叢枝菌根真菌對紅樹植物耐鹽性的影響

金映虹　嚴(yán)廷良　葉綿源　張穎　劉煜

摘要：為研究叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）對紅樹植物耐鹽性的影響，采用盆栽試驗(yàn)方法，利用本研究室分離得到的一株AMF侵染尖瓣海蓮幼苗，以非侵染植株為對照，檢測在不同程度鹽脅迫下植物的根系電導(dǎo)率、脯氨酸、丙二醛（MDA）、抗氧化酶系活力的變化。結(jié)果表明，在高濃度鹽脅迫下，AMF能夠顯著降低植物根系電導(dǎo)率、脯氨酸含量、MDA含量，保持超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活力較低的增長幅度，在一定程度上保護(hù)了紅樹植物根系細(xì)胞膜系統(tǒng)，保持細(xì)胞滲透平衡，有效緩解鹽脅迫對植物根系的傷害，提高了植物的耐鹽性。

關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌：紅樹植物：耐鹽性

叢枝菌根真菌（AMF）能與超過80%的陸地植物根系形成共生體，在植物之間通過網(wǎng)絡(luò)狀的菌絲體傳遞營養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)互惠共生，其中Gloneromycota菌還能形成獨(dú)特的叢枝狀吸胞（arbuscules）和囊泡（vesicles）結(jié)構(gòu)。AMF能從植物中獲得有機(jī)物，同時(shí)也促進(jìn)植物吸收磷等礦質(zhì)元素，有利于植物生長發(fā)育，提高其對逆境的耐受力。研究表明，AMF對于提高植物的耐鹽性作用主要是通過改善植物營養(yǎng)吸收和水分代謝、提高植物光合作用和抗氧化能力、改變植物根系形態(tài)和擴(kuò)大吸收面積等途徑來實(shí)現(xiàn)的。

紅樹林（Mangroves）是熱帶、亞熱帶海灘上特有的綠色植物群落，生長于陸地與海洋交界帶的灘涂上，是陸地向海洋過渡的一種獨(dú)特的森林生態(tài)系統(tǒng)，在防風(fēng)消浪、促淤護(hù)岸、凈化生態(tài)環(huán)境、維持生物多樣性等方面都具有重要意義。紅樹林植物生長在高鹽的灘涂環(huán)境中，經(jīng)過長期的自然選擇和進(jìn)化，在生理生化及形態(tài)方面形成了一系列適應(yīng)機(jī)制，如大直徑木質(zhì)部導(dǎo)管、氣根及鹽腺等。AMF作為紅樹植物生態(tài)群落的重要組成部分，在紅樹林抗鹽漬生境中也起著十分重要的作用。有研究表明，AMF能通過各種不同機(jī)制提高植物的耐鹽性，比如促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)對養(yǎng)分及營養(yǎng)元素吸收，合成植物生長激素，改善根系土壤環(huán)境，改變植物生理生化特性等。

目前關(guān)于紅樹植物AMF的研究主要是菌落多樣性和侵染程度方面，對于AMF提高紅樹植物耐鹽能力作用機(jī)制的研究仍然較少。因此，本試驗(yàn)以紅樹植物尖瓣海蓮為對象，研究不同程度鹽脅迫下AMF對植物的影響，為進(jìn)一步探討AMF對紅樹植物的耐鹽能力提供理論依據(jù)。

1.材料與方法

1.1AMF菌種

供試菌種為本研究室從?？跂|寨港紅樹林根系篩選得到的一株AMF菌株，初步鑒定該菌為摩西球囊菌，命名為HSL-01。

1.2材料培養(yǎng)與處理

試驗(yàn)在海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，供試紅樹植物為尖瓣海蓮，其胚軸采自海南東寨港紅樹林保護(hù)區(qū)。首先將采回的胚軸洗干凈，在Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，待胚軸長出4片真葉后將幼苗移到無菌河沙與Hoagland營養(yǎng)液混合基質(zhì)中，接種AMF，4周后觀察菌根侵染情況。AMF侵染幼苗成功后，進(jìn)行鹽脅迫處理，用含有不同濃度NaCl的Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，鹽濃度設(shè)置0、1%、2%、3%NaCl 4個(gè)梯度，每個(gè)濃度梯度設(shè)3個(gè)重復(fù)，每周澆灌100 mL。以上試驗(yàn)設(shè)AMF侵染組（AM），同時(shí)設(shè)對照組（NAM），即使用不接種AMF的幼苗進(jìn)行同樣的鹽脅迫處理。90 d后對兩組幼苗進(jìn)行檢測。

1.3檢測方法

根系電導(dǎo)率測定參照王晶英等的方法：脯氨酸含量測定參照李合生的方法：丙二醛（MAD）含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）的方法。超氧化物歧化酶（SOD）活力檢測采用氮藍(lán)四唑（NBT）法；過氧化氫酶（CAT）活力和過氧化物酶（POD）活力檢測參照李合生的方法。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 13.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，采用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析。

