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丛枝菌根真菌对超旱生植物刺山柑生长及相关生理指标的影响



全 文 :西北农业学报 2013,22(11):158-162
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica  doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2013.11.028
网络出版时间:2013-11-22
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20131122.1102.033.html
丛枝菌根真菌对超旱生植物刺山柑生长及相关生理指标的影响
收稿日期:2013-05-07  修回日期:2013-06-20
基金项目:国家自然科学基金项目(30960028)资助。
第一作者:刘 静,女,硕士研究生,从事植物学研究。
通信作者:马 淼,男,回族,博士,教授,主要从事植物生态学研究。E-mail:mamiaogg@126.com
刘 静,马 淼
(石河子大学 生命科学学院,新疆石河子 832003)
摘 要 采用盆栽试验研究接种丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhiza fungi简称AMF)摩西球囊霉(Glomus
mosseae,G.m)和地表球囊霉(Glomus versiforme,G.v)对超旱生植物刺山柑(Capparis spinosa L.)幼苗生
长及相关生理指标的影响。结果表明:①不同AM真菌的侵染率不同,以G.m的侵染率最高,为39.15%;②
与未接菌刺山柑植株相比,接种G.m和G.v均能够明显促进刺山柑植株生长,显著提高植株生物量,尤其
是根部生长量;③随着菌根侵染率的提高,接种 AM 真菌提高了刺山柑植株叶片叶绿素、可溶性糖和脯氨酸
含量,降低了叶片丙二醛(MDA)含量,叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活
性增强,植株地上部分和根系的N、P含量显著增加;④接种 AM 真菌能够明显促进刺山柑的生长,2种 AM
真菌接种处理中以摩西球囊霉接种效应更为明显。
关键词 刺山柑;AM真菌;生长;生理指标
中图分类号 Q945.3   文献标志码 A     文章编号 1004-1389(2013)11-0158-05
Effects of Arbuscular Mycorrhiza Fungi on Growth and Some
Physiological Indices of Capparis spinosa
LIU Jing and MA Miao
(Colege of Life Sciences,Shihezi University,Shihezi Xinjiang 832003,China)
Abstract The effects of AM fungi(Glomus mosseae,Glomus versiforme)on growth and physiologi-
cal indices of Capparis spinosain the pot culture were studied.The results showed that the infection
rate of different AM fungi was different,and the highest infection rate of G.mwas 39.15% ;com-
pared with the control group,inoculation of G.mand G.v could obviously promote the growth of
Capparis spinosa,plant biomass was significantly increased,especialy the roots;with the mycorrhi-
zal infection rate increasing,the inoculation of AM fungi improved the content of chlorophyl,soluble
sugar and proline,reduced the content of MDA in leaves,and the activities of SOD,POD and CAT
were enhanced.The contents of N and P in aerial part and roots were significantly increased;two
kinds of AM fungal inoculation could obviously promote the growth of Capparis spinosa,the effect of
