接種叢植菌根真菌對濕生植物氮磷吸收能力的影響

段 灝, 王 磊, 曹湛波

同濟大學環(huán)境科學與工程學院，污染控制與資源化研究國家重點實驗室，200092

接種叢植菌根真菌對濕生植物氮磷吸收能力的影響

段 灝, 王 磊*, 曹湛波

同濟大學環(huán)境科學與工程學院，污染控制與資源化研究國家重點實驗室，200092

叢枝菌根(Arbuscularmycorrhizal, AM)真菌是一類能夠與大多數(shù)陸生植物共生，并改善植物生長和氮磷吸收的微生物。濕生植物在濕地污染凈化過程中起著決定性的作用，但利用AM真菌改良濕生植物氮磷吸收能力的研究鮮有報道。本研究選取了3種濕生植物千屈菜、旱傘草和黃花鳶尾，在盆栽培養(yǎng)的基礎上，分別接種根內(nèi)球囊霉(RE)、摩西球囊霉(GM)、幼套球囊霉(CE)三種AM真菌，并和空白對照比較接種AM真菌對不同植物地上、地下及整株的生物量和氮磷吸收的影響。結果表明，接種AM真菌對植物生長和氮磷吸收的影響呈現(xiàn)出植物間和植物內(nèi)的差異，促進與抑制效應表現(xiàn)不一。綜合AM真菌對植物生物量和氮磷吸收的促進效應，最佳AM真菌-植物的組合為：千屈菜-RE，旱傘草-RE，黃花鳶尾接種-GM。三種植物接種最佳的AM真菌后植物生物量、TN量和TP量分別提高了17.7%～29.8%、15.7%～39.0%和22.3%～62.6%。本研究為今后強化濕生植物的氮磷吸收能力提供了一種新的可選擇的途徑。

叢枝菌根真菌； 濕生植物； 侵染率； 植物生物量； 氮磷吸收

植物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有吸收氮磷和重金屬、改善水體微生物生境、抑藻等功能[1]。其中，濕生植物的氮磷吸收能力對水體富營養(yǎng)化問題有直接的影響。如何篩選優(yōu)勢植物，并利用一些生物學手段改善植物生境，從而加強其氮磷吸收能力，對于濕地功能的完善和強化有較大的意義。

真菌是分布最廣泛的真核微生物，具有廣泛的應用價值，如真菌發(fā)酵產(chǎn)亞麻酸等[2]。自然界中普遍存在真菌與植物共生的現(xiàn)象，AM真菌能夠與陸地80%以上的植物根系建立共生關系[3]，通過侵染植物根系使真菌菌絲和植物營養(yǎng)根系形成一種聯(lián)合體即菌根。菌根能夠增強植物對土壤礦質元素的吸收，促進植物生長，提高氮磷吸收能力和植物抗逆性[4-7]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護的應用前景十分廣闊。

關于AM真菌的研究目前主要集中在山體的護坡功能和農(nóng)田水系氮磷的吸收方面[8]，對于濕生植物接種AM真菌后其氮磷吸收能力有何變化的研究相對較少。本研究對3種濕生植物進行3種AM真菌的接種實驗，通過比較接種不同AM真菌對植物生長和氮磷吸收能力的影響，尋求最佳的AM真菌-植物組合，以期提高濕生植物的N、P吸收能力，從而為緩解湖庫、河道的富營養(yǎng)化問題提供一種新的技術選擇。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物

選取3種濕生植物作為實驗對象，分別為千屈菜科千屈菜(LythrumsalicariaL)、鳶尾科黃花鳶尾(IriswilsoniiC.H.Wright)、莎草科旱傘草(Cyperusalternifolius)，植物幼苗購買自上海市澤龍生物工程有限公司。

1.1.2 AM真菌

在查閱相關文獻的基礎上，比對中國叢植菌根真菌種質資源庫，篩選出適合濕生植物的3種AM真菌：幼套球囊霉(Claroideoglomusetunicatum, CE)、根內(nèi)球囊霉(Rhizophagusintruradices, RE)、摩西球囊霉(Glomusmosseae, GM)。

A．幼套球囊霉-CE；B. 根內(nèi)球囊霉-RE； C. 摩西球囊霉-GM。篩選自歐洲菌藏中心(BEG)、國際叢枝菌根真菌保藏中心(INVAM)和中國叢枝菌根真菌菌藏和種質資源庫(BGC)

圖1 3種AM真菌的形態(tài)

