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Influence of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer on physiological characteristics of poplar in replanted soil.

连作土壤中施加球毛壳ND35菌肥对杨树生理特性的影响


在山东农业大学林学实验站杨树连作土壤中施加不同剂量(0.17、0.33、0.67、1.00、1.33和1.67 g·kg-1)的球毛壳ND35菌肥,测定不同处理下一年生杨树叶片的光响应过程、叶绿素荧光以及叶黄素循环等光合生理生化指标,研究球毛壳ND35菌肥对杨树根系和光合生理性能的影响.结果表明: 随连作土壤中菌肥含量的增加,杨树叶片的叶绿素含量(Chl)呈增加趋势,电子传递速率(ETR)、净光合速率(Pn)、量子效率(Φ)、硝酸还原酶(NR)活性以及根系活力等生理指标均呈先增加后降低的趋势,依赖于叶黄素循环的光合热耗散呈降低趋势,而非光化学淬灭(NPQ)呈先降低后增加的趋势.在土壤施加菌肥剂量0.67和1.00 g·kg-1处理时,光合机构的过剩光能减少,向光化学反应方向分配的光能增多,光能利用效率提高.在连作土壤中施加适量(0.67~1.00 g·kg-1)的球毛壳ND35菌肥,能在一定程度上提高杨树的根系生理活性,提高杨树叶片对光能的利用效率,有利于改善杨树叶片的光合机构运转状态,提高叶片的光合作用效率.

 

In the Forestry Experimental Station of Shandong Agricultural University, we determined the photosynthetic physiological and biochemical indexes including photosynthetic parameters, chlorophyll fluorescence, and chlorophyll content of one-year-old poplar seedlings under different doses (0.17, 0.33, 0.67, 1.00, 1.33 and 1.67 g·kg-1) of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer treatment to study the effects of fungus fertilizer on photosynthesis of poplar in replanted soil. The results showed that with the increase of fungus fertilizer dose, the chlorophyll content of poplar leaves (Chl) showed an increasing trend, while the physiological indexes such as electron transport rate (ETR), net photosynthetic rate (Pn), quantum efficiency (Φ), nitrate reductase (NR) activity and root vigor showed an increasing first and then decreasing trend. Meanwhile, the heat dissipation that depended on xanthophyll cycle decreased and nonphotochemical quenching (NPQ) increased first and then decreased. When the dose of C. globosmn ND35 fungus fertilizer was 0.67 g·kg-1 or 1.00 g·kg-1, excess light energy of photosynthetic apparatus was reduced, and photosynthetic apparatus distributed more light energy to the direction of photochemical reactions, which improved the energy use efficiency. Applying an appropriate amount (0.67-1.00 g·kg-1) of C. globosmn ND35 fungus fertilizer could improve root physiological activity and light use ability of poplar leaves, which was conducive to the improvement of operating states of photosynthetic apparatus, and then increased the photosynthetic efficiency of the poplar leaves.


全 文 :连作土壤中施加球毛壳 ND35菌肥对
杨树生理特性的影响
夏宣宣1,2  张淑勇1,2  张光灿1,2,3∗  邢  伟1,2  方肖晨1,2  刘静文1,2  杨  锐1,2
( 1山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室, 山东泰安 271018; 2山东农业大学林学院, 山东泰安 271018; 3国家林业局泰山森
林生态站, 山东泰安 271018)
摘  要  在山东农业大学林学实验站杨树连作土壤中施加不同剂量(0.17、0.33、0.67、1.00、
1.33和 1.67 g·kg-1)的球毛壳 ND35菌肥,测定不同处理下一年生杨树叶片的光响应过程、叶
绿素荧光以及叶黄素循环等光合生理生化指标,研究球毛壳 ND35 菌肥对杨树根系和光合生
理性能的影响.结果表明: 随连作土壤中菌肥含量的增加,杨树叶片的叶绿素含量(Chl)呈增
加趋势,电子传递速率(ETR)、净光合速率(Pn)、量子效率(Φ)、硝酸还原酶(NR)活性以及根
系活力等生理指标均呈先增加后降低的趋势,依赖于叶黄素循环的光合热耗散呈降低趋势,
而非光化学淬灭(NPQ)呈先降低后增加的趋势.在土壤施加菌肥剂量 0.67 和 1.00 g·kg-1处
理时,光合机构的过剩光能减少,向光化学反应方向分配的光能增多,光能利用效率提高.在
连作土壤中施加适量(0.67~1.00 g·kg-1)的球毛壳 ND35 菌肥,能在一定程度上提高杨树的
根系生理活性,提高杨树叶片对光能的利用效率,有利于改善杨树叶片的光合机构运转状态,
提高叶片的光合作用效率.
