袁芳英

（長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025；湖北省京山縣農(nóng)業(yè)局，湖北 京山 431800）

黃詠明，李莉，吳強(qiáng)盛

（長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025）

根系是植物獲取水分和養(yǎng)分的主要功能區(qū)，同時(shí)還能固定植物，影響土壤物質(zhì)與能量循環(huán)。根系在土壤中的生長(zhǎng)、發(fā)育以及分布狀況可以用根系構(gòu)型進(jìn)行描述。根系構(gòu)型是植物根系生長(zhǎng)和分枝的結(jié)果，決定了植物吸收和傳導(dǎo)水分、養(yǎng)分的能力［1］。但根系的生長(zhǎng)受內(nèi)在和外在因素的影響，因此，同一種植物生長(zhǎng)在不同的環(huán)境中，根系構(gòu)型也會(huì)表現(xiàn)不一致。

叢枝菌根真菌 （arbuscular mycorrhizal fungi，AM真菌）在土壤中普遍存在，能與80%以上的陸地植物根系形成互惠共生體——叢枝菌根，因其功能強(qiáng)大、對(duì)植物的貢獻(xiàn)卓越而被大量研究?，F(xiàn)已證實(shí)，AM真菌可以提高植物吸收水分和養(yǎng)分能力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，增強(qiáng)植物的抗逆性［2－3］。袁麗環(huán)等［4］對(duì)翅果油樹幼苗接種摩西球囊霉 （Glomus mosseae）和脆無(wú)梗囊霉 （Acaulospora delicata）發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，接種處理明顯增加了幼苗主根長(zhǎng)、側(cè)根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)。Wu等［5］也發(fā)現(xiàn)在紅橘 （Citrus tangerine Hort.ex Tanaka）上接種摩西球囊霉和粘屑球囊霉 （Paraglomus occultum）均可以明顯增加根系長(zhǎng)度、表面積、投影面積和體積。叢枝菌根真菌可以增強(qiáng)植物的光合作用，改善植物的碳素水平，而根系的生長(zhǎng)與根系碳的供應(yīng)量密切相關(guān)［6］。然而，早有研究指出，叢枝菌根真菌會(huì)從植物中獲取一定量的碳源 （4%～20%凈光合碳水化合物）來(lái)完成菌根的形態(tài)構(gòu)建［7］。因此，叢枝菌根真菌、碳水化合物與根系構(gòu)型三者之間的關(guān)系值得去探討。

本研究以白三葉 （Trifolium repens）為試驗(yàn)材料，接種地表球囊霉 （Glomus versiforme）和粘屑球囊霉觀察白三葉根系構(gòu)型、植株蔗糖和葡萄糖含量的變化，探討叢枝菌根真菌、碳水化合物與根系構(gòu)型三者之間的關(guān)系，以為闡明叢枝菌根真菌對(duì)根系構(gòu)型的調(diào)節(jié)作用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物為白三葉；供試AM真菌為地表球囊霉和粘屑球囊霉，由中國(guó)叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)（BGC）提供。試驗(yàn)用塑料盆規(guī)格為:上口徑16cm、下口徑11cm、高13cm。盆里預(yù)先裝有高壓蒸氣滅菌 （121℃，0.11MPa，2h）的黃棕壤，以消除土壤自身含有的AM真菌。2010年10月19日進(jìn)行播種，播種前預(yù)先對(duì)種子采用70%酒精表面消毒5min，蒸餾水沖洗4次。所有的試驗(yàn)盆置于PQX人工氣候箱培養(yǎng)，白天25℃／晚上18℃，16h光照／8h黑暗。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，包括接種地表球囊霉、粘屑球囊霉和不接種叢枝菌根真菌的對(duì)照。接種AM真菌處理的每盆15g菌劑。每個(gè)處理重復(fù)3次，每盆30株白三葉，共9盆，隨機(jī)排列。

1.3 測(cè)定方法

接種處理85d后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，收獲3個(gè)處理的葉片和根系，快速地測(cè)定地上部和地下部鮮重，采用EPSON V700彩色圖像掃描儀采集所有完整的根系圖片，然后用WinRHIZO根系分析軟件分析根系圖片，直接獲得根系構(gòu)型參數(shù)，包括根系長(zhǎng)度、投影面積、表面積、體積、平均直徑、根尖數(shù)、分支數(shù)和交叉數(shù)。

