全 文 ：菌 物 学 报 25（3）：416~423, 2006
Mycosystema
Cu2＋污染土壤接种 AM真菌对紫云英生长的影响
陈秀华 1, 2 赵 斌 1
（1华中农业大学农业微生物学国家重点实验室, 武汉 430070；2华中农业大学农业部亚热带农业资源与环境重点开放实验室,
武汉 430070）
摘 要：通过 5个土壤 Cu2+水平（0，20，50，100，150 mg kg-1）的盆栽试验，研究了不同土壤 Cu2＋水平接
种AM真菌对紫云英生长的影响。结果表明：（1）随着土壤 Cu2+水平升高，紫云英生物量下降，与未接种相
比，接种 AM真菌明显提高了紫云英的生物量，接种 G. intraradices对紫云英生物量的提高比接种 G. mosseae
更为明显，两者间呈显著性差异。（2）随着土壤 Cu2＋水平升高，紫云英根段浸染率下降，菌丝琥珀酸脱氢酶、
碱性磷酸酶活性也下降。（3）在相同土壤 Cu2＋水平接种不同的AM真菌，紫云英根段浸染率有显著差异，接
种G. intraradices的紫云英根段浸染率显著高于接种 G. mosseae的处理，其菌丝琥珀酸脱氢酶活性及碱性磷
酸酶活性也显著高于接种G. mosseae的处理。（4）接种 G. intraradices能显著抑制 Cu2＋从紫云英地下部分向
地上部分的运转，降低 Cu2＋的毒害，接种 G. mosseae相对促进了 Cu2＋的运转。以上结果显示，Cu2＋污染土
壤中接种G. intraradices对紫云英生长具有促进作用。
关键词：浸染率，琥珀酸脱氢酶活性，碱性磷酸酶活性，生物量
中图分类号：Q939.96 文献标识码：A 文章编号：1672-6472（2006）03-0416-0423
Effect of inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi on the growth of
Astragalus sinicus L. in copper ion polluted soil
CHEN Xiu-Hua ZHAO Bin
(National Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070; Key Laboratory of
Subtropical Agriculture & Environment, Ministry of Agiculture, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070)
ABSTRACT: In a pot experiment, the effect of inoculation of arbuscular mycorrhiza (AM) fungi on Astragalus sinicus in copper
polluted soil was studied. Associations were established between Astragalus sinicus and two species of AM fungi, Glomus
intraradices and G. mosseae. The result showed that copper inhibited the development of AM fungi. The colonization rate of AM
fungi was decreased with the increase of copper added in soil and the enzyme activity of succinate dehydrogenase (SDH) and
alkaline phosphatase (ALP) were decreased also. Moreover, the biomass of plants decreased with the increase of copper added in soil,
but the biomass of plants inoculated with AM fungi was higher than that of non-inoculated plants. Furthermore, the biomass of plants
inoculated with G. intraradices was higher than that of plants inoculated with G. mosseae. Inoculation of G. intraradices lowered
copper transferring to the shoots, but inoculation of G. mosseae accelerated the transference of copper. It was concluded that
inoculation with G. intraradices enhanced the resistance of Astragalus sinicus to copper polluted soil.