关键词  杨树; 连作; 球毛壳 ND35; 光合作用; 光能利用效率
本文由国家重点基础研究发展计划项目 ( 2012CB416904)资助 This work was supported by the National Basic Research Program of China
(2012CB416904).
2015⁃12⁃10 Received, 2016⁃04⁃26 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: zhgc@ sdau.edu.cn
Influence of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer on physiological characteristics of
poplar in replanted soil. XIA Xuan⁃xuan1,2, ZHANG Shu⁃yong1,2, ZHANG Guang⁃can1,2,3∗,
XING Wei1,2, FANG Xiao⁃chen1,2, LIU Jing⁃wen1,2, YANG Rui1,2 ( 1Shandong Province Key Labo⁃
ratory of Soil Erosion and Ecological Restoration, Tai’an 271018, Shandong, China; 2College of
Forestry, Shandong Agricultural University, Tai’ an 271018, Shandong, China; 3Taishan Forest
Eco⁃station of State Forestry Administration, Tai’an 271018, Shandong, China) .
Abstract: In the Forestry Experimental Station of Shandong Agricultural University, we determined
the photosynthetic physiological and biochemical indexes including photosynthetic parameters, chlo⁃
rophyll fluorescence, and chlorophyll content of one⁃year⁃old poplar seedlings under different doses
(0.17, 0.33, 0.67, 1.00, 1.33 and 1.67 g·kg-1) of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer
treatment to study the effects of fungus fertilizer on photosynthesis of poplar in replanted soil. The
results showed that with the increase of fungus fertilizer dose, the chlorophyll content of poplar lea⁃
ves (Chl) showed an increasing trend, while the physiological indexes such as electron transport
rate (ETR), net photosynthetic rate (Pn), quantum efficiency (Φ), nitrate reductase (NR) ac⁃
tivity and root vigor showed an increasing first and then decreasing trend. Meanwhile, the heat dissi⁃
pation that depended on xanthophyll cycle decreased and non⁃photochemical quenching (NPQ) in⁃
creased first and then decreased. When the dose of C. globosmn ND35 fungus fertilizer was 0.67
g·kg-1 or 1.00 g·kg-1, excess light energy of photosynthetic apparatus was reduced, and photo⁃
synthetic apparatus distributed more light energy to the direction of photochemical reactions, which
improved the energy use efficiency. Applying an appropriate amount (0. 67 - 1. 00 g·kg-1 ) of
C. globosmn ND35 fungus fertilizer could improve root physiological activity and light use ability of
应 用 生 态 学 报  2016年 7月  第 27卷  第 7期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2249-2256                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.030
poplar leaves, which was conducive to the improvement of operating states of photosynthetic appara⁃
tus, and then increased the photosynthetic efficiency of the poplar leaves.
Key words: poplar; successive rotation; Chaetomium globosmn ND35; photosynthesis; light use
efficiency.
    杨树(Populus spp.)是我国华北地区和江淮流
域广泛栽培的速生用材树种[1],但随着人们对木材
需求量的不断增大,杨树速生丰产林多实行多代连
作经营模式,导致土壤中酚酸类物质积累、地力严重
衰退,由此引起的连作障碍会进一步导致减产现象,
这严重制约了农业生产以及人工林经营的可持续发
展.引起杨树人工林连作障碍的因素很多,主要有土
壤化感物质、土壤物理化学性质变劣等.研究认为,
酚酸类物质的化感效应是杨树人工林生产力衰退的
重要原因[2],随酚酸浓度增大杨树幼苗的光合效应
呈现显著下降趋势[1] .因此,研究减轻杨树连作障碍
技术对于维持杨树人工林长期生产力具有重要
意义.
土壤微生物不但对维持土壤功能(包括营养循
环和生物修复)有至关重要的作用[3],而且有利于
植物的健康生长[4],因此,维持较高的土壤微生物
多样性对于农林业的可持续发展有着非常重要的作
用[5] .菌肥是含有特定微生物活体的制品[6],主要以
微生物生命活动的产物及其所含的酶类来改善植物
根际的营养条件和抑制病原菌,是一种无公害肥料.
