摩西球囊霉和施P量對丹參生長和養(yǎng)分含量的影響

賀學(xué)禮,李君,孟靜靜,趙麗莉

(河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北保定 071002)

摩西球囊霉和施P量對丹參生長和養(yǎng)分含量的影響

賀學(xué)禮,李君,孟靜靜,趙麗莉

(河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北保定 071002)

為探明AM真菌促進(jìn)丹參生長效應(yīng)及其作用機(jī)理,以非滅菌土為生長基質(zhì),采用盆栽實(shí)驗(yàn),研究了不同施P量與摩西球囊霉(Glom us mosseae)對丹參(Salvia m iltiorrhizaBge.)生長和養(yǎng)分含量的影響.結(jié)果表明,接種摩西球囊霉對不同施P水平下丹參生長有顯著影響,能夠提高丹參根系菌根侵染率,但高施P量抑制了摩西球囊霉對丹參根系的侵染.不同施P水平下接種摩西球囊霉能有效提高丹參生長量、根系活力、葉片可溶性糖及全N、全P含量,對植株地下部丹參酮含量有明顯促進(jìn)作用,并顯著降低了地下部黃酮含量,但對葉片可溶性蛋白及地上部丹參酮和黃酮含量無顯著影響.一定施P水平下,接種摩西球囊霉能夠促進(jìn)丹參生長,提高藥用成分含量,土壤施P量為0.049～0.098 g/kg時(shí)接種效果最佳.

摩西球囊霉;施 P量;生長量;養(yǎng)分含量;丹參

丹參(Salviam iltiorrhizaBge.)隸屬唇形科鼠尾草屬,中藥丹參在我國應(yīng)用歷史悠久,其干燥根及根莖入藥,具有祛瘀止痛、活血通經(jīng)、清心除煩等功能[1].隨著丹參需求量增加以及野生資源急劇減少,人工種植丹參正在快速推進(jìn),由于不規(guī)范種植及濫施肥料使得丹參栽培種的土壤環(huán)境日益惡化[2].通過生物技術(shù)提高植物產(chǎn)量和品質(zhì)是近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域.

目前,已知80%以上高等植物都能形成叢枝菌根(AM)[3].叢枝菌根有利于植物對土壤養(yǎng)分和水分的吸收和利用,改善植物生長狀況[4-5].大量研究表明,AM真菌能夠?qū)λ幱弥参锷L產(chǎn)生影響,擴(kuò)大根系吸收面積,促進(jìn)植物對N,P等礦質(zhì)元素的吸收[6-7],同時(shí)也可提高植物抗性,使植物在逆境條件下正常生長.魏改堂等[8-9]研究發(fā)現(xiàn),接種AM真菌可有效促進(jìn)荊芥和曼陀羅植株生長,增加營養(yǎng)元素吸收,提高有效成分含量.賀學(xué)禮等[10]研究表明,接種AM真菌對不同施N水平下黃芪生理特性和藥用成分有顯著促進(jìn)作用.但AM真菌的有益作用與環(huán)境條件密切相關(guān),其中土壤P含量是非常重要的影響因子[11-12].要充分利用AM真菌的有益效應(yīng),就必須了解相應(yīng)的適宜條件.筆者在土培條件下研究了施P量與摩西球囊霉(Glom usmosseae)對丹參生長和養(yǎng)分含量的影響,以便為闡明AM真菌促進(jìn)丹參生長效應(yīng)以及利用菌根生物技術(shù)提高丹參產(chǎn)量和品質(zhì)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

供試的丹參(S.m iltiorrhizaBge.)種子購自河北安國市藥材市場.AM真菌接種劑為摩西球囊霉(G.m osseae)經(jīng)黑麥草擴(kuò)大繁殖后獲得的含有孢子、菌絲和侵染根段的根際土.

供試土壤為河北保定市農(nóng)田土壤耕作層(1～20 cm),過2 mm篩,按m(土)∶m(沙)=2∶1混勻,晾干備用.土壤有機(jī)質(zhì)10.08 g/kg,堿解N 0.064 4 g/kg,速效 P 0.021 5 g/kg,p H(H2O)8.23.供試肥料：尿素(N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%),硫酸鉀(K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%),磷酸二氫鈉(P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.17%).盆栽容器為21.5 cm×16 cm×20.5 cm的硬質(zhì)底部有孔塑料盆,每盆裝非滅菌土4 kg.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理

