葉振標(biāo) 鐘雨庭 鐘耀金 鄒國岳

（1. 紫金縣綠林營林服務(wù)有限公司，廣東 紫金 517400；2. 紫金縣林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 紫金 517400)

楓香Liquidambar formosana為金縷梅科楓香屬樹種，生態(tài)適應(yīng)性強，地理分布范圍廣，是一種優(yōu)良的抗逆樹種[1]，其生長速度快，樹干挺直，作為我國常用的鄉(xiāng)土優(yōu)良彩葉造林樹種，在沿海地區(qū)防護(hù)林建設(shè)和城鎮(zhèn)綠化中發(fā)揮了重要作用。鹽分是影響植物正常生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一[2]，而楓香幼苗對鹽脅迫較為敏感[3]，這在一定程度上制約了該樹種在我國沿海灘涂的大面積推廣栽培。大力開展耐鹽楓香品種培育與利用，是進(jìn)一步提高沿海防護(hù)林體系生態(tài)效益的重要途徑。但由于林木耐鹽性受基因多效性影響和控制，加之育種周期長[4]，因此當(dāng)前林木耐鹽分子育種仍然進(jìn)展緩慢，面臨許多技術(shù)瓶頸。

叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）是土壤中的菌根真菌與高等植物的根系形成的一種聯(lián)合體，廣泛存在于自然界中。研究表明，菌根能夠促進(jìn)植物生長，增強植物的抗逆性[5-6]。AM 接種技術(shù)為菌根化育苗造林，有效提升植物抗逆性開辟了一條重要途徑。目前國內(nèi)關(guān)于利用菌根技術(shù)提高楓香幼苗耐鹽性方面的研究仍鮮見報道。鑒于此，本試驗利用菌根接種技術(shù)，以楓香為研究對象，解析鹽脅迫下菌根化楓香幼苗生長生理指標(biāo)的變化，旨在探索菌根對楓香幼苗耐鹽能力的影響，以期為沿海地區(qū)楓香高效造林技術(shù)集成和推廣種植提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子為市售廣東種源楓香種子。使用的AM 真菌菌劑為摩西球囊霉GM（BGC NM01A，約300 孢 子/20 g） 和 地 表 球 囊 霉GV（BGC GD01C，約1 000 個孢子/20 g）的混合物，兩種真菌均由北京市農(nóng)林科學(xué)研究院植物營養(yǎng)與資源研究所提供。供試育苗基質(zhì)為黃壤土+10%河沙+0.5%過磷酸鈣混合改良而成，其中速效氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量分別為0.064‰、0.038‰、0.074‰和5.53‰，pH 值為6.8。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌劑接種 參照鄭啟鋼[7]的方法培育種子苗，盆土移栽15 天后，篩選生長狀況一致的苗木進(jìn)行AM 菌劑接種處理。設(shè)置未接種處理和接種處理，每處理200 盆。盆中裝滿育苗基質(zhì)，將菌劑均勻撒施于盆中基質(zhì)表面下方10 cm 處（每盆25 g 菌劑）。未接種組則不加任何菌劑。將苗木種植于基質(zhì)中，保持苗木根部與菌劑接觸即可。每盆裝基質(zhì)3 kg。盆為底部有排水孔的塑料盆，高22 cm，盆口直徑 35 cm，置于淺壁托盤上。試驗溫室條件為晝夜溫度（28±2）℃/（20±2）℃，相對濕度70%～80%，自然采光；試驗開始后每周噴灑Hoagland 營養(yǎng)液300 mL/盆。