施加菌肥能促进植物生长,提高植株产量,可改善农
产品品质及农业生态环境[6] .球毛壳(Chaetomium
globosmn)ND35 属子囊菌亚门、核菌纲、球壳目、黑
孢壳科,是一个分离自健康毛白杨(Populus tomento⁃
sa)的内生菌优势菌株[7] .刘晓光等[8]研究表明,球
毛壳 ND35 菌肥可改善连作土壤的微生物群落结
构;宋富海等[9]研究表明,球毛壳 ND35 菌肥可提高
土壤酶活性.目前,尚缺乏对球毛壳 ND35 菌肥改善
连作情况下植物叶片生理生态特性的研究.因此,本
文以一年生 I⁃107 杨树(P. euramericana cv.‘Zhong⁃
lin46’)无性系幼苗为材料,研究在连作土壤中施加
不同含量球毛壳 ND35菌肥对杨树幼苗生理特性的
影响,以期为克服杨树连作障碍提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  试验地概况
试验地位 于 山 东 农 业 大 学 林 学 实 验 站
(35°38′—36°33′ N, 116°02′—117°59′ E),属暖温
带半湿润大陆性季风气候,年平均气温 12. 9 ℃,
≥10 ℃年积温 2350~4777 ℃,无霜期 202 d,年均降
水量 741.8 mm,降雨多集中在 7—9月[10];土壤类型
主要为棕壤土,质地为沙壤土,pH值为 8.4[11] .
1􀆰 2  试验设计
试验在山东农业大学林学实验站进行,试验土
壤取自泰安市宁阳高桥林场的杨树连作第 2 代林
地.2015年 3月下旬,将粗细一致的 1年生杨树苗木
剪成 20 cm的插穗,浸泡于清水中培养,每 2 d 换一
次水,至 4月初(插穗生出根原基时)进行试验土壤
处理和测试植株扦插培养.每盆(内径 38 cm,深 45
cm)装 21 kg 土壤,以不施菌肥的连作土壤为对照
(CK),试验土壤处理设置 6 种菌肥剂量,分别为
0.17 g·kg-1(T1)、0.33 g·kg
-1(T2)、0.67 g·kg
-1
(T3)、1. 00 g·kg
-1( T4)、1. 33 g·kg
-1( T5 )、1. 67
g·kg-1(T6).将菌肥与土壤充分混合均匀装入花
盆,每处理设置 6 盆,选取大小一致的插穗进行扦
插,每盆一苗.每 5 d浇一次水,至 2015年 8月上旬,
对不同处理试验植株进行生理观测.
1􀆰 3  测定项目与方法
1􀆰 3􀆰 1光响应过程的测定  每处理选取 3 棵生长健
壮、无病虫害、生长势基本一致的杨树苗木进行光合
作用等参数的观测.分别从每处理的 3 株试验植株
的中部选取 3片生长健壮的成熟叶片,做标记,采用
英国 PPS公司生产的 CIRAS⁃2 型光合作用系统在
典型的晴天测定光合作用参数的光响应过程,每个
叶片重复 3~4次,测定时使用液态 CO2钢瓶控制叶
室 CO2浓度在(380 ± 5. 0) μmol·mol
-1,大气温度
26~28 ℃,相对湿度(58±4.0)%.利用人工光源(LED)
控制光合有效辐射(PAR, μmol·m-2·s-1),光强设
置 2000、1500、1000、700、400、200、150、120、100、50、
20、0 μmol·m-2·s-1共 12 个水平.仪器自动记录净
光合速率 (Pn, μmol·m
-2 ·s-1 )、光合有效辐射
( PAR, μmol · m-2 · s-1 )、 蒸 腾 速 率 ( Tr,
mmol·m-2·s-1)、气孔导度(gs, mmol·m
-2·s-1)、
胞间 CO2浓度(Ci, μmol·mol
-1)、叶室 CO2浓度(Ca,
μmol·mol-1)、相对湿度(RH, %)等参数.绘制光合
速率的光响应曲线(PAR⁃Pn),对弱光下光响应数据
进行线性回归[12],求得 PAR≤200 μmol·m-2·s-1
0522 应  用  生  态  学  报                                      27卷
时的光合量子效率(Φ, mol·mol-1),根据光响应曲
线的走势估计最大净光合速率(Pn max, μmol·m
-2
·s-1 ) [13] . 叶片瞬时光能利用效率 LUE = Pn /
PAR[14],其中 200 μmol · m-2 · s-1 的 LUE 记为
LUEPAR = 200.
