冉 瓊, 鐘章成

1 三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北碚 400715 2 綿陽(yáng)師范學(xué)院，綿陽(yáng) 621000

模擬巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗光合生長(zhǎng)的影響

冉 瓊1，2, 鐘章成1,*

1 三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北碚 400715 2 綿陽(yáng)師范學(xué)院，綿陽(yáng) 621000

利用盆栽試驗(yàn)，探討了AM真菌在模擬巖溶區(qū)干旱、高鈣及其雙重脅迫的土壤基質(zhì)中對(duì)玉米幼苗光合生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：玉米幼苗的菌根侵染率在不同處理下的大小順序?yàn)閷?duì)照>干旱>雙重脅迫>高鈣。無(wú)論接種與否，干旱、高鈣及其雙重脅迫均導(dǎo)致玉米幼苗生物量、凈光合速率下降。未接種AM真菌條件下，玉米幼苗生物量在干旱、高鈣及其雙重脅迫下較對(duì)照分別低3.2%、63.7%、76.0%，凈光合速率較對(duì)照分別低33.4%、86.9%、98.8%；接種AM真菌條件下，玉米幼苗生物量在干旱、高鈣及其雙重脅迫下較對(duì)照分別低16.3%、78.4%、80.2%，凈光合速率較對(duì)照分別低9.7%、92.8%、91.7%。與同種條件下的非菌根植株相比，干旱及雙重脅迫下的菌根植株生物量、葉綠素含量、光合蒸騰速率、最大光化學(xué)效率，以及P吸收均呈上升趨勢(shì)；高鈣脅迫下的菌根植株葉綠素含量、最大光化學(xué)效率有所增加，但生物量、光合蒸騰速率以及N、P的吸收未體現(xiàn)菌根促進(jìn)效應(yīng)。AM真菌與干旱及雙重脅迫的交互作用對(duì)玉米幼苗的凈光合速率影響顯著，與高鈣交互作用對(duì)玉米幼苗凈光合速率無(wú)顯著影響。AM真菌能夠通過(guò)促進(jìn)玉米幼苗N、P吸收及葉綠素含量增加，光化學(xué)效率、氣孔導(dǎo)度增大，從而提高玉米幼苗光合作用能力促進(jìn)生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)巖溶生態(tài)系統(tǒng)中合理利用菌根技術(shù)及制定合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施具有重要的理論和實(shí)踐意義。

巖溶；高鈣；干旱；雙重脅迫；AM真菌

巖溶地區(qū)土層淺薄，土被不連續(xù)，土壤具有干旱和高鈣的主要特點(diǎn)[1]，巖溶生態(tài)系統(tǒng)中土壤富鈣、缺水的環(huán)境特征對(duì)植物的生存和繁殖產(chǎn)生重要影響[2]。中國(guó)巖溶區(qū)域主要分布在人口較為集中的西南山區(qū)，隨著人地矛盾突出，水土流失和土壤侵蝕加劇，巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接受到威脅。

叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrizal fungi, AMF)是自然界廣泛分布的一類菌根真菌，可與陸地上絕大多數(shù)高等植物共生，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、光合效率及不良環(huán)境的抗逆性具有積極作用[3- 4]，已有學(xué)者關(guān)注以AM真菌主導(dǎo)的菌根共生系統(tǒng)在巖溶生態(tài)系統(tǒng)中的生物功能[5- 6]，并已有研究顯示AM真菌能夠在一定程度上提高植物在巖溶地區(qū)的適應(yīng)能力[7- 8]。目前，巖溶區(qū)AM真菌的研究，一方面集中在巖溶地區(qū)AM真菌的調(diào)查與分類，另一方面集中在巖溶干旱生境中AM真菌對(duì)巖溶區(qū)典型植物生理生態(tài)的影響。巖溶區(qū)地形復(fù)雜，土塊面積小且零星分布，土壤的空間異質(zhì)性改變土壤養(yǎng)分和水分的組合[9]，以前的研究卻將植物置于一種環(huán)境進(jìn)行分析。土壤的異質(zhì)性導(dǎo)致植物生長(zhǎng)的限制環(huán)境因素也不盡相同，因此，綜合考慮巖溶區(qū)高鈣及高鈣與干旱組合條件下AM真菌對(duì)植物的生態(tài)效應(yīng)更具有實(shí)際意義。