1.1.3 AM真菌擴繁

選取以玉米、高粱等為宿主植物，以土壤+草炭為培養(yǎng)基質的盆栽培養(yǎng)體系，對CE，RE和GM三種AM真菌進行擴繁，為實驗提供AM菌劑來源?；|土壤選自上海市崇明區(qū)東灘濕地公園，土壤經(jīng)自然風干后，過2 mm土壤篩，經(jīng)121 ℃高溫高壓滅菌2 h，放置一周備用。由于土壤是圍墾的貧瘠土壤，肥力較差，加入經(jīng)滅菌的發(fā)酵有機肥。施肥之后的土壤理化性質如表1。

表1 培養(yǎng)基質理化性質

1.2 植物栽培與接種過程

研究開始于2015年5月29日，地點為同濟大學環(huán)境學院生態(tài)樓北側水泥平地。選取21 cm×16 cm的塑料花盆作為培養(yǎng)容器，使用前75%酒精消毒，盆內(nèi)裝入滅菌土壤3 kg。設置每種植物不接種空白對照CK，接種GM、CE、RE的四種處理，每種處理3個重復，共計36盆。3種AM菌劑分別與滅菌土壤均勻攪拌，并將此土壤混合菌劑50 g加入相應處理的花盆土壤中，拌勻。選擇長勢一致的千屈菜、旱傘草、黃花鳶尾，每盆移栽1株。實驗期間，根據(jù)實際情況對植物進行澆水。

2015年8月29日，收獲整株植物，采集后用自來水洗凈，地上部分和地下部分分開處理。地下部分樣品一部分用于測定菌根侵染率，另一部分用于測定其生物量。用于后續(xù)理化指標分析的植物樣品在測定生物量后粉碎，過0.5 mm篩。

1.3 樣品分析

植物生物量：80 ℃烘箱中2 d至恒重，電子天平稱量。地下部分的總干重根據(jù)其鮮重的比例進行計算。

AM真菌侵染率[9]：采用酸性品紅染色法。隨機取5穴幼苗的根，采用酸性品紅染色法進行染色后，隨機取15條1 cm～2 cm長的根在顯微鏡下進行觀察，并按Trouvelot*的方法記錄侵染情況，再用菌根侵染程度計算叢枝菌根真菌侵染率F%。

植物總氮[10]: 采用德國Elementar公司Vario EL III元素分析儀測定。

植物全磷[11]：采用H2O2-H2SO4消解法測定。H2O2-H2SO4消解之后定容，轉移溶液至比色管，釩鉬酸銨滴定顯色，紫外分光光度法測定440 nm處吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理，SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差和相關性分析(P=0.05或0.01)。

2 結果與討論

2.1 接種AM真菌的菌根侵染率及其對濕生植物生長的影響

由表2可知，千屈菜接種CE的侵染率高于接種GM和RE，為39%。旱傘草接種3種AM真菌的侵染率差異不顯著，為38.5%～44.5%(P>0.05)。黃花鳶尾接種GM的菌根侵染率要高于接種CE和RE的處理，為38%。AM真菌對宿主植物的侵染程度是其對宿主植物產(chǎn)生影響的主要因素之一[12]，不同的AM真菌與植物之間存在不同的親和力[13]，不同的宿主植物對同一種AM真菌也會表現(xiàn)出不同的依賴性[14]。

表2 不同濕生植物接種AM真菌的菌根侵染率

注：1、相同字母表示沒有顯著性，不同字母表示在P<0.05水平異常顯著; 2、GM-摩西球囊霉；CE-幼套球囊霉；RE-根內(nèi)球囊霉； CK-空白

AM真菌與植物根系的結合，能促進植物營養(yǎng)代謝，增加植物的生物量[15]。與對照相比，千屈菜接種AM真菌，植物地下部分均有增長，增長幅度21.0%～31.4%，而地上部分只有接種RE有一定的生物量增長。從總生物量來看，千屈菜接種RE的提高幅度最大，為17.7%。旱傘草接種AM真菌后，植物地下部分生物量均上升，而地上部分只有GM和RE是上升的，其中接種GM對旱傘草總生物量的促進效果最明顯，提高了29.8%。黃花鳶尾接種AM真菌后，總生物量有6.4%～23.6%的提高。