1􀆰 3􀆰 2叶绿素荧光参数测定  叶绿素荧光参数的观
测与光响应曲线的测定同步进行.应用脉冲调制式
荧光系统(FMS2.02 型,英国 Hansatech 公司)测定
CK及各处理组杨树叶片的荧光参数.获取电子传递
速率(ETR).按 Rohacek[15]公式计算 PSⅡ的实际光
化学效率 ΦPSⅡ =(Fm′-Fs) / Fm′.非光化学淬灭系数
NPQ=(Fm-Fm′) / Fm′.其中,Fm′为光下最大荧光;Fs
为实际荧光产量;Fm为最大荧光.
1􀆰 3􀆰 3叶绿素含量(Chl)与叶黄素循环指标(PRI)
的测定  利用 PPS 公司生产的光谱仪测得叶绿素
指标 ChlNDI= (R750-R705) / (R750+R705) [16
-18] .Gamon
等[19]研究表明,叶黄素循环色素状态与完整叶片在
531和 570 nm处的反射光谱特征有紧密关系,并建
立光化学反射指数 PRI = ( R531 - R570 ) / ( R531 +
R570) [20
-21],PRI与叶黄素循环的脱环氧化程度密切
相关.每处理选 20片叶子,每片叶子测 4~5个重复.
根系活力采用氯化三苯基四氮唑( triphenyltet⁃
razolium chloride, TTC)法测定[22],即以四氮唑的还
原强度(μg·g-1·h-1)表示根系活力;硝酸还原酶
(NR)活性 ( μg NO2 ·g
-1 ·h-1 )采用活体法测
定[23],用比色法读取反应生成的粉色化合物的光密
度值.
1􀆰 4  数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 19.0 软件对数据进行
统计分析.采用单因素( one⁃way ANOVA)和最小显
著差异法(LSD)进行差异显著性检验(α = 0.05).利
用 Excel 2003 软件作图.图中数据为平均值 ±标
准误.
2  结果与分析
2􀆰 1  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片叶绿素含
量的影响
由光谱仪测得的叶绿素含量指标(Chl NDI)基
本上反映了叶绿素含量.随菌肥含量的增加,叶绿素
含量呈增加趋势(图 1).与对照(CK)相比,T1、T2、
T3、T4、T5、T6处理叶绿素含量分别增加 3.5%、5.0%、
8.0%、9. 9%、14. 4%、16. 4%,当菌肥剂量高于 0. 67
g·kg-1时,与 CK 差异显著.说明球毛壳 ND35 菌肥
能促进杨树叶片叶绿素的形成.
图 1  不同菌肥含量处理下杨树叶片叶绿素含量
Fig. 1   Chlorophyll content of poplar leaves under diffe⁃
rent fungus fertilizer treatments.
CK: 对照 Control; T1: 0. 17 g·kg-1; T2: 0. 33 g·kg-1; T3: 0. 67
g·kg-1; T4: 1.00 g·kg-1; T5: 1.33 g·kg-1; T6: 1.67 g·kg-1 . 不
同字母表示处理间差异显著 Different letters meant significant differ⁃
ence among different treatments. 下同 The same below.
2􀆰 2  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片净光合速
率(Pn)和量子效率(Φ)的影响
由图 2可看出,不同含量球毛壳 ND35 菌肥处
理下,杨树叶片净光合速率(Pn)随着光合有效辐射
强度(PAR)的增大表现出类似的变化规律.在较低
光强(PAR<200 μmol·m-2·s-1)下,Pn随 PAR 增
大呈直线式快速增加,而后增加速度逐渐缓慢,至较
高光强(大约 PAR>1500 μmol·m-2·s-1)时,Pn则
随PAR的增长变化较小 .随球毛壳ND35菌肥处理
图 2  不同菌肥含量处理下杨树叶片的净光合速率与量子
效率
Fig.2  Net photosynthetic rate and quantum efficiency of poplar
leaves under different fungus fertilizer treatments.