光合作用是植物重要的生命活動(dòng)，光合作用效率是植物生產(chǎn)力和產(chǎn)量高低的決定性因素[10]，玉米是巖溶山區(qū)的主要糧食經(jīng)濟(jì)作物，發(fā)展玉米生產(chǎn)是解決巖溶山區(qū)糧食經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的可行途徑，如何提高玉米產(chǎn)量和質(zhì)量是發(fā)展玉米生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題，本文擬以玉米為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，模擬巖溶區(qū)干旱、高鈣及干旱與高鈣雙重脅迫土壤條件，探討AM真菌如何調(diào)節(jié)玉米幼苗光合生長(zhǎng)的適應(yīng)，為巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 菌根接種劑

菌種摩西球囊霉(Glomusmosseae，GM)，購(gòu)買(mǎi)自北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，用白三葉草擴(kuò)繁，將含有寄主植物根段、相應(yīng)菌根真菌孢子及根外菌絲體的根際土壤作為接種劑。

1.1.2 宿主植物

玉米(ZeamaysL.)，種子為重慶酉陽(yáng)巖溶區(qū)農(nóng)戶自選種，以10%H2O2表面消毒10 min，無(wú)菌水洗凈，置于無(wú)菌培養(yǎng)皿(皿底放3層濕潤(rùn)的無(wú)菌濾紙)，于25 ℃黑箱里催芽，待胚根長(zhǎng)出后，挑選發(fā)芽一致的種子備用。

1.1.3 培養(yǎng)基質(zhì)與容器

將取自重慶北碚雞公山石灰?guī)r地段的石灰土，土壤pH為6.81，有機(jī)質(zhì)含量26.8 g/kg，堿解氮68.35 mg/kg，速效鉀108.41 mg/kg，交換性鈣2326.40 mg/kg，全鉀14.62 g/kg，全磷0.46 g/kg，全氮1.34 g/kg，過(guò)1 mm篩，在高壓滅菌鍋壓力0.14 Mpa，溫度124 ℃下連續(xù)滅菌2 h，晾干，與同等條件滅菌晾干后的干凈河沙重量分?jǐn)?shù)1∶4均勻混和，作為幼苗培養(yǎng)基質(zhì)備用。培養(yǎng)容器為上口內(nèi)徑19 cm，高16 cm，底口內(nèi)徑13 cm的塑料盆，用0.1%的高錳酸鉀浸泡30 min，清洗干凈，晾干。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)分接種(M+)和不接種(M-)兩個(gè)處理組，每個(gè)處理組內(nèi)分為4個(gè)處理：①對(duì)照：正常含鈣量+正常含水量(L+W)，②高鈣脅迫：高鈣脅迫+正常含水量(H+W)，③干旱脅迫：正常含鈣量+干旱脅迫(L+D)，④雙重脅迫：高鈣脅迫+干旱脅迫(H+D)，每個(gè)處理7個(gè)重復(fù)。

實(shí)驗(yàn)在西南大學(xué)生態(tài)園大棚下進(jìn)行，于2013年4月10日播種。播種前將基質(zhì)混入復(fù)合肥(N∶P∶K=26∶12∶10)200 mg/kg作基礎(chǔ)養(yǎng)分，以保障植物正常生長(zhǎng)，同時(shí)進(jìn)行鈣處理。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)研究[11]，正常含鈣量處理為混基肥后的基質(zhì)不添加外源鈣，高鈣脅迫處理為將外源鈣(無(wú)水氯化鈣)以溶液形式與基質(zhì)混勻，達(dá)到鈣濃度為1.0 g/kg(不含本底值)。鈣處理完畢后，裝盆，每盆預(yù)計(jì)裝2.5 kg基質(zhì)。先向培養(yǎng)容器里裝入2.0 kg基質(zhì)，然后將15 g滅菌接種劑(不接種組)或15 g接種劑(接種組)添加于盆裝基質(zhì)表面，再植入5粒玉米種芽，最后將余下的0.5 kg基質(zhì)平鋪其上，接種劑距土表約2 cm。裝盆全部完成后澆水，使盆中基質(zhì)含水量達(dá)到20%(絕對(duì)含水量)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均澆去離子水，稱重法維持20%土壤含水量。出苗1周后間苗，每盆留2株，培養(yǎng)至3葉1心時(shí)，正常水分處理組保持土壤含水量20%，干旱處理組使土壤含水量自然降至10%[12]，1周后達(dá)到干旱脅迫計(jì)劃含水量。保持干旱脅迫處理含水量3d后，開(kāi)始測(cè)定各指標(biāo)，從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始至收獲6周時(shí)間。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 光合參數(shù)的測(cè)定

