全 文 ：沙棘与微生物联合共生体的初步研究*
何兴元* *
吴清风
韩桂云
周玉芝
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016)
田春杰
(复旦大学生命科学院, 上海 200433)
摘要
在盆栽实验条件下通过生物接种技术, 对非豆科固氮树木沙棘进行联合共生体的人工构建,定量研究
了 VA菌根真菌和 Frank ia 对沙棘生长的促进作用,并对 VA 菌根菌与 Frankia 之间的联合增效作用进行了探
讨. 结果表明,双接菌 VAH+ HR16 的促生效果最佳,接菌植株的株高、地径、鲜重、叶绿素含量和净光合效率分
别比对照提高了 42
25%、33
52%、198
56%、43
33%和 17
44% .
关键词
沙棘
VA菌根菌
弗兰克氏放线菌
联合共生
盆栽
文章编号
1001- 9332( 2001) 06- 0876- 03
中图分类号
Q939
9
文献标识码
A
Symbiotic association of Hippophae rhamnoides and the microbes. HE Xingyuan, WU Qing feng, HAN Guiyun,
ZHOU Yuzhi( I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016) ; T IAN Chunjie( I nsti
tute of Biodiver sity Science, Fudan University , Shanghai 200043) . Chin . J . A pp l . Ecol . , 2001, 12( 6) : 876~ 878.
Symbiosis between Frank ia, VA mycorrhizal fungi and H ippophae rhamnoides w as conducted in po t cultures. T he re
sults indicated the cor relation of VA mycorrhizae and Frank ia. In treatment inoculated VAH and HR16, height, di
ameter, fresh w eight, chlorophyll content, and net photosynthetic rate increased by 42
25% , 33
52% , 198
56% ,
43
33% , and 17
44% respectively.
Key words
Hippophae rhamnoides , VA mycorrhizae, Frankia, Symbiosis, Pot culture.


* 中国科学院基金资助项目( KZ951B1101) .


* * 通讯联系人.


2001- 2- 12收稿, 2001- 4- 29接受.
1
引

言
非豆科固氮树种沙棘( H ippophae rhamnoides)是
三北地区重要垦荒先锋树种, 其果实富含多种维生素,
具有重要的经济开发价值;同时,沙棘又是具有内生菌
根真菌的优良固 N 树种[ 2] , 有着较高的生态价值. 本
文通过对沙棘菌根、根瘤联合共生体人工构建技术以
及沙棘联合共生的增效作用的研究, 选择出沙棘的最
适共生菌根菌、固 N 菌及最佳接种组合, 为沙棘的联
合共生体接种技术在造林生产实践, 尤其是在逆境条
件下的应用提供理论依据.
2
材料与方法
2
1
供试土壤
供试土壤取自中国科学院沈阳应用生态研究所树木园内
40cm以下生土,将其与河沙以 2!1比例混合后装入直径为 20cm的
泥盆中,每盆2
5kg,另加过磷酸钙 5g.土壤理化性质如表1.
表 1
土壤理化性质
Table 1 Physicochemical properties of soi l
养分含量 Nutrient
content ( % )
N P2O5 K 2O
速效养分含量 Available
nut rient content( mg∀kg- 1)
N P K
pH
0
119 0
290 2
608 87
08 60
74 129
98 6
66
2
2
菌剂及接种量
弗兰克放线菌HR16:分离于沙棘根瘤, 由中国科学院沈阳
应用生态研究所微生物室提供. 菌种于 28# 摇瓶培养 ( BAP 培
养液) ,将其离心后, 100 棵苗接种 1ml菌体( 1000r∀min- 1 , 5~
10min) .
VA 菌根菌:主要是 G . aggr egatum , 其中VAR 分离于刺槐
林下, VAH 分离于沙棘林下.通过白车轴草扩繁后获得含有孢
子和细根碎片(侵染率为 48% )的菌根菌剂, 每盆接种 50g.
4月初挑选发芽良好的种子(消毒灭菌)进行播种. 先将内生
菌根真菌接种于盆中,播入种子.小苗出后 1 周, 接种放线菌. 盆
栽前 2 周置于温室中,之后放于室外 6 个月, 10 月初进行测试.
2
3
实验处理
1)不加接种物(对照) ; 2)接种弗兰克放线菌 HR16; 3)单接
种菌根真菌 VAR,单接种菌根真菌 VAH; 4)双接种菌根真菌和
放线菌 VAR和 HR16,每处理重复 5次, 每盆 5 棵苗.
2
4
生长指标及生理指标的测定
分别测定株高、地径、鲜重、主根长、侧根数、结瘤量、固 N
活性、叶绿素含量、净光合效率;菌根及根瘤形态解剖观察及切
片观察;乙炔还原活性采用乙炔还原法及沈善敏等改进方法进
行测试;叶绿素含量采用 ANON 法进行测定[ 5] ; 净光合效率采
用 CL301PS 光合作用测定仪进行测定; 菌根侵染率采用压片
染色法进行计数统计[ 2] .
3
结果与分析
3
1
VA 菌根菌对沙棘生长的促进作用
已有研究表明, VA 菌根可以促进宿主植物对养
应 用 生 态 学 报
2001 年 12 月
第 12 卷
第 6 期
































CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2001, 12( 6)!876~ 878
分尤其是 P 素的吸收, 从而促进宿主植物的生长[ 3] .
但菌根菌对于非豆科固 N 树木的影响未见报道.我们
针对沙棘选择了两种内生菌根真菌, 一方面考察菌根
真菌对非豆科固 N 树木是否存在促进作用, 同时验证
不同菌种之间效果的差别并分析其原因.从表 2可知,
接种VAR 的植株在株高、地径、鲜重上分别比对照高出
30
29% ,22
54%和 154
59%,单接 VAH 的植株分别比
对照高出40
47%, 24
79%和 171
63%;接种VAR 植株
的侧根数和侵染率比对照高出 50%和 12
5%, 接种
VAH 植株高出更多,分别为 125%和 62
5%.
表 2
不同菌根真菌对沙棘生长的影响
Table 2 Stimulation of VA mycorrhizae on the growth of host plant
菌种
S trains
沙棘生物量指标
Index of biological weight
株高 Height
(cm)
地径 Diameter
( cm)
鲜重Fresh
w eight( g)
沙棘生理指标
Physiological index
叶绿素含量
Chlorophyll content
( mg∀g- 1)
净光合效率 Net
photosynthetic rate
( CO2mg∀dm- 2∀h- 1)
菌根发育情况
Grow th of mycorrhizae
侧根数 Number
of lateral
root s
侵染率
Infect ion
( % )
VAR 35
83 0
435 10
59 3
61 3
772 12 45
VAH 38
63 0
443 11
30 3
74 3
953 18 65
CK 27
50 0
355 4
16 2
70 3
510 8 40


从沙棘叶绿素含量和净光合效率两项生理指标可
以发现, 接种 VAR 的植株比对照高出 33
70% 和
7
46%, 接种 VAH 的植株比对照高出 38
52% 和
12
62%, 这也从植物生理的角度验证了菌根菌的促生
作用,其作用机理有待进一步研究.
3
2
Fr ankia 对沙棘的促进作用
Frankia 能够改善植物的 N 素营养, 从而促进植
物的生长. 我们的研究结果 (表 3)证实了这一点; 同
时,接种菌株HR16的各项指标都较好,对宿主植物沙
棘来说是一种较合适的共生菌种.
表 3
Frankia对沙棘生长的促进作用
Table 3 Stimulation of Frankia on the growth of host plant
菌种
S trains
沙棘生物量指标
Index of biological w eight
株高 Height
( cm)
地径Diameter
( cm)
鲜重 Fresh
w eight (g)
沙棘生理指标
Physiological index
叶绿素含量
Chlorophyll content
( mg∀g- 1)
净光合效率 Net
photosynth etic rate
( CO 2mg∀dm- 2∀h- 1)
根瘤结瘤固 N 能力
Nit rogenf ixing ability of nodules
结瘤量 Dry w eight
of nodules( g)
固N活性Measurement
of nitro gen f ix at ion
( nmolC2H2∀min- 1∀g f- 1∀nt- 1)
HR16 34
33 0
400 9
53 3
62 3
850 0
4936 25
812
CK 27
50 0
355 4
16 2
70 3
510 0
1691 21
378