1.2.2 脅迫處理 依據(jù)前人[8-9]研究結(jié)果，楓香耐鹽性不強，本文作者通過預(yù)實驗進(jìn)一步證明，7 g/L 的NaCl 濃度會對本試驗研究中供試楓香幼苗造成顯著影響，大于7 g/L 的NaCl 濃度甚至?xí)斐捎酌缢劳?。本試驗選擇臨界NaCl 濃度7 g/L進(jìn)行處理。接種菌劑2 個月后，采用酸性品紅染色，取一段側(cè)根通過感染長度確定菌根侵染情況[10]。使用以Hoagland 營養(yǎng)液為溶劑配制的質(zhì)量濃度7 g/L 的海鹽溶液，對幼苗進(jìn)行鹽脅迫處理（150 mL/盆），每隔3 d 噴淋1 次，直至試驗結(jié)束。未接種苗木和接種菌劑苗木均分別設(shè)置NaCl 溶液（鹽脅迫）和Hoagland 營養(yǎng)液(對照)兩組處理，即本試驗共4 個處理：CK（未接種菌劑+Hoagland 營養(yǎng)液）、SA（接種菌劑+NaCl 溶液）、S（未接種菌劑+NaCl 溶液）、A（接種菌劑+Hoagland 營養(yǎng)液），每處理80 盆。

1.2.3 指標(biāo)測定 當(dāng)幼苗脅迫處理后，進(jìn)行生長與生理指標(biāo)的測定。

幼苗存活率：在脅迫開始后的第1、5、10、20、25、30 天，分別統(tǒng)計各處理存活苗木數(shù)量。

生長測定：脅迫處理30 天后測定苗高和地徑。

生物量測定：在脅迫處理30 天后，將不同處理的植株沖洗干凈，然后分根莖葉置于牛皮紙袋中，放入105℃的烘箱中殺青20min 后，維持在85℃烘干至恒重，稱量其干質(zhì)量。

葉綠素含量測定：脅迫開始后的第1、5、10、20、30 天，采用美國LICORW 公司生產(chǎn)的CCM22O 便攜式葉綠素速測儀測定。

光合作用參數(shù)測定：脅迫處理30 天后，采用英國PP-Systems 公司生產(chǎn)的CIRAS-I 型光合作用儀測定。

K+、Ca2+、Mg2+、Na+測 定：脅 迫30 天 時，用自來水沖冼苗木根部，使植株保持完整，然后用吸水紙吸干，在80℃的烘箱內(nèi)烘干至衡重。稱取烘干樣0.25 g，放入100 mL 凱氏瓶中，用水潤樣，加8 mL 濃硫酸，放置過夜，加10 滴雙氧水，進(jìn)行消煮，待消煮液變?yōu)闊o色透明時轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中。吸取消煮液，于等離子體發(fā)射光譜儀上測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2007 和SPSS19.0 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、方差分析，以及處理間的差異性檢驗，運用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗的生長變化

由圖1 可知，整個試驗期間，無論接種菌劑與否，正常生長條件下（CK、A 處理），供試幼苗存活率均為100%，而在鹽脅迫下，隨著脅迫時間增加，供試幼苗存活率均呈下降趨勢。其中，在鹽脅迫30 天時，未接種菌劑處理（S）幼苗存活率降至25%，而接種菌劑處理（SA）則為70%。這說明，鹽脅迫下供試幼苗出現(xiàn)不同程度的死亡，但相對而言，菌根化幼苗存活率較高，適應(yīng)性好，可初步確定在供試鹽濃度處理下，菌根化幼苗耐鹽能力增強。

圖1 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗的生長變化Fig.1 Variations for growth of Liquidambar formosana seedlings colonized by arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress

鹽脅迫30 天時，各處理間幼苗苗高、地徑、生物量增長量的差異均達(dá)顯著水平（P＜ 0.05）。整體上，均呈A＞CK＞SA＞S 趨勢。這說明，接種AM 能顯著提升楓香幼苗的生長量及其耐鹽性。從生物量分配來看，供試幼苗各器官生物量占植株總生物量比例的大小順序為：葉片＞根、莖。與未脅迫處理（CK、A）相比，鹽脅迫處理（SA、S）葉片生物量占幼苗植株總生物量百分比下降，根系生物量所占百分比上升，且菌根化幼苗葉片生物量（SA）高于未接種處理（S）。從反映地上、地下部分生物量比值的根莖比大小來看，鹽脅迫下幼苗根莖比最大（S），但菌根化后根莖比降低（SA）并與未脅迫處理（A）無明顯差異。這表明，鹽脅迫顯著抑制了供試幼苗地上部分的生長，但通過菌根化可以改善地上部分的生長情況，增加生物量積累。

