王 藝，楊凱來

(貴州民族大學 生態(tài)環(huán)境工程學院，貴陽 550025)

【研究意義】馬尾松(PinusmassonianaLamb)作為我國西南地區(qū)的先鋒樹種，為典型的菌根植物，分布廣泛，其喜光、抗逆、適應性強，經濟價值較高[1-3]。淡水資源短缺是21世紀全球所面臨的巨大挑戰(zhàn)，干旱脅迫是馬尾松遭受的非生物脅迫之一，也是影響其正常生長的關鍵因素。研究馬尾松菌根幼苗在持續(xù)干旱和復水條件下的生長形態(tài)及養(yǎng)分吸收差異，對提高馬尾松造林成活率，增加苗木對干旱的適應性有重要的參考價值?！厩叭搜芯窟M展】菌根是土壤真菌與高等植物根系的結合，具有特定的形態(tài)結構和功能[4-5]。相關研究表明，外生菌根真菌有利于幼苗在貧瘠土壤中生長[6-8]。外生菌根真菌可以增加某些植物對土壤水分的吸收和植物根系對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收，通過與宿主植物的共生，促進逆境下植物的生長和定植[9-10]。在褐環(huán)乳牛肝菌對馬尾松植株根系組織結構影響研究中發(fā)現(xiàn)，馬尾松幼苗的初級生物量和地下生物量、苗高、地徑和根冠比均有所增加，并提高了植物的抗旱性[11]。在模擬研究酸雨環(huán)境脅迫下，外生菌根真菌會分泌產生有機酸，以降低鋁脅迫對植物的毒性，促進植物根系吸收氮、磷和鉀等礦物質[12]。高悅等[13]研究表明，外生菌根真菌能顯著提高馬尾松幼苗對水分和養(yǎng)分的吸收，促進幼苗生長發(fā)育，提高幼苗的抗旱性?！颈狙芯壳腥朦c】目前關于菌根幼苗的研究主要集中在其生長、生理、根系構型、根系分泌物、土壤微生物代謝功能的影響上[10-11,14-16]，針對抗逆性方面的研究主要集中在酸、鋁及干旱脅迫方面，而在持續(xù)干旱及復水后菌根幼苗的生長研究較少?！緮M解決的關鍵問題】研究馬尾松菌根幼苗在持續(xù)干旱和復水條件下生長形態(tài)、養(yǎng)分吸收等方面的差異，探討有利于苗木生長的最佳水分條件和干旱復水時間，篩選表現(xiàn)最佳的菌根幼苗，分析影響菌根幼苗生物量的關鍵指標，為后續(xù)相關研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

1.1.1 菌株 牛肝菌7和牛肝菌1均屬褐環(huán)乳牛肝菌[Suillusluteus(L.：Fr.)Gray]，雞油菌(CantharelluscibariusFr.)、彩色豆馬勃[Pisolithustinctorius(Pers.)Cokeret Couch]、土生空團菌(Cenococcumgeophi-lumFr.)均由西南大學提供。菌株選用MMN固體培養(yǎng)基[17]在平板上28 ℃培養(yǎng)10 d，直至菌絲飽滿，菌落用直徑為1 cm的無菌打孔器在超凈工作臺切割，接種到裝有300 mL PD培養(yǎng)基[18]的500 mL錐形瓶中，每瓶接種5個菌片并密封。接種完成后于25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20 d備用[19]。

1.1.2 種子 馬尾松種子由貴州省都勻市馬尾松優(yōu)良種源提供。選取優(yōu)良馬尾松種子，用去離子水沖洗，表面用75%醫(yī)用酒精消毒1 min，用去離子水沖洗4次，放入45 ℃的溫水中浸泡24 h，用濕棉織品包裹放在25 ℃的恒溫容器中，待種子裂開后種植。

1.1.3 土壤 種植土由紅粘土(棕紅色)形成的黃土與干凈河沙以9:2的體積比混合，使用前用高壓滅菌器(壓力0.14 M Pa，124～126 ℃)滅菌2 h。土壤有機質含量為5.88 g/kg，全量元素、有效元素、微量元素、交換性元素和有機質含量見表1。

