內(nèi)生真菌對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)的影響范文

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《熱帶作物學(xué)報(bào)》2016年第四期

摘要

為揭示內(nèi)生真菌對(duì)杉木幼苗的促生作用，采用淋冠施菌和澆根施菌2種方式接種5株內(nèi)生真菌aJ4、NG6、CG2、AY13和CG9于杉木幼苗內(nèi)，分析并比較其對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊憽＝Y(jié)果顯示：在2種不同的施菌方式下，CG2菌株對(duì)杉木幼苗地上部干物質(zhì)量、根冠比和總干重影響最大，促生效果顯著。aJ4菌株和NG6菌株均能顯著提高杉木幼苗葉片葉綠素含量，且實(shí)際光合效率較高；采用淋冠施菌方式，CG2菌株處理的植株光能利用潛力較大，NG6菌株處理的植株P(guān)SII電子傳遞速率較高；采用澆根施菌方式，aJ4菌株處理的植株光能利用潛力較大，CG2菌株處理的植株P(guān)SII電子傳遞速率較高；AY13菌株處理提高PSII反應(yīng)中心活性的效果表現(xiàn)為澆根施菌方式優(yōu)于淋冠施菌方式；CG9菌株在2種施菌方式下光合特性均不理想，表明并不是所有的內(nèi)生真菌都能提高植株的光合作用能力。研究結(jié)果表明，5株內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響存在顯著差異，但不同的施菌方式對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒獾挠绊懖町惒伙@著。

關(guān)鍵詞

杉木；內(nèi)生真菌；促生作用；葉綠素

植物內(nèi)生菌與植物之間存在一種復(fù)雜的微生態(tài)關(guān)系。近年來，前人在一些重要的經(jīng)濟(jì)林木，如針葉類的各種云杉（Piceaasperata）、紫杉（Taxuscuspidate）、長(zhǎng)白松（PinusSylvestris）等植物的樹皮、枝葉內(nèi)發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌的存在，并對(duì)其進(jìn)行深入研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，部分內(nèi)生真菌因能與宿主植物共生而對(duì)宿主植物產(chǎn)生有益影響，這種有益影響表現(xiàn)在內(nèi)生真菌可提高宿主植物的固氮能力[1]、產(chǎn)生促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)[2]以及增強(qiáng)宿主植物抗逆境和抗病蟲害[3]等方面。目前，對(duì)于內(nèi)生真菌與宿主植物關(guān)系的研究，多集中于內(nèi)生真菌對(duì)宿主植物的促生作用和提高抗逆作用等方面，而對(duì)宿主植物生長(zhǎng)光合生理機(jī)制影響的報(bào)道相對(duì)較少[4-5]。杉木作為我國(guó)人工林主要造林樹種之一，其栽培面積和蓄積量在我國(guó)人工林中居首位[6]。近幾十年，由于純林連栽等不正確經(jīng)營(yíng)措施，導(dǎo)致林地生產(chǎn)力不斷下降。為提高杉木人工林林地生產(chǎn)力，我國(guó)學(xué)者在推行輪作制度、培育混交林、改善人工林結(jié)構(gòu)[7]等方面開展大量研究工作。為此，本研究選取杉木為研究對(duì)象，利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)分析內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，探討內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)光合性能的影響機(jī)制，旨在了解內(nèi)生真菌對(duì)杉木生長(zhǎng)的促進(jìn)效果和更有效的利用這一生物資源提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試植株本試驗(yàn)所用一年生杉木組培苗由福建省林科院提供，品種為杉木優(yōu)良無性系FS01。1.1.2供試菌株本試驗(yàn)所用內(nèi)生真菌Mucorsp.（aJ4），Aspergillussp.（AY13），Cylindrocarponsp.（CG2），Penicilliumsp.（CG9）和Sebacimasp.（NG6）由福建省高校森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)與過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.1.3培養(yǎng)基本試驗(yàn)所用內(nèi)生真菌培養(yǎng)基為改良馬丁液體培養(yǎng)基。

1.2方法

1.2.1菌液制備將5株內(nèi)生真菌接入等體積的改良馬丁液體培養(yǎng)基，于28℃、160r/min搖床上培養(yǎng)72h。用血球計(jì)數(shù)法計(jì)算孢子數(shù)量，將已計(jì)數(shù)的菌液用無菌水按10倍稀釋法稀釋成5.5×106個(gè)/L。

