叢枝菌根真菌對不同品種萬壽菊幼苗生理特性的影響

趙永平，楊 萍，朱 亞，李念魯，秦曉潔，鄭世偉，楊 攀

(商洛學院 生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

叢枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)是自然界分布最廣泛的一類菌根真菌，因其并無嚴格的宿主專一性，所以它能夠與大部分高等植物的根系共生并形成菌根結(jié)構(gòu)[1-2]。有研究表明：它能與79%的單子葉植物形成共生系統(tǒng)，與83%的雙子葉植物和所有的裸子植物形成共生系統(tǒng)[3]，其龐大的菌絲系統(tǒng)擴大了寄生植物的吸收面積，大大促進了宿主對土壤中礦質(zhì)成分的吸收，改善了植株營養(yǎng)狀況，對植物的生長發(fā)育有諸多的益處，被叢枝菌根真菌寄生的植物不但可以提高抗逆性，而且可改善植物對礦物質(zhì)的吸收[4-5]。近年來，叢枝菌根真菌在農(nóng)業(yè)發(fā)展中取得了良好的應用效果，可以大幅度減少化學藥劑和肥料對環(huán)境的污染，有助于實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展，有著良好的發(fā)展前景[6]。

萬壽菊(TageteserectaL)又名臭芙蓉，為菊科萬壽菊屬一年生草本植物，原產(chǎn)于南歐地、中海沿岸一帶[7]，既可用于化妝品加工，又具有較高的藥用價值。從萬壽菊中提取的葉黃素是一種抗氧化劑，可用于面霜、面膜等化妝品。萬壽菊全株皆可入藥，花是其最重要的經(jīng)濟器官，其花瓣中富含天然葉黃素、類胡蘿卜素、三萜系皂角苷等物質(zhì)，這些活性物質(zhì)對各種皮膚病如凍瘡、外傷、皮疹、燒傷、皮膚感染等有明顯的療效，萬壽菊的根還可行氣補血，除此之外，萬壽菊還被用作天然的食品著色劑[8-10]。隨著萬壽菊市場供求關系的變化，其栽培面積逐年增大，但由于連作所引起的土壤退化，導致其產(chǎn)量和品質(zhì)降低等，成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，鑒于此，通過盆栽試驗，研究了接種叢枝菌根真菌對萬壽菊幼苗生理功能的影響，旨在篩選對萬壽菊幼苗生長和抗性增強具有促進作用的菌株，為改良土壤、緩解連作障礙、改善萬壽菊生產(chǎn)效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子為萬壽菊雜交種隴菊1號、LX-2-1、CF-1-4。接種菌種為種摩西球囊霉(Glomusmosseae)、根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)和地表球囊霉(Glomusversi-forme)。

1.2 試驗設計

接種菌種的處理設為未接種對照、接種摩西球囊霉處理、接種根內(nèi)球囊霉處理、接種地表球囊霉處理和復合菌種處理(將3個菌種按1∶1∶1混合接種)，分別以CK、G1、G2、G3、G4表示，每個處理3次重復。將處理后的培養(yǎng)基質(zhì)均勻裝入塑料盆(上口內(nèi)徑×高=22 cm×30 cm)，在每盆的培養(yǎng)基質(zhì)中分層加入擴繁后的菌劑(以層播的方法接種)。G1、G2、G3處理是加入相應的擴繁菌種接種劑100 g，G4處理是加入3個擴繁菌種混合接種劑100 g，CK是加入已滅過菌的菌劑100 g，以保證其一致性。

每個萬壽菊品種選取籽粒飽滿、無病蟲害、完好無損的種子各120粒，用5%的NaClO消毒15 min，然后用去離子水漂洗3～4次后備用。將消毒后的種子置于鋪有一層濾紙的培養(yǎng)皿中，放在25 ℃萌發(fā)培養(yǎng)箱中，期間保持濾紙濕潤，種子露白后將其播種在裝有培養(yǎng)基質(zhì)的塑料盆中，每盆播種10粒，常規(guī)管理。成株后每盆留有長勢一致并且茁壯的幼苗5株，培養(yǎng)40 d后測定各項生理指標。

1.3 項目測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)法測定[11]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[11]；過氧化氫酶(CAT)活性采用分光光度法測定[11]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[11]；相對電導率采用浸泡法測定[11]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 叢枝菌根真菌對萬壽菊保護酶活性的影響

在植物體中，植物的保護酶系統(tǒng)是由SOD、POD、CAT等各種酶類構(gòu)成的，當環(huán)境中的不利因素影響到植物生長時，植物主要通過自身保護酶活性的變化來抵御這些影響，因此，植物抗逆性的強弱在一定程度上可以用保護酶活性來反映[12]。SOD是植物體內(nèi)氧自由基的天然清除劑，而POD、CAT作為存在于植物體內(nèi)的一種高活性酶類物質(zhì)，對植物體的光合作用、呼吸作用等都有一定的影響，兩者協(xié)同作用，可以提高植物清除體內(nèi)活性氧的能力，保護生物膜的穩(wěn)定性，因此，這三者是反映植物抗逆性的重要指標[13]。