1.2 試驗設計

采用盆栽隨機區(qū)組試驗，播種設5個接種處理和1個不接種處理(CK)，接種處理分別為接種牛肝菌7(S7)、牛肝菌1(S1)、雞油菌(G)、彩色豆馬勃(C)、土生空團菌(T)；CK為不接種外生菌根真菌的幼苗。每處理4盆，重復3次，每盆播5～6粒種子，幼苗半年生后每盆留4株，2盆幼苗進行持續(xù)干旱試驗，另2盆幼苗進行復水試驗，均為3次重復。持續(xù)干旱試驗：初土壤含水量均達到飽和狀態(tài)(RSC≥70%)，然后溫室模擬自然干旱，使水分不間斷損失，分別在持續(xù)干旱試驗開始當天(0d)和7、14、21、28和35 d進行指標測定。復水試驗：分別在持續(xù)干旱的14、21和28 d采用蒸餾水進行復水(以下簡稱：R1、R2、R3)，每盆的土壤含水量均達飽和狀態(tài)(RSC≥70%)，復水7 d后取樣指標測定土壤的相對含水量(RSC)。土壤干旱分級標準[20]：濕潤，RSC≥70%；輕微干旱，55%≤RSC<70%；中等干旱，45%≤RSC<55%：嚴重干旱，35%≤RSC<45%；極端干旱，RSC<35%。

表1 供試土壤基本化學性質

1.3 試驗過程

試驗在消毒的溫室棚中進行。3月初播種和接種同時進行，播種塑料盆規(guī)格為250 mm×280 mm，用95%乙醇揩拭后風干。每盆接入菌絲液1000 mL，對照不接種。接種采用“三層接種法”，先將滅菌基質按盆高的1/3的量裝入試驗盆，然后均勻噴灑每盆接入量的1/3菌絲液；然后再撒基質至盆高的3/4處，再噴灑1/3的菌絲液后覆上基質，將種播于其上，并將剩余的1/3菌絲液均勻噴灑于種子周圍，覆土；最后用無菌水進行澆灌。不同處理間間隔約30 cm，采用隔離板分離。待幼苗半年生后(8月)從接種處理中隨機選擇30株進行侵染率調查，馬尾松菌根幼苗移栽至盆里正常生長后(10d)進行持續(xù)干旱和復水處理。經調查發(fā)現(xiàn)，接種外生菌根真菌的馬尾松幼苗侵染率達100%，未接種的幼苗侵染率為0。

1.4 指標測定

苗高和地徑采用卷尺和游標卡尺測定。用去離子水沖凈整株幼苗，置于80℃烘箱烘至恒重，稱量干重并測定生物量。菌根依賴性：菌根依賴性RMD(%)=(接種處理干重-不接種處理干重)/接種干重×100[21]。使用Epson數(shù)字掃描儀(Ex-pression 10000XL 1.0)掃描不同處理的根系，并使用與掃描儀(Win RHIZOC Pro2004b)匹配的根系圖像分析系統(tǒng)(加拿大Regent Instru-ments公司)定量分析根系形態(tài)指標。幼苗植株中氮、磷、鉀含量的測定參考崔曉陽的方法[22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)選用Excel2010進行處理，使用spss25.0軟件進行方差分析、Duncan多重比較和相關性分析，采用Origin2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 持續(xù)干旱對菌根化馬尾松苗生長的影響

從表2可見，與CK相比，接種5種外生菌根真菌的幼苗高度、地徑、生物量和根冠比顯著增加(P<0.05)。苗高S1和S7分別增加37.8%和32.6%，地徑T和S1分別增加39.9%和36.5%；生物量S1和T增幅均超過100%。菌根化幼苗根冠比顯著高于CK，以S1的增輻最大，達34.6%，其次是G，為25.2%；菌根依賴性也以S1和T的最強，分別為114.7%和114%。外生菌根真菌極大地促進了幼苗根系和地上部分的生長，根的生長尤為突出，綜合分析，S1和T菌根幼苗生長較好，菌根依賴性最強。

表2 持續(xù)干旱后苗木的生長響應

2.2 持續(xù)干旱及復水對菌根化馬尾松苗生物量的影響

從圖1可看出，在持續(xù)干旱脅迫及復水后，5種菌根幼苗的根、莖、葉生物量整體高于對照，表明接種外生菌根真菌對馬尾松幼苗的生長具有一定的促進作用。

在持續(xù)干旱脅迫下，幼苗根生物量呈下降趨勢。接種S1和T的馬尾松幼苗的根生物量始終高于CK，以接種S1的馬尾松幼苗表現(xiàn)最佳，展現(xiàn)出良好生長效果，其與CK的根生物量差異顯著(P<0.05)，增幅在6%～195%。在持續(xù)干旱14、21、28 d復水后，S1與T菌根化幼苗根生物量較復水前增加，在14 d和21 d復水后增幅分別達10.6%、86.7%和62.0%、94.2%，T菌根化幼苗在第28天復水后增幅達85.5%。

