放牧和AM真菌對夏季青藏高原東緣老芒麥生長和白粉病的影響

李 芳，張 峰，郭艷娥，高 萍，段廷玉

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州 730020)

放牧和AM真菌對夏季青藏高原東緣老芒麥生長和白粉病的影響

李 芳，張 峰，郭艷娥，高 萍，段廷玉

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州 730020)

自瑪曲3個放牧強(qiáng)度放牧地取土樣，并采集優(yōu)勢植物老芒麥(Elymussibiricus)種子，在溫室條件下研究了3個放牧強(qiáng)度下土壤叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza)真菌對老芒麥生長和白粉病的影響。放牧強(qiáng)度分別為輕度放牧、中度放牧和重度放牧,土壤處理分別為未作任何處理(自然土)、濕熱滅菌土、濕熱滅菌后還原除AM真菌外微生物土以及濕熱滅菌后接種根內(nèi)球囊霉(Rhizophagusintraradices)和幼套球囊霉(Claroideoglomusetunicatum)混合菌劑土。結(jié)果表明，放牧和AM真菌均可影響老芒麥生長和白粉病發(fā)生。老芒麥白粉病的發(fā)病率因不同放牧強(qiáng)度和土壤處理而異，中度放牧和重度放牧土壤處理下，老芒麥白粉病發(fā)病率低于輕度放牧處理，老芒麥總生物量、總磷含量、光合速率均高于輕度放牧土壤處理。老芒麥在自然土處理下白粉病發(fā)病率最高，為59.83%，滅菌土處理下老芒麥白粉病發(fā)病率最低，為44.73%。與自然土處理相比，接種AM真菌處理老芒麥白粉病發(fā)病率降低13.15%，總生物量增加56.46%。放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥總磷含量、葉綠素含量、多酚氧化酶存在交互效應(yīng)。

放牧強(qiáng)度；AM真菌；逆境脅迫；老芒麥；白粉病

真菌、細(xì)菌和放線菌等微生物大量存在于土壤中，其中真菌種群生物量最高，而叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)是土壤中生物量最大的一類微生物，其廣泛存在于草地、農(nóng)田、森林等生態(tài)系統(tǒng)中，可與約90%的維管植物根系形成共生體[1]，是世界上分布最廣泛的一類菌根類型。我國AM真菌資源豐富，截至2011年在我國已發(fā)現(xiàn)、報道的叢枝菌根真菌有10屬131種，占全世界已報道AM真菌25屬250種的52.5%[2]。AM真菌能改善土壤理化性狀[3]、改善根圍微生物區(qū)系[4]、改變植物形態(tài)結(jié)構(gòu)[5-6]、促進(jìn)植物水分和養(yǎng)分吸收利用[7-8]，從而促進(jìn)植物生長，增加植物的產(chǎn)量。

放牧是天然草地主要的管理和利用方式，也是影響草地植被的重要生態(tài)因子之一，其對草地植物影響是多方面的[9-10]。家畜通過釆食牧草、踐踏和糞便3種主要途徑改變草地植物種類組成和生物量等植被特征[11-13]，進(jìn)而影響草地生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)和功能。此外，在放牧條件下，家畜的采食、踐踏和排泄等行為對AM真菌也能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響菌根對牧草養(yǎng)分的吸收和生長發(fā)育的效應(yīng)，最終對草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)植物群落特征和土壤微生物菌群產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[14]。尤其是在過度放牧的地區(qū)這種影響尤為突出。研究者[15]發(fā)現(xiàn)放牧強(qiáng)度能影響AM真菌泡囊結(jié)構(gòu)在大針茅(Stipagrandis)根系中的發(fā)育，輕度和中度放牧可促進(jìn)AM真菌泡囊的形成，而重度放牧則顯著抑制。對內(nèi)蒙古草原不同放牧強(qiáng)度下AM真菌的變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著放牧強(qiáng)度的增加，AM真菌的種類和孢子密度顯著降低[16]。這可能是因?yàn)檫^度放牧?xí)r家畜的采食和踐踏造成地表植物物種種類減少和蓋度下降(物種種類減少了15種，蓋度下降60%)，從而導(dǎo)致植物向地下部輸送的碳源不能滿足大量AM真菌的生長需求[17]。但是放牧對AM真菌的影響因AM真菌的種類不同而存在差異，如根內(nèi)球囊霉(Rhizophagusintraradices)、地表球囊霉(Glomusversiforme)等對長期過度放牧反應(yīng)敏感，但另外一些種，如摩西球囊霉(G.mosseae)，則不受長期過度放牧的影響[16]。

我國草地植物種類豐富，同時草地病害發(fā)病也較嚴(yán)重。目前已知病害有2 831種，其中，禾本科牧草病害為1 289種，占總數(shù)的45.5%，是草本植物中病害最多的一科[18]。據(jù)報道，早熟禾(Poaannua)白粉菌(Blumeriagraminis)、長芒草(Stipabungeana)銹病(Uredosp.)[19]以及柱花草(Stylosanthessp.)炭疽病菌(Colletotrichumgloeosporiodes)[20]和多年生黑麥草(Loliumperenne)感染冠銹病菌(Pucciniacoronata)[21]均能造成牧草產(chǎn)量或種子產(chǎn)量降低，甚至造成寄主植物大面積死亡[20]。

