全 文 :丛枝菌根真菌对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙
抗旱性的影响*
吴强盛 夏仁学* *
(华中农业大学园艺林学学院, 武汉 430070)
摘要 采用盆栽试验, 研究了自然水分胁迫和胁迫解除复水条件下接种 AM 真菌摩西球囊霉对柑橘嫁
接苗枳/红肉脐橙生长和保护系统能力的影响.结果表明, 接种 AM 真菌的柑橘嫁接苗的株高、穗粗、叶面
积和新梢生长量显著或极显著地高于未接种植株.在胁迫解除复水第 4 天, 接种 AM 真菌的根系可溶性蛋
白质含量、超氧化物歧化酶( SOD)和过氧化氢酶( CAT )活性显著或极显著高于未接种植株. 在自然水分胁
迫和胁迫解除复水过程中, 接种 AM 真菌较未接种处理降低叶片丙二醛( MDA )含量, 提高可溶性糖和可
溶性蛋白质含量, 增强 SOD、过氧化物酶( POD )、CAT 活性,从而增强柑橘嫁接苗的渗透调节和保护防御
能力, 提高柑橘嫁接苗的抗旱能力.水分和菌根显著交互影响叶片 SOD 活性. AM 真菌提高寄主植物的抗
旱性机制可能与寄主植物的保护系统能力的改变有关.
关键词 AM 真菌 抗旱性 保护系统 柑橘 嫁接苗
文章编号 1001- 9332( 2005) 05- 0865- 05 中图分类号 Q945 78 文献标识码 A
Effects of AM fungi on drought tolerance of citrus graf ting seedling trifoliate orange/ cara cara. WU Qiang
sheng, XIA Renxue ( College of H or ticultur e and For estry , H uaz hong Agricultural Univer sity , Wuhan
430070, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 5) : 865~ 869.
With pot experiment in a gr eenhouse, this paper studied the effects of arbuscular mycor rhizal ( AM ) fungi Glo
mus mosseae on the drought tolerance of citrus gr afting seedling trifoliate orange/ cara car a under natural water
stress and rewatering. T he r esults showed that inoculation w ith AM fungi significantly incr eased the plant
height , stem diameter , leaf ar ea, and shoot length of test seedling . At the 4
th
day of r ew ater ing , mycorrhizal plant
had significantly higher root soluble pr otein content and superox ide dismutase ( SOD) and catalase ( CAT ) activi
ties t han nonmycorrhizal plant. An inter action between w ater and AM fung i could significantly promote leaf
SOD activity. During natural water stress and rew atering, AM fung i inoculation could decrease the leaf content of
malondialdehyde ( M DA) , increase t hose of soluble sugar and soluble protein, and enhance the activities of SOD,
perox idase ( POD) and CAT . As a r esult, t he capability o f osmotic adjustment and protective recovery, and thus,
the drought tolerance of mycorrhizal citrus gr afting seedling were improved. The mechanism that AM fung i could
enhance the drought tolerance of host plant might be related to the protective system of host plant.
Key words AM fung i, Drought tolerance, Protective system, Citrus, Grafting seedling.
* 国家科技部三峡移民科技开发专项资助项目( S200110, S 200216,
2003EP090018) .
* * 通讯联系人.
2004- 04- 15收稿, 2004- 06- 28接受.
1 引 言
目前,我国有三分之一以上的地区为干旱或半
干旱地区, 即使在非干旱地区也经常发生突发性干
旱,况且果树多在山地丘陵栽培,因此水分是其发展
和获得高产优质的主要限制因子之一[ 19, 27] .丛枝菌
根( arbuscular mycorrhiza, AM )在果树中普遍存在,
是丛枝菌根真菌( arbuscular mycorrhizal fung i, AM
真菌)与果树根系的互惠互利共生体[ 25, 28, 29] . 接种
AM真菌对果树实生苗抗旱性影响已有较多报
道[ 7, 14] . Johnson 等[ 7]研究了正常水分和水分胁迫
条件下接种 AM 真菌根内球囊霉 ( Glomus in
traradices)对加里佐枳橙( Ponci rus tr if oliate ! C .