在持續(xù)干旱脅迫下，植物莖生物量呈現(xiàn)不規(guī)則的波動趨勢。G菌根化幼苗在干旱脅迫7 d、T菌根化幼苗在28 d和S7、G、T菌根化幼苗在35 d莖生物量都低于CK，而S1菌根化幼苗在整個干旱脅迫過程中均大于CK且差異顯著(P<0.05)，增幅最高可達265.1%，表現(xiàn)出良好的促生作用。S1菌根化幼苗在21 d復水后莖生物量增加50.0%；C菌根化幼苗在28 d復水后莖生物量增加100%。

在持續(xù)干旱脅迫下，幼苗葉生物量呈下降趨勢。S7菌根化幼苗在脅迫的21 d、C菌根化幼苗在28 d和S7、G菌根化幼苗在35 d葉生物量均低于CK，其它菌根化幼苗葉生物量均大于CK；以S1菌根化幼苗的葉生物量最高，較CK差異顯著(P<0.05)，增幅最高可達166%。在持續(xù)干旱脅迫的14 、21 和28 d復水后，S1和T菌根幼苗的葉生物量較復水前增加，增幅大于CK，S1和T菌根幼苗在脅迫的21 和28 d復水后增幅分別達75.5%和62.2%。

在脅迫的0 d、7 d和21 d，馬尾松幼苗根冠比沒有顯著差異，脅迫至28 d和35 d時，根冠比逐漸增加，菌根幼苗的根冠比高于CK且差異顯著(P>0.05)。在持續(xù)干旱復水后，菌根幼苗和CK的根冠比均降低，根冠比低于持續(xù)干旱復水前。在持續(xù)干旱的14 d和21 d復水后，G菌根幼苗的根冠比降幅最大，達37.0%和42.0%；持續(xù)干旱的28 d復水后，S1菌根幼苗根冠比降幅達36.6%。

2.3 持續(xù)干旱及復水對菌根化馬尾松幼苗根形態(tài)結構的影響

從圖2看出，在持續(xù)干旱脅迫及復水后，5種菌根幼苗的根長、根粗、>5 cm側根數(shù)、>5 cm側根長和根體積均高于CK，表明接種外生菌根真菌對馬尾松幼苗的根系生長具有促進作用。

植物的根長在對脅迫因子的響應中起著重要作用。在持續(xù)干旱脅迫下，5種菌根幼苗的根長隨時間的推移呈穩(wěn)定上升趨勢。其中，S1菌根化幼苗的根長促生最好，增幅為48.5%～67.4%，在持續(xù)干旱的第14天復水后，進一步促進了S1菌根幼苗根長的生長，增幅可達59.6%，顯著高于CK(P<0.05)，大大提高了菌根幼苗前期的抗性。

持續(xù)干旱脅迫導致苗木的根粗降低，5種菌根幼苗的根粗均高于CK。其中，S1菌根幼苗的根粗較CK增幅為24%～44.8%。在持續(xù)干旱脅迫14 d和21 d復水后，馬尾松幼苗的根粗有不同程度的增加，以C菌根幼苗的根粗增幅最大，可達18.3%；其次S7，增幅可達13.0%。在持續(xù)干旱脅迫28 d復水后，幼苗的根粗較復水前降低，以CK的降幅最大。說明，短期干旱脅迫(14 d和21 d)后復水菌根幼苗根的生長易于恢復。

在持續(xù)干旱脅迫下，馬尾松幼苗>5 cm側根數(shù)與側根長逐漸增加后趨于穩(wěn)定。5種菌根幼苗的>5 cm側根數(shù)與側根長始終高于CK且差異顯著(P<0.05)，以S1菌化苗的>5 cm側根數(shù)與側根長最高，較CK增幅在74%～204%。在持續(xù)干旱脅迫的第14天、第21天和第28天復水后，5種菌根幼苗根系恢復生長的程度高于CK，以S1的側根數(shù)增幅最大，分別為23.5%、7.1%和5.6%。

