不同AM菌劑對(duì)石山樹(shù)種任豆幼苗生長(zhǎng)的影響

姜 英，劉 菲，李 娟，劉雄盛，戴 菱，蔣 燚

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 國(guó)家林業(yè)局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530002）

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一類能夠穿過(guò)宿主植物根系表皮細(xì)胞形成叢枝、泡囊、根內(nèi)菌絲和孢子等侵染結(jié)構(gòu)，并通過(guò)菌根共生體為植物提供礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素同時(shí)換取其自身生長(zhǎng)的碳源的土壤微生物[1-2]。AMF生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，能與陸地上80%以上的植物和約90%的維管植物根系形成共生體[2-3]，稱為叢枝菌根（ar?buscular mycorrhiza，AM）。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，AM可以顯著提高宿主植物的生長(zhǎng)[4-5]和抗旱性[6-7]，促進(jìn)植物對(duì)礦物質(zhì)的吸收[8-9]，改善植物的水分代謝[10]和土壤理化性狀[2，11]。應(yīng)用AMF對(duì)惡劣環(huán)境中的生態(tài)恢復(fù)與重建有明顯的促進(jìn)作用[12]。AM的生理結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能與石漠化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)亟待克服的障礙之間有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[12-13]，利用AM手段來(lái)解決巖溶石漠化問(wèn)題是一條嶄新而有效的途徑。

任豆（Zenia insignis）學(xué)名翅莢木，是廣西主要的石山造林樹(shù)種之一，主要分布于左江、右江兩岸的石灰?guī)r地區(qū)[14]。其萌芽性強(qiáng)，生長(zhǎng)快，側(cè)根粗壯發(fā)達(dá)，能耐干旱瘠薄[15]，可作為工業(yè)原料林、菌材和珍貴用材樹(shù)種經(jīng)營(yíng)[14]。本研究以石山樹(shù)種任豆為接種對(duì)象，研究不同種類叢枝菌根真菌接種劑對(duì)任豆苗木的浸染差異，及侵染后對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響，以期為石漠化地區(qū)植被重建與恢復(fù)提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃，海拔85 m，屬典型的的南亞熱帶季風(fēng)氣候，日照時(shí)數(shù)約1 550 h，年均氣溫約21.5℃，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-2.1℃，年均降水量1304.2mm，年自然蒸發(fā)量達(dá)1 397 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

菌種購(gòu)買于北京農(nóng)林科學(xué)院營(yíng)資所，2個(gè)摩西球囊霉菌種（Glomus mosseae，MX，編號(hào)：BGC HUN03B，分離于湖南郴州；編號(hào)BGC XJ08A，分離于新疆輪臺(tái)）和2個(gè)幼套球囊霉菌種（Glomus etunicatum，YT，編號(hào)：BGC HEB04，分離于河北廊坊；編號(hào)：BGCXJ04B，分離于新疆沙灣），共4個(gè)菌劑。

供試任豆種子從當(dāng)?shù)爻赡甏髽?shù)上采集，經(jīng)處理后采用滅菌沙床催芽，長(zhǎng)成4 cm左右芽苗后，進(jìn)行不同菌劑接種移植，移植后進(jìn)行單株培養(yǎng)，培養(yǎng)的基質(zhì)袋規(guī)格為20 cm×20 cm。移植的基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)組成及營(yíng)養(yǎng)成分Tab.1 Substrate and nutritional composition

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)菌劑（HUN03B、XJ08A、HEB04、XJ04B）、2種接種方式（蘸根、穴施）進(jìn)行組合，并用不含菌劑的蘸根、穴施處理的任豆苗木分別作為對(duì)照（CK蘸根、CK穴施），每個(gè)處理6株苗木。2018年3月9日統(tǒng)一完成接種移植工作。接種后苗木在苗圃進(jìn)行常規(guī)管理。

本試驗(yàn)中蘸根處理是將待接種菌劑與一定份量的細(xì)黃心土拌水混合后調(diào)成糊狀，再將苗木根系盡可能多地蘸上此菌劑混合物，然后種入苗盆內(nèi)。穴施處理是將待接種菌劑直接均勻地施入苗盆內(nèi)的苗木根系周圍。

1.4 樣品采集和指標(biāo)測(cè)定

接種40、70、110、150 d后分別對(duì)任豆根系進(jìn)行取樣，將選取洗凈的根系剪成1 cm長(zhǎng)，用FAA保存一段時(shí)間后，按照墨水醋染色法[16]染色制片，進(jìn)行菌根浸染率檢測(cè)和顯微鏡拍照記錄。每月對(duì)苗高、地徑進(jìn)行每株測(cè)量。接種半年后，分根莖葉對(duì)苗木生物量進(jìn)行測(cè)定，洗凈吸干表面水分后，105℃殺青5 min，60～80℃烘干至恒重，分別稱取重量，3部分之和為總生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

菌根感染率=AMF感染根段數(shù)/檢查根段總數(shù)×100%；菌根依賴性指數(shù)（MD）=接菌后植物生物量（M+）/未接菌植物生物量（M-）×100%。應(yīng)用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌根侵染率及根段感染強(qiáng)度