高山草原占我國草原總面積的三分之一，甘肅甘南瑪曲草原是典型的高山草原，氣候環(huán)境條件嚴(yán)酷，草原在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會穩(wěn)定和民族團(tuán)結(jié)中具有重要的作用。老芒麥(Elymussibiricus)分布在我國西北、華北、東北及青藏高原等地區(qū)，具有適應(yīng)范圍廣、抗旱抗寒性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價值高的特點(diǎn)[22]，白粉病菌為專性寄生菌，種類多，分布廣，其引發(fā)的病害廣泛存在于各種作物、蔬菜、花卉、樹木等植物上。由于白粉病菌引起的病害大多為多循環(huán)病害，病害潛育期短，一個生長季節(jié)可繁殖多代，且繁殖率高，產(chǎn)生的孢子可借助空氣大范圍傳播，并多次重復(fù)侵染寄主植物，所以一旦遇到合適的氣候和環(huán)境條件，此類病害就有可能大范圍發(fā)生且流行快。寄主植物被白粉菌侵染后，光合能力降低，蒸騰強(qiáng)度增加，嚴(yán)重阻礙植物的正常生長發(fā)育，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[23]。

作為青藏高原高山草原主要建群種之一，老芒麥(Elymussibiricus)根系能形成叢植菌根，但共生體對植物養(yǎng)分吸收、植物生長及對普遍發(fā)生的白粉病的影響尚不清楚。本研究以禾本科牧草老芒麥為試驗(yàn)材料，探究甘肅甘南瑪曲草原3個放牧強(qiáng)度下土壤AM真菌對老芒麥生長過程中白粉病的影響，以期通過放牧和利用AM真菌，促進(jìn)植物生長，防控老芒麥白粉病，從而提高草地牧草產(chǎn)量和品質(zhì)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)采樣地位于青藏高原東緣的甘肅省甘南瑪曲草原站，海拔為3 500 m左右。該區(qū)域?qū)儆诟吆疂駶櫄夂?，年均溫?.2 ℃左右，月均最低(1月) 和最高(7月)平均氣溫分別為-10 ℃和11.7 ℃，年降水量約為620 mm。主體土壤類型為亞高山草甸土，植被類型是禾本科的垂穗披堿草(Elymusnutans)、老芒麥、早熟禾、匍匐翦股穎(Agrostisstolonifera)、羊茅(Festucaovina)；莎草科的線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)為優(yōu)勢種。小花草玉梅(Anemonerivularis)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、草原老鸛草(Geraniumpratense)、莓葉委陵菜(Potentillafragarioides)、絲葉毛茛(Ranunculustanguticus)等為常見種。同時伴有其他雜草的典型高寒草甸草原。試驗(yàn)站優(yōu)勢植物種群除莎草科線葉嵩草不能和AM真菌形成共生體外，其他建群種禾本科植物均可以和AM真菌形成共生體。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1供試土壤 將從瑪曲放牧地所采集回來的土壤，挑揀其他雜物并混合均勻后過篩，篩子孔徑為0.25 mm。土壤速效磷含量為5.16 mg·kg-1。

1.2.2供試植物 供試植物為老芒麥(Elymussibiricus)，種子從瑪曲放牧地所采集。挑選大小一致且籽粒飽滿的種子，先用75%的酒精消毒3 min，再用3%的次氯酸鈉對種子進(jìn)行表面消毒10 min，用自來水和蒸餾水沖洗3次后，均勻地擺放在裝有濕潤、無菌濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿25粒，培養(yǎng)皿直徑為9 cm，置于黑暗條件下培養(yǎng)24 h后，移至25 ℃光照培養(yǎng)箱中催芽48 h。

1.2.3供試AM菌種 供試AM菌劑為根內(nèi)球囊霉(Rhizophagusintraradices)和幼套球囊霉(Claroideoglomusetunicatum)混合菌劑，購買于北京市農(nóng)林科學(xué)研究院植物營養(yǎng)與資源研究所，中國叢枝菌根真菌菌種資源保藏中心，經(jīng)三葉草(Trifoliumpratense)擴(kuò)繁所得。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1放牧地設(shè)置 瑪曲放牧地分為輕度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)3個放牧強(qiáng)度。輕度放牧為每輪牧小區(qū)8只羊，共6個輪牧小區(qū)，周期45 d；中度放牧為每輪牧小區(qū)16只羊，共6個輪牧小區(qū)，周期45 d；重度放牧為每輪牧小區(qū)8只羊，放牧期間持續(xù)放牧，不輪牧。暖季6-9月為放牧季節(jié)，放牧期7-14 d(根據(jù)氣候和牧草生長階段適度調(diào)整)。每個輪牧小區(qū)選取若干植被蓋度和群落相對一致的地點(diǎn)，按照對角線取樣法，挖取5-15 cm土層土壤裝入自封袋，每個點(diǎn)3 kg左右。每個放牧強(qiáng)度采集約50 kg左右土樣，帶回蘭州進(jìn)行溫室試驗(yàn)。