以非滅菌土為基質(zhì),設(shè)5個(gè)施 P水平(用 P0,P1,P2,P3和 P4表示),依次為0,0.024,0.049,0.098和0.196 g/kg,同一施P水平設(shè)接種(GM)和不接種(CK)2個(gè)處理,接種處理每盆均勻?qū)邮┚鷦?0 g,對照處理每盆加等量滅菌菌劑和接種菌劑過濾液,以保持除AM真菌外其他土壤微生物區(qū)系組成一致.同時(shí),每盆每kg土加0.335 g K2SO4和0.219 g尿素,每個(gè)處理重復(fù)4次,實(shí)驗(yàn)盆隨機(jī)排列.2009年3月29日選取生相一致、4片真葉的丹參壯苗移植,每盆2株,生長期間,溫室常規(guī)管理,不定期滅蚜,松土,9月1日收獲完成.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

菌根侵染率按Phillips和Hayman[13]方法測定;分別收獲丹參地上部和地下部,洗去表面浮塵后于50℃烘干至恒重,稱重,丹參根系活力用 TTC法測定,葉片可溶性糖含量用蒽酮法測定,可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán) G-250測定,脯氨酸含量用茚三酮法[14]測定;組織全N含量用凱氏定氮法測定,全P含量用釩鉬黃比色法[15]測定;丹參酮、黃酮含量用紫外分光光度法[16]測定.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件One-Way ANONA程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,平均值按Duncan新復(fù)極差分析進(jìn)行多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌和施P量對丹參生長量及生理特性的影響

AM真菌和施P量對丹參生長量及生理特性的影響見表1.

表1 AM真菌和施P量對丹參生長量及生理特性的影響Tab.1 Effects of AM fungion the growth amoun t and physiological characters of S.miltiorrhiza under different P levels

2.1.1 AM真菌和施P量對丹參侵染率、生長量及根系活力的影響

由表1可知,同一施P水平,接種株菌根侵染率在P2-P4水平高于對照株,并在P2-P3水平差異顯著.不同施P水平,接種株和對照株菌根侵染率在P0-P3水平隨施P量增加而增加,在P4時(shí)侵染率顯著下降.

同一施P水平,與對照珠相比,接種摩西球囊霉顯著提高了丹參植株干重.不同施 P水平下,接種株及對照株地上部干重分別在P1和P0水平達(dá)到最高,此后隨施P量增加而降低,但差異均不顯著.接種株及對照株地下部干重隨施P量增加而增加,分別在P3和P1水平時(shí)達(dá)到最大,此后隨施P量增加而降低,差異顯著.

同一施P水平,接種摩西球囊霉對植株根系活力有顯著影響,在 P0水平顯著低于對照株,在 P1-P4時(shí)顯著高于對照株.不同施P水平,接種株和對照株根系活力隨施P量增加而增加,并在P3時(shí)達(dá)到最大且差異顯著,在P4水平根系活力顯著降低.

2.1.2 AM真菌和施P量對丹參生理特性的影響

同一施P水平,接種株葉片可溶性糖含量在P0時(shí)顯著低于對照株,而在 P1-P4時(shí)顯著高于對照株;接種株可溶性蛋白含量在P1和P3水平顯著高于對照株,在P4時(shí)顯著低于對照株.不同施P水平,接種株可溶性糖含量在P0-P4水平隨施P量增加而增加,對照株可溶性糖含量及接種株和對照株可溶性蛋白含量在P0-P3水平隨施P量增加而顯著增加(除接種株可溶性蛋白P1水平外),在P4水平顯著降低(表1).

同一施P水平,接種株脯氨酸含量顯著高于對照株.不同施 P水平,接種株葉片脯氨酸含量在 P0-P3水平隨施P量增加而增加(除接種株P(guān)1水平),在P4時(shí)略有下降,差異不顯著.對照株葉片脯氨酸含量在 P1時(shí)顯著下降,在P1-P3水平隨施P量增加而顯著增加,在P4時(shí)脯氨酸含量顯著下降(表1).

2.2 AM真菌和施P量對丹參營養(yǎng)成分的影響

2.2.1 AM真菌和施P量對丹參N,P含量的影響

由表2可知,同一施P水平,接種株地上部N含量在P0-P3水平顯著高于對照株,在P4時(shí)顯著低于對照株;接種株地下部N含量僅在P3時(shí)顯著高于對照株.不同施P水平,接種株和對照株N含量在P0-P3水平均隨施P量增加而增加,在P4時(shí)含量降低,僅對照株地下部N含量差異不顯著.