sinensis)的影响,结果表明, 接种 AM 真菌均显著提
高了植株的 P 含量、叶面积、叶干重、茎干重、根干
重和蒸腾速率. 鹿金颖等[ 14]研究表明,在土壤相对
含水量分别为 20%、40%和 60% 条件下, 接种 AM
真菌能够提高酸枣( Ziz yphus sp inosus )实生苗叶片
气孔导度、光合速率,降低叶片自然饱和亏和脯氨酸
含量.国内外的研究均以果树实生苗为试材,离实际
应用相差甚远,且接种 AM 真菌对果树保护系统的
影响还未见报道. 有研究表明 AM 真菌没有影响到
豇豆( Vigna unguiculata)的渗透势、气孔导度和叶
片蒸腾速率[ 2] . 基于此, 本试验以柑橘嫁接苗枳
( Poncirus tr if oliata) /红肉脐橙( Citr us sinensis )为
试材,在短期自然水分干旱胁迫和胁迫解除复水过
应 用 生 态 学 报 2005 年 5 月 第 16 卷 第 5 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, May 2005, 16( 5)∀865~ 869
程中, 研究 AM 真菌对柑橘嫁接苗的生长、渗透调
节物质和保护系统的影响,以揭示 AM 真菌提高植
物抗旱性的生理生化机制,为 AM 真菌在柑橘实际
生产中的应用提供理论依据.
2 材料与方法
21 供试材料
211 供试土壤 取黄壤, 掺入干净的河砂,按体积 9∀1 比
例混合,其理化性状为 pH 值 561, 全氮 126 g#kg- 1 , 有效
磷 11 85 mg#kg- 1 ,有效钾 31 85 mg#kg- 1 ,代换性盐基总量
842 mmol# kg- 1, 田间最大持水量 26 3% , 有机质含量
084% . 试验用土预先用 0 5%甲醛溶液熏蒸 7 d 进行杀菌
处理,之后晾开风干待用.
212 供试菌种 供试 AM 真菌为摩西球囊霉 ( Glomus
mosseae) (中国丛枝菌根种质资源库编号: BGC 501( XG
01) ) , 由北京市农林科学院植物营养与资源研究所菌根研究
室提供,每 10 g 菌土中含有 194 个孢子.
213 供试植物 2001 年 12 月播枳种子, 2002 年 9 月选择
大小整齐的枳实生苗进行芽接, 接穗品种为红肉脐橙. 盆栽
容器为塑料盆,盆口内径 20 cm、盆底内径 15 cm 和盆高 18
cm, 每盆装试验土 3 140 kg.
22 研究方法
221 试验设计 试验设接种 AM 真菌 ( + AM )和不接种
AM 真菌( - AM ) 2 个处理, 每处理重复 7 次, 随机排列, 共
14 盆,每盆定植一株柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙.
试验选在国家果树脱毒种质资源室内保存中心的网室
大棚进行.于 2003年 4月 15 日移栽枳/红肉脐橙(移栽时嫁
接苗生长整齐,萌芽一致) ,移栽时进行根系 AM 真菌接种处
理,每盆施入 20 g 含 AM 真菌孢子的菌土. 之后进行正常水
分管理. 10 月 20 日停止水分供应, 进行自然短期水分干旱
胁迫(胁迫前通过称重法调整各处理的土壤相对含水量达到
80%) ,经过干旱胁迫的第 8 天、第 12 天取样后, 恢复供水,
于复水后的 12 h、24 h 和第 4 天进行取样, 之后收获植株.每
次取样的部位为接穗心叶以下 3~ 5 片叶, 时间为 16: 00 左
右.剪取 1~ 2 cm 长的当年生根段用 FAA固定液固定待用,
部分根系和样叶经液氮速冻后保存于- 40 ∃ 冰箱中, 用于
生理生化指标的测定.
