印度梨形孢對棉花苗期生長及耐鹽性的影響

鄧晶，潘銳 胡愛兵 張文英

( 長江大學(xué)作物抗逆技術(shù)研究中心，湖北 荊州 434025)( 湖北省荊州農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，湖北 荊州 434000)( 長江大學(xué)作物抗逆技術(shù)研究中心，湖北 荊州 434025)

土地鹽堿化是世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的一個重大問題。中國鹽漬地面積約為3.5×107hm2，其中在棉花種植區(qū)域鹽漬地面積約為3.3×106hm2[1]。由于鹽漬嚴重影響棉花的生長和產(chǎn)量[2,3]，因而培育和提高棉花的耐鹽性成為近年來鹽堿地開發(fā)的研究熱點之一。目前，對于棉花與真菌共生提高耐鹽性的研究尚未見報道。

印度梨形孢(Piriformosporaindica)能定殖于多種植物根部，促進植株生長，提高植株生物與非生物逆境耐受性[4～6]。印度梨形孢可以提高煙草[7]、苜蓿[8]、水稻[9]、大麥[10]等作物的耐鹽性，目前尚無印度梨形孢提高棉花耐鹽性的報道。本研究以鹽敏感型棉花品種邯鄲8942為試驗材料，接種印度梨形孢后，施加不同濃度NaCl處理，著重研究不同鹽脅迫下接種和不接種印度梨形孢表型和生理的差異，探討印度梨形孢對棉花幼苗生長及苗期耐鹽性的影響，以為提高棉花耐鹽性研究提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

鹽敏感棉花品種邯鄲8942由國家棉花中期種質(zhì)庫( 河南安陽)提供；印度梨形孢真菌菌種由德國耶拿大學(xué)Ralf Oelmüller教授提供。

1.2　試驗設(shè)計

1.2.1種子和真菌預(yù)處理

選取顆粒飽滿、大小一致的棉花種子，用0.5%次氯酸鈉( NaClO)處理10min，清水沖洗5次后浸泡3h，放置在滅菌的濕毛巾上，置于生長箱( 溫度28℃，濕度60% RH)中催芽。挑選活力充足的帶有印度梨形孢的PDA菌塊，加入到滅菌的ASP液體培養(yǎng)基中，放置在25℃、150r/min的恒溫搖床中培養(yǎng)15d備用。

1.2.2共生體系構(gòu)建

將印度梨形孢加入無菌水中( 1mg∶100mL)，用攪拌機打散并混合均勻制成菌液。挑選整齊一致棉花幼苗，移栽至塑料生長盆( 18cm×10cm，直徑×高)中，并在幼苗根系注射1mL菌液，共生培養(yǎng)12d后隨機挑選5株幼苗，蒸餾水沖洗根系泥沙后，剪成1cm長小段,10% KOH處理12h，1% HCl浸泡5min后洗凈，0.04%臺盼藍染色制片，相差顯微鏡( Nikon Ri260)下觀察根系孢子定殖情況。

1.2.3鹽脅迫處理

將接菌植株和不接菌植株分別移栽至有孔的泡沫板上，放置于生長盆中。分別加入2L含有0、100、200mmol/L NaCl的霍格蘭溶液。所有生長盆均用空氣泵每隔2h通空氣10min。試驗設(shè)置4次重復(fù)。

1.3　指標測定

1.3.1形態(tài)指標

接菌15d后和NaCl處理7d后分別用直尺測量株高，游標卡尺測量莖粗，相機拍照并用ImageJ軟件( 美國National Institutes of Health)測量葉面積。

1.3.2地上部和地下部生物量

接菌15d后和NaCl處理7d后將苗完整地取出，從根基部剪斷，分別稱量地上部和地下部鮮重，105℃殺青30min，75℃烘干至恒重，稱量干重。

1.3.3光合作用參數(shù)

采用Li-6400 便攜式光合測定儀( 美國LI-COR 公司)分別測定接菌15d后和NaCl處理7d后的植株倒三葉的光合參數(shù)，包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。