接種40 d時(shí)，所有處理均未發(fā)現(xiàn)菌根；接種70 d時(shí)，HUN03B蘸根處理對(duì)任豆根系浸染效果最好，浸染率達(dá)到94%，而此時(shí)HUN03B穴施處理浸染率為62%，其他3種菌劑的穴施處理浸染率也表現(xiàn)為明顯低于同菌劑蘸根處理的浸染率；在接種70～150 d期間，除HUN03B蘸根處理的浸染率有輕微S型波動(dòng)外，其他處理的浸染率均表現(xiàn)為隨時(shí)間的推移而上升的趨勢(shì)（表2）。接種150 d時(shí)，4個(gè)菌劑種類均表現(xiàn)出對(duì)任豆苗木較好的浸染效果，浸染率在87%～94%之間，說(shuō)明GM、GE 2種菌屬的AMF菌劑都可以與任豆苗木形成菌根，相同菌屬的不同菌株之間浸染效率存在一定差異，其中以HUN03B菌株浸染時(shí)間最短，浸染率最高。接種110 d后，CK處理的任豆苗木也出現(xiàn)了菌根，浸染率在11%～30%左右，可能為基質(zhì)中的土著菌根真菌所浸染，浸染率低應(yīng)該與基質(zhì)中存在的孢子密度較低有關(guān)。

表2 任豆菌根侵染情況調(diào)查Tab.2 Investigation of Zenia insignis on mycorrhizal infection

2.2 接種AMF菌劑對(duì)任豆苗木生長(zhǎng)的影響

在蘸根（ZG）處理中，任豆接種苗木與非接種苗木在4—5月期間，苗高、地徑均未出現(xiàn)顯著性差異(圖1)。在6月份，接種苗木苗高38.83～43.33 cm，顯著高于CK蘸根（30.33 cm），地徑之間差異卻不顯著。在7—8月份，4個(gè)菌劑以HUN03B處理的苗高、地徑最大，分別為79.20 cm、6.99 mm和98.60 cm、7.46 mm，其苗高顯著高于其他3種菌劑處理水平，但4個(gè)菌劑間的地徑差異不顯著，同時(shí)4個(gè)菌劑處理的苗高、地徑都顯著高于CK蘸根；7—8月份的CK蘸根的苗高、地徑分別為50.00 cm、4.65 mm和69.67 cm、5.62 mm。在9月份，4個(gè)菌劑之間的苗高、地徑差異不顯著，同時(shí)又都顯著大于CK蘸根，苗高以HEB04最高 （112.71 cm），其次為 HUN03B（111.67 cm），分別是CK蘸根苗高的1.22和1.21倍；地徑以HUN03B最大（10.67 mm），是CK蘸根地徑的1.39倍。

在穴施（XS）處理中，任豆接種苗木與非接種苗木在4—5月份，苗高、地徑均未出現(xiàn)顯著性差異，這點(diǎn)與蘸根處理類似。在6—9月份，接種苗木之間的苗高、地徑差異不顯著，同時(shí)均顯著高于同時(shí)期的未接種苗木對(duì)應(yīng)值。4個(gè)菌劑中，GM菌種的HUN03B略高于XJ08A處理苗木，GE菌種的HEB04略高于XJ04B處理苗木。在9月份，以HEB04的苗高最大（110.62 cm），是CK穴施的1.23倍；以HUN03B的地徑最大（10.10 mm），是CK穴施的1.33倍。

2種不同接種方式相對(duì)比，總體來(lái)說(shuō)蘸根接種方式的苗木生長(zhǎng)稍領(lǐng)先于穴施接種方式的苗木。這種領(lǐng)先主要表現(xiàn)在6—8月，在9月份，這種領(lǐng)先變得不明顯。在6月份，蘸根處理中以HUN03B的苗高、地徑最大，分別為43.33 cm、3.79 mm；穴施處理中的以HEB04的苗高、地徑最大，分別為33.83 cm、3.47 mm；2個(gè)處理之間的苗高差異顯著，地徑差異不顯著。在7月份，蘸根處理中的HUN03B的苗高、地徑仍維持最大值，分別為79.20 cm、6.99 mm；穴施處理中的HUN03B的苗高、地徑最大，分別為67.00 cm、6.30 mm；2處理之間苗高差異顯著，地徑差異不顯著。在8月份，蘸根處理和穴施處理仍以HN03的最大，但兩處理之間的苗高、地徑差異均未到達(dá)顯著水平。在9月份，苗高均以HEB04的蘸根和穴施處理最大，分別為112.71、110.62 cm；地徑均以HUN03B的蘸根和穴施處理最大，分別為10.67、10.10 mm；蘸根和穴施之間的苗木生長(zhǎng)差異逐漸縮小。

圖1 2種不同接種方式下的任豆接種苗與未接種苗生長(zhǎng)情況對(duì)比Fig.1 Comparison of growth of Zenia insignis inoculated and non-inoculated seedlings under different inoculation methods