采用Phillips等［8］的方法對(duì)根系菌根進(jìn)行染色，觀察AM真菌的侵染狀況。蔗糖和葡萄糖含量采用Wu等［9］的方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SAS 8.1軟件的ANOVA過(guò)程對(duì)處理間作差異性測(cè)驗(yàn)，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種AM真菌對(duì)白三葉菌根侵染率和生物量的影響

從表1可知，對(duì)照組沒(méi)有觀察到AM真菌的侵染，而2個(gè)不同屬AM真菌均能侵染三葉草的根系，菌根侵染率的范圍為35.00%～74.76%，且粘屑球囊霉對(duì)根系的侵染率高于地表球囊霉，差異顯著。同時(shí)，表1還顯示，接種AM真菌能夠顯著增加了白三葉生物量，與對(duì)照相比接種地表球囊霉顯著提高了白三葉地上部、地下部和植株總鮮重，分別提高了58.6%、11.3%和52.6%，接種粘屑球囊霉分別提高了56.1%、28.2%和52.6%。此外，粘屑球囊霉對(duì)白三葉根系鮮重增加的效果明顯高于地表球囊霉，且差異顯著。從表1還可以看出，2種AM真菌均抑制了白三葉根冠比，分別抑制了30.6%和17.4%，但差異不顯著。同時(shí)，白三葉對(duì)2種AM真菌都表現(xiàn)出了較高的菌根依賴性。

表1 2種AM真菌對(duì)白三葉菌根侵染率和生物量的影響

2.2 2種AM真菌對(duì)白三葉根系構(gòu)型參數(shù)的影響

表2顯示了2種AM真菌對(duì)白三葉根系構(gòu)型參數(shù)，如根系的投影面積、表面積、平均直徑、根尖數(shù)、分支數(shù)和交叉數(shù)的影響。其中，與對(duì)照相比接種粘屑球囊霉顯著增加了根系的投影面積、表面積、體積、根尖數(shù)、分支數(shù)和交叉數(shù)，且分別增加了50.9%、51.9%、36.3%、238.1%、138.5%和128.6%，但降低了根系平均直徑，降低了12.5%。此外，接種粘屑球囊霉的處理效果明顯優(yōu)于地表球囊霉，且差異顯著。

表2 不同AM真菌對(duì)根系構(gòu)型參數(shù)的影響

2.3 2種AM真菌對(duì)白三葉不同級(jí)別根系長(zhǎng)度和總根長(zhǎng)的影響

由表3可知，與對(duì)照相比，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉顯著增加了0.0cm＜L≤0.5cm范圍內(nèi)的白三葉根系長(zhǎng)度，分別增加了15.9%和73.0%，且兩者之間的差異顯著。此外，2種AM真菌對(duì)0.5cm＜L≤1.0cm，1.0cm＜L≤1.5cm和1.5cm＜L范圍內(nèi)的根系長(zhǎng)度沒(méi)有影響。表3還顯示，與對(duì)照相比，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉顯著增加了白三葉的總根長(zhǎng)，分別增加了15.2%和69.9%，兩者差異顯著。

表3 2種AM真菌對(duì)白三葉不同級(jí)別根系長(zhǎng)度和總根長(zhǎng)的影響

2.4 2種AM真菌對(duì)白三葉蔗糖和葡萄糖含量的影響

由表4可知，與對(duì)照相比，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉都顯著降低了白三葉葉片和根系的蔗糖含量，在葉片中分別降低了10.6%和13.3%，在根系中分別降低了48.1%和40.9%，但地表球囊霉和粘屑球囊霉之間的差異不顯著。而接種地表球囊霉和粘屑球囊霉都顯著提高了葉片和根系的葡萄糖含量，在葉片中分別提高了22.5%和83.4%，差異顯著，在根系中分別提高了76.7%和92.7%，差異不顯著；接種粘屑球囊霉的白三葉葉片和根系的葡萄糖含量最高。

表4 2種AM真菌對(duì)白三葉蔗糖和葡萄糖含量的影響 mg／g

2.5 白三葉組織蔗糖和葡萄糖含量與其他各指標(biāo)的相關(guān)性

由表5可知，菌根侵染率與植株蔗糖含量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與葡萄糖含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，也與根系構(gòu)型參數(shù)，如根系長(zhǎng)度、投影面積、表面積、體積、根尖數(shù)、分支數(shù)和交叉數(shù)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，但與根系平均直徑呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。表4還顯示，葉片和根系葡萄糖與根系長(zhǎng)度、投影面積、表面積、體積和根尖數(shù)呈極顯著或顯著的正相關(guān)關(guān)系，而蔗糖與這些根系構(gòu)型參數(shù)之間沒(méi)有相關(guān)關(guān)系。

