鄧晶，潘銳 胡愛兵 張文英

( 長(zhǎng)江大學(xué)作物抗逆技術(shù)研究中心，湖北 荊州 434025)( 湖北省荊州農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，湖北 荊州 434000)( 長(zhǎng)江大學(xué)作物抗逆技術(shù)研究中心，湖北 荊州 434025)

土地鹽堿化是世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的一個(gè)重大問題。中國(guó)鹽漬地面積約為3.5×107hm2，其中在棉花種植區(qū)域鹽漬地面積約為3.3×106hm2[1]。由于鹽漬嚴(yán)重影響棉花的生長(zhǎng)和產(chǎn)量[2,3]，因而培育和提高棉花的耐鹽性成為近年來鹽堿地開發(fā)的研究熱點(diǎn)之一。目前，對(duì)于棉花與真菌共生提高耐鹽性的研究尚未見報(bào)道。

印度梨形孢(Piriformosporaindica)能定殖于多種植物根部，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高植株生物與非生物逆境耐受性[4～6]。印度梨形孢可以提高煙草[7]、苜蓿[8]、水稻[9]、大麥[10]等作物的耐鹽性，目前尚無印度梨形孢提高棉花耐鹽性的報(bào)道。本研究以鹽敏感型棉花品種邯鄲8942為試驗(yàn)材料，接種印度梨形孢后，施加不同濃度NaCl處理，著重研究不同鹽脅迫下接種和不接種印度梨形孢表型和生理的差異，探討印度梨形孢對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)及苗期耐鹽性的影響，以為提高棉花耐鹽性研究提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

鹽敏感棉花品種邯鄲8942由國(guó)家棉花中期種質(zhì)庫( 河南安陽)提供；印度梨形孢真菌菌種由德國(guó)耶拿大學(xué)Ralf Oelmüller教授提供。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1種子和真菌預(yù)處理

選取顆粒飽滿、大小一致的棉花種子，用0.5%次氯酸鈉( NaClO)處理10min，清水沖洗5次后浸泡3h，放置在滅菌的濕毛巾上，置于生長(zhǎng)箱( 溫度28℃，濕度60% RH)中催芽。挑選活力充足的帶有印度梨形孢的PDA菌塊，加入到滅菌的ASP液體培養(yǎng)基中，放置在25℃、150r/min的恒溫?fù)u床中培養(yǎng)15d備用。

1.2.2共生體系構(gòu)建

將印度梨形孢加入無菌水中( 1mg∶100mL)，用攪拌機(jī)打散并混合均勻制成菌液。挑選整齊一致棉花幼苗，移栽至塑料生長(zhǎng)盆( 18cm×10cm，直徑×高)中，并在幼苗根系注射1mL菌液，共生培養(yǎng)12d后隨機(jī)挑選5株幼苗，蒸餾水沖洗根系泥沙后，剪成1cm長(zhǎng)小段,10% KOH處理12h，1% HCl浸泡5min后洗凈，0.04%臺(tái)盼藍(lán)染色制片，相差顯微鏡( Nikon Ri260)下觀察根系孢子定殖情況。

1.2.3鹽脅迫處理

將接菌植株和不接菌植株分別移栽至有孔的泡沫板上，放置于生長(zhǎng)盆中。分別加入2L含有0、100、200mmol/L NaCl的霍格蘭溶液。所有生長(zhǎng)盆均用空氣泵每隔2h通空氣10min。試驗(yàn)設(shè)置4次重復(fù)。

1.3　指標(biāo)測(cè)定

1.3.1形態(tài)指標(biāo)

接菌15d后和NaCl處理7d后分別用直尺測(cè)量株高，游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，相機(jī)拍照并用ImageJ軟件( 美國(guó)National Institutes of Health)測(cè)量葉面積。

1.3.2地上部和地下部生物量

接菌15d后和NaCl處理7d后將苗完整地取出，從根基部剪斷，分別稱量地上部和地下部鮮重，105℃殺青30min，75℃烘干至恒重，稱量干重。

1.3.3光合作用參數(shù)

采用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀( 美國(guó)LI-COR 公司)分別測(cè)定接菌15d后和NaCl處理7d后的植株倒三葉的光合參數(shù)，包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。