222 测定方法 10 月 20 日(胁迫开始前)采用常规方法测
定接穗叶片数、株高、穗粗、叶面积、新梢生长量和成活率. 菌
根侵染率采用 Phillips 等方法[ 16]测定; 叶片可溶性糖含量采
用蒽酮比色法[ 9]测定; 取鲜样加入 pH 7 8 的磷酸缓冲液,冰
浴研磨, 匀浆转入离心管, 4 000 r#min- 1离心 10 min, 上清液
用于保护系统的测定; 可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝 G
250 染色法测定, 超氧化物歧化酶 ( SOD )、过氧化物酶
( POD)、过氧化氢酶( CAT )活性分别采用氮蓝四唑法、愈创
木酚法和高锰酸钾滴定法测定; 丙二醛( MDA) 的测定和以
上生化指标均依据文献[ 9]的方法进行.
2 2 3 数据处理 所有试验数据运用 SAS 软件 ANOVA 过
程进行处理间差异显著性测验, 采用 LSD 法作多重比较分
析, 运用 SAS 软件中的 GLM 过程作交互作用双因素的差异
显著性测验.
3 结果与分析
31 AM 真菌的侵染和柑橘嫁接苗生长
2003年 11月 3日进行根系菌根侵染率的测定
结果表明,接种AM 真菌的嫁接苗根系菌根侵染率
极显著高于未接种株(表1) ;未接种株也有少量 AM
真菌的侵染, 最大为 641% 这可能是嫁接苗在移
栽前或试验中被其它的 AM 真菌所感染. 嫁接苗生
长结果表明, 接种 AM 真菌显著或极显著地增加株
高、穗粗、叶面积和新梢生长量, 接种株较未接种株
分别增加了 338%、305%、284% 和 388% (表
1) . 可见接种 AM 真菌能促进柑橘嫁接苗接穗的生
长.接种 AM 真菌对接穗叶片数和嫁接苗成活率没
有显著影响.
32 AM 真菌对根系保护系统的影响
由表 2可以看出, 接种 AM 真菌的柑橘嫁接苗
在胁迫解除复水 4 d时,根系中可溶性蛋白质含量、
SOD和 CAT 活性均显著或极显著地高于未接种
株,分别提高了 221%、490%和 3721%, 一定程
度地增强了根系 POD 活性,但差异不显著,表明在
解除自然水分胁迫复水后, 接种 AM 真菌的柑橘嫁
接苗根系酶和非酶保护能力较未接种处理提高, 使
柑橘嫁接苗的根系抗旱性增强.
33 AM 真菌对叶片 MDA含量的影响
由表 3 可见, 不同水分处理时间对叶片 MDA
含量有极显著影响, 接种 AM 真菌能极显著地降低
叶片 MDA 含量. 在整个试验处理期间, 接种株的
MDA 含量一直低于未接种株, 其中于胁迫8 d、复水
表 1 AM真菌的侵染对植株生长的影响
Table 1 Effects of AM fungi colonization on the plant growth
处理
T reatment
侵染率
Colonizat ion
percentage ( % )
接穗叶片数
Leave numbers
of scion
株 高
Plant height
( cm#plant- 1)
穗 粗
Stem diameter
( cm#plant- 1)
叶面积
Leaf area
( cm2)
新梢生长量
Shoot length
( cm#plant- 1)
成活率
Survive percentage
( % )
+ AM 3352 % 873 A 166 % 50 a 2464 % 501 a 0334 % 0029 A 1934 % 266 a 2489 % 348 a 1000 a
- AM 439 % 159 B 156 % 50 a 1842 % 288 b 0256 % 0053 B 1506 % 132 b 1793 % 610 b 1000 a
不同小写字母表示差异显著( P & 005) ,不同大写字母表示差异极显著( P & 001) Dif ferent small letters mean sign if icant dif f erence at 005 level
( LSD analysis) , and dif ferent capital let ters mean ext remely sign ificant diff erence at 001 level ( LSD analysis) .下同 The sam e below .