在持續(xù)干旱脅迫下，馬尾松幼苗根體積呈不斷上升趨勢，5種菌根幼苗以S1生長最好，較CK增加97%～450%，差異顯著(P<0.05)。在持續(xù)干旱脅迫的第14天、第21天、第28天復水后，馬尾松幼苗的根體積較復水前增加，5種菌根幼苗的根體積增幅大于CK，以T菌根幼苗增幅最高，分別為39.1%、8.7%和15.8%。

2.4 持續(xù)干旱及復水對菌根化馬尾松幼苗養(yǎng)分吸收的影響

從圖3看出，在持續(xù)干旱脅迫下，馬尾松幼苗中的N、P和K含量呈先升后降趨勢，在干旱脅迫第21天達最大值，5種菌根幼苗的N、P、K含量均高于CK且差異顯著(P<0.05)；S1菌根幼苗中的N、P和K含量最大，分別較CK高129%、111%和212%。在持續(xù)干旱脅迫的14 d、21 d和28 d復水后，菌根幼苗的N、P、K含量恢復程度大于CK(P<0.05)。在持續(xù)干旱脅迫的第14天復水后，苗木N、P、K含量較復水前增幅分別為S7(40.0%)>G(28.9%)>C(24.5%)>S1(20.8%)>T(13.7%)、G(41.4%)>S7(21.6%)>C(21.5%)>S1(18.2%)>T(7.2%)和S1(104.9%)>G(80.4%)>S7(64.2%)>T(50.5%)>C(17.2%)；在干旱脅迫的第21 d和28 d復水后，菌根幼苗的N、P、K含量呈下降趨勢，但下降程度低于CK。綜上，在持續(xù)干旱的第14 d復水后，菌根幼苗對N、P、K的吸收效率最好，而重度脅迫(28 d)則抑制了苗木對養(yǎng)分的吸收，即使脅迫解除也不能恢復。

2.5 持續(xù)干旱及復水下菌根化馬尾松苗生物量與各指標間的相關性

從表3看出，在連續(xù)干旱下，馬尾松幼苗生物量與P含量間呈顯著正相關，說明P含量對生物量積累具有促進作用。S1菌根幼苗生物量與N含量呈極顯著正相關，C和T菌根幼苗生物量與K含量呈顯著正相關。

由表4可見，復水后，G菌根幼苗的生物量與>5 cm側根數(shù)呈現(xiàn)極顯著負相關；C菌根幼苗生物量與根長、>5 cm側根長度呈顯著正相關。

3 討 論

本試驗選取S7、S1、G、C和T菌株，將其接種在先鋒樹種馬尾松幼苗根系上，研究接種S7、S1、G、C和T真菌后，在持續(xù)干旱及復水下馬尾松幼苗生長的影響。結果表明，在持續(xù)干旱及復水下，接種S1苗木生長效果更好，也說明了不同菌根真菌對馬尾松幼苗的生長效應影響有所差異。

當植物受到干旱脅迫時，生長將受到抑制[23]，植物生物量的分布會受到影響，接種外生菌根真菌可顯著影響植物生長，提高菌根依賴性[24]，顯著提高根冠比[25-27]。本研究結果表明，在持續(xù)干旱條件下，5種外生菌根真菌能有效提高馬尾松的苗高、地徑、生物量和根冠比，與鄒慧等[28-29]的研究結果一致，而與寶秋利等[30]的沙地云杉幼苗接種外生菌根真菌苗高低于CK的研究結果不同，可能與樹種和接種菌種差異有關。菌根幼苗根系及菌絲向土壤深處蔓延，汲取更多水分，提高養(yǎng)分供應水平，增加自身生物量來應對脅迫[31]。本研究中，菌根幼苗在干旱脅迫下，通過調節(jié)根冠比應對干旱傷害，并在脅迫后期加大根冠比例，且生長優(yōu)勢明顯好于未接種苗木，這與趙偉潔等[27]水分脅迫后復水對糜子根冠功能的補償效應的研究結果基本一致，這主要是由于形成的菌根提高了幼苗對干旱脅迫的敏感性，為加強后期應對干旱的能力，通過增加根冠比來應對干旱脅迫。接種S1的幼苗菌根依賴性高于其他菌株，形成的共生關系表明S1能夠在馬尾松幼苗根系更好地定殖。姜英等[32]對江南油杉幼苗接種AMF的菌根浸染及依賴性分析研究結果同樣表明，在接種XJ08A菌劑處理的江南油杉浸染率最高(41.57%)，接種4個菌劑后，苗木表現(xiàn)出的菌根依賴性不同，其研究結果均與本研究相似，表明不同菌劑對不同樹種都可以產生不同依懶性。持續(xù)干旱后復水，不同的苗木在生長上均得到不同程度補償，其中S1菌根幼苗在生長上的恢復程度最好，在輕度-中度脅迫(14～21 d)復水后，表現(xiàn)出較強的恢復能力，這一結果與段啟英等[23，33]在南方型黑楊和構樹樹種的研究結果基本一致。

