丛枝菌根真菌与绿色木霉对干...、生理特征及水分利用的影响_王建.pdf

王建，赵单 丛枝菌根真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长、生理特征及水分利用的影响 J 江苏农业科学，2023，51(4):164 170doi:10 15889/j issn1002 1302 2023 04024丛枝菌根真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长丛枝菌根真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长、生理特征及水分利用的影响生理特征及水分利用的影响王建1，赵单2(1 河南林业职业学院，河南洛阳 450002;2 湖南省农林工业勘察设计研究总院，湖南长沙 410007)摘要:为了解接种丛枝菌根真菌(Funneliformis mosseae)和绿色木霉真菌(Trichoderma viride)对干旱胁迫下苹果树幼苗的缓解机制，采用盆栽土培试验，探索了丛枝菌根真菌处理(FM)、绿色木霉处理(TV)及其复合处理(FM+TV)对正常水分(WW)和干旱胁迫(DS)下苹果树幼苗生长、生理特性及水分利用的影响。研究结果表明，无论 WW 还是DS 条件下，FM 处理、TV 处理均在一定程度上促进了苹果树苗的干物质、茎粗及根系构型等生长发育，抑制了植株光合色素(叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素)分解，改善了光合气体交换参数(Pn、Gs、Ci、Tr)，激活了抗氧化系统(SOD、CAT、POD、O2)，降低了应激产物(丙二醛、H2O2、O2)含量，提高了植株水分利用效率(WUE)和叶片相对含水量(RWC)。FM 处理在缓解干旱胁迫相关的生长发育及水分利用方面更为有效，而 TV 处理在诱导内部抗氧化酶系统生理代谢方面表现更佳。整体而言，二者组合处理(FM+TV)效果最优，与 WW CK 处理相比，DS FM+TV 处理 WUE显著提高 26 92%，RWC 显著提高 13 64%。综上，在干旱环境中接种丛枝菌根真菌、绿色木霉真菌均可有效促进植物生长发育及相关生理代谢，前者主要通过表型改善缓解干旱胁迫，后者主要通过调节内在生理代谢实现，以二者结合使用效果最佳。关键词:丛枝菌根真菌;绿色木霉;干旱胁迫;光合特征;水分利用中图分类号:S661 101;S182文献标志码:A文章编号:1002 1302(2023)04 0164 07收稿日期:2022 08 29基金项目:河南省自然科学基金(编号:2021H0210051)。作者简介:王建(1969)，男，河南安阳人，硕士，副教授，主要从事林学与果树技术应用研究。E mail:wangjian517517163 com。水资源短缺带来的干旱胁迫是目前影响植物完成生长史过程中最为严重的全球性问题。研究表明，干旱胁迫可通过破坏植物的养分吸收、光合作用和细胞代谢等多种生理生化过程，严重影响作物的生长发育和生产力1。干旱胁迫会诱导大量活性氧累积，从而损害植物细胞，为应对氧化应激，植物可通过调节抗氧化系统以减轻甚至消除活性氧(ROS)，超 氧 化 歧 化 酶(SOD)、过 氧 化 物 酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等酶可有效减轻 ROS累积，从而减轻细胞膜中脂质过氧化带来的损伤，保护细胞膜结构的完整性2。在真核生物中，SOD分为 Cu/Zn SOD、Fe SOD 和 Mn SOD，Cu/Zn SOD 主要存在于细胞质中，Fe SOD 和 Mn SOD分别位于叶绿体和线粒体中3。CAT 是含有血红素的四聚体酶，可将 H2O2直接分解为 H2O 和 O2，这是植物在胁迫条件下清除活性氧的必要条件4;因此，干旱胁迫下植物中抗氧化酶特征可以反映植物耐受土壤水分亏缺的能力。除了抗氧化酶，植物还具备其他减轻氧化损伤的策略，例如根系可与土壤中的丛枝菌根(AM)真菌互利互惠，从而减轻细胞的氧化应激损伤5。AM 真菌是植物根际有益的土壤微生物，它可以与绝大多数陆生植物根形成共生丛枝菌根共生结构。AM 真菌可以直接或间接帮助植物获取土壤中的养分和水分，作为回报宿主植物提供脂肪酸为主的碳酸化合物以维持 AM 真菌的繁衍与生长6。