15227期                      夏宣宣等: 连作土壤中施加球毛壳 ND35菌肥对杨树生理特性的影响         
浓度的增大,杨树叶片最大净光合速率(Pn max)表现
出先增加后降低的变化趋势,T3处理(0.67 g·kg
-1)
的 Pn max最高,为 19. 82 μmol·m
-2·s-1 .各处理组
Pn max的大小关系为 T3>T4>T5>T6>T2>T1>CK.例如,
在 1500 μmol·m-2·s-1光强下,T1、T2、T3、T4、T5、T6
处理 Pn分别比对照显著增加 5.9%、14.1%、46.3%、
42.6%、37.5%、26.0%.不同含量球毛壳 ND35 菌肥
处理下,杨树叶片光合量子效率(Φ)的变化趋势与
Pn max基本一致,即先增加后降低,T4(1.00 g·kg
-1)
处理的 Φ值最大,为 0.06 mol·mol-1,T1、T2、T3、T4、
T5、T6处理分别比 CK 增加 5. 6%、10. 9%、30. 9%、
37.2%、25.6%、20.5%,这说明施加适量(0.67 ~ 1.67
g·kg-1)的球毛壳 ND35 菌肥能提高杨树叶片对弱
光的利用效率.
2􀆰 3  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片光能利用
效率(LUE)的影响
不同含量球毛壳 ND35 菌肥浓度处理下,随光
合有效辐射强度(PAR)的增加,杨树叶片的光能利
用效率(LUE)表现出相似的变化趋势(图 3),即在
PAR<200 μmol·m-2·s-1时快速上升,而当 PAR>
200 μmol·m-2·s-1时缓慢下降;在 PAR 为 100 ~
700 μmol·m-2·s-1时 LUE 较高.不同菌肥浓度处
理 LUE(如 LUEPAR=200)均高于对照(CK)水平,表现
为 T3 >T4 >T5 >T6 >T2 >T1 >CK,表明适量施加菌肥
(0.67~1.67 g·kg-1)有利于提高杨树叶片的光能利
用效率.
图 3  不同菌肥含量处理下杨树叶片的光能利用效率
Fig.3  Light use efficiency of poplar leaves under different fun⁃
gus fertilizer treatments.
2􀆰 4  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片叶绿素荧
光参数的影响
从图 4 可以看出,各处理杨树叶片的非光化学
淬灭(NPQ)均比 CK 小;随土壤中球毛壳 ND35 菌
肥含量的增加,NPQ表现为先下降后上升的变化趋
势,T3处理(0.67 g·kg
-1)下最小;NPQ在T1处理下
图 4  菌肥对杨树叶片荧光参数的影响
Fig.4  Effects of fungus fertilizer on fluorescence parameters of poplar leaves.
2522 应  用  生  态  学  报                                      27卷
与 CK差异不显著,在其他处理下均有显著差异.在
不同处理下,杨树叶片的实际光化学效率(ΦPSⅡ)和
电子传递速率(ETR)均显著高于 CK;随菌肥含量的
增加,ΦPSⅡ和 ETR 表现为先增加后降低的变化过
程,两者都在 T3处理(0.67 g·kg
-1)下达到最大值,
例如,T1、T2、T3、T4、T5、T6处理 ETR 分别比 CK 增加
6.6%、12.7%、67.8%、47.8%、44.1%、20.0%.杨树叶
片的最大净光合速率(y)与电子传递速率( x)呈三
次多项式关系,关系式为:y = -1.4334x3 +6.7227x2 -
1.391x+3.5072(R2 = 0.97).
2􀆰 5  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片叶黄素循
环指标(PRI)的影响
随土壤中菌肥含量的增加,T1、T2、T3、T4、T5、T6
处理杨树叶片叶黄素循环指标(PRI)呈明显上升趋
势(图 5),相对 CK处理分别增加了 10.6%、43.4%、
53.7%、71.0%、104.2%、111.5%,除 T1处理外,其他
处理 PRI值均与 CK 差异显著.由 PRI 与叶黄素循
环脱环氧化程度的负相关关系[24]可知,叶黄素循环
脱环氧化程度降低.这表明,增加土壤中菌肥含量会
降低杨树叶片叶黄素循环脱环氧化程度,即叶片通
过叶黄素循环耗散的过剩光能减少.