植物地下部分生物量的增加，可以增強植物根系對土壤的錨固作用和加筋作用以及擴大植物根系對土壤的包裹量，提高土壤的抗沖刷能力[16,17]。植物地上部分生物量的增加，可以提高植物氮磷吸收量地上與地下部分的比例，有利于土壤氮磷向地上的轉移。從接種AM真菌促進植物生物量增長的角度，濕生植物與AM真菌的最佳組合為：千屈菜-RE、旱傘草-GM、黃花鳶尾-GM。

表3 AM真菌對濕生植物生物量的影響

表4 侵染率與植物生物量的相關性分析

**表示相關性在P<0.01水平非常顯著；*表示相關性在P<0.05水平顯著

由表4可知，侵染率與植物地上部分生物量、總生物量和植物地下部分生物量之間的相關性并不顯著?？偵锪颗c植物地下部分的相關性系數(shù)(0.677)大于與地上部分(0.577，P<0.05水平)，說明植物接種AM真菌主要是通過促進植物地下部分生物量的增長，從而使得植物總生物量增加。

2.2 接種AM真菌對濕生植物氮吸收的影響

土壤中氮的去除主要有兩個途徑：植物吸收和土壤微生物的硝化-反硝化作用[18]。研究者們對植物吸收在濕地脫氮除磷的貢獻率研究中，得出的結果差異較大，從0.7%到90%[19-21]，說明不同的濕生植物之間氮吸收能力差異較大。

與對照相比，接種GM和RE的千屈菜地上部分N含量有所提高，且RE效果更顯著，N含量為1.78%。接種RE的千屈菜地下部分N含量(0.73%)稍高于對照(0.722%)，而其他2種處理，地下部分N含量都低于對照；從植物TN量來看，只有接種RE的要高于CK，為392.4 mg/pot，較CK提高了24.0%，順序為：RE>CK >GM >CE。

對于旱傘草，地上部分的3種AM真菌處理均低于對照。地下部分接種GM的 N含量為0.815%，高于CK(0.805%)，而其它也都低于對照。植物TN量方面，接種RE和GM均高于對照，接種CE低于對照，其中RE最高(311.89 mg/pot)，較CK提高了15.7%，順序為：RE>GM>CK >CE。

黃花鳶尾接種GM和CE后，地上部分N含量較CK有小幅度的提高。地下部分N含量，接種GM的高于CK，而接種CE和RE的均低于對照。黃花鳶尾的TN量差異較顯著，與CK相比，除了RE均有所提高，其中GM最高(399.38 mg/pot)，提高了39.0%，順序依次為：GM >CE >CK > RE。

從結果來看，AM真菌對植物N吸收的促進作用在不同濕生植物間具有較強的特異性，適合的AM真菌-植物搭配才會產(chǎn)生促進N吸收的效應，如千屈菜接種RE后TN量提高了24.0%，而千屈菜接種CE后TN量反而低于對照。不僅如此，AM真菌對植物地上、地下部分的N吸收的影響也不同，如黃花鳶尾接種RE后地上部分TN量較CK減少了29.9%，而地下部分TN量較CK增長了32.9%。

由表6可知，侵染率與植物地上部分TN量、地下部分TN量相關性均不顯著。相比地下部分TN量，地上部分TN量與植物TN量的相關性更加顯著，因此可以看出植物TN的差異主要表現(xiàn)在植物地上部分TN量的差異，說明植物接種AM真菌后，主要促進了植物地上部分的TN量。

表5 AM真菌對植物N吸收的影響

表6 AM真菌侵染率與植物N的相關性分析

**表示相關性在P<0.01水平非常顯著；*表示相關性在P<0.05水平顯著

2.3 接種AM真菌對濕生植物磷吸收的影響

土壤中磷的減少主要通過植物的吸收作用，因此植物體內(nèi)磷含量的高低可以間接表征土壤磷的變化[22]。AM真菌根外菌絲吸收磷量最高可達共生植物體內(nèi)總磷量的90%[23]。Simth等[24]發(fā)現(xiàn)低磷脅迫的條件下，菌根植物的吸磷量達到非菌根植物的十倍之多。

接種AM真菌后，千屈菜地上和地下部分的P含量以及植物TP量均顯著高于空白對照，接種RE的地上部分P含量最高(3.83 mg/g)，比空白CK(2.61 mg/g)高出46.8%。地下部分P含量，RE最高，為3.11 mg/g；植物TP量，依然是接種RE最高，為112.2 mg/pot，較CK提高了62.6%，順序依次為：RE>CE>GM>CK。

