接種菌根真菌對華頂杜鵑幼苗光合特性的影響

湯夢嫻，施 霞，顧錦霞，胡瑜瑤，毛夢玲，邊才苗

（臺州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 椒江 318000）

叢枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza，AM）是真菌與植物形成的最為廣泛的共生體[1]，能改善植物養(yǎng)分吸收和植株生長狀況，提高植物的光合速率[2-7]。杜鵑花科Ericaceae植物分布廣泛，其根系普遍能與真菌形成一類特殊的菌根——杜鵑花類菌根，也稱歐石楠類菌根（Ericoid Mycorrhiza，ERM）。ERM主要有盤菌類Hymenoscyphus ericae，樹粉孢屬Oidiodendron和磚隔腔菌Capronia sp.，具有腐生營養(yǎng)能力，并能降解難分解的物質(zhì)，對于杜鵑花科植物提高對惡劣環(huán)境的抵抗能力、增強水分與營養(yǎng)吸收和促進(jìn)生長等方面起著重要作用[8-12]；但有關(guān)ERM對杜鵑花科植物光合生理的影響目前報道不多[12]。

華頂杜鵑Rhododendron huadingense為浙江特有的杜鵑屬Rhododendron植物[13-16]，分布于海拔750～950 m，花色艷麗，花期4－5月，是一種開發(fā)潛力很大的園林綠化樹種。華頂杜鵑最初發(fā)現(xiàn)于天臺縣華頂山[13]而命名，磐安縣大盤山是最近發(fā)現(xiàn)的自然分布地[17]。華頂杜鵑數(shù)量稀少，屬極小種群[17]，已被列入浙江省珍稀瀕危植物名錄加以保護[18]。研究接種菌根真菌對華頂杜鵑幼苗在不同光照條件下光合特性的影響，以揭示其促進(jìn)幼苗生長的光合生理機制，為探索該物種與ERM共生適應(yīng)性機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試苗木為通過種子萌發(fā)和2次移栽培育而成的1年生華頂杜鵑幼苗，育苗所用種子于2015年11月采自華頂山。種子萌發(fā)采用培養(yǎng)皿雙層濾紙法，2016年2月中旬在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行；第一次移栽在萌發(fā)后第4至第7天，所用塑料花盆的口徑為26 cm，基質(zhì)為JIFFY泥炭705#（荷蘭），每盆3～6株；在人工氣候室內(nèi)控制光照（光強為100 μmol·m-2·s-1，每天光照8 h）、溫度（25℃）和相對濕度（75%～80%）條件下培育2個月。第二次移栽的基質(zhì)為腐殖質(zhì)土，采自華頂主峰西側(cè)歸云洞（海拔900 m）杜鵑林，在分檢出樹根、石粒等雜物后，風(fēng)干、磨碎；土壤理化性質(zhì)：pH 4.37，有機質(zhì) 54.33 g·kg-1，全氮 1.81 g·kg-1，全磷 0.95 g·kg-1，全鉀 0.78 g·kg-1。在5月初第二次移栽時接種ERM，對照苗不接種，各50盆，每盆1株；接種的ERM是從華頂杜鵑根部分離得到的，經(jīng)初步鑒定為樹粉孢屬Oidiodendron sp.，采用單層基質(zhì)接種法，基質(zhì)為MMN培養(yǎng)基和栽培基質(zhì)混合，每盆的接種量為3 mm菌塊4塊。移栽后，在光照強度為140 μmol·m-2·s-1，每天光照10 h條件下再培育3個月，形成高24～30 cm，具5～7片葉的1年生苗（實齡為6個月）。

1.2 菌根侵染狀況測定

2016年7 月中旬，隨機選取在人工氣候室培育的華頂杜鵑接種苗和對照苗各5株，取其鮮根剪成長約1.0 cm的根段，采用酸性品紅染色法，經(jīng)透明、軟化、酸化、染色和脫色后，制片鏡檢，統(tǒng)計菌根侵染率。