1.4　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和DPS 9.05，作圖采用SigmaPlot 10.0軟件。未接菌鹽處理植株均與未接菌未鹽處理植株對比；接菌鹽處理植株均與接菌未鹽處理植株對比，參數(shù)降低比例按[(對照-處理) ÷對照]×100%進行計算。

2　結(jié)果與分析

2.1　印度梨形孢對棉花苗期生長的影響

圖1　邯鄲8942接種印度梨形孢12d后鏡檢圖

接種印度梨形孢12d后對根系進行鏡檢可以看到，印度梨形孢的厚垣孢子成串排列在根系中，分布區(qū)域廣，孢子數(shù)量多( 圖1)。這表明，印度梨形孢成功定殖于棉花根系。

2.1.1接種印度梨形孢對棉花幼苗形態(tài)的影響

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株形態(tài)指標測定結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，接種印度梨形孢15d后的植株比未接菌植株的株高、莖粗、真葉數(shù)目、葉面積分別上升16.3%、23.0%、13.3%和12.3%，均達到顯著水平。這表明接種印度梨形孢可以促進棉花幼苗生長。

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株的生物量測定結(jié)果如表1所示。由表1可知，接種印度梨形孢植株比未接菌植株的地上部分鮮重和干重分別上升30.3%和23.1%，地下部分鮮重和干重分別上升35.9%和34.7%，均達到顯著水平，根冠比由12.743%上升至13.896%。這表明，接種印度梨形孢可以增加棉花植株的地上部分和地下部分生物量累積，增大植株根冠比。

圖2　未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株形態(tài)指標比較

處理地上部鮮重/g地上部干重/g地下部鮮重/g地下部干重/g根冠比/%未接種3.20±0.135a0.39±0.023a0.64±0.053a0.05±0.004a12.74±1.523a接種4.17±0.239b0.48±0.031b0.87±0.061b0.07±0.004b13.90±2.011b

2.1.2接種印度梨形孢對棉花光合參數(shù)的影響

未接種與接種印度梨形孢15d后的邯鄲8942植株光合作用參數(shù)測定結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，接種印度梨形孢后對比未接菌植株凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)分別上升了9.6%、14.2%、6.0%和33.7%，均達到顯著水平。這表明，接種印度梨形孢可以促進棉花植株光合作用。

圖3　未接菌與接種印度梨形孢15d后邯鄲8942植株的光合參數(shù)比較

2.2　印度梨形孢對棉花耐鹽性的影響

2.2.1接種印度梨形孢對鹽脅迫下棉花形態(tài)的影響

圖4　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的株高、莖粗和葉面積比較

不同濃度NaCl處理7d后的植株形態(tài)指標測定結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，對于未接種印度梨形孢的植株，與經(jīng)0mmol/L NaCl的處理相比，經(jīng)100mmol/L 的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積分別減少15.6%、8.1%和7.9%，經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積則分別減少23.4%、17.2%和18.7%，均達到顯著水平。對于接種印度梨形孢植株，與經(jīng)0mmol/L的 NaCl處理相比，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積分別減少3.0%、2.8%和2.9%，但均未達到顯著水平；而經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的株高、莖粗、葉面積則分別減少9.6%、9.0%和8.9%，均達到顯著水平，并且可見減少量均低于未接菌植株。這表明接種印度梨形孢可以降低鹽脅迫下棉花植株株高、莖粗、葉面積的減少量，緩解鹽脅迫對作物生長的抑制。

未接種與接種印度梨形孢植株在鹽脅迫7d后的生物量測定結(jié)果如表2所示。由表2可知，對于未接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L、200mmol/L的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L的NaCl處理相比，其地上部分鮮重分別降低10.2%、29.9%，干重分別降低9.8%、23.5%；地下部分鮮重分別降低6.0%、16.9%，干重分別降低14.7%、27.9，均達到顯著水平。對于接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L 的NaCl處理相比，其地上部分鮮重和干重分別減少3.1%、3.4%，地下部分鮮重和干重分別減少1.8%、2.3%，但均未達到顯著水平；經(jīng)200mmol/L 的NaCl處理與經(jīng)0mmol/L 的NaCl處理相比，其地上部分鮮重和干重分別減少10.5%、15.2%，地下部分鮮重和干重分別減少28.4%、9.2%，均達到顯著水平。這表明，接種印度梨形孢可以緩解鹽脅迫下棉花植株生物量的減少，且在低濃度鹽脅迫下比高濃度鹽脅迫下效果顯著。未接菌植株在經(jīng)100mmol/L和200mmol/L的NaCl處理后根冠比均降低，而接菌植株根冠比均上升。這表明接種印度梨形孢可以增加植株鹽脅迫下根冠比，利于耐受鹽脅迫。