表3 干旱脅迫條件下馬尾松菌根化苗生物量與各生長指標間的 Pearson 相關系數(shù)

表4 干旱復水后馬尾松菌根化苗生物量與各生長指標間的 Pearson 相關系數(shù)

在干旱條件下，根系構型的變化可以反映植物對逆境的響應[34-35]。隨著干旱脅迫壓力的增加，植物可以增加根系的長度以補償土壤水分并適應干旱[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)干旱下，接種5種菌株的幼苗可以促進其根長和>5 cm側根長生長和增加>5 cm側根數(shù)量來增加幼苗根體積，增加根表面積，但抑制幼苗根粗發(fā)育。隨著干旱加劇苗木根系向地下延伸，以汲取更多的水分和養(yǎng)分來減輕干旱脅迫引起的損傷，與祁金玉等[36]在外生菌根菌對油松幼苗抗氧化酶活性及根系構型的影響研究結果一致，其中S1菌根幼苗的根系發(fā)育最好。復水后，5種菌根幼苗的根長、根粗、>5 cm側根長、>5 cm側根數(shù)和根體積均高于CK。在輕度至中度脅迫(14～21 d)復水，更有利于菌根化幼苗根系的生長發(fā)育。

接種菌株顯著提高植物礦質營養(yǎng)素總量，促進根系對礦質元素吸收[36-37]。有關針葉樹(松樹)的研究表明，菌根形成促進植物生長的實質是增加植物從土壤中獲取水分和養(yǎng)分，特別是磷的能力，并改善植物的代謝功能，以加速生長[12]。本研究表明，接種5種外生菌根真菌的幼苗中N、P、K的含量顯著增加，這與屈明華等[38]人的研究結果一致，其中，S1菌根幼苗對氮、磷、鉀的吸收最明顯。復水后，菌根化馬尾松苗木N、P、K含量雖然都有所增加，但在重度干旱復水下仍然受到影響，說明重度干旱脅迫對馬尾松幼苗產生了一定傷害，輕度和中度干旱下復水有助于緩解干旱對苗木造成的損傷。S1菌根幼苗在14 d復水后K含量的增幅均高于其它菌根幼苗。因此，在輕度干旱地區(qū)選擇S1菌株進行菌根化育苗，可提高造林成活率，增加苗木對干旱的適應性。

馬尾松幼苗各生長指標的多變量相關分析結果表明，在持續(xù)干旱下，S1菌根幼苗生物量與N、P含量呈顯著正相關。C和T菌根幼苗生物量與N、K含量呈顯著正相關。菌根幼苗(S7、G)及CK苗木生物量與N含量呈顯著正相關。其它菌根幼苗木及CK(未接種)生物量和其余各項指標間(苗木根長、根粗、>5 cm側根數(shù)、> 5 cm側根長、根體積、根冠比、N、K含量)無相關性；復水后，G菌根幼苗的生物量與>5 cm側根數(shù)呈極顯著負相關。C菌根幼苗生物量與根長、>5 cm側根長度呈顯著正相關。

4 結 論

馬尾松菌根的形成利于其幼苗的生長，并改善其根系形態(tài)，提高對N、P、K的吸收，增強幼苗的抗旱性和復水后的補償作用。相關性分析表明，P元素含量是影響幼苗生物量的主要指標。在輕度和中度脅迫下，接種牛肝菌1的菌根幼苗的表現(xiàn)最好。因此，接種牛肝菌1真菌可以在一定程度上緩解干旱脅迫對馬尾松幼苗生長造成的不利影響，有利于提高幼苗造林成活率。