1.2.2杉木接種處理（1）試驗(yàn)地概況。本試驗(yàn)在福建農(nóng)林大學(xué)福建省高校森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)與過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田間試驗(yàn)地內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地位于118°08′～120°31′E，25°15′～26°39′N，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為20～25℃。氣候溫和，夏長(zhǎng)冬暖，無霜期長(zhǎng)，達(dá)326d，年平均降雨量為1342.5mm。（2）杉木接種實(shí)驗(yàn)。選擇長(zhǎng)勢(shì)大致相同的幼苗種植于直徑為15cm、高為14cm的塑料盆內(nèi)，每盆放入質(zhì)量相等（4kg）的黃心土，實(shí)驗(yàn)所用土壤均經(jīng)過蒸汽嚴(yán)格滅菌。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)2個(gè)施菌方式：①澆根施菌（R）：種植1m后，刨開土壤現(xiàn)出根系，連續(xù)3d于根系上一次性施入相同濃度的100mL菌株孢子液。②淋冠施菌（G）：種植1m后，連續(xù)3d向幼苗樹冠一次性淋下相同濃度的100mL菌株孢子液，使整棵幼苗能充分接觸到菌液。每種菌液處理3株幼苗，4次重復(fù)，用無菌水處理作為空白對(duì)照[8]。接種60d后，測(cè)定全部杉木幼苗的生物量、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.2.3各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定（1）生物量測(cè)定。生物量測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[9]。（2）葉綠素含量測(cè)定。葉綠素含量采用丙酮乙醇提取法測(cè)定[10]。（3）葉綠素?zé)晒馓匦詼y(cè)定。葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定參照文獻(xiàn)[11]。1.3數(shù)據(jù)處理所有計(jì)算結(jié)果采用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗地上部干物質(zhì)量、根冠比和總干重的影響由表1可知，內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗的地上部干物質(zhì)量、根冠比和總干重有較大影響。從地上部干物質(zhì)量和總干重來看，5株內(nèi)生真菌均能顯著提高杉木幼苗的地上部干物質(zhì)量和總干重。其中，CG2菌株處理的地上部干物質(zhì)量和總生物量均顯著高于對(duì)照（p<0.05），其余菌株處理與對(duì)照之間無顯著差異（p>0.05）。從根冠比來看，除CG2菌株在兩種施菌方式下均能提高杉木幼苗的根冠比（其中G處理顯著提高），其余菌株對(duì)杉木幼苗根冠比的促進(jìn)效應(yīng)受不同施菌方式的影響。在G施菌方式下，AY13菌株處理的根冠比顯著大于對(duì)照，CG9菌株和NG6菌株處理的根冠比均顯著小于對(duì)照；在R施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株處理的根冠比大于對(duì)照，AY13菌株和CG9菌株處理的根冠比小于對(duì)照，但各處理之間不存在顯著差異(p>0.05)。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同施菌方式對(duì)感染內(nèi)生真菌的杉木幼苗其地上部干物質(zhì)量、根冠比和總生物量的影響未達(dá)到顯著水平(p>0.05)。

2.2不同內(nèi)生真菌對(duì)杉木幼苗葉綠素含量的影響由表2可知，不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉片葉綠素含量影響不同。5株內(nèi)生真菌中，感染aJ4菌株和NG6菌株的杉木幼苗葉片葉綠素含量高于對(duì)照植株，其余菌株處理均低于對(duì)照。各菌株處理與對(duì)照之間的差異，僅CG2菌株在G施菌方式下達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)，其余菌株處理與對(duì)照之間均無顯著差異(p>0.05)。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，各菌株對(duì)杉木幼苗葉綠素含量的影響在不同施菌方式下均表現(xiàn)為無顯著差異(p>0.05)。