inoculation of Glomus mosseae was more obvious.
Key words Capparis spinosa ;Arbuscular mycorrhiza fungi;Growth;Physiological indices
  刺山柑(Capparis spinosa L.),又称老鼠瓜、
野西瓜,白花菜科山柑属的多年生藤本小半灌木,
是一种典型的旱生植物,其生长环境通常与干旱
背景中的荒漠土壤相联系,显示出该物种耐干旱、
耐贫瘠和耐风蚀等特性[1-2]。丛枝菌根真菌(ar-
buscular mycorrhiza fungi简称AMF)能与80%
的植物形成共生体系,通过促进植物生长来提高
其抗逆性。许多研究也已证明AMF能够促进宿
主植物对养分和水分的吸收,改善植物的水分代
谢,增强宿主植物的抗旱性[3]。
新疆典型的干旱、高温、盐碱等自然生态环境
形成丰富多样的植物类群和与植物互惠共生的丛
枝菌根(AM)类群[4]。作为在新疆极端干旱环境
中生长的刺山柑而言,目前对其生理特性的研究
主要集中在解剖学、生态学方面,关于刺山柑AM
真菌接种效应的研究还未见报道。本试验通过对
刺山柑接种不同AM真菌,测定AM真菌对刺山
柑侵染率及相应的生理指标,初步探索AM 真菌
刺山柑生长发育的促进作用,旨在全面揭示 AM
真菌对刺山柑生理特性的影响,也为丛枝菌根真
菌技术在刺山柑育苗、栽培等方面的应用提供理
论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1 供试菌种 采用湿筛倾析-蔗糖离心法分
离野生刺山柑根际土中的AM 真菌菌种:按《VA
菌根真菌鉴定手册》及有关 VA菌根真菌的分类
资料鉴定菌根真菌,将优势种摩西球囊霉(Glo-
mus mosseae,G.m)和地表球囊霉(Glomus versi-
forme,G.v)作为接种菌种,接种菌剂为经三叶
草扩大繁殖后的含有孢子、菌丝和侵染根段的根
际土(每10g菌土含50~60个孢子)。
1.1.2 供试宿主刺山柑实生苗 播种前选用褐
色成熟的刺山柑种子,用浓 H2SO4 浸种70min,
酸蚀后用φ=1%H2O2 浸种4h,泡过 H2O2 后用
700mg/L GA3 浸种24h,w=0.5% NaClO溶液
浸泡15min,无菌水冲净后将已灭菌基质放入蛭
石盘中。待种子萌发后长至3cm移至以河砂、蛭
石、营养土体积比为1∶1∶1配制的混合基质中,
基质使用前过20目筛,经高温高压蒸汽灭菌。
1.2 方 法
1.2.1 接种方法 供试容器为高12cm、口径15
cm、底径10cm的营养钵,每钵定植5株刺山柑
幼苗,每钵施接种菌剂200g,每2d浇水1次,每
次浇水15mL,植物培养室中培养,每天光照
12h,光照度为2 000lx。
1.2.2 试验设计 设摩西球囊霉(记作G.m)、
地表球囊霉(记作G.v)单独接种和未接种的对
照(CK)3个处理,每处理10个重复。2012-03-
20定植长势一致的刺山柑幼苗,植株生长期间,
植物培养室常规管理,培养70d后,收获植株进
行生理指标的测定。
1.2.3 菌根侵染率的测定 选取样株的细根洗
净后剪成1cm的根段,采用曲利苯蓝染色法检测
菌根侵染[5]情况,制片镜检,计算菌根侵染率。菌
根侵染率=AM菌根侵染根段数/检查根段数
1.2.4 生物量的测定 将苗从钵里取出,洗净
根,对植株地上、地下部分烘干称量。
根冠比=根系干质量/茎叶干质量
菌根依存度=(接种植株的干质量-未接种
植株的干质量)/接种植株的干质量[6]
1.2.5 生理指标的测定 生理指标测定方法主
要参照张志良[7]编著的《植物生理学实验指导》。
叶绿素含量的测定:在Arnon法上进行了改
进,采用将样品冷冻处理后,用50℃w=80%丙
酮静置提取并进行测定[8]。可溶性糖含量采用蒽
酮比色法[7]测定。脯氨酸含量采用酸性茚三酮比
色法[7]测定。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比
妥酸比色法[7]测定。超氧化物歧化酶(SOD)活性
的测定采用氮蓝四唑(NBT)法[7]。过氧化物酶
(POD)活性的测定采用愈创木酚法[7]。过氧化氢
酶(CAT)活性的测定采用高锰酸钾滴定法[7]。
植株全氮的测定[9]采用 H2SO4-H2O2 消煮,奈
氏比色法。植株全磷的测定[9]采用 H2SO4-
H2O2 消煮,钒钼黄比色法。
1.3 数据统计软件
采用SPSS 17.0和Origin 8.6软件进行数据
统计分析。
2 结果与分析
2.1 AM真菌对刺山柑侵染率及生长的影响
在接种AM真菌70d后,检测刺山柑侵染率
及生长状况(表1),发现2种AM 真菌均能与刺
山柑形成菌根,接种AM 真菌对刺山柑的生长有
很大的促进作用。其中G.v、G.m 对刺山柑幼
苗的侵染株率分别达到26.79%和39.15%,CK