苗期玉米生長(zhǎng)至6周時(shí)，采用Li- 6400(LI-COR，USA)便攜式光合測(cè)定儀于晴朗的上午9:00時(shí)開(kāi)始測(cè)定玉米幼苗第2—3張完全展開(kāi)葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。測(cè)定時(shí)，葉室配備LED紅藍(lán)光源，光量子通量密度(PED)為1200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為(470±10) μmol/mol，溫度為26℃，相對(duì)濕度為65%。采用OS- 30P(OP-TI，美國(guó))便攜式葉綠素?zé)晒鈨x對(duì)玉米植株完全展開(kāi)的第2片葉進(jìn)行初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)及最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定前各個(gè)葉片暗適應(yīng)30 min。

1.3.2 生理生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

苗期玉米生長(zhǎng)至6周時(shí)，將光合測(cè)定后的植株連同花盆浸入水中，沖掉根系土壤和沙礫，再用蒸餾水緩緩沖洗植株表面，用吸水紙吸干植株表面水，分別進(jìn)行生理生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。

菌根侵染率參照Phillips和Hayman的方法測(cè)定[13]，將玉米根段切成1 cm的小段，用0.05%的曲利苯藍(lán)染色液染色，以侵染根段長(zhǎng)占總根段長(zhǎng)的百分比為菌根侵染率。光合色素采用80%丙酮浸泡抽提[14]。P采用ICP-AES法測(cè)定，N采用元素分析儀測(cè)定。將收獲的植株信封編號(hào)裝袋后放至烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，調(diào)至70 ℃烘干72 h，采用1/10000天平進(jìn)行生物量的測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS(16.0)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鄧肯多重比較(Duncan′s multiple range test) 和T檢驗(yàn)分析不同處理所造成的差異，多因素方差分析討論因素間的交互效應(yīng)，利用Origin 8.6和Excel 2003軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗侵染率和生物量的影響

AM真菌在不同處理下的侵染率大小順序?yàn)椋簩?duì)照>干旱>雙重脅迫>高鈣。無(wú)論接種與否，干旱脅迫下玉米幼苗生物量較對(duì)照差異不顯著，高鈣及雙重脅迫下玉米幼苗生物量較對(duì)照顯著下降(P<0.05)。未接種條件下，玉米幼苗生物量在干旱、高鈣及其雙重脅迫下較對(duì)照分別低3.2%、63.7%、76.0%；接種條件下，玉米幼苗生物量在干旱、高鈣及其雙重脅迫下較對(duì)照植株分別低16.3%、78.4%、80.2%。對(duì)照、干旱及雙重脅迫條件下，接種AM真菌的玉米幼苗生物量較未接種植株均呈增加趨勢(shì)；高鈣脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗生物量較未接種植株未體現(xiàn)出菌根促進(jìn)效應(yīng)。

表1 不同處理下玉米幼苗的菌根侵染率和生物量Table 1 The colonization rate and biomass of maize seedlings under different treatments

同一行中數(shù)值標(biāo)注不同字母表示在5%顯著水平差異顯著; L+W：對(duì)照(CK)；L+D：干旱脅迫(Drought stress)；H+W：高鈣脅迫(High calcium stress)；H+D：雙重脅迫(Double stress)

圖1 不同處理下AM真菌對(duì)玉米幼苗光合參數(shù)的影響Fig.1 Effect of AMF on photosynthetic characteristics of maize seedlings under different treatments不同小寫(xiě)字母表示未接種條件下各處理在5%顯著水平差異顯著，不同大寫(xiě)字母表示接種條件下各處理在5%顯著水平差異顯著; 同一處理下接種(M+)與不接種(M-)處理間的差異，*P<0.05，差異顯著；**P<0.01，差異極顯著