KEY WORDS: Colonization rate, activity of succinate dehydrogenase, activity of alkaline phosphatase, biomass
AM（arbuscular mycorrhiza）真菌是自然界分布极为广泛的一类菌根真菌，能与 80%的
基金项目：国家自然科学基金（30270051）和湖北省国际合作重点项目(2003CA020)资助
通讯作者：E-mail：binzhao@mail.hzau.edu.cn
收原稿日期：2005-05-23，收修改稿日期：2005-11-19
DOI:10.13346/j.mycosystema.2006.03.014
3期 陈秀华等：Cu2+污染土壤接种 AM真菌对紫云英生长的影响 417
陆生植物形成共生关系。在这一共生关系中，植物为AM真菌提供碳水化合物，而 AM真菌
则通过其庞大的菌丝网络提高植物对土壤中矿质养分的吸收，促进植物生长(George et
al.,1992)。近年来的研究表明，AM 真菌还能通过某些机制提高寄主植物对重金属污染的抗
性，促进寄主植物在重金属污染土壤中的生长，但相关的研究结果并不一致。Blaszkowski
（1993）研究表明 AM真菌作为根系共生体的一部分，能显著影响根际环境土壤中重金属的
形态分布、迁移转化和生物有效性，降低重金属对植物的毒害作用。Heggo et al.（1990） 研
究发现，AM 真菌能够减少植物对过量微量元素的吸收，降低寄主植物体内重金属浓度同时
提高寄主植物生物量。也有研究表明接种提高了寄主植物生物量但并没有明显降低植物体内
重金属含量(Davies et al.,2001；Dueck et al.,1986)。可见接种 AM真菌可以促进寄主植物生长，
提高生物量，但关于接种 AM真菌提高寄主植物抗性的机制并不清楚，本文通过在Cu2+污染
土壤中接种Glomus intraradices，G. mosseae及混合接种G. intraradices和G. mosseae，分析土
壤 Cu2+污染对 AM 真菌的影响及接种 AM 真菌对寄主体内重金属运转的影响，探讨 Cu2+污
染土壤中接种 AM真菌提高植物抗性的机制。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试植物：紫云英 Astragalus sinicus L.，紫云英种子经 2% NaClO溶液表面消毒 5min，
用蒸馏水反复清洗，去除表面残留的溶液，将种子置于恒温培养箱中催芽。
供试菌株：Glomus intraradices和 G. mosseae。接种剂为经紫云英繁殖 6个月的盆栽土，
含有被感染的根段、AM真菌孢子、根外菌丝和根际土壤的混合物。
供试土壤：采自华中农业大学试验田，土壤经自然风干后过 2mm的筛子，与河沙 1∶1 (v/v)
混合均匀，121℃蒸汽压灭菌 1h，连续灭菌 3次。土壤的基本理化性状为 pH值 6.0（1∶2.5 水
浸），有机质含量 13.00 g kg-1，速效氮 410.00 mg kg-1，速效磷 5.75 mg kg-1, 速效钾 67.11 mg
kg-1，土壤有效铜 0.67 mg kg-1，土壤全铜 69.21 mg kg-1。
供试金属元素： Cu2＋（CuSO4·5H2O），采用分析纯化学试剂。
1.2 试验方法
试验设 5种土壤 Cu2＋水平，分别为 0，20，50，100和 150 mg kg-1，以 CuSO4·5H2O溶
液的形式在盆栽前两周拌入土中。接种处理分为接种G. intraradices，接种 G. mosseae,混合接
种 G. intraradices和 G. mosseae的混合物（1∶1）及不接种对照 4种，每种处理重复 3次，共
60个处理。
盆栽钵为白色塑料钵，每钵装土 600g。盆栽时先在盆栽钵的下层装入灭菌土壤 500g, 加入
一定量的蒸馏水浸润土壤，然后按 6%（w/w）的比例平铺一层 AM 真菌接种剂，未接种处理
加入等量的灭菌接种剂，每钵播种已催芽的紫云英 4株，覆土。根据土壤含水量浇灌蒸馏水，
以保持土壤水分为最大田间持水量的 60%，同时定期浇灌含磷量为 1/10 的Hoagland营养液，
以满足植物生长期间对养分的需求及保持低磷水平。植物生长在 25/22℃的温室中，每日光照