的刺山柑幼苗没有被AM 真菌侵染。可见,侵染
率因菌种不同而异,其中摩西球囊霉的侵染率较
高。同时,刺山柑对2种AM 真菌的菌根依存度
也很高,其中对G.v的菌根依存度达到46.15%,
对G.m则高达66.26%。同时,接种AM真菌能
·951·11期 刘 静等:丛枝菌根真菌对超旱生植物刺山柑生长及相关生理指标的影响
促进刺山柑的生长,与CK相比,接种AM真菌明
显提高刺山柑植株的生物量,尤其接种AM 真菌
显著增加刺山柑的株高、地上部分和根系干质量。
其中接种G.m 对刺山柑生长的影响较大,与
G.v和CK的株高、根冠比、单株干质量都存在显
著差异(P<0.05)。在3个处理中,G.m 接种效
果明显高于G.v,表明不同的AM真菌种对刺山
柑幼苗生长的影响存在差异。优势菌种G.m 是
促进刺山柑幼苗生长的高效菌种,接种G.v也能
促进刺山柑生长,但没有G.m接种效果明显。
2.2 AM真菌对刺山柑生理指标的影响
植物的叶绿素、可溶性糖、脯氨酸及 MDA含
量是反映植物同化合成物质和抗旱能力的重要生
理指标。由表2可知,接种不同AM 真菌处理对
刺山柑抗旱性生理指标影响较大,刺山柑叶片中
的叶绿素、可溶性糖、脯氨酸、MDA含量在不同
接种处理下有所不同。2种接种处理的叶绿素、
脯氨酸、可溶性糖含量均明显高于CK,而 MDA
含量较CK明显降低,且各处理生理指标差异显
著(P<0.05),以G.m接种效果最佳。表明接种
AM真菌使得刺山柑叶片叶绿素、可溶性糖含量
增加,在一定程度上提高刺山柑同化合成能力。
作为植物体内重要的渗透调节物质脯氨酸的含量
通过接种AM真菌而增多,明显提高刺山柑细胞
渗透势,防止脱水[10]。MDA含量的显著减少则
使得刺山柑膜质过氧化的速度减慢,且随着AM
真菌侵染率的提高,效果明显。
表1 不同AM真菌处理下刺山柑侵染率及生长状况(珔x±s)
Table 1 Effects of different AMF on the growth of Capparis spinosa
处 理
Treatments
株高/cm
Plant height
AM侵染率/%
Infection rate
单株干质量/g Dry mass per plant
地上部Shoot 根系 Root
根冠比/%
Root/shoot
ratio
菌根依存度/%
AMF dependence
CK  21.23±1.00c - 0.20±0.04c 0.08±0.003c 36.86c -
G.v  27.66±1.04b 26.79±0.96  0.35±0.03b 0.17±0.006b 51.33b 46.15
G.m  31.59±0.95a 39.15±1.06  0.55±0.30a 0.28±0.010a 54.81a 66.26
注:“-”表示没有观察到AM真菌侵染。同列不同小写字母表示在5%水平差异显著。下表同。
Note:“-”indicates no AMF infection.The lowercase letters mean significant difference at 5%level.The same as below.
表2 不同AM真菌处理下刺山柑生理指标的变化(珔x±s)
Table 2 Effects of different AMF on the physiological indexes of Capparis spinosa
处 理
Treatment
叶绿素含量/(mg/g)
Chlorophyl contents
可溶性糖含量/(mg/g)
Soluble sugar contents
脯氨酸/(μg/g)
Proline contents
MDA含量/(μmol/g)
MDA contents
CK  1.08±0.010c 208.34±3.65c 56.432±2.04c 7.51±0.27a
G.v  1.17±0.003b 259.87±7.53b 94.25±2.26b 6.92±0.28b
G.m  1.24±0.040a 282.84±6.41a 102.59±1.18a 5.03±0.17c
2.3 AM 真菌对刺山柑膜系统保护酶(SOD、
POD、CAT)活性的影响
SOD、POD和CAT被称为植物体内膜系统
的三大保护酶,其活性维持在较高水平时,能更有
效清除超氧自由基和活性氧,使得植物抗逆性增
强[11]。由表3可见,刺山柑接种不同 AM 真菌
后,SOD、POD和 CAT活性都发生了变化。与
CK相比,接种G.v和G.m 均能显著诱导刺山
柑SOD活性的增加,接种G.m 的刺山柑叶片
SOD活性最高,达到147.32U/g。POD活性则
不同,虽都比CK有所增加,但接种G.v与CK
相比没有显著差异,只有接种G.m的POD活性
显著增加,且最高达到 62.50 U/(g·min)。
CAT活性变化则相反,接种G.v的CAT活性显
著高于CK,达到65.73U/(g·min),而接种G.