2.2 巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗光合參數(shù)的影響

研究顯示(圖1)，無(wú)論接種與否，干旱、高鈣及雙重脅迫下玉米幼苗凈光合速率較對(duì)照均顯著下降(P<0.05)。未接種條件下，干旱、高鈣及其雙重脅迫下玉米幼苗凈光合速率較對(duì)照植株分別低33.4%、86.9%、98.8%；接種條件下，干旱、高鈣及其雙重脅迫下玉米幼苗凈光合速率較對(duì)照分別低9.7%、92.8%、91.7%。對(duì)照、干旱及雙重脅迫條件下，接種AM真菌的玉米幼苗凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度較未接種植株極顯著上升(P<0.01)，胞間二氧化碳濃度極顯著下降(P<0.01)；高鈣脅迫條件下，接種AM真菌的玉米幼苗凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度較未接種植株無(wú)顯著變化，胞間二氧化碳濃度顯著下降(P<0.05)。

2.3 巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

研究顯示(表2)，無(wú)論接種與否，干旱、高鈣及其雙重脅迫下玉米幼苗的初始熒光(Fo)較對(duì)照均呈增加趨勢(shì)，最大熒光(Fm)及光化學(xué)效率(Fv/Fm)均呈下降趨勢(shì)，其中高鈣及雙重脅迫下的植株變化顯著(P<0.05)。對(duì)照組中，接種AM真菌的玉米幼苗初始熒光較未接種植株顯著下降(P<0.05)，最大熒光及光化學(xué)效率無(wú)顯著變化；干旱、高鈣脅迫條件下，接種AM真菌的玉米幼苗初始熒光、最大熒光及最大光化學(xué)效率較未接種植株均變化不顯著；雙重脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗最大熒光及光化學(xué)效率較未接種植株顯著增加(P<0.05)。

表2 不同處理下AM真菌對(duì)玉米幼苗葉綠素?zé)晒馓卣鞯挠绊慣able 2 Effects of AMF on the chlorophyll fluorescence kinetic parameters of maize leaves under different treatments

同一處理下接種與不接種間的差異；*P<0.05，差異顯著；**P<0.01，差異極顯著

2.4 巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗葉綠素含量的影響

研究顯示(表3)，無(wú)論接種與否，干旱、高鈣及其雙重脅迫下玉米幼苗的葉綠素a含量、葉綠素總量較對(duì)照均顯著增加(P<0.05)。對(duì)照組中，接種AM真菌的玉米幼苗葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量較未接種植株均增加，其中葉綠素b含量、葉綠素總量顯著增加(P<0.05)；干旱脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量較未接種植株均無(wú)顯著變化，但均呈增加趨勢(shì)；高鈣脅迫下及雙重脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗葉綠素a含量、葉綠素總量較未接種植株均顯著增加(P<0.05)。

表3 不同處理下AM真菌對(duì)玉米幼苗葉片葉綠素含量的影響Table 3 Effects of AMF on the chlorophyll content of maize leaves under different treatments

2.5 巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗N、P含量的影響

研究顯示(圖2)，無(wú)論接種與否，干旱脅迫下玉米幼苗N、P含量較對(duì)照無(wú)顯著變化；高鈣及雙重脅迫下玉米幼苗N、P含量較對(duì)照均顯著下降(P<0.05)。對(duì)照組中，接種AM真菌的玉米幼苗N、P含量較未接種植株均極顯著增加(P<0.01)；干旱脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗N、P含量較未接種植株均顯著(P<0.05)或極顯著增加(P<0.01)；高鈣脅迫下，玉米幼苗N、P含量較未接種植株均呈下降趨勢(shì)；雙重脅迫下，接種AM真菌的玉米幼苗N、P含量較未接種植株變化不顯著。

2.6 因素及因素間交互的作用效應(yīng)分析

因素及因素間交互的作用效應(yīng)分析(表4)顯示，高鈣、干旱及雙重脅迫均對(duì)植株凈光合速率產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01)。菌根與高鈣交互作用對(duì)植株N、P含量、葉綠素a含量、葉綠素總量影響顯著(P<0.05)；菌根與干旱交互作用對(duì)植株凈光合速率影響顯著(P<0.05)；菌根與雙重因子的交互作用對(duì)植株凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素b含量及葉綠素總量影響顯著(P<0.05)。

