不开光合作用[30]。本研究结果表明，在不同磷浓度下AM真菌能够显著增加油茶叶片的叶绿素含量，这与潘兴娇等[31]的研究结果一致，表明接种AM真菌能提高宿主植物的叶绿素含量，有利于捕获光能，从而提高植物的光合能力，且接种AM真菌显著提高了油茶的气孔导度和蒸腾速率。

同时，本研究结果表明，在低磷和中磷水平下AM真菌能够增加油茶的光化学量子效率和实际光化学量子效率；在高磷水平下，其促进效果不显著。这与对烤烟Nicotiana tabacum[32]、木棉Bombax ceiba[33]、多花黄精Polygonatum cyrtonema[34]等的相关研究结果一致。表明接种AM真菌能提高油茶叶片的实际光化学量子效率，增强将叶片吸收的光能用于光化学传递的能力，从而提高植株的光合能力[35]。

本研究中以1年生油茶实生苗为研究对象，个体间差异较大，在后续相关研究中，将尽可能采用油茶组培苗或扦插苗作为试验材料，并进一步研究AM真菌与解磷细菌互作对油茶磷吸收的影响，探究其参与调控油茶根际土壤有机磷的矿化和周转的机理，从而为集约化经营油茶磷养分管理提供参考。