2.結(jié)果與分析

2.1AMF對鹽脅迫下尖瓣海蓮根系電導(dǎo)率的影響

根系電導(dǎo)率是直接反映植物根系細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷程度的重要指標(biāo)之一，其數(shù)值越大，說明細(xì)胞膜系統(tǒng)被破壞的程度越大（圖1）。隨著鹽濃度的不斷增加，兩組幼苗的根系電導(dǎo)率也隨之增大，NAM組增長幅度明顯大于AM組。當(dāng)鹽脅迫提高到3%時(shí)，AM組的根系電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于NAM組，表明幼苗被AMF侵染后，在高濃度鹽脅迫下其根系細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷程度顯著小于沒有被AMF侵染的幼苗。

2.2AMF對鹽脅迫下尖瓣海蓮根系脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)用以調(diào)節(jié)滲透壓的物質(zhì)之一，鹽脅迫程度越高，植物體內(nèi)積累的脯氨酸含量越高，以保持細(xì)胞滲透壓，防止細(xì)胞脫水。如圖2所示，隨著鹽濃度的增加，兩組植物的脯氨酸含量較空白對照均有所增長，在高濃度鹽脅迫下（2%～3%NaCl），其脯氨酸含量顯著高于AM組。兩組植物脯氨酸含量的差異明顯，說明NAM組植物根系需要積累大量的脯氨酸以抵抗鹽脅迫，AM組植物由于AMF的侵染提高了對鹽脅迫的耐受力，較好地保持了細(xì)胞滲透平衡。

2.3AMF對鹽脅迫下尖瓣海蓮根系丙二醛含量的影響

逆境條件下植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量活性氧（ROS），對脂質(zhì)造成過氧化傷害，并積累丙二醛（MDA）。如圖3所示，當(dāng)鹽濃度從0增長到2%時(shí)，MDA含量均呈增長趨勢，其中NAM組增長幅度明顯大于AM組，表明鹽脅迫對NAM組幼苗根系細(xì)胞傷害程度大于AM組。當(dāng)鹽濃度繼續(xù)提高到3%時(shí)，AM組MDA含量依然保持增長趨勢，而NAM組呈下降趨勢，這可能是因?yàn)樵诟邼舛塞}脅迫下，NAM組植物根系細(xì)胞膜系統(tǒng)受損程度嚴(yán)重，反而導(dǎo)致MDA的含量急劇下降。

2.4AMF對鹽脅迫下尖瓣海蓮根系抗氧化酶系統(tǒng)的影響

耐鹽植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)如SOD、POD、CAT等，對于細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷修復(fù)，保持膜系統(tǒng)的完整以及抵抗鹽脅迫起著重要作用。

如圖4所示，隨著鹽濃度的增加，NAM組根系SOD活性在3%濃度時(shí)達(dá)到較高值，顯著高于AM組，說明在高濃度鹽脅迫下，AMF能減緩其對植物的傷害。當(dāng)鹽濃度為0和2%時(shí)，AM組根系SOD活性與NAM組無顯著差異，1%濃度下AM組SOD活性顯著高于NAM組，這可能是由于1%的鹽濃度接近尖瓣海蓮生境的海水鹽度，NAM組植物根系SOD活性在該濃度下保持正常水平（與對照組無顯著差異），而AMF的侵染反而導(dǎo)致SOD活性升高。

CAT活性檢測結(jié)果表明（圖5），AM組植物的CAT活性隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。鹽脅迫在1%-2%時(shí)，NAM組植物的酶活均顯著高于AM組。當(dāng)鹽脅迫達(dá)到3%時(shí)，NAM組植物的酶活突然下降，這可能是高濃度鹽脅迫對植物造成了嚴(yán)重傷害導(dǎo)致酶活急劇下降。

POD活性檢測結(jié)果與CAT活性有類似趨勢（圖6）。AM組與NAM組在0-2%鹽濃度處理下，POD活性顯著上升，且NAM活性高于AM組，但當(dāng)NaCl濃度為3%時(shí)，NAM組植物的酶活下降，且顯著低于AM組。

3.小結(jié)與討論

紅樹林是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，隨著環(huán)境中的鹽度、水位以及營養(yǎng)物質(zhì)的不同而變化，同時(shí)也是一個(gè)多變且獨(dú)特的微生物群落系統(tǒng)。在早先的研究中已證明菌根對陸生植物適應(yīng)不利環(huán)境具有重要作用，但對菌根與紅樹林植物耐鹽性之間的關(guān)系研究甚少。在本研究中，以尖瓣海蓮為試驗(yàn)對象，通過對植物根系電導(dǎo)率、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、過氧化物酶系等的檢測，初步探究了AMF對紅樹林植物耐鹽性的影響。