1.3 試驗設(shè)計

2016年7 月下旬，選擇生長良好、大小一致的幼苗40株，接種苗和對照苗各20株，均分為4組，每組各5株，從人工氣候室分別轉(zhuǎn)移到以下4種光照條件下培養(yǎng)：全光照、一層黑色遮蔭網(wǎng)（相對光強為全光照的55%）、雙層遮蔭網(wǎng)（相對光強為23%）和三層遮蔭網(wǎng)（相對光強為11%）。45 d后，選擇在相應(yīng)光強下新成熟的葉片，于9月上旬測定其光合參數(shù)。設(shè)5個重復(fù)；摘取測定氣體交換的葉片按照Wellburn的方法[19]測定其葉綠素含量。

1.4 氣體交換參數(shù)的測定與計算

采用Li-6400XT便攜式光合測定系統(tǒng)（Li-COR，Inc，USA）于每天9:00－11:00進(jìn)行測定。采用人工光源，光照強度設(shè)為1 000 μmol·m-2·s-1，使用開放氣路，空氣流速為0.5 L·min-1，葉溫28℃，相對濕度70%～75%，CO2濃度為360 μmol·mol-1。測定的參數(shù)包括：凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci）。水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）根據(jù)以下公式計算：

最大凈光合速率（Pnmax）、表觀量子效率（AQY）、光飽和點（LSP）、光補償點（LCP）和暗呼吸速率（Rd）等參數(shù)經(jīng)光響應(yīng)測定后用Photosyn Assistant軟件擬合統(tǒng)計得到。

1.5 統(tǒng)計分析

以上數(shù)據(jù)用SPSS 11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著差異（LSD）法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 ERM接種華頂杜鵑幼苗的侵染率

由圖1可知，華頂杜鵑幼苗接種菌根后，其侵染率為65.32%；對照苗為34.89%，兩者間差異顯著（P＜0.05）。說明采用單層基質(zhì)接種法可顯著提高幼苗ERM的侵染率。

圖1 華頂杜鵑幼苗的菌根侵染率Figure 1 Mycorrhizal infection rate in R.huadingense inoculated with ERM

2.2 接種對華頂杜鵑葉片光合色素的影響

葉綠素是植物光合作用過程中吸收光能的主要色素，直接影響光合作用的光能利用[19]。華頂杜鵑幼苗葉片葉綠素含量見表1。由表1可知，相同光照條件下接種苗葉片葉綠素a和葉綠素b含量均高于對照，分別比對照增加1.14～1.34倍和1.14～1.36倍；其中，三層遮蔭時接種苗的葉綠素a和葉綠素b含量均與對照差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同光照強度下華頂杜鵑幼苗的葉綠素含量和葉綠素a/bTable 1 Chlorophyll contents and Chlorophyll a/b of R.huadingense seedlings under different light intensities

葉綠素a/b是植物對環(huán)境光強適應(yīng)性的一種指標(biāo)，弱光處理會降低葉綠素a/b值[20]。本實驗也有類似的結(jié)果，但在全光照和單層遮蔭時接種苗的葉綠素a/b高于對照，而二層遮蔭和三層遮蔭時接種苗低于對照。說明接種苗以葉綠素b含量升高為主，可提高其在弱光下的捕光能力。

2.3 不同光照條件對華頂杜鵑幼苗氣體交換和資源利用效率的影響

不同光照條件對華頂杜鵑幼苗氣體交換和資源利用效率的影響見表2。由表2可知，只有Ci濃度接種苗低于對照苗，其他指標(biāo)均為接種苗高于對照苗。隨著光照強度降低，Pn和LUE均為先升后降，其中接種苗的最大值均為一層遮蔭處理，而對照苗的最大值為二層遮蔭處理；Gs也為先升后降，但最大值均為一層遮蔭處理；Tr隨著光強的降低而減小，而WUE則隨著光強的減弱而提高，且接種苗的指標(biāo)值大于對照苗。

表2 不同光照強度下華頂杜鵑幼苗氣體交換和資源利用效率比較Table 2 Comparison on gas exchange and resource use efficiency of R.huadingense seedlings under different light intensities

2.4 不同光照條件對華頂杜鵑幼苗光合特征參數(shù)的影響

華頂杜鵑幼苗光合特征參數(shù)見表3。AQY是光合作用中光能轉(zhuǎn)化最大效率的一種度量，可正確反映光合機構(gòu)機能的變化，也可反映葉片對弱光的利用能力[21]。由表3可知，接種苗的AQY均比對照苗的大，大小順序為：三層遮蔭＞一層遮蔭＞二層遮蔭＞全光照，對照苗的AQY隨著光強的減弱而增大。另外，相對于對照苗，接種苗的AQY隨光強變化的幅度較小。表明接種苗更適應(yīng)于中強光照環(huán)境，對光強具有較大的適應(yīng)能力。