1.3.2叢枝菌根真菌處理設(shè)置 溫室試驗(yàn)于2014年7月到2014年10月在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院榆中智能溫室中進(jìn)行，對各放牧處理過篩后的土壤進(jìn)行以下4種處理：

自然土(NS)：試驗(yàn)地土壤不經(jīng)過任何處理，保留原有的AM真菌及其他微生物區(qū)系；

滅菌土(SS)：采用高溫濕熱滅菌法，于121 ℃高壓滅菌兩次，每次滅菌1 h，兩次滅菌間隔24 h；

滅菌后還原除AM真菌外微生物土(NM)：土壤滅菌后(方法同上)，還原上述滅菌土壤中除AM真菌以外的其他微生物。將100 g自然土用200 mL無菌水稀釋，用兩層42號濾紙過濾兩次，過濾掉AM真菌孢子，濾液中除AM真菌以外的其他微生物，將該濾液按10 mL·kg-1的比例加入無菌土，即可得到不含AM真菌的土壤。

接種AM真菌土(AM)：土壤滅菌后(方法同上)，裝入滅菌土至花盆3/5處，各稱取15 g擴(kuò)繁的幼套球囊霉和根內(nèi)球囊霉混合菌劑平鋪在上面，然后再覆蓋一層無菌土至4/5處。

1.3.3試驗(yàn)管理 將以上處理好的土壤，按照每盆700 g，裝入花盆，按土壤干重的10%澆水。在裝有上述各處理土壤的花盆中，移栽催芽的老芒麥幼苗，每盆移栽5株，出苗一周后，選擇生長較為一致的保留3株，生長期間根據(jù)水分損失情況，補(bǔ)充至土壤重量的10%。生長期間每周測定一次株高和分蘗。植物在生長7周后，自然發(fā)生白粉病，發(fā)病兩周后收獲，收獲前測定白粉病發(fā)病率、光合指標(biāo)，收獲時采集不同處理植株相同部位的新鮮葉片，用于測定生理生化指標(biāo)。

試驗(yàn)包括輕度、中度和重度3個放牧強(qiáng)度，各放牧強(qiáng)度包括自然土、滅菌土、無AM真菌土和接種AM真菌土4個土壤處理，每個處理4個重復(fù)。

1.4 收獲及指標(biāo)測定

1.4.1老芒麥白粉病發(fā)病率調(diào)查 每盆隨機(jī)選取20個葉片，記錄發(fā)病葉片數(shù)。

每盆發(fā)病率=發(fā)病葉片數(shù)/20×100%。

每個處理4個重復(fù)，各處理下老芒麥白粉病的發(fā)病率為4個重復(fù)的平均值。

1.4.2菌根侵染率的測定

染色鏡檢法測定菌根侵染率[24]：將收獲的老芒麥根系沖洗干凈后稱取0.2 g左右，置于10% KOH溶液中30 min，然后于60 ℃水浴中加熱1 h，傾去KOH溶液，將根系置于1 mol·L-1HCl溶液中酸化30 s，傾去HCl；用蒸餾水沖洗3次后，用解剖鏡檢查植物根部皮層中的有色物質(zhì)是否已除去，若色素已基本去除，則用0.05% Trypan Blue染色，并置于60 ℃水浴保持5～10 min，冷卻后用十字交叉法計(jì)算菌根侵染率[25]。

1.4.3老芒麥總生物量

總生物量：地上、地下部分均先稱取鮮重(W1)，然后采用烘干法測定，先在105 ℃殺青20 min，然后于80 ℃烘箱烘48 h，稱重(W2)。地上、地下生物量根據(jù)測定可溶性糖、AM真菌侵染率等相關(guān)指標(biāo)的鮮重(W3)與干重比，計(jì)算獲得。

總生物量=地上生物量+地下生物量。

1.4.4老芒麥磷含量測定

植物地上地下全磷：采用鉬銻抗吸光光度法，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，用分光光度計(jì)(Pectrum,Shanghai 721,中國)，于700 nm處測定吸光度值[26]。由地上地下全磷含量計(jì)算得出總磷含量。

1.4.5老芒麥葉綠素含量和光合速率

葉綠素含量：采用丙酮浸提法[27]測定，稱取0.1 g新鮮植物葉片，加丙酮處理獲得提取液，用分光光度計(jì)在波長665、645和652 nm下測定吸光度值。

光合速率：早晨09:00-11:00用LI-6400便攜式光合測定儀測定植株光合速率。測量時選擇生長部位和生長狀況一致的葉片進(jìn)行測定，每次測定5個重復(fù)。

1.4.6老芒麥防御酶活性

多酚氧化酶(PPO)測定采用分光光度法[27]，于398 nm 波長下測定吸光度。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入Microsoft Excel 2007進(jìn)行整理并計(jì)算、作圖。用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)：分析過程中首先要對數(shù)據(jù)進(jìn)行Levenes方差齊性檢驗(yàn)，若方差齊性(P>0.05)，則可進(jìn)一步分析。若方差不齊(P<0.05)則先轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 老芒麥發(fā)病率

圖1 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥白粉病發(fā)病率Fig. 1 Powdery mildew incidence in Elymus sibiricus under different grazing intensities

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level. similarly for the following figures.