2􀆰 6  球毛壳 ND35 菌肥含量对杨树叶片硝酸还原
酶(NR)活性以及根系活力的影响
随土壤中菌肥含量的增加,杨树叶片硝酸还原
酶(NR)活性与根系活力指标均呈先升高后降低的
变化趋势(图 6).NR 活性在 T3处理(0.67 g·kg
-1)
达到最大值(1.78 μg NO2·g
-1·h-1),比 CK 增加
80.1%,在高于 T4含量(1.00 g·kg
-1)后则随菌肥含
量的增加而降低,在菌肥剂量增加至 T6 ( 1. 67
g·kg-1)时,NR 活性最低,且与 CK 差异性不显著.
根系活力在 T3、T4处理(即 0.67~1.00 g·kg
-1)时较
高,各种处理根系活力均显著高于 CK.
图 5  菌肥对杨树叶片叶黄素循环指标的影响
Fig.5  Effects of fungus fertilizer on xanthophyll cycle index of
poplar leaves.
图 6  菌肥对杨树叶片硝酸还原酶活性和根系活力的影响
Fig. 6   Effects of fungus fertilizer on nitrate reductase activity
and root vigor of poplar leaves.
3  讨    论
有研究表明,内生真菌进入土壤初期不会死亡,
在土壤中发生迁移,一方面准备侵入宿主,另一方面
拮抗了病原微生物,从而改善了连作土壤环境[9],
土壤中菌落结构的转变与土壤养分含量的变化密切
相关[25],而土壤养分对植物的生长发育具有重要影
响.球毛壳 ND35在侵染杨树幼苗的根系时,菌丝主
要是从相邻细胞间隙侵入[26] .根系是植物与土壤环
境接触的主要界面,在植物水分养分吸收、土壤固着
等方面起关键作用[27],根系活力是反映根系生命活
动的生理指标,能够从本质上反映苗木根系生长与
土壤水分及其环境之间的动态关系,其变化直接影
响地上部分的生长[28-29],它受根系相关酶活性的影
响[30],是根系活细胞数量及其代谢强度的综合体
现.丛国强等[31]研究表明,球毛壳菌 ND35促进小麦
根系发育和植株生长并影响小麦的抗旱性;Redman
等[32]研究表明,内生菌的定殖能促进水稻根部的生
长发育,进而影响水稻对营养元素的吸收和利用;申
飞等[33]发现,益生菌与蚓粪配施能提高番茄果实可
溶性糖、蛋白质、糖酸比和维生素 C 含量.地上部分
生命活动须依赖地下部分(根系)吸收的水肥以及
产生的氨基酸和某些生长物质.本研究发现,施加菌
肥能在一定程度上提高杨树幼苗的根系活力,其中,
以 T3、T4处理(即0.67 ~ 1.0 g·kg
-1)为佳(图 6),这
35227期                      夏宣宣等: 连作土壤中施加球毛壳 ND35菌肥对杨树生理特性的影响         
会对其吸收能力、合成能力、氧化能力和还原能力造
成影响.同时,T3、T4处理(0. 67 ~ 1. 00 g·kg
-1)的
Pn max与 Φ的水平也最高,Pn max与 Φ 是光合机构运
转状态的直观反映[34],Φ 也反映植物在弱光下吸
收、转换和利用光能的能力[35] .所以,施加适量菌肥
对根系活性的促进作用,也提高了杨树叶片对弱光
的利用能力,这说明菌肥有利于改善杨树叶片的光
合机构运转状态,提高植株叶片的光合效能.
氮元素在植物新陈代谢、生长、繁殖和遗传等过
程中起着核心作用[36],而硝酸还原酶(NR)是植物
氮素代谢过程中重要的调节酶,对初级氮的同化起
主要调控作用[37],其在硝酸亚硝化过程中起催化作
用,与生物代谢、光合作用以及各种细胞的信号转导
过程密切相关.其活性大小与氮代谢呈正相关,常用
来表示氮代谢强度.在本研究中,T2 ~ T5处理(0.33 ~
1.33 g·kg-1)的 NR 活性均显著提高,表明在连作
土壤中施加适量的菌肥有利于增加 NR 活性,增强
植物氮代谢能力,这为减轻连作障碍提供了一定的
方法.另外,有研究表明,较高的 NR 活性有利于提
高抗病虫能力[38],至于施加菌肥是否能提高杨树的
病虫害抵抗能力及其原因,还有待进一步的研究.