表5 白三葉組織蔗糖和葡萄糖含量與其他各指標(biāo)的相關(guān)性

3 討論

叢枝菌根真菌與植物形成共生體后能夠促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高生物量［10］。本研究結(jié)果也表明，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉都顯著增加了白三葉植株地上部分、地下部分和整株鮮重。主要由于叢枝菌根真菌通過(guò)其發(fā)達(dá)的根外菌絲幫助宿主植物從土壤中吸收更多的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng) （N、P、K等）［11］。

叢枝菌根真菌除了能改善植株的營(yíng)養(yǎng)水平外，同時(shí)還能改變植株形態(tài)布局，如根系構(gòu)型。叢枝菌根真菌改善根系構(gòu)型也是其促進(jìn)植株生長(zhǎng)的表現(xiàn)之一，因?yàn)榱己玫母禈?gòu)型可以提高根系與土壤的接觸體積，有利于植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收。在本研究中，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉都顯著提高了白三葉根系構(gòu)型參數(shù)，如根系長(zhǎng)度、投影面積、表面積、體積、根尖數(shù)、分支數(shù)和交叉數(shù)，除平均直徑外。這與Wu等［12］在枳 ［Poncirus trifoliata（L.）Raf.］上接種摩西球囊霉、地表球囊霉和粘屑球囊霉的研究結(jié)果一致。相關(guān)性分析顯示，菌根侵染率與根系各個(gè)構(gòu)型參數(shù)間有顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與平均直徑有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明叢枝菌根真菌對(duì)根系構(gòu)型有正調(diào)控效應(yīng) （除平均直徑外）。本研究還顯示，叢枝菌根真菌對(duì)白三葉0.0cm＜L≤0.5cm范圍內(nèi)的根系長(zhǎng)度增加效果顯著，這暗示了叢枝菌根真菌可以誘發(fā)根系中短根的發(fā)生，從而增加根系與土壤的接觸面，提高根系對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收和利用效率。

碳水化合物作為植物光合作用的重要產(chǎn)物之一，在植物體中以蔗糖、葡萄糖、果糖等形式存在，參與植物的生長(zhǎng)和物質(zhì)代謝過(guò)程。叢枝菌根真菌作為一種有益的微生物能夠幫助植物吸收水分和養(yǎng)分，但其需要從宿主植物中獲取維持本身新陳代謝的碳源，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這種碳源主要是一些簡(jiǎn)單的碳水化合物，如葡萄糖［13］。在本研究中，接種地表球囊霉和粘屑球囊霉都顯著降低了白三葉葉片和根系的蔗糖含量，而提高了葉片和根系的葡萄糖含量，相關(guān)性分析結(jié)果很好地證明了這一點(diǎn)。這說(shuō)明接種叢枝菌根真菌可以促進(jìn)植物蔗糖的降解，提高葡萄糖含量，而根系中葡萄糖含量的增加有利于菌根的發(fā)育和共生關(guān)系的穩(wěn)定。但叢枝菌根真菌對(duì)蔗糖降解這一代謝途徑的影響還有待進(jìn)一步研究。

根系的生長(zhǎng)需要碳源作為代謝底物［14］，根冠之間的碳源分配將會(huì)影響根系構(gòu)型。相關(guān)性分析顯示，白三葉葉片和根系葡萄糖含量與根系長(zhǎng)度、投影面積、表面積和根系體積有極顯著或顯著的正相關(guān)關(guān)系，而蔗糖與根系構(gòu)型之間沒(méi)有這種關(guān)系。此外，根系的生長(zhǎng)和發(fā)育主要以蔗糖為底物［15－16］，這表明白三葉葉片和根系蔗糖含量的降低是叢枝菌根真菌改善根系構(gòu)型消耗了蔗糖的結(jié)果，而蔗糖降解的產(chǎn)物葡萄糖將有利于菌根的發(fā)育。因此，叢枝菌根真菌與宿主之間有明顯的互助效應(yīng)，而碳水化合物對(duì)根系—菌根之間共生關(guān)系的穩(wěn)定起關(guān)鍵性作用。

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