圖2 不同處理下AM真菌對(duì)玉米幼苗N、P含量的影響Fig.2 Effect of AMF on total N and total P content of maize seedlings under different treatments

表4 干旱、高鈣及AM真菌對(duì)玉米幼苗的作用效應(yīng)及交互作用效應(yīng)分析Table 4 Result of univariate analysis for the effect of drought, calcium, and AM on maize seedings

*P<0.05差異顯著; **P<0.01差異極顯著

3 討論

生長(zhǎng)抑制是旱鹽脅迫最普遍、最顯著的效應(yīng)，生物量是植物對(duì)脅迫反應(yīng)的綜合體現(xiàn)。本研究中干旱、高鈣及其雙重脅迫均導(dǎo)致植株生物量下降，多因素交互效應(yīng)分析表明干旱、高鈣及其雙重脅迫均對(duì)植株凈光合速率產(chǎn)生顯著抑制作用，而光合作用能力降低是抑制植物生長(zhǎng)的重要原因之一[15]。

干旱及雙重脅迫下，菌根玉米幼苗生物量、凈光合速率較未接種植株均呈上升趨勢(shì)；高鈣脅迫下，菌根玉米幼苗的生物量、凈光合速率較未接種植株未體現(xiàn)出菌根促進(jìn)效應(yīng)。交互作用分析顯示菌根與干旱及菌根與雙重脅迫的交互作用顯著增加了植株凈光合速率，菌根與高鈣的交互作用對(duì)植株凈光合速率無(wú)顯著效應(yīng)。

Yang[16]曾報(bào)道，鹽脅迫會(huì)降低小麥葉片的氣孔導(dǎo)度，導(dǎo)致葉片胞間CO2濃度升高。氣孔導(dǎo)度是指植物氣孔傳導(dǎo)CO2和水汽的能力[17]，氣孔導(dǎo)度影響著植物葉片的氣體交換和蒸騰作用。植物通過(guò)改變氣孔的開(kāi)度等方式來(lái)控制與外界CO2和水汽的交換，從而調(diào)節(jié)光合速率和蒸騰速率，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件[18]。盛敏等[19]在鹽脅迫下發(fā)現(xiàn)AM真菌提高了玉米生物量、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及凈光合速率(Pn)，降低了胞間二氧化碳濃度。本研究中AM真菌在干旱及雙重脅迫下的作用效應(yīng)與此現(xiàn)象一致，在高鈣脅迫下AM真菌對(duì)植物植株生物量、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及凈光合速率(Pn)均無(wú)顯著影響，降低了胞間CO2濃度(Ci)。AM真菌可通過(guò)增大植株氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，加快植株胞間CO2同化速率，從而提高植株凈光合速率促進(jìn)生長(zhǎng)。高鈣脅迫下，AM真菌未能顯著增大植株氣孔導(dǎo)度，是影響菌根效應(yīng)的重要原因之一。

葉綠素?zé)晒馐抢萌~綠素a作為天然探針，研究植物光合生理狀況對(duì)環(huán)境因子響應(yīng)的新型活體測(cè)定診斷技術(shù)，被稱為探測(cè)植物光合生理與逆境脅迫關(guān)系的理想技術(shù)[20]，初始熒光(Fo)是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心全部開(kāi)放時(shí)的熒光水平，PSⅡ反應(yīng)中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加，因此可根據(jù)Fo的變化推測(cè)反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護(hù)機(jī)制[21]。最大熒光(Fm)是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，可反映通過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況[22]，F(xiàn)m降低是光抑制的一個(gè)特征。PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)的大小反映了PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)原初光能的轉(zhuǎn)換效率的高低[23]。研究中，較對(duì)照而言，高鈣及雙重脅迫條件下玉米幼苗初始熒光(Fo)顯著增大，最大熒光，最大光化學(xué)效率均降低，表明脅迫使光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)受到不同程度的破壞[24]，光反應(yīng)中心活性降低。AM真菌均能使Fv/Fm增大，因此，AM真菌在脅迫條件下能提高植株光反應(yīng)中心活性，增強(qiáng)植株光合作用能力。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，是綠色葉片進(jìn)行光合作用時(shí)捕獲光能的重要物質(zhì)，其含量的高低一定程度上反映了植物光合能力的大小[25]。本研究中，AM真菌在干旱、高鈣及其雙重脅迫下均提高了葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量，菌根植株中高的葉綠素濃度與高的光合速率相聯(lián)系[26]，同時(shí)葉綠素?zé)晒庖匀~綠素a為基礎(chǔ)，葉綠素a含量的增加有助于光反應(yīng)中心活性增大，促使植株光合作用能力增強(qiáng)。據(jù)此，干旱、高鈣及其雙重脅迫下接種AM真菌的玉米幼苗較未接種植株光化學(xué)反應(yīng)速率性均增大，與葉綠素含量的增加應(yīng)該有密切關(guān)系。