目前的研究表明，AM 真菌不仅可为宿主植株提供养分资源，同时也可协助植物应对生物/非生物胁迫。胡振兴等研究表明，干旱胁迫下 AM 真菌可有效提高大豆叶片超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性，增加土壤磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，影响土壤微生物群落组成7。此外，干旱胁迫下接种 AM 真菌均显著提高了玉米叶水势、降低脯氨酸含量、提高叶片保护酶(SOD、POD)活性，降低玉米丙二醛(MDA)积累，从而减轻玉米叶片膜脂过氧化带来的损伤8。绿色木霉(Trichoderma viride)是一种重要的多461江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期功能型丝状真菌，其代谢产物种类丰富、活性物质多样，在农业、林业领域及生态保护领域都有广泛应用9。以往的研究表明，干旱胁迫下接种绿色木霉真菌可以促进植物地上部农艺性状及根系生长，调节抗氧化酶系统的生理代谢来诱导宿主的抗逆性10。前人研究表明，绿色木霉与枯草芽孢杆菌进行番茄灌根后可以有效改善幼苗根系形态、增加根投影面积，并提高土壤中铵态氮、有效磷和速效钾含量，从而促进番茄植株生长11。邓薇等研究发现，干旱胁迫下绿色木霉可促进玉米幼苗根系形态指标、根系构型以及根系几何特征指标，从而缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系带来的不利影响12。目前关于 AM 真菌或木霉真菌应用于病虫害及重金属胁迫的研究已被广泛报道，然而对非生物胁迫(如干旱胁迫)的研究较少，且主要是单一接种，较少涉及组合施用效果。基于此，本研究通过分析正常水分和干旱条件下接种 AM 真菌、绿色木霉及其组合处理对苹果树幼苗生长发育、水分利用、光合特性及氧化系统特征的差异，以期为微生物技术运用于果树栽培提供理论依据。1材料与方法1 1供试材料试验于 2021 年 36 月于河南林业职业学院遮雨场地中进行。供试苹果树为烟富 6 号，种子来自河南省郑州果树研究所，采用育苗钵培养至 6 7叶龄。丛枝 菌 根 真 菌 接 种 菌 剂 为 摩 西 斗 管 囊 霉(Funneliformis mosseae)，购自北京农林科学院植物营养与资源研究所，试验接种物由孢子(105个/g土)、菌丝和土壤基质组成。绿色木霉(Trichodermaviride)来自南京农业大学果树研究所，保存于中国普通微生物保藏管理中心(保藏编号:CGMCC5.1249)，接种菌剂为 PDA 固体培养基培养 恒温摇床增殖的悬浊液9。试验地土壤类型为中壤土，采用 0 20 cm 表层土，土壤采用湿热灭菌处理(121，1 105kPa，4 h)，壤理化性质为 pH 值 7 05，全氮 1 13 g/kg，碱解氮 85 88 mg/kg，有效磷 17 52 mg/kg，速效钾109 24 mg/kg，电导率 202 63 S/cm。1 2试验设计试验设置基质水分含量为主处理，施用 AM 真菌为次处理。次处理为:CK:不施用任何菌剂;FM:接种丛枝菌根真菌(Funneliformis mosseae);TV:接种绿色木霉真菌(Trichoderma viride);FM+TV:施用Funneliformis mosseae 和 Trichoderma viride;以上处理皆基于培养基质 75%正常土壤含水率(WW)、土壤55%含水率的干旱处理(DS)，共 8 个处理组合。FM 处理施用量为40 g/kg，TV 处理为施用50 mL 菌剂，重复 4 次。盆栽装置为圆形塑料桶，盆高 28 cm，直径25 cm。每盆装土 8 kg，将 AM 真菌菌剂和土壤充分混合，绿色木霉采用灌根方式施入。按照上述处理设置土壤含水率，将 6 7 叶龄的苹果树幼苗转移至相应处理的土壤基质中。同时采用配备林木型ML3x 探头的 HH 2 WET/WET 2 K1 Delta TWET 便携式土壤水分仪监测培养基质含水率，采用滴灌方式补充水分以确保基质水分在试验设定的范围内。试验培养 67 d。