旱傘草地上和地下部分的P含量在接種3種AM真菌后，地上部分P含量均低于未接種處理，而地下部分P含量均高于CK。地上部分TP量只有GM略有增長，地下部分TP量，RE(26.0 mg/pot)遠遠高于CK(11.6 mg/pot)。總的來看，植物TP量接種GM最高，為74.2 mg/pot，較CK提高了33.5%，順序依次為：GM>RE>CK>CE。

黃花鳶尾接種AM真菌后，3種處理的地上部分P含量均低于CK，而地下部分P含量以及植物TP量都高于CK。接種CE的植物TP量最高，為39.8 mg/pot，較CK提高了37.2%，順序依次為：CE>RE>GM>CK。

與N的吸收促進效應類似，接種AM真菌對5種濕生植物既表現(xiàn)出植物品種間的差異，也表現(xiàn)出地上、地下部分的不同。但在地上和地下部分的P含量方面，3種真菌對某種植物接種后會表現(xiàn)大體一致的升降趨勢，如千屈菜接種3種AM真菌后地上部分P含量較CK均有上升，而旱傘草接種3種AM真菌后地上部分P含量較CK均有下降。

相較于地上部分P含量的負相關，侵染率與植物地下部分P含量相關性系數(shù)為正相關，說明接種AM真菌主要促進了植物根系對P的吸收，P主要富集在植物根系中。植物TP量與地下部分TP量相關性非常顯著(P<0.01)，且大于與地上部分TP量的，說明接種AM真菌后，對植物地下部分P吸收的促進作用導致了植物TP量的提高，濕生植物地下部分TP量對植物TP量的貢獻更大。

表7 AM真菌對植物P吸收的影響

表8 AM真菌侵染率與植物P的相關性分析

**表示相關性在P<0.01水平非常顯著；*表示相關性在P<0.05水平顯著

3 結論

(1)AM真菌對植物生長、N吸收和P吸收的影響不僅表現(xiàn)出植物品種之間的差異，而且植物地上和地下部分的差異也比較明顯。不同的AM真菌對同一種植物的侵染率及其對植物生長、氮磷吸收同樣具有特異性。

(2)綜合考慮接種AM真菌對植物生長和N、P吸收的影響，最佳的AM真菌-植物組合為：千屈菜-RE，旱傘草-RE，黃花鳶尾接種-GM。

(3)接種最佳組合的AM真菌后，三種植物的生物量提高了17.7%～29.8%，TN量提高了15.7%～39.0%，TP量提高了22.3%～62.6%。

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Effects of Arbuscular mycorrhizal fungi on absorption of nitrogen and phosphorous in aquatic plants

DUAN Hao, WANG Lei, CAO Zhan-bo>

State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，College of Environmental Science andEngineering，Tongji University，Shanghai 200092，China

Arbuscularmycorrhizal(AM) fungi are a class of microorganisms, capable of symbiosis with most terrestrial plants and improving plant growth and adsorption of nitrogen and phosphorus. Wetland plants play a decisive role in the purification process of wetland pollution, but there are few reports on improving the absorption capacity of nitrogen and phosphorus of wet plants by AM fungi. In this study, three kinds of wetland plants were selected, such asLythrumsalicaria,CyperusalternifoliusandIriswilsonii. In the pot culture, they were inoculated withRhizophagusintruradices(RE),Glomusmosseae(GM) andClaroideoglomusetunicatum(CE) fungi, aboveground, underground and whole plant biomass and nitrogen and phosphorus uptake of different plant species were compared with CK. The results showed that the effects of AM fungi on plant growth and adsorption of nitrogen and phosphorus were different between and inside plants, and the promotion and inhibition effects were also different. The best combinations of AM fungi and plant were:Lythrumsalicaria-RE,Cyperusalternifolius-RE,Iriswilsonii-GM. The plant biomass, TN and TP of the three plants were increased by 17.7%～29.8%, 15.7%～39.0% and 22.3%～62.6%, respectively after inoculated with the best AM fungi. This study provided a new alternative for enhancing nitrogen and phosphorus uptake capacity of wetland plants in the future.

AM fungi; wetland plants; colonization rate; plant biomass; nitrogen and phosphorous uptake

10.3969/j.issn.1001-6678.2016.06.001

上海市重大科技攻關項目(14231200404)；國家自然科學基金項目(21577101)。

段灝(1991～)，男，碩士研究生。E-mail: 14_duanswer@#edu.cn。

*通信作者: 王磊教授。電話：+86 021 65989079，E-mail: celwang@#edu.cn。