866 应 用 生 态 学 报 16卷
表 2 复水第 4天的根系保护系统状况
Table 2 Protective system status of root on 4th of resuming water sup
ply
处理
T reat
ment
可溶性蛋
白质含量
Content of
soluble protein
( mg#g- 1FW)
SOD
( u#g - 1FW)
POD
( u#min- 1#g- 1FW)
CAT
(mg#min- 1#g- 1FW)
+ AM 470% 027 a 54123% 8709 a 25307% 5120 a 203% 065 A
- AM 385% 026 b 36322% 4871 b 18716% 3899 a 043% 023 B
表 3 AM真菌对叶片 MDA含量、可溶性糖和可溶性蛋白质含量的
影响
Table 3 Effect of AM fungi on content of MDA, soluble sugar and solu
ble protein in leaf
含 量
Cont ent
处理时间
Treated
time
+ AM - AM 平 均
Average
M DA A 843% 044CD 986% 061AB 914% 092B
( mol#g- 1FW) B 984% 070AB 1059% 059A 1022% 071A
C 916% 011BC 1011% 044A 963% 059AB
D 871% 076C 997% 053AB 934% 090B
E 759% 024D 891% 064C 825% 084C
F 989% 089A 875% 074B
可溶性糖 A 1429% 043BC 1285% 064CD 1357% 092B
Soluble sugar B 1710% 163A 1398% 245C 1554% 253A
( % ) C 1630% 176AB 1371% 037C 1501% 182AB
D 1216% 178CD 1117% 154D 1166% 158C
E 629% 054E 786% 028E 707% 094D
F 1323% 417a 1191% 259b
可溶性蛋白质 A 1609% 096B 1463% 037C 1536% 103A
Soluble protein B 1451% 039C 1313% 088D 1382% 097B
( mg#g- 1FW) C 1495% 054BC 1470% 087BC 1482% 066A
D 1580% 065AB 1437% 094C 1509% 107A
E 1477% 007BC 1458% 020C 1468% 017A
F 1522% 081A 1428% 086B
A: 胁迫8 d 8 d water stress; B: 胁迫12 d 12 d water stress; C: 复水12 h 12 h re
watering; D: 复水 24 h 24 h rewatering; E: 复水 4 d 4 d rewater ing; F: 平均值
Average. 下同T he same below.
24 h 和 4 d 均表现极显著差异, 分别低 145%、
202%和 156%. 胁迫 12 d 的接种株叶片 MDA 含
量与胁迫 8 d 的未接种株相近,无显著差异,表明接
种AM 真菌的效果相当于水分可多干旱 4 d. 由此
可见,接种 AM 真菌改善了柑橘嫁接苗的水分代
谢,从而减轻柑橘嫁接苗膜脂过氧化对细胞的伤害.
水分和菌根对叶片 MDA含量没有显著交互作用.
34 AM 真菌对叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含
量的影响
从嫁接苗叶片可溶性糖含量的结果可以看出,
不同水分处理时间对叶片可溶性糖含量有极显著影
响,接种 AM 真菌显著地增加了叶片可溶性糖含
量.接种AM 真菌的嫁接苗叶片可溶性糖含量在胁
迫 8 d、12 d以及复水 12 h、24 h均高于未接种嫁接
苗,且在胁迫 12 d和复水 12h极显著高于未接种株
(表 3) .说明接种 AM 真菌提高了嫁接苗在胁迫与
复水过程中的渗透调节能力;复水 4 d 接种株叶片
可溶性糖含量低于未接种株,但无显著差异,说明接
种株能够适当从胁迫中提前恢复过来, 不需更多的
渗透调节物资.
由表 3可见,不同水分处理时间对叶片可溶性
蛋白质含量有影响, 接种 AM 真菌极显著地增加了
叶片可溶性蛋白质含量.在水分处理期间,接种株叶
片可溶性蛋白质含量都高于未接种株, 其中于胁迫
8 d、12 d和复水 24 h 接种处理极显著地高于未接
种处理, 分别高出 100%、105% 和 100% . 胁迫
12 d 的接种株叶片可溶性蛋白质含量与胁迫 8 d的
未接种株相比无显著差异, 可见接种 AM 真菌能够
使植株多干旱4 d.水分和菌根对叶片可溶性糖和可
溶性蛋白质含量没有显著交互作用.