同一施P水平,接種株地上部P含量在P0時(shí)顯著低于對照株,在P2-P4水平顯著高于對照株;接種株地下部P含量僅在P2-P3水平顯著高于對照株.不同施P水平,接種株P(guān)含量在P0-P3水平隨施P量增加而增加,在P4時(shí)顯著降低;對照株地上部P含量在P1-P2水平略有下降,P2-P4水平隨施P量增加而增加;地下部P含量在P0-P1水平顯著下降,此后P含量增加.

2.2.2 AM真菌和施P量對丹參酮、黃酮含量的影響

同一施P水平,接種株地上部丹參酮含量僅在P1時(shí)顯著高于對照株;接種株地下部丹參酮含量在P0-P3水平顯著高于對照株,而在P4時(shí)顯著低于對照株.不同施P水平,接種株丹參酮含量隨施P量增加先升后降,地上部丹參酮含量在P2時(shí)達(dá)最大值,地下部丹參酮含量在P3時(shí)達(dá)最大值.對照株地上部丹參酮含量在P2時(shí)達(dá)最大值;地下部丹參酮含量隨施P量增加而顯著增加(表2).

表2 AM真菌和施P量對丹參營養(yǎng)成分的影響Tab.2 Effects of AM fungion nutritional components of S.m iltiorrhiza under different P levels

同一施P水平,接種株地上部黃酮含量在P0-P1水平顯著低于對照株,在P3時(shí)顯著高于對照株,在P4時(shí)顯著低于對照株.在P0-P4水平接種株地下部黃酮含量顯著低于對照株.不同施P水平,接種株地上部黃酮含量在P0-P3水平隨施P量增加而顯著增加,在P4時(shí)顯著降低;對照株地上部黃酮含量在P0-P1水平隨施P量增加而顯著增加,在P1-P4水平隨施P量增加而減少.接種株及對照株地下部黃酮含量在P0-P2水平隨施P量增加而降低,在P2-P4水平隨施P量增加而增加,接種株差異不顯著,對照株差異顯著(表2).

3 討論

AM真菌能與絕大多數(shù)高等植物形成良好共生關(guān)系,而這種共生關(guān)系的程度與土壤營養(yǎng)密切相關(guān).實(shí)驗(yàn)中,土著AM真菌對丹參根系有不同程度侵染,接種摩西球囊霉提高了不同施P水平下菌根侵染率.低P條件下,土壤有效P不能滿足植株和AM真菌生長所需的磷營養(yǎng),抑制了AM真菌侵染,隨施P量增加,根系侵染率增加,在0.098 g/kg時(shí)侵染率最大.在0.196 g/kg時(shí),可能是由于過高施P量增加了植株體內(nèi) P含量,降低根系細(xì)胞膜透性,減少分泌物數(shù)量,使AM真菌對根系侵染頻度和與根系形成二次侵入的機(jī)會(huì)降低,從而抑制了菌根真菌侵染.也有可能是高P造成AM真菌生長和代謝活性下降,使植物通過AM真菌獲取P營養(yǎng)的過程受到限制[17-18].

大量研究表明,根系生長發(fā)育與磷環(huán)境密切相關(guān),在磷環(huán)境發(fā)生變化時(shí),根系首先感受并傳導(dǎo)信號,促使植物通過調(diào)節(jié)自身代謝活動(dòng)來適應(yīng)磷環(huán)境的變化[18].不施P或高P都會(huì)抑制丹參根系活力,可能是降低了丹參根系酸性磷酸酶活性.AM真菌與根系共生后,擴(kuò)大了根系吸收面積,有效提高了植物根系活力[19].實(shí)驗(yàn)中,AM真菌在適P水平顯著提高了丹參根系活力.根系作為植物重要的吸收器官和代謝器官,它的生長發(fā)育直接影響到地上部莖葉生長及作物產(chǎn)量[20].丹參根系活力的增強(qiáng)對植株生長量有明顯促進(jìn)作用.

植物抗逆性與防御系統(tǒng)活性密切相關(guān).研究證實(shí),脯氨酸累積量與植物抗逆能力有正相關(guān)性.脯氨酸合成途徑消耗大量NADPH,其降解可以產(chǎn)生能量,所以脯氨酸累積可能還是一種儲存能量的途徑[21].本實(shí)驗(yàn)中,適P水平下接種株葉片脯氨酸含量顯著高于對照株,可能是植株抗衰老的一種表現(xiàn).接種摩西球囊霉能夠顯著提高不同施P水平下丹參葉片可溶性糖含量,而可溶性糖含量增加有利于提高植株的抗逆性[22].