叶绿素(Chl)是影响光合作用的物质基础,其
含量的多少是衡量植物光合作用强弱的重要指
标[39],也是度量植物光合作用能力及干物质积累的
重要指标[40],Chl含量的不同能反映有关的生理状
态的信息[41] .有研究表明,在一定范围内光合速率
随 Chl含量的增加而增大[42] .在本研究中,随连栽土
壤中球毛壳 ND35 菌肥含量的增加,叶片的 Chl 含
量越高(图 1),这有利于光合机构对光能的吸收、传
递以及转换,进而利于杨树进行光合作用.李娜
等[43]研究表明,对石灰性褐土施加不同混合菌肥,
各混合菌肥处理油菜叶片中叶绿素含量不同;李玉
奇等[44]发现,3种微生物菌肥(连茬王、护根宝和木
霉菌肥)对黄瓜叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量均
没有显著影响.植物的光合作用是光合能量和底物
相互偶联的氧化还原反应,受环境因素及其生理特
征的影响[45] .光合作用与叶绿素含量有关,但与叶
片的 PRI值、胞间 CO2的关系更为紧密[17] .在本研
究中,菌肥含量过高(T5与 T6处理)导致 Pn max和 Φ
降低,这可能受叶黄素循环或胞间 CO2的影响,具体
原因有待进一步研究.
非光化学淬灭(NPQ)与叶黄素循环是 PSⅡ天
线色素吸收的以热的形式耗散掉的部分,二者均为
高等植物耗散过剩光能的主要途径.叶黄素循环是
叶黄素的 3 个组分(紫黄质 V、花药黄质 A 和玉米
黄质 Z)依照光能过剩情况做出的相互转变,是非辐
射能量耗散的主要过程[46],即在光下植物吸收的光
能过剩时,双环氧 V经单环氧的 A转化为无环氧的
Z(即 V→A→Z),在暗处则是朝相反的方向进行(即
Z→A→V) [47] .(A+Z) / (V+A+Z)表示叶黄素循环脱
环化程度.有研究表明,PRI 与参与非光化学热耗散
的叶黄素的脱环氧化状态有关[48] .叶黄素循环脱环
化程度(A+Z) / (V+A+Z)高,说明通过叶黄素循环
的组分双环氧 V 在过剩光能下转化成 A、Z 的转化
率高.本研究发现,随着连作土壤中球毛壳 ND35 菌
肥含量的增加,PRI 增加即叶黄素循环脱环氧化程
度(A+Z) / (V+A+Z)降低,同时,CK ~ T3处理(0 ~
0.67 g·kg-1) NPQ降低,(A+Z) / (V+A+Z)与非光
化学淬灭的变化趋势呈现出一致性,而电子传递速
率(ETR)则呈升高趋势,说明光合机构分配更多的
光能进行光合作用(如 Pn max和 Φ 增大),过剩光能
则随球毛壳菌含量增大呈降低趋势,这在一定程度
上提高了植株的光能利用率(图 3);T4 ~ T6处理
(1.0~1.67 g·kg-1)下,NPQ 有一定的增长,但仍低
于 T2,ETR则呈下降趋势,说明光合机构进行光合
作用光能利用率有所降低.本研究还发现,杨树叶片
的 Pn max与 ETR 之间呈三次多项式关系(图 3).而
Beer等[49]对 5 种海草植物光合特性的研究表明,
Cymodocea nodosa 叶片 Pn max与 ETR 呈线性关系,
Zostera marina 呈二次多项式函数关系,Halophila
stipulacea则呈三次多项式函数关系,光呼吸可能是
造成 Z. marina与 H. stipulacea偏离线性关系的重要
原因.杨树 Pn max与 ETR之间偏离线性关系的原因有
待于进一步研究.
综上所述,施用菌肥等对连栽杨树的根系活力、
硝酸还原酶、电子传递速率、光合参数均有一定程度
的影响,其中以土壤中加 0.67 ~ 1.00 g·kg-1菌肥为
佳,有利于光合机构运转状况的改善,可提高光能利
用效率,这为缓解杨树连作障碍提供了方法.
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作者简介  夏宣宣,女,1989年生,硕士研究生. 主要研究方
向为植物生理生态学. E⁃mail: xiaxx2012@ 126.com
责任编辑  孙  菊
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