14h，7周收获。
1.3 AM真菌浸染率测定
Trypan blue染色法，采用 Trouvelot et al.（1986）描述的方法。
1.4 ALP和 SDH酶活测定
碱性磷酸酶（alkaline phosphatase, ALP）采用 Tisserant et al. (1993)描述的方法，琥珀酸
418 菌 物 学 报 25卷
脱氢酶（succinate dehydrogenase, SDH）采用 Zhao等(1997)描述的方法。
1.5 植物体中 Cu2+含量测定
1mol/L HCl浸提，原子吸收法测定(鲍士旦，2000)。
1.6 统计分析
实验数据采用 SAS 8.1软件进行差异性分析。
2 结果与分析
2.1 土壤 Cu2＋水平对 AM真菌浸染率的影响
随着土壤 Cu2＋水平增加，AM真菌对紫云英根段的浸染率下降，不同浓度间呈显著性差
异（表 1），不同 AM 真菌对紫云英根段的浸染率也有显著性差异。同一土壤 Cu2＋水平接种
G. intraradices的紫云英根段浸染率高于接种G. mosseae的根段浸染率，混合接种的紫云英根
段浸染率处于两者之间。在 150 mg kg－1土壤 Cu2＋水平，接种 G. intraradices紫云英根段浸染
率为 66.64%，接种 G. mosseae 紫云英根段浸染率为 4.40%，混合接种的紫云英根段浸染率
45.64%。
2.2 土壤 Cu2＋水平对 AM真菌菌丝酶活性的影响
土壤 Cu2＋水平显著影响菌丝 SDH酶活性和 ALP酶活性，随着土壤 Cu2＋水平的提高，菌
丝 SDH和 ALP酶活性逐步降低，不同浓度间呈显著性差异（表 1）。相同土壤 Cu2＋水平对不
同AM真菌菌丝酶活性的影响不同，G. intraradices菌丝酶活性显著高于G. mosseae，在 150 mg
kg-1土壤 Cu2＋水平下，G. intraradices菌丝 SDH酶活性为 42.85％，ALP酶活性为 9.44％，
G. mosseae 菌丝两种酶活性均为 0；在各个土壤 Cu2＋水平，混合接种的菌丝 SDH
表 1 不同土壤 Cu2+水平下接种 AM真菌对紫云英浸染率 F、菌丝 SDH、ALP酶活性的影响(%)
Table 1 Effect of various concentrations of Cu2+ on mycorrhizal colonization rate, the activity of SDH and ALP (%)
显著性分析采用Duncans Multiple Range Test，同一列的不同字母表示差异达到 5%显著水平.G. i=G. intraradices, G. M=G. mosseae
Different letters indicate significant differences assessed by Duncans Multiple Range Test (p<0.05). G.i = G. intraradices, G.m = G. mosseae
Cu2+水平 Cu2+ level
mg kg-1
接种处理
Treatment
浸染率
Colonization rate
SDH酶活性
Activity of SDH
ALP酶活性
Activity of ALP
G.i 100a 93.26a 43.97a
G.i+G. m 95.37a 88.69a 35.42b
0
G.m 57.93cd 64.72bc 26.49c
G.i 93.16a 75.09b 36.77b
G.i+G.m 78.82b 77.19ab 25.50cd
20
G.m 16.44f 6.68e 2.87h
G.i 75.46b 74.81b 22.93cd
G.i+G.m 68.03bc 66.67bc 19.30de
50
G.m 6.70f 3.14e 1.97h
G.i 79.74b 45.68d 15.15ef
G.i+G.m 34.57e 45.38d 12.3fg
100
G.m 5.60f 0e 0h
G.i 66.64bc 42.85d 9.44fg
G.i+G.m 45.64de 35.68de 6.30gh
150
G.m 4.44f 0e 0h
3期 陈秀华等：Cu2+污染土壤接种 AM真菌对紫云英生长的影响 419