P作為底物或調(diào)節(jié)物直接參與光合作用的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括光能吸收、同化力的形成、卡爾文循環(huán)、同化產(chǎn)物的運(yùn)輸?shù)?，N也通常被認(rèn)為是對(duì)光合作用的影響最大的營(yíng)養(yǎng)元素[24]。Harler等[27]認(rèn)為，菌根植物的生長(zhǎng)是取決于真菌對(duì)宿主植物所提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加和真菌本身對(duì)碳水化合物的消耗之間的平衡，許多試驗(yàn)中都發(fā)現(xiàn)接種AM真菌可顯著促進(jìn)植物對(duì)土壤磷的吸收[28]。有研究認(rèn)為[29]菌根真菌菌絲體的直接吸收作用和改變土壤理化性質(zhì)的間接作用，影響了根系本身對(duì)土壤養(yǎng)分的攝取能力，菌根真菌的侵染，使宿主植物根際土壤磷酸酶活性增加[30,31]，對(duì)植株P(guān)的獲取有重要作用。本研究中，AM真菌在對(duì)照、干旱脅迫下促進(jìn)了植株對(duì)N、P的吸收；在雙重脅迫下AM真菌對(duì)植株N、P的吸收影響不顯著，但使植株對(duì)P的吸收呈上升趨勢(shì)；在高鈣脅迫下使植株N、P吸收均呈下降趨勢(shì)，交互效應(yīng)分析表明菌根與鈣顯著抑制了植株N、P的吸收。AM真菌能夠促進(jìn)磷的吸收，有利于光合效率的提高，最終促進(jìn)植株生長(zhǎng)[32]，AM真菌對(duì)N的吸收與植株的生長(zhǎng)未表現(xiàn)出一致性，因此，正常、干旱及雙重脅迫下，AM真菌促進(jìn)了玉米幼苗對(duì)P的吸收，從而提高植株光合作用能力；高鈣脅迫下，菌根植株的生長(zhǎng)受到抑制，植株P(guān)吸收量下降是重要原因。

綜上所述，AM真菌在干旱、高鈣及其雙重脅迫下均能加快胞間CO2同化速率，增加葉片葉綠素含量，增大光化學(xué)反應(yīng)速率。AM真菌在干旱及雙重脅迫能促進(jìn)植物光合生長(zhǎng)的重要原因在于，AM真菌能增大氣孔導(dǎo)度促進(jìn)P的吸收，而高鈣脅迫下菌根植株的氣孔導(dǎo)度受到抑制，植株P(guān)吸收量降低。本研究表明：較巖溶土壤干旱而言，巖溶高鈣的土壤環(huán)境是限制玉米生長(zhǎng)與分布的關(guān)鍵因素，植株P(guān)吸收量降低是影響菌根促進(jìn)效應(yīng)的重要原因。AM真菌可作為巖溶環(huán)境中的一項(xiàng)重要生物技術(shù)，但不同立地條件，需因地制宜，合理利用菌根資源。

[1] 袁道先. 我國(guó)西南巖溶石山的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題. 世界科技研究與發(fā)展, 1997, 19(5): 41- 43.

[2] 謝麗萍, 王世杰, 肖德安. 喀斯特小流域植被-土壤系統(tǒng)鈣的協(xié)變關(guān)系研究. 地球與環(huán)境, 2007, 35(1): 26- 32.