2.2 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗光合能力變化

2.2.1 鹽脅迫下葉綠素含量的變化 從圖2 可知，正常生長情況下（CK），葉綠素含量在整個試驗期無明顯變化，但菌根化苗生長30 天后葉綠素含量有所增加（A）。鹽脅迫下，未接種AM 處理（S）的葉綠素含量無明顯變化趨勢，而接種AM 處理（AS）的葉綠素含量在鹽脅迫5 天時明顯降低，之后又呈上升趨勢。除脅迫30 天時，在1～20 天脅迫期間，供試4 個處理間葉綠素含量均無顯著差異。由此說明，接種AM 能提升楓香幼苗葉綠素的合成與鹽脅迫下的自我修復(fù)能力。

圖2 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗葉綠素含量的變化Fig.2 Variations for chlorophyll content in leaves of Liquidambar formosana seedlings colonized by arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress

2.2.2 鹽脅迫下光合參數(shù)的變化 由表1 可以看出，供試4 個處理間幼苗葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、水分利用效率（WUE）、氣孔導(dǎo)度（Gs）及葉肉細(xì)胞胞間二氧化碳濃度（Ci）等指標(biāo)差異顯著（P＜ 0.05），各指標(biāo)大小排 序 分 別 為，Pn：A＞CK＞SA＞S，Tr：CK＞SA、S＞A，WUE：A ＞CK 、SA＞S，Gs：CK＞SA、S、A，Ci：CK、SA、S＞A。這說明，與對照CK 相比，接種AM 后幼苗Gs、Ci、Tr 降低，而Pn 與WUE 顯著增加（A）；鹽脅迫下，楓香幼苗Pn、Tr、WUE 與Gs 降低（S），但接種AM 后（SA）Pn、WUE 較S 處理增加了138%～209%。

表1 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗光合能力的變化Tab.1 Variations for photosynthetic capacity of Liquidambar formosana seedlings colonized by arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress

2.3 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗離子濃度變化

圖3 反映了鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗K+、Ca2+、Mg2+、Na+濃度的變化。根據(jù)差異分析結(jié)果，供試4 個處理間楓香幼苗植株中K+、Ca2+、Mg2+、Na+濃度均達(dá)差異顯著水平。整體上看，鹽脅迫降低了植株中K+、Mg2+濃度，增加了Ca2+、Na+濃度。接種AM 后，鹽脅迫下植株中Ca2+、Mg2+濃度增加，Na+濃度降低，K+無明顯變化。

圖3 鹽脅迫下叢枝菌根化楓香幼苗的離子濃度變化Fig.3 Variations for ion concentration in Liquidambar formosana seedlings colonized by arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress

3 結(jié)論與討論

逆境中植株生長狀況能直觀反映其抗性的強弱[11]。本試驗研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，楓香幼苗在7 g/L NaCl 溶液噴淋處理下，幼苗苗高和地徑生長受到抑制，地上部分生物量明顯降低，說明楓香具有較強的鹽敏感性。徐呈祥等[12]、裘麗珍等[13]和尉秋實等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在脅迫條件下，植物地上部分與地下部分生長比例發(fā)生改變，植物生物量分配的改變有助于樹木適應(yīng)環(huán)境的變化，因此植物地下部分與地上部分生物量比率的大小反應(yīng)植物對環(huán)境因子需求和競爭能力的強弱，比值越大，表明植物對養(yǎng)分的需求或競爭能力越強。本試驗中楓香幼苗葉片對鹽脅迫的應(yīng)激性最為明顯，表現(xiàn)為葉片生物量減少，而幼苗根莖比最大，反映了在鹽脅迫下植株對養(yǎng)分需求的明顯增加；而接種AM 后，其根莖比降低，與未脅迫處理相比無明顯差異，且均高于未接種AM 和未脅迫的對照處理，這可能暗示了接種AM 能提升楓香幼苗的環(huán)境競爭力，抗逆性得到增強。