所有放牧強(qiáng)度和土壤處理下，老芒麥均發(fā)生了不同程度的白粉病。與輕度放牧相比，中度和重度放牧白粉病發(fā)病率分別降低了19.02%和25.03%(圖1)。各土壤處理，以自然土處理的老芒麥白粉病發(fā)病率最高。與自然土處理相比，滅菌土、無AM真菌和接種AM真菌處理的老芒麥白粉病發(fā)病率分別降低了25.24%、19.75%和13.15%。放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥白粉病發(fā)病率存在交互效應(yīng)(P<0.05)，其中，以重度放牧的滅菌土處理老芒麥白粉病發(fā)病率最低，為39.84%。

2.2 老芒麥AM真菌侵染率

滅菌土和無AM真菌處理的老芒麥根系未檢測到菌根結(jié)構(gòu)。自然土及接種AM真菌的處理老芒麥根系均形成了菌根結(jié)構(gòu)，且AM真菌侵染率因放牧強(qiáng)度和土壤處理而異(表1)。自然土處理下，與輕度放牧相比，中度和重度放牧的老芒麥AM真菌侵染率分別提高了23.93%和39.49%；接種AM真菌處理下，與輕度放牧相比，中度和重度放牧的AM真菌侵染率分別提高了19.57%和48.32%(表1)。

表1 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥AM真菌侵染率Table 1 AM colonization of Elymus sibiricus under different grazing intensities

注：同列不同字母表示不同放牧強(qiáng)度間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among the grazing treatments at the 0.05 level.

2.3 老芒麥總生物量

放牧可顯著影響老芒麥總生物量。與輕度放牧相比，重度放牧提高了23.46%(圖2)，中度放牧下雖有提高，但差異不顯著(P>0.05)。土壤處理以自然土處理的老芒麥總生物量最低，顯著低于其他處理(P<0.05)。與自然土處理相比，無菌土、無AM真菌土和接種AM真菌土處理的老芒麥總生物量分別提高了67.21%、62.89%和56.46%。放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥地下生物量不存在交互效應(yīng)(P>0.05)。

2.4 老芒麥地上地下總磷含量

放牧、土壤處理對老芒麥地上地下總磷含量的影響與對總生物量的影響較為一致。與輕度放牧相比，中度和重度放牧分別顯著提高了34.02%和33.07%。土壤處理以自然土處理的老芒麥總磷含量最低，顯著低于其他處理(P<0.05)，與自然土處理相比，滅菌土、無AM真菌和接種AM真菌處理的老芒麥總磷含量分別提高了186.34%、176.22%和193.09%。不同放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥總P含量存在交互效應(yīng)(P<0.05)。自然土處理下各放牧強(qiáng)度的老芒麥總磷含量顯著低于其它土壤處理，與自然土處理相比，滅菌土處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了200.85%、285.11%和122.22%；無AM真菌處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了198.1%、285.1%和102.27%；接種AM真菌處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了179.7%、350.42%和111.83%(圖3)。

圖2 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥總生物量Fig. 2 Total dry weights of Elymus sibiricus under different grazing intensities

圖3 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥總磷含量Fig. 3 Total P of Elymus sibiricus under different grazing intensities

2.5 老芒麥葉綠素含量

放牧強(qiáng)度未顯著影響老芒麥葉綠素含量(P>0.05)，與輕度放牧相比，中度放牧和重度放牧雖提高了老芒麥葉綠素含量，但差異不顯著。土壤處理以自然土處理的老芒麥葉綠素含量最低，與自然土處理相比，滅菌土、無AM真菌和接種AM真菌處理分別顯著提高老芒麥葉綠素含量40.42%、22.23%和43.28%(P<0.05)。不同放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥葉綠素含量存在交互效應(yīng)(P<0.05)，自然土處理下各放牧強(qiáng)度葉綠素含量顯著低于其它土壤處理，其中，與自然土處理相比，滅菌土處理下輕度、中度和重度放牧的老芒麥葉綠素含量分別提高了28.29%、40.27%和52.05%；無AM真菌處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了9.39%、27.78%和28.82%；較接種AM真菌處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了65.44%、40.78%和24.78%(圖4)。

2.6 光合速率

圖4 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥葉綠素含量Fig. 4 Chlorophyll contents of Elymus sibiricus under different grazing intensities

放牧強(qiáng)度對老芒麥光合速率無顯著影響(P>0.05)。土壤處理以自然土處理老芒麥光合速率最低，顯著低于其他處理(P<0.05)。與自然土處理相比，滅菌土、無AM真菌和接種AM真菌處理分別提高了9.85%、69.36%和102.23%。放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥光合速率不存在交互效應(yīng)(P>0.05)(圖5)。

