全 文 ：华山松菌根化幼苗的抗旱特性
魏　媛1 , 3 ,张金池1* ,尹晓阳2 ,杨　萍3
(1.南京林业大学森林资源与环境学院 ,江苏　南京　210037;2.贵州省林业厅,贵州　贵阳　550001;
3.贵州大学林学院 ,贵州　贵阳　550025)
摘　要:采用人工模拟水分胁迫方法 , 对华山松(Pinus armandii F ranch)树种接种的菌根化苗和未接种苗的
耐旱特性进行了对比研究 ,结果表明:随着水分胁迫的加剧 ,两种苗木的根系质膜相对透性和丙二醛含量上
升 ,但二者相比 , 接种菌根化苗上升幅度较小;而叶绿素总含量 、硝酸还原酶活性 、根系活力及含水率下降 , 前
者下降幅度比后者要低。综合分析表明接种菌根化苗抗旱性比未接种苗强。
关键词:华山松;菌根苗;生理抗旱;水分胁迫
中图分类号:S718　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000 - 2006(2007)04 - 0069 - 04
Characteristics of Drought Tolerance in Mycorrhizal Fungi
Seedlings of Pinus armandii Franch
WEI Yuan1 , 3 , ZHANG Jin-chi1* , YIN Xiao-yang2 , YANG Ping 3
(1. College of Forest Resou rces and Environment Nanjing Forest ry University , Nanjing 210037 , China;
2. Guizhou Forest ry Bureau , Guiyang 550001 , China;3. College of Forest Resource
and Environment Guizh ou Universi ty , Guiyang 550025 , China)
Abstract:In this paper , characteristics o f drought to le rance in myco rrhizal fungi inoculated
and uninoculated seedlings of P inus armand ii Franch w ere studied contrastively by means of
the ar tificial simulation method of w ater st ress. The results show ed that:w ith the agg rava-
tion o f w ater st ress , the permeability of membrane and MDA content increased g reatly of
tw o P. armandi i Franch seedling s , but compared w ith the uninoculated seedling , the as-
cending range of myco rrhizal fungi seedling s w as much smal le r , while the chlorophyll con-
tent , the activaty of NR , the roo t activity and w ater content decreased , the descending range
w as that the fo rmer w as low er than the lat ter. It indicated that synthetically drought toler-
ance o f mycor rhizal fungi w as stronger than that of uninoculated uninocot ion.
Keywords:P inus armandi i Franch;Seedling of myco rrhizal fungi;Physiolo gical drought to l-
erance;Water st ress
　　　收稿日期:2006 - 04 - 11　　　　修回日期:2006 - 10 - 23
　基金项目:贵州省“十五”农业与社会发展科技计划项目(黔科合 [ 2004 NGY 059])
　作者简介:魏　媛(1977 -),女 ,博士生。
*通讯作者(Corresponding Author):张金池 ,男 ,教授 ,博士生导师。
　　华山松(Pinus armandi i Franch)作为我国山区一种重要的喜光树种 ,其生长发育受山区干旱及贫