和 ALP酶活性均显著小于单接种 G. intraradices的处理，而显著大于单接种 G. mosseae
的处理，其规律与各种处理下紫云英根段浸染率的规律完全一致。
2.3 接种 AM真菌对紫云英生物量的影响
随着土壤 Cu2＋水平的提高，紫云英地上和地下部分的生物量下降（表 2），与未接种处理相
比，接种 AM真菌显著提高了紫云英的生物量，接种G. intraradices的紫云英生物量显著大于
接种 G. mosseae 的紫云英生物量。
表 2 接种 AM真菌对紫云英干重的影响（g）
Table 2 Effect of AM fungi on the dry weight of Astragalus sinicus (g)
Cu2+水平
Cu2+ level (mg kg-1)
接种处理
Treatment
地上部分
Aerial
地下部分
Ground
0 G.i 3.35a 1.78a
G.i+G.m 3.25ab 1.20ab
G.m 1.99def 0.99bc
NM 1.63fgh 0.74bcd
20 G.i 3.13ab 1.22ab
G.i+G.m 2.53cd 0.89bc
G.m 1.91efg 0.60bcd
NM 1.79efgh 0.64bcd
50 G.i 2.74bc 0.95bc
G.i+G.m 2.30cde 0.68bcd
G.m 1.89efg 0.58bcd
NM 1.35ghi 0.67bcd
100 G.i 1.92efg 0.68bcd
G.i+G.m 1.95ef 0.75bcd
G.m 1.30hi 0.68bcd
NM 0.82i 0.38cd
150 G.i 0.88i 0.5bcd
G.i+G.m 0.81i 0.52bcd
G.m 0.18j 0.15d
NM 0.14j 0.11d
显著性分析采用 Duncans Multiple Range Test，同一列的不同字母表示差异达到 5%显著水平
G.i=G. intraradices，G.m=G. mosseae，NM =未接种对照
Different letters indicate significant differences assessed by Duncans Multiple Range Test (p<0.05)
G.i = G. intraradices, G.m= G. mosseae, NM = non-inoculation
从表 1和表 2可以看出，紫云英的生物量与其根段浸染率和菌丝酶活性呈显著相关性。
在土壤 Cu2＋水平分别为 0，20，50，100和 150 mg kg-1处理时，接种G. intraradices紫云英根
420 菌 物 学 报 25卷
段浸染率分别为接种 G. mosseae紫云英根段浸染率的 1.73倍，5.67倍，11.26倍，14.24倍和
15.00倍，菌丝 SDH酶活性分别为 1.44倍，11.24倍，23.84倍，无穷倍和无穷倍，ALP酶活
性分别为 1.66倍，12.81倍，11.64倍，无穷倍和无穷倍。相应地，在各种土壤 Cu2＋水平接种
G. intraradices的紫云英生物量也显著高于接种G. mosseae的紫云英生物量，可见紫云英生物
量的大小与其根段浸染率高低、菌丝酶活性大小呈显著正相关。
2.4 接种 AM真菌对紫云英地上、地下部分 Cu2＋吸收量的影响
接种 AM真菌对紫云英地上、地下部分 Cu2＋浓度及 Cu2＋吸收量都有显著影响（表 3）。
接种 AM真菌显著增加了紫云英地上、地下部分 Cu2＋浓度，接种 G. intraradices及混合接种
显著提高了紫云英地下部分 Cu2＋浓度与地上部分 Cu2＋浓度的比值，接种 G. mosseae则降低了
紫云英地下部分 Cu2＋浓度与地上部分 Cu2＋浓度的比值。
表 3 接种 AM真菌对紫云英地上、地下部分 Cu2+浓度 (mg kg-1) 及 Cu2+吸收量 (µg 株-1) 的影响
Table 3 Effect of AM fungi on the concentration (mg kg-1) and content (µg plant-1) of Cu2+ in Astragalus sinicus
显著性分析采用 Duncans Multiple Range Test，同一列的不同字母表示差异达到 5%显著水平。G.i=G. Intraradices, G.m=G.