由表1可以看出，不同叢枝菌根真菌接種處理中萬壽菊的SOD活性均高于CK，其中品種LX-2-1接種復合菌種處理的SOD活性最高，較對照提高50.69%。不同品種萬壽菊各接種叢枝菌根真菌處理間的POD活性差異達到顯著水平，品種CF-1-4復合菌種處理的POD活性最高，達到185.65 U/(g·min)。不同品種萬壽菊各接種叢枝菌根真菌處理間CAT活性差異也達到顯著水平，品種LX-2-1接種根內(nèi)球囊霉處理的CAT活性最高，達到79.72 U/(g·min)，較對照提高了29.33%，且同一叢枝菌根真菌處理，不同品種間的SOD、POD、CAT活性變化也存在顯著差異。

表1 不同叢枝菌根真菌對萬壽菊保護酶活性的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，同列不同小字母代表各處理間在0.05水平上的差異顯著性。

2.2 叢枝菌根真菌對萬壽菊膜質(zhì)過氧化程度的影響

植物器官在逆境下遭受傷害時由于體內(nèi)活性氧和自由基的積累，通常會引發(fā)膜質(zhì)過氧化作用，丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，從膜上產(chǎn)生的位置釋放出后，可抑制蛋白質(zhì)的合成。MDA的積累可能對膜和細胞造成一定的傷害，它在一定程度上也可以反映植物受環(huán)境逆境脅迫的情況，在逆境脅迫下植物的抗性與MDA含量呈負相關[14-19]。

由圖1可以看出，在不同品種萬壽菊中，接種不同的叢枝菌根真菌處理MDA含量均顯著低于未接菌種處理，其中隴菊1號各接種叢枝菌根真菌處理間差異不大，而在品種LX-2-1和CF-1-4中，接種摩西球囊霉處理的MDA含量均低于其他接種菌劑處理，分別降低了51.49%和26.07%。

圖1 不同叢枝菌根真菌對萬壽菊幼苗MDA含量的影響

相對電導率是反映植物膜系統(tǒng)狀況的一個重要的生理生化指標，植物在受到逆境或者其他損傷的情況下細胞膜容易破裂，膜蛋白受傷害因而使胞質(zhì)的胞液外滲而使相對電導率增大，其也是直接反映植物膜質(zhì)過氧化的一個重要指標。

由圖2可知，不同品種間接種叢枝菌根真菌處理相對電導率均與未接菌種處理存在顯著差異，各接種叢枝菌根真菌處理間也存在顯著差異。其中隴菊1號和LX-2-1品種的接種復合菌種處理相對電導率最低，分別較對照降低48.74%和44.55%，而CF-1-4品種接種摩西球囊霉處理的相對電導率低于其他接種菌劑處理，僅為11.31%。

2.3 叢枝菌根真菌對萬壽菊可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，其對植物體的保水能力也有重要的影響，因此常被作為判斷植物代謝能力強弱的主要指標。

從圖3可以看出，在不同品種中，各接種叢枝菌根真菌處理間的可溶性蛋白含量存在顯著差異，其中LX-2-1品種各接種叢枝菌根真菌處理可溶性蛋白含量均顯著高于其他2個品種，且接種根內(nèi)球囊霉處理和接種地表球囊霉處理可溶性蛋白含量最高，分別達到50.17、50.27 mg/g，分別較對照提高了40.89%、41.17%。

圖2 不同叢枝菌根真菌對萬壽菊幼苗相對電導率的影響

圖3 不同叢枝菌根真菌對萬壽菊幼苗可溶性蛋白含量的影響

3 討論與結(jié)論

叢植菌根是內(nèi)生菌根最主要的類型，也是分布最廣泛的一類菌根，可以促進宿主植物對土壤養(yǎng)分的吸收，尤其在對磷吸收方面有突出作用[1]。有學者研究表明：逆境脅迫嚴重影響了植物細胞內(nèi)的自由基代謝平衡，導致大量活性氧在細胞內(nèi)積累，引起了細胞膜質(zhì)的過氧化，破壞了植物細胞結(jié)構(gòu)，接種叢枝菌根真菌可以調(diào)節(jié)宿主植物體內(nèi)各組織抗氧化酶活性，激活抗氧化酶清除自由基的能力，SOD、POD和CAT在防御生物體氧化損傷方面起著重要作用，抗氧化酶類之間相互協(xié)調(diào)，消除細胞內(nèi)活性氧，從而防止細胞膜質(zhì)過氧化，提高植物的抗逆性，促進植物生長[12-13]。