由表 3可知,接种 HR16的植株结瘤固 N 能力明
显增强,其结瘤量和固 N活性比对照提高 191
90%和
20
74%, 而接菌植株良好的生长状况与放线菌结瘤固
N 密切相关, 随着固 N 能力的提高, 其株高、地径、鲜
重也分别高出对照 24
84%, 12
68% 和 129
09%. 放
线菌还可以提高树木的生理功能, 接菌植株叶绿素含
量和净光合效率分别高出对照 34
26%和 9
69%, 这
对于促进沙棘的生长、延缓叶片的脱落及提高其抗逆
性有重要作用.
3
3
VA 菌与 Frankia 的联合增效作用
本文对 VA 菌根真菌、Fr ankia 其协同促生作用
进行定量探讨, 试图对联合共生的机理有所揭示, 结果
见表 4. Frankia 可通过分泌物来改变根际环境,进而
影响菌根的发育[ 6] ,从实验结果可以看出, 接种 HR16
促进了菌根菌的发育状况, 单接 VAH 的植株其侧根
数和菌根侵染率比对照分别提高 125%和 62
5%, 而
双接种 VAH 和 HR16的植株的侧根数和菌根侵染率
提高 175%和 87
5%;单接VAR的植株侧根数和侵染
率比对照分别提高 50%和 12
5%, 双接种 VAR 和
HR16的植株提高 87
5%和 37
5% .


双接种菌根菌和放线菌不仅促进了菌根的发育状
况, 也提高了放线菌的结瘤固N能力. 通过对比单接
表 4
VA菌与 Frankia 的协同作用
Table 4 Interaction between Frankia and mycorrhizae
菌
种
S trains
刺槐生物量指标
In dex of biological w eight
株高
Height
( cm)
地径
Diameter
( cm)
鲜重
Fresh
w eight
( g)
刺槐生理指标
Physiological index
叶绿素含量
Chlorophyll
content
(mg∀g- 1)
净光合效率
Net phot osynthetic
rat e
( CO2mg∀dm- 2∀h- 1)
菌根发育状况
Growth of mycorrhizae
侧根数(条)
Number of
lateral root s
侵染率
Infect ion
( % )
根瘤结瘤固 N 能力
Nit rogenfixing ability of nodules
结瘤量
Dry w eight
of nodules
( g)
固 N 活性
Measurement of
nitrogen fixat ion
( nmolC2H2∀min- 1∀
gf- 1∀nt - 1)
VAR 34
33 0
400 9
53 3
62 3
850 12 45 0
5073 25
919
VAH 35
83 0
435 10
59 3
61 3
772 18 65 0
5851 26
011
HR16 38
63 0
443 11
30 3
74 3
953 9 42 0
4936 25
812
VAR+ HR16 36
55 0
412 11
58 3
81 3
903 15 55 0
5115 25
983
VAH + HR16 39
12 0
474 12
42 3
87 4
122 22 75 0
6021 26
441
CK 27
50 0
355 4
16 2
70 3
510 8 40 0
1691 21
378
8776 期