Mosseae，NM =未接种对照
Different letters indicate significant differences assessed by Duncans Multiple Range Test (p<0.05). G.i = G. intraradices, G.m = G.
mosseae，NM = non-inoculation
接种 AM真菌也显著增加了紫云英对 Cu2＋的吸收量（表 3），尤其以接种 G. intraradices
效果最显著，在各土壤 Cu2＋水平，接种 G. intraradices的紫云英地上部分 Cu2＋的吸收量与未
Cu2+浓度 Cu2+ concentration Cu2+吸收量 Cu2+ content Cu2+水平
Cu 2+level (mg kg-1)
接种处理
Treatment 地上 Aerial 地下 Ground 地上 Aerial 地下 Ground
G.i 12.78fg 39.46h 42.12b 70.19bcd
G.i+G.m 2.10k 25.97hi 7.09fg 28.42de
G.m 15.33ef 22.48hi 30.55d 21.64de
0
NM 4.50jk 7.69i 7.36fg 5.25e
G.i 12.78fg 112.57ef 39.84bc 138.75ab
G.i+G.m 4.99ijk 72.27g 12.63f 42.46cde
G.m 17.54de 44.35h 33.96bcd 27.33de
20
NM 5.3ijk 25.49hi 9.35fg 15.61e
G.i 21.98bc 142.63d 59.76a 138.42ab
G.i+G.m 9.33ghi 117.12def 21.56e 120.25ab
G.m 18.36cde 79.27g 34.59bcd 44.75cde
50
NM 5.92ijk 48.02h 8.33fg 31.73de
G.i 19.82cd 199.48b 37.98bcd 137.07ab
G.i+G.m 5.71ijk 138.82de 11.70fg 105.27abc
G.m 19.98cd 130.44de 32.84cd 93.31bcd
100
NM 7.66hij 95.18fg 6.48fg 35.74cde
G.i 25.77b 339.99a 20.82e 171.03a
G.i+G.m 11.50fgh 205.01b 8.93fg 105.92abc
G.m 36.23a 174.02c 5.23fg 25.04de
150
NM 21.51cd 130.75de 2.94g 13.94e
3期 陈秀华等：Cu2+污染土壤接种 AM真菌对紫云英生长的影响 421
接种处理地上部分 Cu2＋吸收量的比值分别为 5.72，4.26，7.17，5.86和 7.08，地下部分 Cu2＋
的吸收量与未接种处理的比值分别为 13.37，8.89，4.36，3.84 和 12.27，混合接种和接种
G. mosseae也不同程度提高了紫云英对 Cu2＋的吸收。
从紫云英地下部分Cu2＋的吸收量与地上部分Cu2＋的吸收量可以看出，接种G. intraradices
和混合接种的紫云英地下部分蓄积了更多的 Cu2＋，而接种 G. mosseae的紫云英地上部分蓄积
了相对多的 Cu2＋。
3 讨论
在重金属污染的土壤中接种 AM 真菌明显提高了紫云英的生物量，尤其在高浓度 Cu2＋
污染土壤中，接种 AM真菌的植株根系较发达，而未接种 AM真菌的植株根系非常短少,几乎
无须根，生物量显著下降，说明接种AM真菌能缓解重金属对寄主的毒害，促进根的生长，
提高寄主在重金属污染土壤中的生存能力。Vivas et al.（2003）研究了 Cd2＋污染土壤中 AM
真菌对寄主的影响，Shetty et al.（1995）研究了 Zn2＋污染土壤中 AM真菌对寄主的影响，结
果表明 AM 真菌降低了 Cd2＋和 Zn2＋对寄主的毒害，提高了寄主生物量，本研究结果与其相
一致。
AM 真菌对植物根系的浸染是改善寄主植物矿质营养的先决条件，菌根浸染率是表征根