1.4　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和DPS 9.05，作圖采用SigmaPlot 10.0軟件。未接菌鹽處理植株均與未接菌未鹽處理植株對(duì)比；接菌鹽處理植株均與接菌未鹽處理植株對(duì)比，參數(shù)降低比例按[(對(duì)照-處理) ÷對(duì)照]×100%進(jìn)行計(jì)算。

2　結(jié)果與分析

2.1　印度梨形孢對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)的影響

圖1　邯鄲8942接種印度梨形孢12d后鏡檢圖

接種印度梨形孢12d后對(duì)根系進(jìn)行鏡檢可以看到，印度梨形孢的厚垣孢子成串排列在根系中，分布區(qū)域廣，孢子數(shù)量多( 圖1)。這表明，印度梨形孢成功定殖于棉花根系。

2.1.1接種印度梨形孢對(duì)棉花幼苗形態(tài)的影響

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株形態(tài)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，接種印度梨形孢15d后的植株比未接菌植株的株高、莖粗、真葉數(shù)目、葉面積分別上升16.3%、23.0%、13.3%和12.3%，均達(dá)到顯著水平。這表明接種印度梨形孢可以促進(jìn)棉花幼苗生長(zhǎng)。

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株的生物量測(cè)定結(jié)果如表1所示。由表1可知，接種印度梨形孢植株比未接菌植株的地上部分鮮重和干重分別上升30.3%和23.1%，地下部分鮮重和干重分別上升35.9%和34.7%，均達(dá)到顯著水平，根冠比由12.743%上升至13.896%。這表明，接種印度梨形孢可以增加棉花植株的地上部分和地下部分生物量累積，增大植株根冠比。

圖2　未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株形態(tài)指標(biāo)比較

處理地上部鮮重/g地上部干重/g地下部鮮重/g地下部干重/g根冠比/%未接種3.20±0.135a0.39±0.023a0.64±0.053a0.05±0.004a12.74±1.523a接種4.17±0.239b0.48±0.031b0.87±0.061b0.07±0.004b13.90±2.011b

2.1.2接種印度梨形孢對(duì)棉花光合參數(shù)的影響

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株光合作用參數(shù)測(cè)定結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，接種印度梨形孢后對(duì)比未接菌植株凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)分別上升了9.6%、14.2%、6.0%和33.7%，均達(dá)到顯著水平。這表明，接種印度梨形孢可以促進(jìn)棉花植株光合作用。

圖3　未接菌與接種印度梨形孢15d后邯鄲8942植株的光合參數(shù)比較

2.2　印度梨形孢對(duì)棉花耐鹽性的影響

2.2.1接種印度梨形孢對(duì)鹽脅迫下棉花形態(tài)的影響

圖4　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的株高、莖粗和葉面積比較

不同濃度NaCl處理7d后的植株形態(tài)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，對(duì)于未接種印度梨形孢的植株，與經(jīng)0mmol/L NaCl的處理相比，經(jīng)100mmol/L 的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積分別減少15.6%、8.1%和7.9%，經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積則分別減少23.4%、17.2%和18.7%，均達(dá)到顯著水平。對(duì)于接種印度梨形孢植株，與經(jīng)0mmol/L的 NaCl處理相比，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積分別減少3.0%、2.8%和2.9%，但均未達(dá)到顯著水平；而經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積則分別減少9.6%、9.0%和8.9%，均達(dá)到顯著水平，并且可見減少量均低于未接菌植株。這表明接種印度梨形孢可以降低鹽脅迫下棉花植株株高、莖粗、葉面積的減少量，緩解鹽脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制。

未接種與接種印度梨形孢植株在鹽脅迫7d后的生物量測(cè)定結(jié)果如表2所示。由表2可知，對(duì)于未接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L、200mmol/L的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L的NaCl處理相比，其地上部分鮮重分別降低10.2%、29.9%，干重分別降低9.8%、23.5%；地下部分鮮重分別降低6.0%、16.9%，干重分別降低14.7%、27.9，均達(dá)到顯著水平。對(duì)于接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L 的NaCl處理相比，其地上部分鮮重和干重分別減少3.1%、3.4%，地下部分鮮重和干重分別減少1.8%、2.3%，但均未達(dá)到顯著水平；經(jīng)200mmol/L 的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L 的NaCl處理相比，其地上部分鮮重和干重分別減少10.5%、15.2%，地下部分鮮重和干重分別減少28.4%、9.2%，均達(dá)到顯著水平。這表明，接種印度梨形孢可以緩解鹽脅迫下棉花植株生物量的減少，且在低濃度鹽脅迫下比高濃度鹽脅迫下效果顯著。未接菌植株在經(jīng)100mmol/L和200mmol/L的NaCl處理后根冠比均降低，而接菌植株根冠比均上升。這表明接種印度梨形孢可以增加植株鹽脅迫下根冠比，利于耐受鹽脅迫。