[3] 楊振寅, 廖聲熙. 叢枝菌根對(duì)植物抗性的影響研究進(jìn)展. 世界林業(yè)研究, 2005, 18(2): 26- 29.

[4] 王發(fā)園, 林先貴. 叢枝菌根在植物修復(fù)重金屬污染土壤中的作用. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(2): 793- 801.

[5] 魏源, 王世杰, 劉秀明, 黃天志. 叢枝菌根真菌及在石漠化治理中的應(yīng)用探討. 地球與環(huán)境, 2012, 40(1): 84- 92.

[6] 王如巖, 于水強(qiáng), 張金池, 王圳, 王榮娟. 菌根真菌在退化喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)中的應(yīng)用. 林業(yè)科技開(kāi)發(fā), 2010, 24(5): 4- 7.

[7] 何躍軍, 鐘章成, 劉濟(jì)明, 劉錦春, 宋會(huì)興, 金靜. 構(gòu)樹(shù)幼苗對(duì)接種叢枝菌根真菌的生長(zhǎng)響應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 18(10): 2209- 2213.

[8] 宋會(huì)興, 彭遠(yuǎn)英, 鐘章成. 干旱生境中接種叢枝菌根真菌對(duì)三葉鬼針草(BidenspilosaL.)光合特征的影響生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(8): 3744- 3751.

[9] 劉方, 王世杰, 羅海波, 劉元生, 劉鴻雁. 喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)的小生境及其土壤異質(zhì)性. 土壤學(xué)報(bào), 2008, 45(6): 1055- 1062.

[10] 許大全. 光合作用效率. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2002: 163- 167.

[11] 吳耿. 西南巖溶地區(qū)典型植物適應(yīng)巖溶高鈣環(huán)境的機(jī)制 [D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2011.

[12] Hsiao T C. Plant response to water stress. Annual Review of Plant Physiology, 1973, 24: 519- 570.

[13] Phillips J M, Hayman D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions of the British Mycological Society, 1970, 55(1): 158- 161.

[14] 李建武. 生物化學(xué)原理和方法. 北京: 北京大學(xué)出版社, 1994.

[15] 石德成, 李玉明, 楊國(guó)會(huì), 李毅丹, 趙可夫. 鹽堿混合生態(tài)條件的人工模擬及其對(duì)羊草脅迫作用因素分析. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 22(8): 1323- 1332.

[16] Yang C W, Wang P, Li C Y, Shi D C, Wang D L. Comparison of effects of salt and alkali stresses on the growth and photosynthesis of wheat. Photosynthetica, 2008, 46(1): 107- 114.

[17] Coombs J. Techniques for Measuring Photo Productivity and Photothesis Rate. Qiu G W, translated. Beijing Science Press, 1986: 63- 69.

[18] 閻秀峰, 孫國(guó)榮, 李敬蘭, 李景信. 羊草和星星草光合蒸騰日變化的比較研究. 植物研究, 1994, 14(3): 287- 291.

[19] 盛敏. VA菌根真菌提高玉米耐鹽性機(jī)制與農(nóng)田土壤微生物多樣性研究 [D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2008.

[20] Krause G H, Weis E. Chlorophyll fluorescence as a tool in plant physiology. Photosynthesis Research, 1984, 5(2): 139- 157.

[21] Krause G H. Photoinhibition of photosynthesis. An evaluation of damaging and protective mechanisms. Physiologia Plantarum, 1988, 74(3): 566- 574.

[22] 張守仁. 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的意義及討論. 植物學(xué)通報(bào), 1999, 16(4): 444- 448.

[23] 許大全, 張玉忠, 張榮銑. 植物光合作用的光抑制. 植物生理學(xué)通訊, 1992, 28(4): 237- 243.

[24] Evans J R. Photosynthesis and nitrogen relationships in leaves of C3plants. Oecologia, 1989, 78(1): 9- 19.

[25] 張國(guó)民, 王連敏, 王立志, 宋立泉, 張玉華, 徐麗梅. 苗期低溫對(duì)玉米葉綠素含量及生長(zhǎng)發(fā)育的影響. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2000, (1): 10- 12.

[26] Davies F T Jr, Potter J R, Linuerman R G. Drought resistance of mycorrhizal pepper plants independent of leaf P concentration-response in gas exchange and water relations. Physiologia Plantarum, 1993, 87(1): 45- 53.