植物光合作用的LSP和LCP顯示植物葉片對強光和弱光的利用能力，代表植物的需光特性和需光量[20]。隨著光強的減弱，接種苗和對照的LSP和LCP均依次下降；在三層遮蔭時，LSP比全光照分別下降44.36%和46.85%，LCP分別下降51.28%和55.28%；且接種苗的指標(biāo)值均低于對照苗。表明接種ERM的華頂杜鵑幼苗可顯著提高對弱光的利用能力，表現(xiàn)出對弱光較強的適應(yīng)能力。

Pnmax也稱為光合能力，華頂杜鵑接種苗的Pnmax明顯高于對照，且單層遮蔭的最大，雙層遮蔭的其次，三層遮蔭的第三，全光照的最小；Rd隨著光強的減弱而下降，接種苗的比對照苗的低。表明接種ERM可增強幼苗在中強光照條件下的光合能力，同時降低其暗呼吸。

表3 不同光照強度下華頂杜鵑幼苗的光合-光響應(yīng)Table 3 The responses of photosynthesis to light in R.huadingense seedlings under different light intensities

3 討論

華頂杜鵑為浙江特有的杜鵑花屬植物，資源稀少，尤其是幼苗，在天臺華頂山和磐安縣大盤山的分布區(qū)內(nèi)幾乎很難找到實生苗，其主要原因是幼苗的成活率很低。ERM可促進(jìn)杜鵑花科植物的營養(yǎng)吸收，增強植物對干旱和高溫等逆境因子的抗性；人工接種ERM對杜鵑花科植物的生長有明顯的促進(jìn)作用。本試驗采用單層基質(zhì)接種法，對種子萌發(fā)苗進(jìn)行輔助接種樹粉孢屬的ERM，結(jié)果其浸染率顯著提高，目前已培育了300多株生長良好的華頂杜鵑1年生接種苗。

葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用最重要的色素，其含量影響植物對光能的吸收、傳遞，是反映光合強度的重要指標(biāo)[20-22]。本試驗結(jié)果顯示，接種苗葉片葉綠素含量顯著高于對照苗，尤其是在三層遮蔭時，差異均達(dá)到顯著水平；同時，葉綠素a/b隨著光強的減弱而減小，且二層遮蔭和三層遮蔭時接種苗的比對照苗低。這與桃葉杜鵑幼苗接種ERM后的研究結(jié)果[12]相一致，表明接種ERM有利于華頂杜鵑幼苗捕獲光能和對弱光的利用。

光合作用是判斷植物生長和抗逆性強弱的重要指標(biāo)。本試驗結(jié)果顯示，接種苗的Pn，Tr和Gs等指標(biāo)均比對照苗高，接種苗的WUE與LUE也比對照苗高，只有Ci比對照低；且接種苗的Pn，Tr和Gs等指標(biāo)的最大值均為一層遮蔭。表明接種ERM可提高幼苗對弱光的利用能力，并增強對強光的抵抗能力。再者，接種苗的AQY和Pnmax等指標(biāo)均比對照苗的大，而接種苗的LSP，LCP和Rd等指標(biāo)均比對照苗的低（表3），表明接種ERM可提高幼苗的光合能力，同時降低其暗呼吸。

4 結(jié)論

（1）采用單層基質(zhì)接種法，可顯著提高華頂杜鵑1年生苗樹粉孢屬ERM的浸染率。

（2）在接種ERM后，1年生苗葉綠素含量提高，同時降低在二層和三層遮蔭條件下的葉綠素a/b；

（3）接種苗的氣體交換參數(shù)（除Ci外）和資源利用效率提高，且接種苗的AQY和Pnmax等指標(biāo)值也提高，而LSP，LCP和Rd等指標(biāo)值降低。因此，接種EMR有利于華頂杜鵑幼苗捕獲光能，增強其對強光照和弱光照環(huán)境的適應(yīng)能力。

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