2.7 多酚氧化酶(PPO)活性

放牧強(qiáng)度顯著影響老芒麥PPO酶活性(P<0.05)，與輕度放牧相比，中度放牧和重度放牧顯著降低了42.04%和19.45%。各土壤處理以滅菌土處理下老芒麥PPO酶活性最高，接種AM真菌處理下老芒麥PPO酶活性最低。與滅菌土處理相比，自然土、無AM真菌和接種AM真菌處理分別降低了13.0%、12.87%和17.26%。不同放牧強(qiáng)度和不同土壤處理對老芒麥PPO酶活性存在交互效應(yīng)(P<0.05)，滅菌土處理下各放牧強(qiáng)度老芒麥PPO酶活性顯著高于其它土壤處理。其中，較自然土處理下輕度、中度和重度放牧分別提高了8.18%、7.47%和22.5%；較無AM真菌處理分別提高了15.44%、14.33%和8.88%；較接種AM真菌處理下重度和重度放牧分別提高了35.83%和23.81%(圖6)。

圖5 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥光合速率Fig. 5 Photosynthetic rates of Elymus sibiricus under different grazing intensities

圖6 不同放牧強(qiáng)度處理下老芒麥PPO酶活性Fig. 6 PPO enzyme activities of Elymus sibiricus under different grazing intensities

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，接種AM真菌與自然土處理下老芒麥根系均形成菌根結(jié)構(gòu)，接種AM真菌未顯著提高AM真菌侵染率，AM真菌侵染率隨著放牧強(qiáng)度的增加而增加，以重度放牧最高，中度放牧次之，輕度放牧最低。但通過研究內(nèi)蒙古草原不同放牧強(qiáng)度下AM真菌的變化，發(fā)現(xiàn)隨著放牧強(qiáng)度的增加，AM真菌的侵染率顯著降低，其原因可能為過度放牧?xí)r家畜的采食和踐踏導(dǎo)致地表植物物種種類減少、蓋度下降[16]，從而使植物向地下部輸送碳源不能滿足大量AM真菌的生長需求[17]。Lugo等[28]報道了放牧對阿根廷天然草地AM真菌侵染率的影響，結(jié)果表明，放牧未影響AM真菌侵染率。這些結(jié)果可能與放牧地土壤養(yǎng)分含量有關(guān)。土壤養(yǎng)分含量過高或過低都會降低菌根的侵染率及其在土壤中繁殖的數(shù)量，在一定范圍內(nèi)叢枝菌根真菌的數(shù)量隨有機(jī)質(zhì)含量的升高而增多，但當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量超過一定范圍，叢枝菌根真菌的數(shù)量就會下降[29]。

不同放牧強(qiáng)度土壤處理下，老芒麥生物量呈現(xiàn)出重度放牧高于輕度放牧和中度放牧的趨勢，這可能是因?yàn)檫B續(xù)放牧的草地，家畜糞便積累較多，家畜排泄物提高了放牧地土壤的營養(yǎng)養(yǎng)分含量，從而促進(jìn)植物生長，使植株產(chǎn)量、株高以及生殖枝枝數(shù)均提高[30-31]，從而增加了植物生物量，增強(qiáng)其抗病性。方愛國和李春杰[32]的研究表明AM真菌可促進(jìn)野大麥(Hordeumbrevisubulatum)養(yǎng)分(P)的吸收，并顯著增加其生物量。本研究表，老芒麥總生物量滅菌土>無AM真菌處理>接種AM真菌處理>自然土，老芒麥白粉病發(fā)病率自然土>接種AM真菌處理>無AM真菌處理>滅菌土，說明與不含AM真菌的處理相比，AM真菌的存在反而降低了老芒麥總生物量，加重了白粉病發(fā)病率。這與Duan等[33]的研究結(jié)果相似，可能是因?yàn)锳M真菌作為共生微生物，需消耗一定的寄主植物養(yǎng)分，尤其在植株感病后，共生微生物與病原菌競爭養(yǎng)分[34]，從而抑制植物生長，加重病害。

光合作用是衡量植物生長狀況的重要指標(biāo)，是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲得能量的根本所在。而葉綠素是植物進(jìn)行光合作用不可缺少的，其含量的多少能影響植物光合作用的強(qiáng)弱。病菌的侵染會破壞葉片綠色組織，從而使光合作用減弱[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，老芒麥在輕度放牧強(qiáng)度下，接種AM真菌處理的老芒麥葉綠素含量和光合速率均顯著高于自然土、滅菌土和無AM真菌處理，而重度放牧下接種AM真菌處理的老芒麥葉綠素含量低于無AM真菌處理。這可能與放牧過程中家畜散布糞便的養(yǎng)分有關(guān)[30-31]。研究表明，菌根真菌促進(jìn)植物生長的效應(yīng)與菌根侵染改善植物磷營養(yǎng)密切相關(guān)，菌根植物吸收與利用磷的能力顯著高于非菌根植物，尤其在供磷不足土壤環(huán)境中，其作用更加顯著[36]。重度放牧條件下，家畜散布到土壤中的糞便較多，因而土壤中N、P等養(yǎng)分含量高，從而抑制了AM真菌的效應(yīng)，而輕度放牧條件則相反。