m与CK相比没有显著增加。结果表明通过接种
AM真菌可以使刺山柑SOD、POD、CAT活性明
显提高。
2.4 AM真菌对刺山柑植株全氮、磷含量的影响
接种AM 真菌对刺山柑矿质养分的吸收和
积累有重要作用。图1显示,与CK相比,接种
表3 不同AM真菌处理下对刺山柑酶活性变化
Table 3 Effects of different AMF on the protective
enzymes of Capparis spinosa
处 理
Treatment
SOD活性/(U/g)
SOD activity
POD活性/
[U/(g·min)]
POD activity
CAT活性/
[U/(g·min)]
CAT activity
CK  116.42±2.95c 35.00±2.50b 56.67±1.96b
G.v  129.70±2.06b 38.33±1.44b 65.73±1.94a
G.m  147.32±2.94a 62.50±4.17a 61.20±3.40ab
·061· 西 北 农 业 学 报 22卷
G.v、G.m后刺山柑植株地上部和根系的氮、磷
含量均有所增加,其中根系氮、磷含量的积累均高
于地上部分。比较2种AM 真菌对刺山柑氮、磷
含量的积累,发现氮含量的提高尤为明显,而菌根
化苗磷含量增加幅度相比较小,说明AM 真菌对
磷积累的作用没有氮明显。刺山柑接种 AM 真
菌后氮、磷菌根贡献率提升,说明 AM 真菌能够
促进刺山柑养分的吸收,特别是氮、磷营养元素的
吸收,最终能够起到促进刺山柑植株生长的作
用[12]。表明刺山柑接种AM真菌后氮、磷菌根贡
献率提升,同时AM真菌对刺山柑也具有一定的
菌根作用效应。
图1 不同AM真菌处理下刺山柑植株全氮和全磷含量
Fig.1 Effects of different AMF on the complete nitrogen and phosphorus content of Capparis spinosa
3 讨 论
本试验选用的2个菌种摩西球囊霉和地表球
囊霉均为野生刺山柑根际土壤中的优势菌种,且
同为Glomus属。各处理菌根侵染率情况表明2
种AM真菌对刺山柑根系都有一定程度的侵染,
接种AM真菌能显著提高菌根侵染率,不接种处
理无菌根侵染。刺山柑对G.v、G.m 的菌根依
存度也分别达到46.15%、66.26%,说明刺山柑
属于菌根依赖型植物;接种AM 真菌后对刺山柑
的生长有很大的促进作用,显著提高刺山柑植株
的生物量,尤其增加刺山柑的株高、地上部分和根
系干质量。高侵染率的植株该效果尤为显著,据
推测是因为菌种G.m 和G.v都是来源于刺山
柑原土诱集培养获得的菌种,而G.m 更能适宜
于刺山柑的生长,效果更明显。
本试验测定的与侵染率相对应的各项生理指
标中接种AM真菌的刺山柑植株体内的叶绿素、
可溶性糖含量的增加,在一定程度上说明接种
AM真菌提高刺山柑同化合成能力;而作为植物
体内重要的渗透调节物质脯氨酸的含量在接种
AM真菌后也有所增加,则说明通过接种 VA真
菌使得刺山柑合成脯氨酸的速度加快,明显提高
刺山柑细胞渗透势,防止其细胞脱水而损害细胞
膜[10];MDA含量在接种后显著减少,则表明刺山
柑膜质过氧化的速度减慢,且随着VA真菌的侵
染率的提高,效果越明显。总之,上述生理指标含
量的增减都有效地说明通过接种 AM 真菌对提
高刺山柑渗透势、维持细胞膜稳定性有积极作用,
保证其能够从土壤中吸取所需水分,从而促进刺
山柑的生长,结果仍以G.m 接种时促进作用更
明显。
对不同处理刺山柑植株的全氮、全磷含量的
测定结果表明,接种G.v、G.m后刺山柑植株地
上部和根系的氮、磷含量均有不同程度的增加,其
中根系氮、磷含量的积累均高于地上部分。可见,
接种AM真菌对刺山柑矿质养分的吸收和积累
有重要作用,也在一定程度上反映了2种菌种在
刺山柑植株上的菌根作用效应。这符合赵金莉
等[13]和孙吉庆等[14]提出的由于AM 真菌侵染宿
主植物根部,与其形成共生结构,产生的外生菌扩
大了根系吸收范围,加快了根对土壤营养物质(特
别是氮、磷)的吸收和运输,从而促进宿主植物
生长。
本试验结果表明,AM 真菌对超旱生植物刺
山柑的接种效应良好,通过接种AM 真菌能显著
促进刺山柑生长、改善植株的矿质营养状况。从
另一个角度看,超旱生植物刺山柑能够在新疆干
旱、高温、盐碱、低温的极端环境中生存,且繁茂生
长并完成其生活史,与该环境中丰富多样的真菌
·161·11期 刘 静等:丛枝菌根真菌对超旱生植物刺山柑生长及相关生理指标的影响
类群有一定的关系,说明其对该环境中的某些
AM真菌有一定的菌根依赖性。本试验为全面认
识刺山柑的生长特性提供了基础资料,为深入研
究其生态价值和经济价值提供相应的发展依据,
也为该植物相关的菌根生物技术在荒漠植被恢复
和生态重建中的应用提供了理论依据。
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·261· 西 北 农 业 学 报 22卷