35 AM 真菌对叶片保护酶系统的影响
351 SOD 活性 由表 4 可见,不同水分处理时间
极显著影响活性叶片 SOD活性,接种 AM 真菌极显
著提高叶片 SOD活性.在水分处理期间, 接种株叶
片 SOD活性均高出未接种株,其中在自然水分胁迫
的 8 d和 12 d,接种株叶片 SOD活性极显著高于未
接种株,分别高出 762%和 260% .说明接种处理
在逆境下清除 O2-#的能力强于未接种处理,接种处
理的植株抗旱性得到增强. 水分和菌根对叶片 SOD
活性有显著交互作用( P & 005) .
352 POD活性 由表 4可以看出, 不同水分处理
时间极显著影响叶片 POD活性,接种AM 真菌极显
著促进叶片 POD活性. 在水分处理期间, 接种株的
POD活性一直高于未接种株, 其中于自然水分胁迫
8 d、12 d和复水 24 h 表现出接种处理极显著高于
未接种处理,分别高出 431%、586%和 431% .水
分和菌根对 POD活性没有显著交互作用.
表 4 AM真菌对叶片保护酶系统活性的影响
Table 4 Effect of AM fungi on protective enzyme system in leaf
项目
Item
处理时间
Treated time
+ AM - AM 平均值
Average
SOD A 769 75 % 120 23AB 43678 % 7237DE 60326 % 20282BC
( u#g- 1FW) B 841 07 % 33 13A 66742 % 5277BC 75425 % 10295A
C 445 64 % 184 81DE 35364 % 7376E 39964 % 13556D
D 555 59 % 24 84CD 49333 % 3605D 52446 % 4394C
E 718 13 % 32 30AB 68307 % 2122BC 70060 % 3108AB
F 666 04 % 172 66A 52685 % 14158B
POD A 77 67 % 10 3BC 5426 % 1369DEF 6597 % 1681C
( u#min- 1 B 118 95 % 5 36A 7498 % 2093BCD 9696 % 2769A
#g- 1FW) C 63 09 % 8 27CDEF 4150 % 1035F 5230 % 1449D
D 96 52 % 3 88B 6744 % 507CDE 8198 % 1643B
E 55 45 % 7 32CDEF 4726 % 886EF 5136 % 854D
F 82 34 % 24 66A 5709 % 1690B
CAT A 16 62 % 1 82A 1374 % 308B 1518 % 146B
( mg#min- 1 B 17 79 % 0 45A 1646 % 100A 1712 % 101A
#g- 1FW) C 18 72 % 1 20A 1722 % 149A 1797 % 276A
D 10 75 % 1 94C 980 % 061C 1027 % 139C
E 6 85 % 0 98D 421 % 094E 553 % 168D
F 14 15 % 4 89A 1228 % 517B
8675 期 吴强盛等:丛枝菌根真菌对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙抗旱性的影响
353 CAT 活性 不同水分处理时间极显著影响
嫁接苗叶片 CAT 活性, 接种 AM 真菌极显著增强
CAT 活性.在水分处理期间,接种株叶片 CAT 活性
一直高出未接种株, 且在自然水分胁迫 8 d和复水 4
d表现出接种株极显著高于未接种株, 分别提高了
210%和 627%(表 4) . 水分和菌根没有显著交互
影响叶片 CAT 活性.
4 讨 论
41 AM 真菌对植株抗旱性的影响
果树遭受水分胁迫时, 通过积累体内有机物质
如可溶性糖、脯氨酸来增强细胞液浓度,以提高渗透
调节能力[ 21, 24] . 本研究表明, 在自然水分胁迫过程
中,接种AM 真菌的柑橘嫁接苗叶片可溶性糖含量
一直高于未接种株,说明接种株的光合产物比未接
种株高,且渗透调节能力强.
植物在逆境条件下细胞代谢受阻, 产生大量的
活性氧 (如超氧阴离子自由基、过氧化氢、羟自由
基) , 从而发生细胞膜脂过氧化作用. MDA是其产物
之一,通常作为膜脂过氧化指标,表示细胞膜脂过氧
化程度[ 1, 13] . 一般认为, 丙二醛的量可衡量膜脂过
氧化的程度.本试验表明,在自然水分胁迫和胁迫解
除复水过程中, 接种 AM 真菌处理的柑橘嫁接苗枳
/红肉脐橙的叶片 MDA含量一直低于未接种处理.