系菌根化程度常用的指标。SDH是三羧酸循环和电子传递链的关键酶，其活性大小直接影响
电子传递和呼吸氧化作用，ALP是 AM共生体系中特异性的酶 (Masanori, 1995)，根内菌丝
ALP酶活性表示菌根内部活性菌丝占全部菌丝的比例，代表菌根共生体中参与 P代谢的菌丝
比例 (Kjøller & Rosendahl, 2000)，是评价AM真菌活性的生理指标。本研究中接种G. intraradices
的处理菌丝酶活性较高，反映了 AM真菌活性较强，植物－菌根共生系统代谢旺盛，AM真
菌为植物提供更多的矿质元素，而 G. mosseae与寄主形成的共生关系较弱，植物－菌根共生
系统代谢不旺盛，AM真菌能为植物提供矿质元素较少，因此对寄主植物生物量的影响较小。
AM真菌对寄主植物的浸染率、菌丝 SDH和 ALP酶活性的高低与寄主植物的生物量的大小
表现出明显的正相关。根段浸染率越高，菌丝 SDH和 ALP酶活性也越高，寄主植物生物量
越大。
不同种的 AM真菌对紫云英吸收 Cu2＋的影响与紫云英生物量的变化也有显著相关性。研
究表明 Cu2+对紫云英细胞超微结构的损伤主要是破坏叶绿体、线粒体和细胞核的结构,表现
为叶绿体变形、线粒体变形和细胞核核仁膨胀消失等（倪才英等，2003）。Huang & Tao (2004)
研究了 Cu2+对松树幼苗及其外生 AM真菌的影响，结果表明过量的 Cu2+降低了松树幼苗叶绿
素 a和叶绿素 b的含量，干扰光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ的进行，松树苗生物量下降，但接种
外生 AM真菌的松树幼苗叶绿素 a和叶绿素 b含量比不接种对照苗高 30%。表明接种 AM真
菌降低了 Cu2+对叶绿体、线粒体等细胞器的损伤，增强了光合作用等一系列生理生化过程，
从而提高了植物在 Cu2+污染环境中的生长代谢；而未接种紫云英则由于缺乏这种“保护”机
制，生长受到严重抑制，生物量下降。本研究结果显示接种 G. intraradices显著抑制了 Cu2+
从紫云英地下部分向地上部分的运转，降低了 Cu2+对紫云英地上部分的损伤,因而生物量较
高，而接种 G. mosseae则相对促进了 Cu2+的运转，生物量较低，但其生物量仍高于未接种处
理，其原因可能是接种改善了寄主对营养物质的吸收。
在探讨 AM 真菌植物的抗重金属机理时，有的学者推测菌根菌丝分泌物改变了环境
中的重金属有效性从而降低它们的毒性（Denny & Ridge,1995）。也有学者认为菌根具有
422 菌 物 学 报 25卷
较强的络合重金属元素的能力，真菌细胞壁分泌的粘液和真菌组织中的聚磷酸、有机酸
均能络合重金属，从而减少重金属向地上部的运输量 (Bradley et al.,1981)，即内生真菌
的菌丝络合物为寄主植物根内的皮层细胞提供了吸附表面，金属可以在根部或根器官的
真菌组织中大量积累，从而有利于排斥金属进入地上部分和减少金属毒性，降低重金属
对地上部的毒害，促进了植物的生长 (Kothari et al., 1991)。
本研究中接种 G. intraradices的紫云英地下部分分配了相对多的 Cu2+，体现了 AM真菌
－植物共生系统通过在根部滞留大量的 Cu2+而减缓过量 Cu2+对地上部分的损伤，增加植物抗
性的效应。但接种 G. mosseae相对促进了 Cu2+的运转，对紫云英生长的促进作用较弱。因此，
重金属污染土壤中接种 AM真菌对寄主生长的影响并不能一概而论，它与 AM真菌对重金属
抗性的强弱有关，还与 AM真菌－植物共生系统有关。有些种的AM真菌对重金属污染的抗
性较强，在重金属污染的土壤中仍具有较高的活性，能与寄主形成共生关系并抑制重金属从
寄主地下部分向地上部分的运转，降低重金属的毒害作用，提高寄主对重金属污染的抗性；
有些种的 AM真菌对重金属污染的抗性较弱，与寄主形成的共生关系也较弱,或者与寄主形成
共生关系后促进了重金属从寄主地下部分向地上部分的运转，不能显著提高寄主对重金属污
染的抗性。
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