瘠的土壤生态环境限制。应用菌根技术克服这种不良环境对华山松的胁迫 ,促进华山松优质高产具有
十分广阔的前景 。关于菌根化壳斗科(Fagaceae)树种抗旱性的研究已有报道[ 1] 。外生菌根能促进植物
的生长 ,提高蒸腾速率 ,减小土壤—植物之间的液流阻力 ,从而起到增强苗木抗旱性的作用[ 2-3] 。应用菌
根技术提高苗木抗旱性能 ,培育优质壮苗是山区遭受干旱胁迫的华山松健康生长的前提保障 。
菌根化是给苗木根部提供足够数量竞争能力强的最有效菌根真菌的最有效繁殖体 ,控制最适宜的
环境条件 ,人为地使林木形成菌根的过程 ,其目的是重建林木生活的自然供养体系———菌根 ,以提高林
木在自然条件下成活和生长的能力[ 4-5] 。印度块菌(Tuber indicum)与其他菌根菌一样通过其菌套和数
量 、长度远远超过根毛的外延菌丝 ,在土壤中形成庞大的菌丝网 ,扩大了与土壤接触面积 ,能将更多的水
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　第 31卷第 4期
2007 年 7 月 　
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Fo rest ry Unive rsity(Natural Science s Edi tion) 　
Vo l. 31 , No. 4　
Jul. , 2007　
分 、磷 、促生物质及抗生物质吸收到菌根中来 ,供给共生苗利用 ,从而促进苗木的生长和繁殖 ,提高苗木
的抗逆性及苗木在自然条件下的成活率和生长的能力 。有研究证明 ,在无林或少林地区 、土壤和植被遭
到破坏的退化土地上植树造林和外来树木引种中 ,林木菌根化非常必要。印度块菌在适宜的环境条件
下还能提供价格不菲的林副产品[ 6] 。贵州省具有得天独厚自然条件和丰富的共生树种资源为块菌的生
长和分布提供适的条件。随着西部大开发中实施的“长防林” 、“珠防林” 、“天然林保护”及“退耕还林”等
造林工程 ,为发展块菌生产提供机遇。笔者通过水分胁迫对比了接种菌根化容器苗与未接种容器苗的
生理效应差异 ,分析菌根化苗木的抗旱能力 ,以期为大力推广菌根化育苗造林提供理论依据。
1　材料与方法
以华山松弹头型容器苗即穴植管苗(容器规格 5 cm ×18 cm)在室温(25±1)℃下设恒温 、光照
4 230 lx培育 6个月后生长基本一致的接种菌根化苗与未接种苗共 20株 。将其充分浇透水 3 d ,然后进
行干旱处理:对照的土壤相对含水量为(70±5)%、轻度胁迫为(56±5)%、中度胁迫为(40±5)%、重度
胁迫为(25±5)%(简写为 CK 、轻 、中 、重),进行生理指标的测定。
光合色素含量测定采用丙酮乙醇提取法;根系质膜相对透性(RPMP)测定采用电导法;硝酸还原酶
(NR)活性测定采用磺胺比色法;丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法;根系活力测定采用α-奈
胺氧化法;相对含水量测定采用烘干法[ 7] 。
2　结果与分析
2. 1　印度块菌菌根的形成
　　将用印度块菌子囊果匀浆制成的孢子悬浮液接种在华山松无菌根幼苗上 ,菌根感染率为 89. 7%～
100%,感染指数为 40. 5 ～ 78. 1。接种后 3 个月左右开始形成菌根 ,其中一条侧根形成的菌根数高达
86枚。未接种苗没有菌根形成。
经镜检 ,华山松块菌菌根是二分叉状 ,初为白色 ,后期呈浅褐色或暗褐色 。未接种苗仅见粗短的根
毛 ,营养根不膨大 ,先端尖锐。经取菌根作横切片 ,用光学显微镜(10×5倍)镜检 ,可见菌丝在营养根表
面繁殖 ,层层交织形成菌套(Mantle)呈暗褐色或黑色 ,而根组织细胞浅析可见 ,呈浅褐色或褐色;但由形
成菌根的营养根横切片可见小而排列紧密的表皮细胞 ,其颜色与其他细胞无区别 ,均呈浅色或褐色 。用
完整菌根镜检 ,可见菌套外面有绒毛状外延菌丝(Emanating phyphae),曾偶见典型的菌索(Rhizomo r-
phs)。
2. 2　水分胁迫下华山松幼苗光合色素含量的变化
叶绿素是植物进行光合作用原初反应的光能“捕获器” ,同时又在光能传递与转换中起着重要的作
用。叶绿素含量是植物对水分胁迫反应敏感性的生理指标 。水分胁迫下华山松幼苗的变化见表 1。
表 1　水分胁迫下华山松幼苗生理生化指标的变化
Table 1　The change of physiological and biochemical index of two seedlings of P. armandii Franch to water stress
处理
Treatment