可以认为, AM 真菌能够减轻嫁接苗在逆境条件下
的细胞膜脂过氧化伤害, 从而增强嫁接苗的抗旱性.
该结果与前人在大豆[ 17]、沙棘[ 20]、烟草[ 22] 和甘
蔗[ 23]上的结果相一致. 还有研究表明, 接种 AM 真
菌能降低烟草幼苗叶片过氧化氢 ( H2O2 )含量和沙
棘细胞质膜相对透性, 进一步说明在逆境过程中,
AM 真菌通过降低活性氧的产生达到减轻细胞膜脂
过氧化的目的[ 20, 22] .
水分逆境下, 植物自动和被动地调节保护酶类
( SOD、POD、CAT)和非酶类保护物质(可溶性蛋白
质) ,以缓解细胞伤害[ 1] . 本研究表明, 接种 AM 真
菌明显地提高了逆境下柑橘嫁接苗叶片和根系的可
溶性蛋白质含量、SOD、POD、CAT 活性, 与前人研
究结果相一致[ 11, 22, 23] . AM 真菌提高了寄主植物的
抗旱性.
42 AM 真菌提高植物抗旱性的机制
AM 真菌提高寄主植物的抗旱性和改善寄主植
物水分代谢的机制可以归结为: 1) AM 真菌的侵染
扩大了寄主植物根系表面积, 2~ 5 m 直径的根外
菌丝能够伸展到根系不能达到的土壤深层, 其吸水
速率为 28 ng#s- 1, 从而促进了寄主植物对水分的
吸收量和吸收速率[ 5, 12, 18, 26] ; 2)菌根菌丝直接参与
水分的运输, 为寄主植物提供了一条低阻力的水分
运输通道[ 8, 12, 26] ; 3)增强寄主植物对矿质营养特别
是 P 的吸收[ 4, 15] ; 4)通过增加寄主植物叶片和根系
细胞可溶性碳水化合物,如可溶性糖、游离氨基酸等
物质的浓度,使细胞渗透势降低,有利于寄主植物保
持水分[ 10, 18] ; 5)内源激素的改变影响寄主植物的气
体和水分传导[ 3] . 本试验结果证实了第四机制. 在
水分逆境条件下, AM 真菌能够刺激柑橘嫁接苗叶
片积累可溶性糖, 与玉米在现蕊期遭受水分胁迫接
种株积累大量的可溶性糖的研究结果相一致[ 10]
积累的可溶性糖可能使植株在逆境时叶片细胞渗透
势降低,从而有利于植株保持和获得水分,维持植株
的正常生长.
本研究表明, 接种 AM 真菌明显地提高了逆境
下柑橘嫁接苗叶片和根系的可溶性蛋白质含量、
SOD、POD、CAT 活性. Porcel等[ 17]认为, 接种 AM
真菌也能促进大豆根系谷胱甘肽还原酶 ( g lu
tathione reductase, GR)活性.王元贞等[ 22, 23]研究表
明,接种 AM 真菌降低烟草叶片 H2O2 含量和甘蔗
叶片活性氧( O-#2 )产生速率.接种AM 真菌的番茄根
系 POD活性明显升高, 苯丙氨酸解氨酶和 - 葡萄
糖苷酶活性增强[ 6] . 综上可见, 在水分逆境下,接种
AM 真菌的植株可能通过增强酶类保护物质活性
(如 SOD、POD、CAT、GR、苯丙氨酸解氨酶等)和增
加非酶类保护物质含量(如可溶性蛋白质) ,从而降
低活性氧(如 H 2O2、O-#2 )的产生,调节细胞内 MDA
的形成,降低细胞质膜相对透性,使细胞膜脂过氧化
得到缓解,保护了细胞膜系统的完整性,维持了细胞
正常生理代谢活动,植物抗旱性得到提高.关于这一
机制尚待进一步验证.
参考文献
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作者简介 吴强盛, 男, 1978 年生,博士生. 主要从事柑橘丛
枝菌根生理的研究, 发表论文 5 篇. T el: 02787284181; E
mail: wuqsh@w ebmail. hzau. edu. cn
8695 期 吴强盛等:丛枝菌根真菌对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙抗旱性的影响