2.3 接種AMF菌劑對(duì)任豆苗木生物量的影響

接種AMF一定程度上促進(jìn)了任豆苗木的生長(zhǎng)，其中以HUN03B菌劑促進(jìn)效果最好，苗高、地徑、莖鮮重、莖干重、根鮮重、根干重均最大，其次為HEB04，葉鮮重、葉干重則以XJ08A處理的值最大（表3）。除莖鮮重、莖干重外，其他指標(biāo)均顯著高于CK對(duì)應(yīng)值，且4個(gè)菌劑之間差異不顯著。

對(duì)任豆苗木生長(zhǎng)促進(jìn)效果最好的HUN03B屬于GM菌種，稍好于同菌種的XJ08A處理；GE菌種的HEB04對(duì)任豆苗木的促進(jìn)效果好于同菌種的XJ04B處理。因此，相同菌種之間的不同菌劑（菌株）可能因?yàn)榉蛛x地、分離植株的不同，對(duì)相同植物的浸染效果產(chǎn)生差異。

2.4 任豆幼苗的菌根依賴性

任豆對(duì)4種菌劑的菌根依賴性均為弱依賴性，菌根依賴指數(shù)1.38～1.57（表4）。其中以對(duì)HUN03B的菌根依賴性最強(qiáng)，總生物量達(dá)20.42，菌根依賴性指數(shù)為1.57?？偟膩?lái)說(shuō)，任豆苗木對(duì)GM菌種的菌根依賴性對(duì)比GE菌種的菌根依賴性稍強(qiáng)。

表4 不同菌劑接種的任豆幼苗菌根依賴性Tab.4 Mycorrhizal dependency of Zenia insignis seedlings inoculated with different AMF

3 結(jié)論與討論

菌根真菌對(duì)植物的直接影響就是促進(jìn)植物生長(zhǎng)[18]。本研究中，4種菌劑分別接種的任豆苗木苗高、地徑和生物量均不同程度高于對(duì)照處理植株，表明這4種叢枝菌根真菌對(duì)任豆苗木的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的有益促進(jìn)作用，但任豆對(duì)這4種菌劑的菌根依賴性表現(xiàn)為弱依賴性，與甘春燕[19]、宋鳳鳴等[15]的研究結(jié)論相一致。在其他地區(qū)也有相似研究結(jié)果，張中峰[13]研究表明接種菌根真菌的任豆苗木成活率和保存率較未接種的苗木高14.9%～22.6%，接種叢枝菌根能夠提高石漠化地區(qū)造林苗木成活率和保存率，這對(duì)今后任豆育苗和石山地區(qū)造林具有參考價(jià)值。

AMF菌劑的接種效應(yīng)受接種方式[20]、土壤pH值[21]、水肥條件[20,2]、耕作方式[2]、坡位[22]等的影響。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)任豆接種AMF時(shí)，蘸根方式比穴施方式更有效地縮短了浸染時(shí)間，有益于苗木前期的生長(zhǎng)。接種150 d后，2種不同接種方式的菌根浸染率差異不明顯?？赡苷焊绞綉?yīng)用黃心土作黏合劑，有利于孢子附著植物根系，有效地幫助了真菌孢子對(duì)根系細(xì)胞的浸染，縮短了孢子對(duì)根系浸染的時(shí)空效應(yīng)。AMF以休眠孢子的形態(tài)存在于土壤中，當(dāng)條件適宜時(shí)隨機(jī)萌發(fā)尋找寄主植物[2]。AMF的生長(zhǎng)發(fā)育與孢子本身的大小、P濃度、基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分等都有關(guān)系。而孢子大小不僅在種類間有區(qū)別，在同一種類不同菌株間也有差異[2]。因此，促使AMF生長(zhǎng)發(fā)育，與植物根系形成AM是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題。有研究表明，在低濃度的營(yíng)養(yǎng)液條件下，AMF的生長(zhǎng)發(fā)育與P濃度呈正相關(guān)[20]；而周霞的研究表明，低濃度下的營(yíng)養(yǎng)液也明顯的抑制了AMF的擴(kuò)繁生長(zhǎng)，在其的研究結(jié)果中，泥炭基質(zhì)成分明顯抑制了AMF的生長(zhǎng)[23]。其他研究中也報(bào)道了，基質(zhì)中的草炭含量會(huì)影響菌劑擴(kuò)繁效果[24]。從本實(shí)驗(yàn)的浸染時(shí)間、浸染率、浸染等級(jí)來(lái)看，用HUN03B菌劑蘸根的方式對(duì)任豆芽苗進(jìn)行接種是對(duì)任豆苗木菌根化培育的有效方法。同時(shí)，AMF菌劑對(duì)植物的浸染效應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，本實(shí)驗(yàn)只觀測(cè)了菌劑對(duì)任豆半年的影響效果，有待進(jìn)一步研究。

在自然生態(tài)環(huán)境中，存在很多土著的菌根真菌，它們與植物間進(jìn)行著雙向選擇，真菌種類豐富，對(duì)植物的浸染也是混合浸染方式，建議以后結(jié)合苗木生長(zhǎng)的自然條件更多地開(kāi)展復(fù)合浸染研究。