不同叢枝菌根真菌對云杉生長及根腐病的影響

周 昱

(山西省楊樹豐產(chǎn)林實驗局，山西大同 037006)

云杉(Piceaasperata)為松科云杉屬植物，是我國景觀道路綠化及造林的重要樹種之一[1]。根腐病是云杉苗期的主要病害之一，常導(dǎo)致云杉幼苗生長延緩甚至成片枯死，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。目前，云杉根腐病的防治主要以化學(xué)藥劑防治為主，雖有一定防效，但常會引起病原菌對農(nóng)藥的抗性及環(huán)境污染問題，如何安全、高效、環(huán)保地防治云杉根腐病已成為亟待解決的關(guān)鍵問題[2]。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)是自然界較為常見的內(nèi)生菌根，類型較為豐富，可與大多數(shù)植物根系形成互利共生體，促進(jìn)植物根系對水分、養(yǎng)分的吸收，增強(qiáng)植物的抗逆性[3]。大量研究表明，叢枝菌根真菌不僅可以提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且有助于提升植物的抗病性，尤其是預(yù)先接種可明顯提升部分植物對土傳病害的抗性[4-5]。韓亞楠等研究表明，接種地表球囊霉可顯著提高連作西瓜產(chǎn)量，對西瓜枯萎病具有一定的防治效果[6]；王立等研究表明，接種摩西球囊霉可顯著提升小麥的株高、根系總面積及生物量，根腐病發(fā)病率顯著降低[7]；周寶利等研究表明，預(yù)先接種AM真菌可顯著提升茄子幼苗植株的生物量，顯著降低茄子黃萎病的病情指數(shù)和發(fā)病率[8]；呂星光等研究表明，接種叢枝菌根真菌可顯著提升西瓜嫁接苗的株高、莖粗及生物量，顯著降低根結(jié)線蟲病的發(fā)病率，且不同類型叢枝菌根真菌的效應(yīng)存在明顯差異[9]。目前，關(guān)于叢枝菌根真菌對云杉生長及根腐病的影響尚未見相關(guān)報道，因此，本研究以“白皮云杉”為試驗材料，研究了地表球囊霉(Glomusversiforme)、根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、聚叢球囊霉(Glomusaggregetum)和幼套球囊霉(Glomusetunicatum)5種叢枝菌根真菌對云杉生長及根腐病防治效果的影響，以期為實現(xiàn)云杉根腐病的生物防治提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試云杉品種為“白皮云杉”，由山西省林業(yè)科學(xué)院提供。供試叢枝菌根真菌包括5種，分別為地表球囊霉(Glomusversiforme)、根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、聚叢球囊霉(Glomusaggregetum)和幼套球囊霉(Glomusetunicatum)，均由中中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2016年6月20日在山西省楊樹豐產(chǎn)林實驗局試驗場開始實施，選取長勢一致的“白皮云杉”幼苗270株，分別定植于45 cm×55 cm的陶盆中，盆栽基質(zhì)為經(jīng)高溫滅菌2 h的土 ∶沙 ∶草炭 ∶蛭石=2 ∶2 ∶2 ∶1，每盆定植1株。試驗共設(shè)置6個處理，即在定植前分別于云杉植株根系接種10 g地表球囊霉(Gv)、根內(nèi)球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚叢球囊霉(Ga)、幼套球囊霉(Ge)及滅菌的5種菌根混合物(CK)，每個處理15株，重復(fù)3次，共計270株。在云杉植株定植150 d后，分別調(diào)查各植株的菌根侵染情況，并接種2.0×106CFU/g土的云杉根腐病病原菌。整個試驗期間，給予各植株正常的水肥及病蟲害管理。

1.2.2 項目測定及方法 菌根侵染率測定：采用Phillips等的方法[10]進(jìn)行，菌根侵染率=侵染菌根段數(shù)/檢測菌根段數(shù)×100%；生長指標(biāo)測定：于接種云杉根腐病病原菌后150 d測定，主要指標(biāo)包括株高、莖粗、地徑及地上部干質(zhì)量；病情指數(shù)調(diào)查方法：自接種云杉根腐病病原菌第5天起開始調(diào)查，每隔3 d調(diào)查1次，按趙仕光等[11]方法進(jìn)行病情指數(shù)及防治效果計算；生理生化指標(biāo)測定：接種云杉根腐病病原菌前進(jìn)行首次測定，第二測定于接種云杉根腐病病原菌后第5天進(jìn)行，之后每隔3 d測定1次，測定指標(biāo)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸(Pro)含量，采用方法分別為抑制NBT光還原比色法、苯丙氨酸比色法、硫代巴比妥酸比色法和磺基水楊酸提取法。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及作圖，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同叢枝菌根真菌對云杉根系的侵染效果