保持植物根系細(xì)胞膜的完整對于植物正常代謝及生命活動(dòng)具有重要意義。當(dāng)紅樹植物在鹽脅迫下，首當(dāng)其沖受影響的就是根部細(xì)胞，是否能維持細(xì)胞膜的完整性，不受鹽脅迫的傷害是衡量植物耐受性的一個(gè)重要指標(biāo)。在本研究中，植物根系電導(dǎo)率測定結(jié)果表明，隨著鹽濃度的不斷增大，AMF侵染組和非侵染組受到的傷害也逐漸增大，然而，AMF侵染后的幼苗在高濃度鹽脅迫下，其根系細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷程度顯著小于非AMF侵染的幼苗，這可能是由于AMF與植物根系的共生系統(tǒng)在一定程度上保護(hù)了根系細(xì)胞，減輕了鹽脅迫對植物傷害的緣故。

在鹽脅迫下，許多植物會積累一定的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸等，提高細(xì)胞滲透壓，以便在低水勢的環(huán)境中保持滲透平衡而不會因失水過多而死亡。有研究表明，綠豆、黃豆等植物的菌根能促進(jìn)植物產(chǎn)生更多的脯氨酸以耐受高鹽度，然而，Rabie等的研究結(jié)果與之相反，在同一鹽濃度下，未受AMF侵染的植物所積累的脯氨酸含量大于AMF共生植物。本研究結(jié)果與Rabie等的一致，接種了AMF的植物在高濃度（2%和3%）鹽脅迫下，其脯氨酸含量顯著小于無AMF處理的幼苗，其原因可能是AMF共生菌根顯著增強(qiáng)了尖瓣海蓮的耐鹽性，植物無需積累過量的脯氨酸就可維持細(xì)胞滲透平衡。

當(dāng)根系細(xì)胞處于脅迫環(huán)境時(shí)，O2、H2O2等超氧化物陰離子團(tuán)會對脂類造成氧化傷害，從而影響細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。MDA隨著多不飽和脂肪酸的過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生，因此，MDA濃度可作為脂質(zhì)氧化反應(yīng)的指標(biāo)之一，一般鹽脅迫程度越大，MDA積累越多。本研究中，NaCl濃度從0增加至2%，AM組與NAM組的根系MDA濃度都隨著增加，且AM組的濃度顯著低于NAM組，表明AMF能明顯降低鹽脅迫對植物根系的傷害。然而當(dāng)NaCl濃度達(dá)到3%時(shí)，NAM組的MDA含量反而呈下降趨勢，這可能是因?yàn)楦邼舛鹊柠}脅迫對植物根系造成了巨大的傷害，細(xì)胞膜被破壞嚴(yán)重，從而降低了MDA的積累。

研究發(fā)現(xiàn)，共生的AMF可通過增強(qiáng)抗氧化物酶的活性使植物減緩鹽脅迫的傷害，例如菌根共生大豆的SOD、POD、APOX等活性明顯高于非菌根共生大豆。本研究表明，對于紅樹植物尖瓣海蓮，當(dāng)鹽濃度為3%時(shí)，NAM組植物根系的SOD活性顯著高于AM組：而CAT和POD，在0-2%鹽濃度下，非菌根共生植物的酶活要顯著高于菌根共生植物的酶活。這與之前的其他非紅樹植物的抗氧化物酶研究結(jié)果相反。其原因可能是，AMF對于共生植物的氧化物酶活的影響因宿主植物的不同而異。就一般植物而言，AMF共生可提高植物的抗氧化物酶活，以抵抗不良環(huán)境脅迫：而紅樹植物尖瓣海蓮是耐鹽性植物，經(jīng)過長期進(jìn)化，對鹽脅迫有一定的耐受性，本身的抗氧化物酶活處于較高水平，AMF共生反而能減緩鹽脅迫對植物的影響，即使其抗氧化物酶活增加幅度低于非AMF共生植物，也依然能保持較好的生物活性。

綜上所述，隨著鹽濃度的增加（0-2%NaCl），AMF共生明顯減緩鹽脅迫對紅樹林植物尖瓣海蓮根系的傷害，并且較好地維持了植物的滲透平衡，使植物的MDA處于較低水平，其POD和CAT活性增加幅度也低于非AMF共生組：當(dāng)鹽脅迫增加到3%時(shí)，非AMF共生的植物根系細(xì)胞受到嚴(yán)重傷害，使MDA積累驟降，POD和CAT活性降低。今后將進(jìn)一步探討AMF對共生植物代謝途徑的影響，以期深入了解AMF如何協(xié)助紅樹林植物減緩鹽脅迫的作用機(jī)制。