植物光合能力與生長密切相關(guān)。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的重要場所，是對逆境脅迫較為敏感的細(xì)胞器之一[15]。通常，植物在遭到逆境脅迫時，葉肉細(xì)胞中葉綠體結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞，葉綠體發(fā)生降解，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量的降低。在本試驗期間，鹽脅迫并未導(dǎo)致楓香幼苗葉片的葉綠素含量顯著下降，但接種AM 會增強葉綠素的合成與積累。光合作用是植物最主要的生理活動，它能直接影響植物的生長與發(fā)育[16-19]。逆境脅迫會破壞葉綠體合成，引起氣孔導(dǎo)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致凈光合速率、蒸騰速率與水分利用效率下降，光合效率差。其中，凈光合速率直接體現(xiàn)植物通過光合作用產(chǎn)生同化物的能力，而水分利用效率是指植物消耗單位水量所產(chǎn)生的同化量，反映植物生產(chǎn)過程中的能量轉(zhuǎn)化效率，也是評價逆境脅迫下植物抗逆性的綜合指標(biāo)之一[20-21]。本試驗結(jié)果表明，鹽脅迫降低了楓香幼苗葉片的凈光合速率和水分利用效率，但接種AM 后二者均顯著提高，從而說明接種AM 能有效增加楓香幼苗葉片的光合能力和水分利用效率，進(jìn)而提升其耐鹽性。

鹽脅迫對植物的影響主要包括兩方面，一是單鹽毒害，即過量有毒的Na+導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大，電解質(zhì)外滲，細(xì)胞代謝失調(diào)；二是相對較高濃度的Na+干擾了植物對營養(yǎng)元素的吸收，造成植物體內(nèi)營養(yǎng)元素虧缺，影響正常生長發(fā)育[22-24]。本試驗通過對植株中K+、Ca2+、Mg2+、Na+濃度定量分析發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫顯著增加了楓香幼苗植株中Na+濃度，進(jìn)而造成K+、Mg2+濃度減少，而通過接種AM 則降低了Na+濃度、增加了Mg2+濃度。K+與Na+的離子半徑和水合能相似，鹽脅迫會使植株體內(nèi)積累過多的Na+而導(dǎo)致吸收K+困難，對生長造成不利影響[25]。Mg 是葉綠體重要組成部分，與植物光合能力密切相關(guān)[26]，植株體內(nèi)積累Mg2+有助于維持較低的細(xì)胞滲透勢，促進(jìn)根系吸水[27]。由此說明，通過接種AM，使楓香幼苗對Na+吸收量降低從而保障了對K+的正常吸收，不但降低了Na+對植株的傷害，還避免了營養(yǎng)元素缺乏對苗木生長造成不利影響；同時，植株中Mg2+濃度增大促進(jìn)了楓香幼苗光合能力增強和地上部分生物量增加，提高了苗木對水分的吸收效率，這也在很大程度上增強了植株對鹽脅迫的抵御能力。此外，值得關(guān)注的是，在接種AM或鹽脅迫處理下，Ca2+濃度均高于對照CK 處理，且接種AM 能顯著提升鹽脅迫下植株中Ca2+濃度。Ca2+積累在保持細(xì)胞膜的完整性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用[27]，維持穩(wěn)定的Ca2+水平有助于植物根系在高鹽環(huán)境下進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)、緩解Na+毒害和維持正常生理功能的作用[25]。同時，Ca2+是植物多種生理代謝過程中的第二信使，是植物生長發(fā)育的中心調(diào)控因子[28]，因此推測接種AM 可能提高了Ca2+的活躍性，高濃度Ca2+可作為判斷楓香幼苗受到鹽害的早期指標(biāo)之一。