光合色素含量 Ph otosyn th et ic
pigment content /(mg g - 1)
Ch la Chlb Chl(a+b) car
质膜相对透
性 Membrane
permeabi li ty%
硝酸还原酶活性
Activi ty of
NR /
(μg mL - 1)
丙二醛含量
MDA
content /
(μmol kg - 1)
相对含水量
Relative w ater
conten t%
接种
菌根
化苗
CK 9. 61 5. 55 15. 17 5. 49 26. 00 1. 32 4. 37 68. 26
轻 8. 69 4. 44 13. 13 4. 25 31. 00 1. 17 4. 84 60. 73
中 6. 64 3. 27 9. 91 3. 27 35. 00 0. 91 5. 26 54. 06
重 5. 98 2. 91 8. 89 2. 79 40. 00 0. 82 5. 55 47. 53
F值 　 46. 44* 　 24. 63* 　 58. 03* 　 31. 63* 　 8. 51* 　 11. 55* 　 17. 22* 　 52. 75*
未接
种菌
根化
苗
CK 8. 83 5. 07 13. 90 1. 74 28. 00 1. 27 4. 56 66. 27
轻 5. 49 3. 65 11. 55 0. 84 33. 00 1. 06 5. 12 53. 02
中 4. 98 2. 57 7. 55 0. 70 37. 00 0. 79 5. 63 49. 07
重 3. 98 1. 95 5. 93 0. 57 46. 00 0. 65 6. 22 43. 39
F值 　 78. 00* 　 33. 02* 　 64. 04* 　 10. 22* 　 12. 00* 　 16. 63* 　 34. 26* 　 63. 08*
　　注:表中数据为 3次重复的均值 , *表示在水平 0. 05下差异显著。
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 31 卷　第 4 期　
表 1表明 ,随着水分胁迫的加剧 ,两种华山松幼苗叶绿素 a 、叶绿素 b ,叶绿素总量和类胡萝卜素含
量都呈现降低趋势 ,下降幅度不同 ,与对照相比 , 4 种光合色素的下降幅度接种菌根化幼苗(37. 83%、
47. 63%、41. 42%、49. 28%)小于未接种菌根化幼苗(54. 95%、61. 57%、57. 37%、67. 19%),而且在相同
的胁迫条件下 ,接种菌根化幼苗光合色素含量高于未接种苗 。表明接种菌根苗能减轻宿主植物受胁迫
的程度。干旱胁迫对叶绿素代谢的影响小 ,从而使得叶绿素维持在一个较高水平上 ,光合产物的生产能
力增强 ,植株生物量增加 。这是干旱下接种印度块菌促进华山松苗木生长 、增强其抗旱性的物质基础。
另外 ,方差分析可知 ,4种光合色素含量与对照间差异显著 。
2. 3　水分胁迫下华山松幼苗根系质膜相对透性的变化
植物组织在受到不利的环境条件(如干旱)危害时 ,细胞膜的结构和功能首先受到伤害 ,细胞膜透性
增大 ,组织受伤害越严重 ,电解质含量增加越多。
两种苗木的质膜相对透性均随着水分胁迫的加剧而增加 ,增幅不同。与对照相比 ,质膜相对透性增
幅接种菌根苗为 57. 69%小于未接种菌根苗(64. 28%),而且相同处理下接种菌根苗质膜相对透性低于
未接种苗(表 1)。这说明在干旱时 ,由于植物细胞脱水 ,破坏了细胞膜有序结构 ,膜上出现空隙和龟裂 ,
透性加大 ,电解质外渗率增加 ,接种块菌的植株可促进磷的吸收(磷是生物膜组成成分)[ 8] 。在干旱条件
下接种苗的细胞膜结构破坏程度比不接种苗的轻 ,电解质外渗率低 ,使植物在较干旱情况下代谢活动所
受影响较小 ,相应地增强了苗木对干旱的抵抗能力 。
2. 4　水分胁迫下华山松幼苗硝酸还原酶活性的变化
硝酸还原酶(NR)是氮素同化中的关键酶 ,其活力可反映植物氮素的同化水平 ,对光合作用 、能量代
谢均有重要影响 。矿物营养对苗木的抗旱性有重要的作用 ,苗木矿物营养状况会影响其体内的水分状
况 ,通过渗透调节 ,氮能降低苗木蒸腾速率 ,从而有利于苗木抗旱[ 9] 。此次实验利用硝酸还原酶作用于
NO3
-使其还原为NO 2 - ,产生的NO 2 -可以从组织内渗透到外界溶液中并积累 ,测定反应液中 NO 2 -含
量的增加 ,可用来表现钙酶活性。
NR是一种对水分胁迫敏感的诱导酶 ,轻度水分胁迫也能导致其活性下降 。从表 1可以看出 ,随着
水分胁迫的加剧 ,与对照相比 ,两种华山松苗木体内的硝酸还原酶浓度呈下降趋势 ,下降的幅度不同 ,接
种苗体内的硝酸还原酶浓度下降幅度小于未接种菌根苗。这是由于接种菌根苗的菌丝能促进根系对水