何兴元等:沙棘与微生物联合共生体的初步研究









放线菌和双接放线菌与菌根菌的植株可以发现,单接
放线菌 HR16 的植株结瘤量和固 N 活性比对照高
191
90%和 20
74% , 而双接种 VAR 和 HR16 则为
202
48%和 21
54%, 双接种 VAH 和HR16的结瘤固
N 能力最高,分别为 256
06%和 23
68%;
结果反映出菌根菌的发育状况与放线菌的结瘤固
N 能力之间的相互增效作用,这种良好效应导致了联
合共生优势的产生, 促进了宿主植物的生长. 接种
VAH 与 HR16的植株其株高、地径、鲜重、叶绿素含量
和净光合效率分别比对照高 42
25%、33
52%、
198
56%、43
33%和 17
44%,明显好于单接 VAH 或
单接 HR16的植株. VAR与 HR16的双接种植株的各
项指 标也比对 照高 32
91%、16
06%、78
37%、
41
3%和 11
20% , 但并没有显示出比单接菌更大的
优势.
4
讨

论
实验结果表明 VA 菌根真菌与 Frankia 对宿主植
物的生长具有联合增效作用,其机理可从下面两个方
面分析:对植物生长起重要作用的因素除了水分以外,
N、P 营养的供应是最重要的. 放线菌能够通过固定大
气中的 N 素,满足植物的生长对 N 素的需求.内生菌
根真菌能够帮助宿主植物从土壤中吸收 P 素[ 4] ;固 N
菌和菌根菌具有的生防功能是联合共生体促进宿主植
物生长的另一原因: 菌根的侵染改变了根系的形状及
生理和生化性状, 限制了病原菌的侵染[ 2] , 放线菌能
够分泌一些抗生素来达到生防的目的[ 1] . 关于二者之
间协同作用的一个问题是:内生菌根真菌的根际效应
既有促进作用也有抑制作用[ 6] , 而放线菌也可以产生
抗生素,那么彼此之间必然带来一定的副效应,菌根真
菌对植物促进作用和副效应之间如何平衡的问题就成
为联合共生体共生效益能否发挥的关键.
联合共生优势是建立在菌种合理搭配的基础上
的,不同菌种的组合促生效果不同,对沙棘来说, VAH
+ HR16是一种较好的接菌组合, VAH 是沙棘根际的
土著微生物,与 Fr ankia 长期协同进化, 彼此协调, 功
能互补,因而体现出明显的共生优势,在促进沙棘生物
量的提高、生理功能的增强和抗逆性提高的方面好于
其它的接种.土著菌种的选择对共生效益的发挥具有
重要的意义.
参考文献
1
Ding J (丁
鉴) , Zhang ZZ( 张忠泽) . 1993. Studies on symbiotic ni
t rogen fixat ion of Fr ankia and nonleguminous plants. In: Zhang XW
(张宪武) ed. Studies on Soil M icroorganism . Shenyang: Shenyang Pub
lishing House. 184~ 195( in Chinese)
2
Gong MQ(弓明钦) , Chen YL(陈应龙) , Zhong CL(仲崇录) . 1996.
Mycorrhizal Research and Applicat ion. Beijing:C hina Forest ry Press. ( in
Chinese)
3
Li XL ( 李晓林 ) . 1992. Characteristics of plant rhiz osphere nut rit ion
an d ef fects on plant growth. In: Li XL(李晓林) ed. Charaterist ics and
Ut ilizat ion of S oil Resources. Beijing: Beijing Agricultural University
Press. 339~ 346( in Chinese)
4
Linderman RG. 1988. Mycorrhizal interaction w ith the rhizosphere mocroflo
ra: The mycorrhizosphere effect. Phytopathol , 78( 3) : 366~ 370
5
Secilia J, Bagyaraj DJ. 1987. Bacteria and act inomycetes associated with pot
cultures of vesiculararbuscular mycorrhizae. Can J Microbiol , 33: 1069~
1073
6
Tylka Gl,Hussey RS, Roncadori RW. 1991.Axenic germination of vesicular
arbuscular mycorrhizal fungieffects of selected st rephomyces species. Phy
t opathol , 81: 754~ 759
作者简介
何兴元,男, 1962 年生,博士, 研究员,主要从事外生
菌根生态与应用、非豆科固 N 树种 N 循环及混交林以及城市
森林生态等方面研究,发表论文 30 余篇. Email: hexy@ iae. ac.
cn
878 应
用
生
态
学
报


















12卷