本研究通過接種不同的叢枝菌根真菌，研究其對萬壽菊幼苗生理特性的影響，結(jié)果表明：接種不同叢枝菌根真菌對萬壽菊幼苗保護酶SOD、POD、CAT活性變化均有顯著的影響，且在同種菌根處理下，不同萬壽菊品種間其保護酶活性也存在顯著差異，LX-2-1接種復合菌種處理的SOD活性達到234.83 U/g，接種根內(nèi)球囊霉處理CAT的活性達到79.72 U/(g·min)，CF-1-4復合菌種處理POD的活性最高，達到185.65 U/(g·min)。

在逆境條件下，植物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的變化，其細胞質(zhì)膜因受到脅迫而有一定的損傷，丙二醛(MDA)含量和相對電導率則呈現(xiàn)升高趨勢?？扇苄缘鞍鬃鳛橹参矬w內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，對植物體抗性的增強也有重要的作用。試驗結(jié)果表明，接種不同叢枝菌根真菌處理的MDA含量、相對電導率和可溶性蛋白含量均與未接種處理存在顯著差異，在各參試品種中，接種不同叢枝菌根真菌處理的MDA含量和相對電導率均低于不接種處理，說明接種叢枝菌根真菌可緩解植物細胞膜脂過氧化程度和質(zhì)膜受損傷的狀況，同時，細胞膜得到保護，膜透性不會發(fā)生大的變化，則細胞內(nèi)電解質(zhì)外滲現(xiàn)象受到抑制，這與閆妍等在番茄抗冷性的研究中表明接種AMF真菌，可以顯著降低番茄幼苗葉片的電解質(zhì)滲透率，減少MDA積累的結(jié)果相一致[19]。接種叢枝菌根真菌處理可溶性蛋白含量均顯著高于未接種處理。綜上所述，接種叢枝菌根真菌可顯著提高萬壽菊的SOD、POD、CAT活性和可溶性蛋白含量，降低丙二醛含量和相對電導率，增強植物體的抗逆性，對于改良土壤，提高植物抗性具有重要的指導意義。

[1] 王發(fā)園,林先貴.叢枝菌根與土壤修復[M].北京:科學出版社,2016.

[2] 劉靜,劉潔,金如海.叢枝菌根真菌劑的生產(chǎn)及應用概述[J].貴州農(nóng)業(yè)科學,2012,40(2):79-83.

[3] 劉先良.接種叢枝菌根真菌對煙草生長及煙草青枯病的影響[D].重慶：西南大學,2014.

[4] 溫莉莉,魏玉杰,宋鴿.叢植菌根(AM)真菌擴繁方法的研究進展[J].東北林業(yè)大學學報,2009,37(6):92-96.

[5] 劉潤進,焦惠,李巖,等.叢枝菌根真菌物種多樣性研究進展[J].應用生態(tài)學報,2009,20(9):2301-2307.

[6] 王強,王倩,董梅,等.分室培養(yǎng)裝置在叢枝菌根真菌研究中的應用及其發(fā)展[J].植物生態(tài)學報,2014,38(11):1250-1260.

[7] 金敬宏,張衛(wèi)明,孫曉明,等.金盞花的栽培和經(jīng)濟用途[J].中國野生植物資源,2003,22(4) :40-41.

[8] 邢占芬,成洪達,張平平,等.金盞花HPLC特征指紋圖譜研究[J].中藥材,2014,37(7):1176-1178.

[9] 趙永平,何慶祥,張肖凌,等.不同基因型金盞花色素含量與生產(chǎn)性能比較研究[J].中國農(nóng)學通報,2009,25(21):90-92.

[10] 邵友元,楊忠林,陳瑩,等.萬壽菊中葉黃素的生產(chǎn)技術及應用[J].食品科技,2007(12):155-158.

[11] 張志良,瞿偉菁,李小方,等.植物生理學實驗指導[M].第4版.北京:高等教育出版社,2009.

[12] 時振振,李勝,楊柯,等.鹽脅迫下豌豆幼苗對內(nèi)外源NO的生理生化響應[J].草業(yè)學報,2014,23(5):193-200.

[13] 秦峰梅,張紅香,武祎,等.鹽脅迫對黃花苜蓿發(fā)芽及幼苗生長的影響[J].草業(yè)學報,2010,19(4):71-78.

[14] 榮少英,郭蜀光,張彤.干旱脅迫對甜高粱幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2011,40(4):56-59.

[15] 劉周莉,何興元,陳瑋.鎘脅迫對金銀花生理生態(tài)特征的影響[J].應用生態(tài)學報,2009,20(1):40-44.

[16] 郭智,王濤,奧巖松.鎘對龍葵幼苗生長和生理指標的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2009,28(4):755-760.

[17] 劉艷菊，林以運，曹紅星，等.外源ABA對低溫脅迫油棕幼苗生理的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學報,2016,47(7):1171-1175.

[18] 華智銳，李小玲.鹽旱交叉脅迫對小麥種子萌發(fā)及幼苗保護酶活性的影響[J].江西農(nóng)業(yè)學報,2017,29(2):18-23.

[19] 閆妍,孫超,于賢昌,等.低溫脅迫對接種叢枝菌根真菌番茄幼苗生理特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報,2011,16(6):64-69.