分和矿质元素吸收 ,菌套还能防止根系内水分的丧失 ,从而改善寄主植物的水分状况 ,使其抗旱性增强。
2. 5　水分胁迫下华山松幼苗丙二醛含量的变化
植物器官衰老或在逆境条件下 ,往往发生膜脂过氧化作用 ,膜脂过氧化作用是造成膜损伤的关键因
素 ,丙二醛(MDA)是其产物之一 ,通常利用它作为脂质过氧化指标 ,表示细胞膜脂过氧化程度和植物对
逆境条件反映的强弱 。
图 1　水分胁迫下苗木根系活力的变化
　Fig . 1　The change of the seedling s ro ot ener gy to
w ater st ress
由表 1可知 ,随土壤含水量减少 ,两种苗木叶片丙二醛含量呈上升趋势 ,上升的幅度不同 ,接种苗丙
二醛含量上升幅度小于未接种菌根化苗 。在土壤相对含水量相同时 ,接种植株叶片丙二醛含量低于不
接种植株 。由此可看出 ,在相同水分胁迫条件下 ,接
种菌根苗比未接种苗受水分胁迫的影响小 ,说明在干
旱条件下 ,接种植株膜脂过氧化作用低 ,过氧化作用产
物 MDA含量就低 ,因而膜损伤程度轻 ,从而增强了对
干旱的抵抗能力 ,这与质膜相对透性测定结果是一致
的。
2. 6　水分胁迫下华山松幼苗根系活力的变化
根系活力是植物生长的重要生理指标之一 ,反映
了植物对环境的适应能力 ,以及对营养元素吸收 、转
移 、利用氨基酸等效合成的功能大小。
水分胁迫下根系活力变化见图 1。由图 1可知 ,在
相同的干旱胁迫条件下 ,接种苗根系活力均高于未接
种苗 。与对照相比 ,两种华山根系活力下降 ,下降的幅
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　2007 年　总第 130 期　　　　　　　　　魏　媛等:华山松菌根化幼苗的抗旱特性
度不同 ,接种苗根系活力下降幅度小于未接种菌根苗 。接种菌根苗根外菌丝庞大 ,根系活力强 、根冠比
大 ,促进了植物对水分和矿质元素的吸收 ,满足植物生长过程中植物细胞伸长 、分裂和分化时对物质和
能量的需求[ 10] 。稳定了膜系统的结构与功能 ,保证了代谢较正常地进行 ,这是菌根增强华山松苗抗旱
性的生理基础。根系活力增强是促进根系吸收作用 ,减轻干旱伤害程度的重要因素 。
2. 7　水分胁迫下华山松幼苗相对含水量的变化
植株相对含水量是衡量植物体内水分状况及植物抗旱性的指标。由表 1可知 ,接种菌根化苗比未
接种苗相对含水量高 。随着水分胁迫的加剧 ,与对照相比 ,两种华山松苗木体内的相对含水量呈下降趋
势 ,下降的幅度不同 ,接种苗相对含水量下降幅度(30. 37%)小于未接种菌根化苗(34. 53%)。这说明在
严酷的干旱条件下 ,接种菌根苗在土壤中具有庞大的菌丝网和菌索 ,可以增大根系的吸收面积 ,降低土
壤与植物之间的液流阻力[ 11] ,促进根系对水分和矿质元素的吸收;外生菌根对于根吸水 ,间接防止根土
之间形成明显的间隙 ,以及保持液流连续通过根 -土接触面等方面发挥作用;而且菌套还能防止根系内
水分的丧失 ,从而改善寄主植物的水分状况 ,提高其抗旱性[ 1 2-13] 。
3　讨　论
接种印度块菌可提高宿主植物的抗旱性 。此次试验测定的各项抗性生理生化指标值 ,包括华山松
苗木的光合色素含量 、细胞膜相对透性 、硝酸还原酶活性 、丙二醛含量 、根系活力及相对含水量进一步证
明了这一点。研究表明:接种印度菌能够较好地反映菌根的抗旱机制 ,应筛选出具有高侵染率的菌种或
者尽量设置有利于提高印度块菌侵染率的条件 ,从而有效地增加宿主植物的抗旱性 。
在干旱胁迫条件下 ,接种菌根苗的光合色素含量 、硝酸还原酶活性 、根系活力及相对含水量均高于
未接种苗;而质膜相对透性和丙二醛含量则相反。经统计分析各指标与对照间均达差异显著水平(P<
0. 05)。印度块菌可提高宿主植物的抗旱性 ,它通过增加叶绿素含量来增加光合产物的生产能力 ,从而
增加细胞的渗透调节能力 ,降低了宿主植株水势来增强植株的吸水能力;根系活力强 、硝酸还原酶活性
高充分说明印度块菌能提高宿主对水分和养分吸收 ,以一种“不缺水的状态”度过干旱胁迫;印度块菌能
有效地清除因干旱胁迫产生的超氧自由基和活性氧 ,降低膜脂过氧化产物丙二醛的含量和细胞膜相对
透性 ,减轻因干旱胁迫对宿主造成的伤害程度 。菌根根系吸收能力的增强 ,是使植物在贫瘠土壤环境中
存活的重要因素之一 。这种功能对植物群落的演替具有重要的意义[ 14] 。
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(责任编辑　黄润州)
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 31 卷　第 4 期