云杉根系分別經(jīng)5種不同叢枝菌根真菌接種150 d后，根際土壤中均有大量的菌絲生成，而對照則無菌絲生成。侵染率測定結(jié)果表明，5種叢枝菌根真菌對云杉根系的侵染率從小到大依次為接種根內(nèi)球囊霉(Gi)、幼套球囊霉(Ge)、聚叢球囊霉(Ga)、地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)，分別達(dá)到53.45%、58.26%、64.25%、68.64%和74.38%，其中接種摩西球囊霉(Gm)與接種幼套球囊霉(Ge)和聚叢球囊霉(Ga)達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，與接種根內(nèi)球囊霉(Gi)達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)。這說明，5種不同叢枝菌根真菌均可與云杉形成互利共生關(guān)系，且不同菌根的侵染率存在明顯差異，其原因可能是5種叢枝菌根真菌與云杉的親和性不同所致。

2.2 不同叢枝菌根真菌對云杉生長的影響

從表1可以看出，接種不同叢枝菌根真菌對云杉幼苗生長的影響存在明顯差異。接種150 d后，測定各處理植株的株高、莖粗、地徑及地上部干質(zhì)量，結(jié)果表明，接種地表球囊霉(Gv)、根內(nèi)球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚叢球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的云杉植株株高分別較對照增加 46.41%、20.55%、53.31%、33.66%和28.29%，其中接種摩西球囊霉(Gm)與聚叢球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，與對照及根內(nèi)球囊霉(Gi)達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)；接種5種不同叢枝菌根真菌的云杉植株莖粗分別較對照增加19.28%、7.85%、25.11%、15.7% 和10.99%，其中接種摩西球囊霉(Gm)與聚叢球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，與對照及根內(nèi)球囊霉(Gi)達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)；接種5種不同叢枝菌根真菌的云杉植株地徑從小到大依次為接種根內(nèi)球囊霉(Gi)、幼套球囊霉(Ge)、聚叢球囊霉(Ga)、地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)，較對照分別增加52.75%、15.98%、71.46%、38.6%和26.3%，其中接種摩西球囊霉(Gm)與接種幼套球囊霉(Ge)和聚叢球囊霉(Ga)達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，與接種根內(nèi)球囊霉(Gi)達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)；接種5種不同叢枝菌根真菌的云杉植株地上部干質(zhì)量分別較對照增加63.14%、20.3%、71.42%、57.06% 和40.49%，其中接種摩西球囊霉(Gm)與聚叢球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，與對照及根內(nèi)球囊霉(Gi)達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)。上述結(jié)果表明，接種5種不同叢枝菌根真菌均可促進(jìn)云杉生長，且不同菌根的促生效果存在明顯差異，其原因可能是由于接種AM真菌可增加植物根系的土壤酶活性及養(yǎng)分含量，進(jìn)而促進(jìn)植株生長。

表1 不同叢枝菌根真菌對云杉生長的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同叢枝菌根真菌對云杉根腐病的影響

不同叢枝菌根真菌對云杉根腐病病情指數(shù)的影響如圖2-a 所示，在整個試驗過程中，接種摩西球囊霉(Gm)的云杉植株根系根腐病病情指數(shù)始終保持最低，其余依次為接種地表球囊霉(Gv)、聚叢球囊霉(Ga)、幼套球囊霉(Ge)和根內(nèi)球囊霉(Gi)，對照(CK)始終保持最高，這說明接種叢枝菌根真菌可降低云杉根腐病病情指數(shù)，且接種摩西球囊霉(Gm)效果最佳；接種云杉根腐病病菌20 d時，對照(CK)、接種地表球囊霉(Gv)、根內(nèi)球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚叢球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的病情指數(shù)分別達(dá)到62.05、39.85、49.18、38.76、44.35和46.89，假設(shè)CK的根腐病防效為0，則接種地表球囊霉(Gv)、根內(nèi)球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚叢球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的云杉植株根腐病防治效果分別達(dá)到75.83%、52.18%、77.25%、64.26%和58.34%，其中，接種地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)防治效果顯著優(yōu)于聚叢球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)，極顯著優(yōu)于根內(nèi)球囊霉(Gi)，這說明，接種叢枝菌根真菌可顯著提升云杉植株的根腐病防效，且接種摩西球囊霉(Gm)效果最佳。