1 3样品采集及测定分析1 3 1生长参数及水分利用参数抗氧化系统指标测定培养结束后，干物质测定将植株地上部、根系分离 105 杀青 30 min，65 烘干称量记录。株高、茎粗采用数字尺测定。采用 Epson V850 photo对根系进行扫描，WINR HIZO PRO2018 软件(Regent Instruments LA2100，Canada)分析根系体积、根系表面积、根系平均直径参数。测定第 8 10片完全展开叶的水分利用指标，植株水分利用效率(WUE)=DW/用水量;植株相对含水量(RWC)采用烘干称质量法测定，RWC=(FW DW)/(TW DW)100%，上述 FW、DW、TW 分别为鲜质量、干质量、膨压质量13。1 3 2叶片抗氧化系统指标测定苹果树苗叶片丙二醛(MDA)含量、过氧化氢(H2O2)含量、超氧阴离子自由基(O2)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及过氧化物酶(POD)活性皆采用南京建成生物工程研究所提供的试剂盒进行测定，试剂盒型号分别为 A003 1 2、A064 1 1、A052 1 1、A001 4 1、A007 1 1 及 A084 3 1。1 3 3光合色素及光合特征参数测定测定第8 10 片完全展开叶的光合色素含量，光合色素包含叶绿素 a、叶绿素 b 及类胡萝卜素，三者含量皆采用丙酮 乙醇混合浸提，之后采用紫外分光光度计(UV 2450，Shimadzu，Japan)分 别 在 665、649、470 nm 处测定，具体方法参照文献 14。561江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期采用 LI 6400 便携式光合测定系统(LI 6400;LI COR，America)测定第 8 10 片完全展开叶的净光合速率(Pn)、胞间 CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)等指标。叶室温度设置为(25 1)，CO2浓度为 480 mol/mol，光量子密度为 1 200 mol/(m2s)。1 4数据处理与统计分析采用 Excel 2013 进行数据整理，采用 SPSS 23 0软件比较进行试验数据统计分析(=0 05)，采用Origin 2018 进行图形绘制。2结果与分析2 1AM 真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长参数的影响由表 1 可知，正常水分处理(WW)条件下各处理的干物质含量(地上部干物质、根系干物质)、地上部生长参数(株高、茎粗)及根系性状参数(根系表面积、根系直径、根系体积)皆整体高于干旱处理(DS)，表明干旱胁迫对苹果树幼苗生长具有不利影响。无论在 WW 还是 DS 中，干物质含量、地上部生长参数及根系性状参数皆表现为 CK TV FM、FM+TV，且在任一指标中 FM+TV 皆显著大于 CK处理(P 0 05)，表明接种丛枝菌根真菌、绿色木霉均可对苹果树苗的生长发育具有一定促进作用，且二者组合使用处理效果最佳。与 DS 条件下的 CK处理相比，不同指标中 FM、FM+TV 处理的效果不一，整体以 FM+TV 大于 FM 处理;此外，就试验数据来看，整体以 DS 条件的 FM、TV 处理小于 WW 条件的 CK 处理，DS 的 FM+TV 大于 WW CK 处理。地上部干物质、根系干物质、株高、茎粗、根系表面积、根系直径及根系体积指标中 DS 条件下的 FM、TV、FM+TV 处理较 WW CK 处理变幅分别为262%864%、766%3684%、1521%3.52%、2 69%31 85%、4 92%21 77%、8 11%13 51%、12 79%1 55%。表 1AM 真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长参数的影响水分处理接菌处理地上部干物质(g/株)根系干物质(g/株)株高(cm)茎粗(mm)根系表面积(cm2)根系直径(mm)根系体积(cm3)WWCK3 82 018c2 09 0 08d3037 102b336 010c36 97 145d111 0 11ab258 011bFM4 64 018ab2 68 0 17b3175 085b507 0 13a4