有研究表明，正常狀態(tài)下植物體內(nèi)活性氧代謝處于動態(tài)平衡狀態(tài)的主要原因是有活性氧清除酶系統(tǒng)(SOD、POD、CAT、PPO等)的存在[37]，受到逆境脅迫后, 植物的各個組織結(jié)構(gòu)及其自身的生理生化通常會發(fā)生一系列變化，從而進(jìn)行主動防衛(wèi)。寄主的主動防衛(wèi)常與防御性保護(hù)酶活性密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，重度放牧提高了老芒麥的POD酶活性。這可能是因?yàn)樵谳p度和中度放牧強(qiáng)度下，家畜散布的糞便較少，因而N、P等含量較低，從而發(fā)揮了AM真菌的作用，使植物產(chǎn)生有毒的次生代謝物來抵抗逆境干擾[38]，而重度放牧條件下則相反。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)，放牧和AM真菌均可影響老芒麥生長和白粉病的發(fā)生，與輕度放牧相比，中度放牧和重度放牧減輕了老芒麥白粉病發(fā)病率，提高了總生物量、磷含量、光合速率；與自然土相比，接種AM真菌處理老芒麥白粉病發(fā)病率降低了13.15%，總生物量增加了107.1%。放牧強(qiáng)度和土壤處理對老芒麥葉綠素含量、多酚氧化酶等的影響因放牧、土壤處理組合而異。

References:

[1] Renker C,Heinrichs J,Kaldorf M.Combining nested PCR and restriction digest of the internal transcribed spacer region to characterize arbuscular mycorrhizal fungi on roots from the field.Mycorrhiza,2003,13(4):191-198.

[2] Redecker D,Schüβler A,Stockinger H,Stürmer S L,Morton J B,Walker C.An evidence-based consensus for the classification of arbuscular mycorrhizal fungi (Glomeromycota).Mycorrhiza,2013,23:515-531.

[3] Saldajeno M G B,Ito M,Hyakumachi M.Interaction between the plant growth-promoting fungusPhomasp. GS8-2 and the arbuscular mycorrhizal fungusGlomusmosseae:Impact on biocontrol of soil-borne diseases,microbial population,and plant growth.Australasian Plant Pathology,2012,41(3):271-281.

[4] Affokpon A,Coyne D L,Lawouin L,Tossou C,Agbèdè R D，Coosemans J.Effectiveness of native West African arbuscular mycorrhizal fungi in protecting vegetable crops against root-knot nematodes.Biology and Fertility of Soils,2011,47(2):207-217.

[5] 韓婷婷,王維華,郭紹霞.AM真菌對彩葉草光合特性的影響.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,28(1):9-12.

Han T T,Wang W H,Guo S X.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on photosynthetic characteristics ofColeusblumei.Journal of Qingdao Agricultural University(Natural Science),2011,28(1):9-12.(in Chinese)

[6] Fougnies L,Renciot S,Muller F,Plenchette C,Prin Y,de Faria S M,Bouvet J M,Sylla S N,Dreyfus B,BA M.Arbuscular mycorrhizal colonization and nodulation improve flooding tolerance inPterocarpusofficinalisseedlings.Mycorrhiza,2007,17(3):159-166.

[7] 趙金莉,賀學(xué)禮.AM真菌對白芷抗旱性和藥用成分含量的影響.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,20(3):184-189.

Zhao J L,He X L.Effects of AM fungi on drought resistance and content of chemical components inAngelicadahurica.Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,2011,20(3):184-189.(in Chinese)

[8] Su Y Y,Guo L D.Arbuscular mycorrhizal fungi in non-grazed,restored and over-grazed grassland in the Inner Mongolia steppe.Mycorrhiza,2007,17(8):689-693.

[9] Lempesi A,Kyriazopoulos A P,Orfanoudakis M,Korakis G.Soil properties and plant community changes along a goat grazing intensity gradient in an Open Canopy Oak Forest.Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca,2013,41(2):567-575.

[10] Xu M Y,Xie F,Wang K.Response of vegetation and soil carbon and nitrogen storage to grazing intensity in semi-arid grasslands in the agro-pastoral zone of northern china.PLoS One,2014,9(5):e96604.

[11] 侯扶江,楊中藝.放牧對草地的作用.生態(tài)學(xué)報,2006,26(1):244-264.

Hou F J,Yang Z Y.Effects of grazing of livestock on grassland.Acta Ecologica Sinica,2006,26(1):244-264.(in Chinese)

[12] Komac B,Pladevall C,Domènech M,Fanlo R.Functional diversity and grazing intensity in sub-alpine and alpine grasslands in Andorra.Applied Vegetation Science,2014,18(1):75-85.

[13] Deng L,Sweeney S,Shangguan Z P.Grassland responses to grazing disturbance:Plant diversity changes with grazing intensity in a desert steppe.Grass & Forage Science,2014,69(3):524-533.