2.3不同內(nèi)生真菌對(duì)杉木幼苗葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懹杀?可知，不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)0值影響不同。5株內(nèi)生真菌中，除CG9菌株處理的F0值高于對(duì)照，其余菌株處理的F0值均低于對(duì)照，且與對(duì)照之間無顯著差異(p>0.05)。在不同施菌方式下，杉木幼苗葉片F(xiàn)0值對(duì)內(nèi)生真菌接種的響應(yīng)雖有不同，但除CG2菌株在不同施菌方式下對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)0值的影響有顯著差異(p<0.05)，其余感染內(nèi)生真菌的杉木幼苗葉片F(xiàn)0值在不同施菌方式下均無顯著差異(p>0.05)。不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值的影響也不一樣。5株內(nèi)生真菌中，aJ4菌株和CG9菌株在不同施菌方式下對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值的影響以及NG6菌株在R施菌方式下對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)v值的影響表現(xiàn)一致，即均高于或低于對(duì)照植株，而AY13菌株和CG2菌株處理的Fm和Fv值以及NG6菌株處理的Fm值均受施菌方式差異的影響。感染AY13菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值在G施菌方式下低于對(duì)照植株，在R施菌下高于對(duì)照植株，且不同施菌方式對(duì)感染AY13菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)v值的影響有顯著差異(p<0.05)，對(duì)Fm值的影響無顯著差異(p>0.05)。感染CG2菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值在G施菌方式下低于對(duì)照植株，在R施菌方式下高于對(duì)照植株，且二者達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)。感染NG6菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)m值在R施菌方式下低于對(duì)照植株，在G施菌下高于對(duì)照植株，但兩者差異不顯著(p>0.05)。此外，本研究中盡管有部分菌株對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值的影響在不同施菌方式下存在顯著差異(p<0.05)，但多數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明各菌株對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)m和Fv值的影響在不同施菌方式下無顯著差異(p>0.05)。由表4可知，不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉片F(xiàn)v/Fm值影響不同。在G施菌方式下，除感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)v/Fm值低于對(duì)照植株，其余菌株處理的Fv/Fm值均高于對(duì)照植株，其中aJ4菌株、CG2菌株和CG9菌株處理與對(duì)照之間差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)v/Fm值低于對(duì)照植株，其余菌株處理Fv/Fm值均高于對(duì)照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株、CG9菌株和NG6菌株處理與對(duì)照之間達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)。不同施菌方式對(duì)感染內(nèi)生真菌的杉木幼苗Fv/Fm值的影響差異除在AY13菌株處理下達(dá)到顯著水平(p<0.05)，其余菌株處理無顯著差異(p>0.05)。不同內(nèi)生真菌感染對(duì)杉木幼苗葉綠素?zé)晒釬v/F0值的影響表現(xiàn)為：在G施菌方式下，感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)v/F0值低于對(duì)照植株，其余菌株處理的Fv/F0值均高于對(duì)照植株，其中aJ4菌株處理和CG2菌株處理與對(duì)照之間存在顯著差異(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗葉片F(xiàn)v/F0值顯著低于對(duì)照植株，其余菌株處理的Fv/F0值均高于對(duì)照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株和NG6菌株處理與對(duì)照之間達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)。不同施菌方式對(duì)感染內(nèi)生真菌的杉木幼苗Fv/F0值的影響差異除在AY13菌株處理下達(dá)到顯著水平(p<0.05)，其余菌株處理下不存在顯著差異(p>0.05)。

3討論與結(jié)論

前人研究結(jié)果表明，內(nèi)生真菌感染能促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)。如劉慧等[12]研究比較內(nèi)生真菌和叢枝菌根真菌單獨(dú)及混合接種對(duì)羊草生長(zhǎng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于叢枝真菌，內(nèi)生真菌更能顯著增加羊草的地上生物量和總生物量。任安芝等[13]發(fā)現(xiàn)，在缺磷條件下，相比未感染內(nèi)生真菌的黑麥草，感染內(nèi)生真菌的黑麥草根冠比更高，生物量更大，表明內(nèi)生真菌侵染對(duì)黑麥草的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，這與內(nèi)生真菌能提高黑麥草在缺磷條件下吸收利用磷的能力有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在兩種不同的施菌方式下，5株內(nèi)生真菌均能提高杉木幼苗地上部干物質(zhì)量和總生物量，根冠比總體表現(xiàn)為內(nèi)生真菌處理高于對(duì)照苗。其中，CG2菌株促生效果最好，主要表現(xiàn)在CG2菌株處理有較高的地上部干物質(zhì)量、根冠比和總生物量。說明5株內(nèi)生真菌均能促進(jìn)杉木幼苗的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而促生效果的差異可能與內(nèi)生真菌種類有關(guān)，也有可能與5株內(nèi)生真菌改善杉木幼苗吸收養(yǎng)分能力的差異有關(guān)。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量高，有利于提高植物的光合效率，增加有機(jī)養(yǎng)分的積累。本研究中，在淋冠施菌和澆根施菌兩種施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株處理葉片葉綠素含量顯著增加，表明施用aJ4菌株和NG6菌株有利于杉木幼苗葉綠素的合成，從而提高杉木幼苗的光合效率，有利于積累更多光合物質(zhì)，為宿主植物生長(zhǎng)提供物質(zhì)來源。