接種AM真菌可顯著促進(jìn)植物對土壤N,P的吸收,原因在于AM真菌菌絲體的直接吸收和改變了土壤理化性質(zhì)的間接作用,從而影響了根系本身對土壤養(yǎng)分的攝取能力[23].本實(shí)驗(yàn)中,接種AM真菌在適P水平下促進(jìn)了丹參對土壤N,P的吸收,改善了植株體內(nèi)N,P營養(yǎng).不施P時(shí),接種株全P含量低于對照株,可能是由于在極端低P條件下,土壤有效P不但要供植株生長,還要被土著真菌和施入真菌消耗,使丹參對土壤磷肥利用降低的緣故.本實(shí)驗(yàn)中,接種摩西球囊霉提高了丹參葉片可溶性蛋白含量,表明摩西球囊霉提高了植物葉片對N的吸收、轉(zhuǎn)化及貯存能力[10].同時(shí)可溶性蛋白含量的提高能夠增強(qiáng)植株光合能力,延緩丹參葉片衰老,提高丹參的抗逆性.

研究表明,AM真菌能夠直接或間接地影響植物次生代謝過程,進(jìn)而影響藥用植物有效成分含量[24].適P水平,接種株總丹參酮含量顯著高于對照株,可能是由于AM真菌作為一種生物誘導(dǎo)子通過提高糖中間代謝產(chǎn)物來提高丹參酮類物質(zhì)含量,不施P或高P均不利于丹參酮積累[25].黃酮類化合物在植物界中普遍存在,具有解熱、鎮(zhèn)痛、抗炎、止咳、祛痰作用[26].哈本[27]指出某些營養(yǎng)元素的缺乏易刺激黃酮類化合物合成.不施P時(shí),植株地下部黃酮含量高于其他P水平,而接種AM真菌緩解了磷的缺乏.本實(shí)驗(yàn)中,地上部黃酮含量均高于地下部,進(jìn)一步證實(shí)了黃酮類化合物在植物體內(nèi)并非均勻分布,可能與植物器官所承擔(dān)的功能有關(guān)[28-29].

實(shí)驗(yàn)表明,不施P或少施P會(huì)對丹參生長發(fā)育和代謝活動(dòng)產(chǎn)生不利影響;過高施P,植物根系為抵抗高磷脅迫,需提高呼吸來適應(yīng)環(huán)境,滲透物質(zhì)含量減少,導(dǎo)致丹參質(zhì)量下降.施 P量為0.049～0.098 g/kg時(shí),摩西球囊霉接種效果最明顯,此時(shí)土壤中N,P含量比例為(0.029～0.098)∶0.1,與韓建平[30]等研究的丹參較佳施肥比例大體(1∶1)一致.

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Effects of Glomusmosseae on the Growth and Nutritional Contents of Salviam iltiorrhiza Bge.Under Different P Levels

HEXue-li,LIJun,MENGJing-jing,ZHAO Li-li
(College of Life Sciences,Hebei University,Baoding 071002,China)

A pot culture w ith unsterilized soil as grow th substrate showed thatGlom usmosseaehad significant effects on the grow th of host p lants under different P app lication levels in order to understand the mechanism of AM fungi on the grow th ofSalvia m iltiorrhizaand p rovide the basis fo r the use of m yco rrhizal biotechnology to imp rove quantity and quality of host p lant.The results show ed that them yco rrhizal infection rate of host p lants w as significantly p romo ted by inoculationG.mosseae,but high P app lication level supp ressed the m yco rrhizal infection rate.The grow th amount,vitality of roots,soluble sugar in leaves,and the contentsof total N and total Pof host p lantsw ere p romoted,aswell as the tanshinone content in root,but reduced the flavonoid content in root,w hile the content of soluble p rotein in leaves and the tanshinone and flavonoid contents in shoot were not effected by inoculationG.mosseae.InoculationG.mosseaewith certain P level could promot the grow th and contentsof medicinal componentsofS.miltiorrhiza.Inoculation effect ofG.mosseaewas the best under 0.049-0.098 g/kg.

Glomusmosseae;Papplied levels;grow th amount;nutritional contents;Salviam iltiorrhizaBge.

Q 94

A

1000-1565(2011)04-0418-06

2010-11-20

河北省教育廳重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(ZH2006007);河北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新藥物基地專項(xiàng)(2008B030);河北大學(xué)省基金預(yù)研項(xiàng)目(2006Y10)

賀學(xué)禮(1963-),男,陜西蒲城人,河北大學(xué)教授,博士,主要從事藥用植物及菌根生物技術(shù)研究.

E-mail：xuelh1256@yahoo.com.cn

趙藏賞)