表2　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的生物量比較

2.2.2接種印度梨形孢對鹽脅迫下棉花光合參數(shù)的影響

未接種與接種印度梨形孢的植株在鹽處理7d后的光合作用參數(shù)測定結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，對于未接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后相比經(jīng)0mmol/L的NaCl處理，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率分別下降21.9%、9.8%、6.4%和7.1%，均達到顯著水平；經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的則分別下降56.3%、19.6%、11.8%和14.3%，均達到極顯著水平；對于接種印度梨形孢的植株，經(jīng)100mmol/L的NaCl處理后與經(jīng)0mmol/L的 NaCl處理相比，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率分別下降8.7%、3.1%、2.3%和1.9%，均未達到顯著水平；而經(jīng)200mmol/L的NaCl處理后的則分別下降24.0%、9.4%、5.7%和4.6%，均達到顯著水平。這表明接種印度梨形孢可以緩解鹽脅迫下棉花植株光合作用的降低，且在低鹽濃度下比高鹽濃度下效果更顯著。

圖5　未接種與接種印度梨形孢的邯鄲8942植株在鹽處理7d后的光合參數(shù)比較

3　討論

植物的地上部分和地下部分是一個相互作用的整體[11]。根系是作物吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的主要器官，發(fā)達的根系對作物的生長具有很強的促進作用[1]；地上部分是光合作用同化有機物的場所，是植物生長的主要干物質(zhì)來源[12]。本研究中，印度梨形孢進入作物根系后地下部分生物量和根冠比增加，水分和營養(yǎng)物質(zhì)吸收增加。地上部分的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度增加，提高了植株的凈光合速率，同化的有機物增加，促進生長效應(yīng)顯著。

鹽脅迫下植物體外滲透勢低[13]，會造成植物水分虧缺[14]，同時鈉離子過多也會對植物產(chǎn)生離子毒害作用[15～17]。本研究中，未接菌植株在鹽脅迫生長減慢，而接種印度梨形孢植株在低鹽濃度下仍可以保持正常生長，但在高濃度鹽脅迫下，接種印度梨形孢也會出現(xiàn)生長減慢的現(xiàn)象。從生物量來看，接種印度梨形孢植株在鹽脅迫下根冠比增加，未接菌植株根冠比減少。前人的研究[18]也證明根系吸水能力和作物的耐鹽性顯著相關(guān)，因此保持發(fā)達的根系可能是印度梨形孢提高棉花耐鹽性的方式之一。從光合參數(shù)來看，未接種印度梨形孢植株凈光合速率減慢，同化的有機物顯著減少，但是氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度減少幅度不大，說明此時限制棉花植株光合作用的因素為葉綠體等光合器官受損，原因可能是滲透壓過大導(dǎo)致細胞膜損傷[16]。有研究表明，接種印度梨形孢可以維持植物體內(nèi)的滲透平衡[7]。在低鹽濃度下，接種印度梨形孢植株的光合器官細胞未受明顯損傷，保持正常的凈光合速率，這是接種印度梨形孢植株在低濃度鹽脅迫下形態(tài)指標未明顯減少的原因。但在高濃度鹽脅迫下，植株體內(nèi)滲透壓過大[13]，印度梨形孢無法完全緩解葉綠體等細胞器的損傷，最終出現(xiàn)隨著鹽濃度增加而印度梨形孢提高耐鹽性效果減弱的現(xiàn)象。綜上所述，接種印度梨形孢可以顯著促進棉花苗期生長并誘導(dǎo)提高棉花的耐鹽性，可應(yīng)用于鹽堿地開發(fā)利用中。

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