表2　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的生物量比較

2.2.2接種印度梨形孢對(duì)鹽脅迫下棉花光合參數(shù)的影響

未接種與接種印度梨形孢的植株在鹽處理7d后的光合作用參數(shù)測(cè)定結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，對(duì)于未接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后相比經(jīng)0mmol/L的NaCl處理，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率分別下降21.9%、9.8%、6.4%和7.1%，均達(dá)到顯著水平；經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的則分別下降56.3%、19.6%、11.8%和14.3%，均達(dá)到極顯著水平；對(duì)于接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后與經(jīng)0mmol/L的 NaCl處理相比，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率分別下降8.7%、3.1%、2.3%和1.9%，均未達(dá)到顯著水平；而經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的則分別下降24.0%、9.4%、5.7%和4.6%，均達(dá)到顯著水平。這表明接種印度梨形孢可以緩解鹽脅迫下棉花植株光合作用的降低，且在低鹽濃度下比高鹽濃度下效果更顯著。

圖5　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的光合參數(shù)比較

3　討論

植物的地上部分和地下部分是一個(gè)相互作用的整體[11]。根系是作物吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要器官，發(fā)達(dá)的根系對(duì)作物的生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用[1]；地上部分是光合作用同化有機(jī)物的場(chǎng)所，是植物生長(zhǎng)的主要干物質(zhì)來源[12]。本研究中，印度梨形孢進(jìn)入作物根系后地下部分生物量和根冠比增加，水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收增加。地上部分的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度增加，提高了植株的凈光合速率，同化的有機(jī)物增加，促進(jìn)生長(zhǎng)效應(yīng)顯著。

鹽脅迫下植物體外滲透勢(shì)低[13]，會(huì)造成植物水分虧缺[14]，同時(shí)鈉離子過多也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生離子毒害作用[15～17]。本研究中，未接菌植株在鹽脅迫生長(zhǎng)減慢，而接種印度梨形孢植株在低鹽濃度下仍可以保持正常生長(zhǎng)，但在高濃度鹽脅迫下，接種印度梨形孢也會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)減慢的現(xiàn)象。從生物量來看，接種印度梨形孢植株在鹽脅迫下根冠比增加，未接菌植株根冠比減少。前人的研究[18]也證明根系吸水能力和作物的耐鹽性顯著相關(guān)，因此保持發(fā)達(dá)的根系可能是印度梨形孢提高棉花耐鹽性的方式之一。從光合參數(shù)來看，未接種印度梨形孢植株凈光合速率減慢，同化的有機(jī)物顯著減少，但是氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度減少幅度不大，說明此時(shí)限制棉花植株光合作用的因素為葉綠體等光合器官受損，原因可能是滲透壓過大導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷[16]。有研究表明，接種印度梨形孢可以維持植物體內(nèi)的滲透平衡[7]。在低鹽濃度下，接種印度梨形孢植株的光合器官細(xì)胞未受明顯損傷，保持正常的凈光合速率，這是接種印度梨形孢植株在低濃度鹽脅迫下形態(tài)指標(biāo)未明顯減少的原因。但在高濃度鹽脅迫下，植株體內(nèi)滲透壓過大[13]，印度梨形孢無法完全緩解葉綠體等細(xì)胞器的損傷，最終出現(xiàn)隨著鹽濃度增加而印度梨形孢提高耐鹽性效果減弱的現(xiàn)象。綜上所述，接種印度梨形孢可以顯著促進(jìn)棉花苗期生長(zhǎng)并誘導(dǎo)提高棉花的耐鹽性，可應(yīng)用于鹽堿地開發(fā)利用中。

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