[14] 烏恩,菅原和夫,云錦鳳.放牧因子與VA菌根的相互作用對鴨茅養(yǎng)分吸收和生長發(fā)育的影響.干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(11):136-140.

Wuen,Sugawara K,Yun J F.Effects of interactions between grazing factors and mycorrhiza on nutrition and growth of orchardgrass.Journal of Arid Land Resources and Environment,2007,21(11):136-140.(in Chinese)

[15] 曹路,索培芬,韓冰,趙萌莉,海麗麗.大針茅根際AM真菌的分子鑒定及不同放牧強(qiáng)度對AM侵染的影響.基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué),2015,34(4):769-774.

Cao L,Suo P F,Han B,Zhao M L,Hai L L.Identification of arbuscular mycorrhiza fungi ofStipagrandisand infecting effects under grazing intensity.Genomics and Applied Biology,2015,34(4):769-774.(in Chinese)

[16] Su Y Y,Guo L D.Arbuscular mycorrhizal fungi in non-grazed,restored and over-grazed grassland in the Inner Mongolia steppe.Mycorrhiza,2007,17(8):689-693.

[17] Medina-Roldán E,Arredondo J T,Huber-Sannwald E,Chapa-Vargas L,Olalde-Portugal V.Grazing effects on fungal root symbionts and carbon and nitrogen storage in a shortgrass steppe in Central Mexico.Jornal of Arid Environment,2008,72(4):546-556.

[18] 南志標(biāo),李春杰.我國草類作物病害及其防治對策.//見:南志標(biāo),李春杰.中國草類作物病理學(xué)研究.北京:海洋出版社,2003：3-10.

Nan Z B,Li C J.Disease and control measures of China herbage crop.In:Nan Z B,Li C J. Pathological research of China herbage crop.Beijing:China Ocean Press,2003：3-10.(in Chinese)

[19] 陳秀蓉,馬靜芳,楊成德,陳德蓉,南志標(biāo).長芒草銹病對牧草生物量和品質(zhì)的影響.草業(yè)學(xué)報,2008,17(1):43-47.

Chen X R,Ma J F,Yang C D,Chen D R,Nan Z B.Effects of the rust ofStipabungeanaon grass biomass and quality.Acta Prataculturae Sinica,2008,17(1):43-47.(in Chinese)

[20] 南志標(biāo),李春杰.中國牧草真菌病害名錄.草業(yè)科學(xué),1994,11(增刊)：1-160.

Nan Z B,Li C J.The list of fungal forage diseases in China.Pratacultural Science,1994，11(S)：1-160. (in Chinese)

[21] 翟桂玉.牧草病害的預(yù)防與控制.當(dāng)代畜牧,2002(6):32-34.

Zhai G Y.Prevention and control of pasture disease.Contemporary Animal Husbandry,2002(6):32-34.(in Chinese)

[22] 陳默君,賈慎修.中國飼用植物.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002.

Chen M J,Jia S X.Forage Plants of China.Beijing:China Agriculture Press,2002.(in Chinese)

[23] 周益林,段霞瑜,盛寶欽.植物白粉病的化學(xué)防治進(jìn)展.農(nóng)藥學(xué)學(xué)報,2001,3(2):12-18.

Zhou Y L,Duan X Y,Sheng B Q.Development of chemical control for powdery mildew on plants.Chinese Journal of Pesticide Science,2001,3(2):12-18.(in Chinese)

[24] Koske R E,Gemma J N.A modified procedure for staining roots to detect VA mycorrhizas.Mycological Research,1989,92(4):486-505.

[25] Giovannetti M,Mosse B.An evaluation of techniques for measuring vesicular arbuscular mycorrhizal infection in roots.New Phytologist,1980,84:489-500.

[26] 文海燕,傅華,趙哈林.退化沙質(zhì)草地植物群落物種多樣性與土壤肥力的關(guān)系.草業(yè)科學(xué),2008,25(10):6-9.

Wen H Y,Fu H,Zhao H L.The relationship between plant species biodiversity and soil fertility in degraded sandy grassland.Pratacultural Science,2008,25(10):6-9.(in Chinese)

[27] 王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù).北京:高等教育出版社,2006:105-285.

Wang X K.Principle and Technology of Plant Physiological and Biochemical Experiments.Beijing:Higher Education Press,2006:105-285.(in Chinese)

[28] Lugo M A,González Maza M E,Cabello M N.Arbuscular mycorrhizal fungi in a mountain grassland Ⅱ:Seasonal variation of colonization studied, along with its relation to grazing and metabolic host type.Mycologia,2003,95(3):407-415.

[29] 李曉林,馮固.叢枝菌根生態(tài)生理.北京:華文出版社,2001.

Li X L,Feng G.Arbuscular Mycorrhizal Ecological Physiology.Beijing:Sino-Culture Press,2001.(in Chinese)

[30] Day T A,Detling J K.Grassland patch dynamics and herbivore grazing preference following urine deposition.Ecology,1990,71(1):180-188.

[31] Dormaar J F,Adams B W,Willms W D.Effects of grazing and abandoned cultivation on aStipaboutelouacommunity.Range Management,1994,47:28-32.