葉綠素?zé)晒馀c植物整個(gè)光合作用過程密切相關(guān)，是光合作用的探針。隨著葉綠素?zé)晒饫碚摰闹鸩酵晟坪蜏y(cè)定技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的研究表明植物體內(nèi)發(fā)出的葉綠素?zé)晒庑盘?hào)提供了大量的光合作用信息，可用于進(jìn)行植物光合作用機(jī)制、植物抗逆生理等方面的研究。本實(shí)驗(yàn)中，感染AY13、aJ4、NG6菌株的杉木幼苗葉片有較低的F0值以及較高的Fm和Fv值。F0值的變化可以推測(cè)出反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護(hù)機(jī)制[14]，而Fm和Fv值可反映PSII的電子傳遞情況和反映中心的活性大小[15]，表明這3株內(nèi)生真菌能保護(hù)杉木幼苗反應(yīng)中心受到損害，并提高了光合電子傳遞速率和PSII反應(yīng)中心的活性。Fv/Fm和Fv/F0值常用于表示最大光化學(xué)效率和潛在光化學(xué)效率，二者在非脅迫條件下變化極小，不受環(huán)境和生長(zhǎng)條件的影響[16-17]。然而，關(guān)于內(nèi)生真菌感染對(duì)宿主植物葉片F(xiàn)v/Fm值影響的報(bào)道存在差異，閆寧等[18]研究表明，用食用黑粉菌侵染茭白植株能顯著提高其電子傳遞速率和PSII實(shí)際光化學(xué)效率，但對(duì)茭白植株葉片F(xiàn)v/Fm值影響不顯著。韓榮等[19]則發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下，羽茅植株葉片的Fv/Fm值顯著低于對(duì)照植株，而感染內(nèi)生真菌的羽茅植株，其葉片F(xiàn)v/Fm值高于對(duì)照植株，表明內(nèi)生真菌對(duì)維持羽茅植物葉片F(xiàn)v/Fm值產(chǎn)生有利效應(yīng)。Fv/F0作為Fv/Fm的另外一種表達(dá)方式，在本研究中其變化趨勢(shì)和Fv/Fm一致。本實(shí)驗(yàn)中，aJ4處理、CG2處理和NG6處理的植株其葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/F0值均高于對(duì)照苗，說明感染aJ4菌株、CG2菌株和NG6菌株提高了杉木幼苗PSII反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率、內(nèi)稟潛在活性，從而提高了光能向化學(xué)能轉(zhuǎn)換的速率和效率，為碳同化提供更充足的能量，有利于改善葉片的光合功能和提高光合速率。為了更全面了解內(nèi)生真菌對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定了淋冠施菌和澆根施菌2種不同的施菌方式。試驗(yàn)結(jié)果表明不同菌株在2種不同施菌方式下表現(xiàn)各異，個(gè)別菌株對(duì)試驗(yàn)苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響表現(xiàn)為澆根施菌方式優(yōu)于淋冠施菌方式，但數(shù)據(jù)分析表明，總體上施菌方式的不同對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懖町惒伙@著，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是同一菌株在同一宿主植物內(nèi)定殖規(guī)律相同，不同施菌方式只影響內(nèi)生真菌與宿主植物共生關(guān)系建立的過程，而對(duì)內(nèi)生真菌通過其對(duì)宿主植物的促進(jìn)作用改善植物生長(zhǎng)的機(jī)理無顯著影響。

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作者：徐歡 徐彩瑤 林勇明 吳承禎 李鍵 洪偉 謝安強(qiáng) 林晗 單位：福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院 福建省高校森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)與過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院 武夷學(xué)院