[27] Harler J L, Smith S E. Mycorrhizal Aymbiosis. New York: Academic Press, 1983.

[28] Kothari S K, Marschner H, R?mheld V. Direct and indirect effects of VA mycorrhizal fungi and rhizosphere microorganisms on acquisition of mineral nutrients by maize (ZeamaysL.) in a calcareous soil. New Phytologist, 1990, 116(4): 637- 645.

[29] Graham J H, Linderman R G, Menge J A. Development of external hyphae by different isolates of mycorrhizalGlomusspp. in relation to root colonization and growth of Troyer citrange. New Phytologist, 1982, 91(2): 183- 189.

[30] 王元貞, 張木清, 柯玉琴, 潘廷國(guó), 鄭伸伸. 菌根菌接種對(duì)甘蔗根系發(fā)育的影響. 福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1995, 24(3): 318- 322.

[31] 宋福強(qiáng), 楊國(guó)亭, 孟繁榮, 田興軍, 董愛(ài)榮. 叢枝菌根化大青楊苗木根際微域環(huán)境的研究. 生態(tài)環(huán)境, 2004, 13(2): 211- 216.

[32] Li X L, Yao Q. A study on VA-mycorrhizal fungi andmineral nutrition of plant. Advance in Natural Science, 2000, 10(6): 525- 531.

Effect of AMF on the photosynthetic characteristics and growth of maize seedlings under the stress of drought, high calcium and their combination in Karst area

RAN Qiong1,2,ZHONG Zhangcheng1,*

1KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,Beibei400715,China2MianyangNormalUniversity,Mianyang621000,China

Drought and high concentration of calcium are the main characters of the karst soils, and always show great heterogeneity in the karst ecosystems. In order to explore the effects of AMF on the photosynthetic and growth characters of maize (ZeamaysL.) under various stresses, three treatments including drought, high concentration of calcium (high Ca), and their combination (double stress) were applied to potted maize seedlings. The results showed that the colonization rate of the AMF to maize seedlings was following the sequence of: control > drought > double stress > high Ca. Compared to the control group, the biomass, net photosynthetic rate (Pn) of the seedlings were decreased in the three treatments. Under non-inoculation conditions, the biomass of maize seedlings subjected to drought, high calcium and double stress were 3.2%, 63.7%, 76% lower than that of control respectively, while those ofPnwere 33.4%, 86.9%, and 98.8%. In the same time, under inoculation conditions, compared with the control, the seedling′s biomass in drought, high calcium and double stress were 16.3%, 78.4%, 80.2% lower, and net photosynthetic rate were 9.7%, 92.8%, and 91.7% lower. Additionally, compared to the seedlings without AMF, those vaccinated AMF showed significantly higher biomass, chlorophyll content, transpiration rate (Tr), maximum photochemical efficiency, and absorbed more phosphorus, when subjected to the drought and double stress. On the contrary, in the environment of high calcium, the AMF only enhanced the content of chlorophyll, maximum photochemical efficiency, while there was no increase in terms of plant biomass,Trand the absorbing amount of nitrogen and phosphorus. Moreover, the interaction of AMF×drought and AMF×double stress had significant effects on thePnof seedlings, while no significant effects of AMF×high Ca were found on thePn. AM fungi can assist the plant to absorb more phosphorus, enhancing the contents of chlorophyll, improving the activity of light reaction center, increasing the plant stomatal conductance, so as to enhance photosynthesis ability to promote the growth of plant. This research can provide

for a reasonable utilization of AMF and increasing agricultural productivity in the karst ecosystem.

karst; high calcium; drought; double stress; arbuscular mycorrhizal fungi(AMF)

國(guó)家自然科學(xué)基金(31360106)

2014- 02- 19;

日期:2014- 06- 26

10.5846/stxb201402190287

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zzhong@swu.edu.cn

冉瓊, 鐘章成.模擬巖溶旱鈣土壤基質(zhì)中AM真菌對(duì)玉米幼苗光合生長(zhǎng)的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(2):460- 467.

Ran Q,Zhong Z C.Effect of AMF on the photosynthetic characteristics and growth of maize seedlings under the stress of drought, high calcium and their combination in Karst area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(2):460- 467.