[32] 方愛國,李春杰.Neotyphodium屬禾草內(nèi)生真菌和球囊霉屬菌根真菌對野大麥生長的影響.草業(yè)科學(xué),2014,31(3):457-461.

Fang A G,Li C J.Effect ofNeotyphodiumendophyte and AMF onHordeumbrevisubulatumgrowth.Pratacultural Science,2014,31(3):457- 461.(in Chinese)

[33] Duan T Y,Facelli E,Smith S E,Smith F A,Nan Z B.Differential effects of soil disturbance and plant residue retention on function of arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis are not reflected in colonization of roots or hyphal development in soil.Soil Biology and Biochemistry,2011,43:571-578.

[34] Heath M C.The root nodule-arbuscular mycorrhizae-plant pathogen relationship.Physiological and Molecular Plant Pathology,2002,60(3):101-102.

[35] Scholes J D,Rolfe S A.Photosynthesis in localised regions of oat leaves infected with crown rust (Pucciniacoronata)-Quantitative imaging of chlorophyll fluorescence.Planta,1996,199(4):573-582.

[36] 郭艷娥,李芳,李應(yīng)德,段廷玉.AM真菌促進(jìn)植物吸收利用磷元素的機(jī)制.草業(yè)科學(xué),2016,33(12):2379-2390.

Guo Y E,Li F,Li Y D,Duan T Y.Progress in the elucidation of the mechanisms of arbuscular mycorrhizal fungi in promotion of phosphorus uptake and utilization by plants.Pratacultural Science,2016,33(12):2379-2390.(in Chinese)

[37] Jung W J,Jin Y L,Park R D.Treatment ofPaenibacillusillinoisensissuppresses the activities of antioxidative enzymes in pepper roots caused byPhytophthoracapsiciinfection.World Journal of Microbiology and Biotechnology,2006,22(9):901-907.

[38] Smith S E,Read D J.Mycorrhizal Symbiosis.Britain:Academic Press,2008.

InfluenceofgrazingandarbuscularmycorrhizafungalinfectionsonvegetativegrowthandpowderymildewincidenceinElymussibiricusgrownintheeasternmarginoftheTibetanPlateauinsummer

Li Fang, Zhang Feng, Guo Yan-e, Gao Ping, Duan Ting-yu

(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems; Key Laboratory of Grassland Livestock Industry Innovation, Ministry of Agriculture; College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, Gansu, China)

We established a greenhouse experiment to study the influence of arbuscular mycorrhiza (AM) fungal infections on plant growth and powdery mildew incidence in the grass speciesElymussibiricus. Soil was collected from Gansu Maqu alpine grassland and used as follows: no treatment, sterilized to eliminate all microorganisms, sterilized and microorganisms returned except for AM fungi, sterilized and inoculated with a mix ofRhizophagusintraradicesandClaroideoglomusetunicatum.E.sibiricuswas grown on each of the treated soils and subjected to light grazing (LG), moderate grazing (MG), or heavy grazing (HG). Our analyses showed that growth and powdery mildew incidence inE.sibiricuswas influenced by grazing and AM fungal colonization. Powdery mildew incidence varied among grazing intensities and soil treatments. Compared with the intensity in LG, in MG and HG,E.sibiricushad a lower powdery mildew incidence and higher total dry weight, total P content, and photosynthetic rate. The rate of powdery mildew was the highest (59.83%) in plants on soil without any treatment and the lowest (44.73%) in plants on sterilized soil. The rate ofE.sibiricuspowdery mildew disease decreased 13.15% and total plant dry weight increased by 56.46% after inoculation with AM fungi compared with no treatment. Grazing intensities and soil treatments had interaction effects on total P content, chlorophyll content, and PPO activity.

grazing intensity; arbuscular mycorrhizal fungi; stress; powdery mildew;Elymussibiricus

Duan Ting-yu E-mail:duanty@lzu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0618

李芳，張峰，郭艷娥，高萍，段廷玉.放牧和AM真菌對夏季青藏高原東緣老芒麥生長和白粉病的影響.草業(yè)科學(xué),2017,34(12)：2528-2537.

Li F,Zhang F,Guo Y E,Gao P,Duan T Y.Influence of grazing and arbuscular mycorrhiza fungal infections on vegetative growth and powdery mildew incidence inElymussibiricusgrown in the eastern margin of the Tibetan Plateau in summer.Pratacultural Science，2017,34(12)：2528-2537.

S812.8;S435.4

A

1001-0629(2017)12-2528-10

2016-12-15接受日期2017-06-09

國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-22)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(2022016zr0003);教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(IRT-17R50)

李芳(1990-)，女，青海西寧人，在讀博士生，研究方向?yàn)槟敛莶±韺W(xué)。E-mail:lif2013@lzu.edu.cn

段廷玉(1976-)，男，甘肅靖遠(yuǎn)人，副教授，博士，研究方向?yàn)榫鷳B(tài)學(xué)。E-mail:duanty@lzu.edu.cn

(責(zé)任編輯 茍燕妮)