2.4 不同叢枝菌根真菌對云杉根系超氧化物歧化酶和苯丙氨酸解氨酶活性的影響

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是催化植物通過次生代謝產(chǎn)生木質(zhì)素、植保素的關(guān)鍵酶，其活性高低與植物的抗病性強(qiáng)弱密切相關(guān)[13]。在整個試驗期間，PAL活性在6種處理中均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，且接種Gm始終保持最高，對照始終保持最低(圖3-b)。在根腐病接種11 d時，CK的PAL活性達(dá)到最大，為2.13 U/(g·min)，而接種Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的PAL活性則均在14 d時達(dá)到最大，分別為2.75、2.36、2.83、2.62、2.48 U/g·min，較對照分別提升2911%、10.8%、32.86%、23%和16.43%，其中Gi、Ge與對照達(dá)到顯著差異水平，Gv、Gm和Ga與對照達(dá)到極顯著差異水平。這說明，接種叢枝菌根真菌可明顯提升云杉根系的PAL活性，且不同類型叢枝菌根真菌提升效果差異顯著。

2.5 不同叢枝菌根真菌對云杉根系丙二醛及游離脯氨酸含量的影響

由表2可知，接種云杉根腐病病菌后，6種處理的MDA含量均隨著時間的延長呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，其中接種Gm始終保持同期最低，而對照(CK)始終保持同期最高。在接種后20 d時，各處理的MDA含量均達(dá)到最大，接種Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的MDA含量分別較對照降低24.76%、8.7%、28.96%、19.04%和14.64%，其中，接種Gi、Ge與對照達(dá)到顯著差異水平，接種Gv、Gm、Ga與對照達(dá)到極顯著差異水平。這說明接種叢枝菌根真菌可顯著降低根腐病病菌對云杉根系細(xì)胞膜的破壞，且不同類型叢枝菌根真菌降低效果差異顯著，其原因可能是接種叢枝菌根真菌可顯著提升云杉根系的SOD酶活性，進(jìn)而減少了活性氧對細(xì)胞膜的傷害。

不同叢枝菌根真菌對云杉根系游離脯氨酸含量的影響如表2所示，不同處理的Pro含量均隨著根腐病病菌接種時間的延長呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，且接種Gm始終保持最高、對照始終保持最低。在接種后20 d時，各處理的Pro含量均達(dá)到最大，接種Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的Pro含量分別較對照提升32.23%、11.06%、40.09%、25.44%和18.76%，其中，接種Gi、Ge與對照達(dá)到顯著差異水平，接種Gv、Gm、Ga與對照達(dá)到極顯著差異水平。這說明，接種叢枝菌根真菌可顯著提升根腐病病菌侵染的云杉根系的Pro含量，且不同類型叢枝菌根真菌提升效果差異顯著。

3 結(jié)論與討論

大量研究表明，叢枝菌根真菌可與植物根系形成互利共生體，參與植物的多種代謝過程，不僅可以提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且在誘導(dǎo)植物抗病性方面作用顯著[4-5]。本研究結(jié)果表明，接種叢枝菌根真菌可顯著增加云杉的生物量，且不同叢枝菌根真菌的促生效果差異顯著，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的促生效果最佳，株高、莖粗、地徑及地上部干質(zhì)量較對照分別增加53.31%、25.11%、71.46%和71.42%，本結(jié)果與鄒原東等在甘草方面[14]及樊麗等在草莓方面[15]的研究結(jié)果較為一致；接種叢枝菌根真菌可顯著降低云杉根腐病病情指數(shù)和提高根腐病防治效果，接種地表球囊霉(Gv)、根內(nèi)球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚叢球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的根腐病防治效果分別達(dá)到75.83%、52.18%、77.25%、64.26%和58.34%，本結(jié)果與張淑彬等在辣椒方面的研究結(jié)果[16]較為一致，其原因可能是由于不同叢枝菌根真菌與特定植物的親和性不同導(dǎo)致侵染率存在顯著差異，進(jìn)而造成對植株生物量和抗病性影響的明顯差異。

表2 不同叢枝菌根真菌對云杉根系丙二醛幾游離脯氨酸含量的影響

植物在遭遇病原菌入侵時，會啟動體內(nèi)的抗性防御系統(tǒng)，以最大程度地減少氧化逆境對自身造成的傷害[17-18]。本研究結(jié)果表明，根腐病病菌侵染云杉根系后，6種處理的超氧化物歧化酶(SOD)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，接種叢枝菌根真菌可顯著提升根腐病病菌侵染的云杉根系的SOD及PAL活性，且不同叢枝菌根真菌的提升幅度存在顯著差異，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的提升效果最為明顯，SOD及PAL活性分別較對照提升39.8%和 32.86%，其次為地表球囊霉(Gv)；丙二醛(MDA)含量和游離脯氨酸(Pro)含量是分別反映細(xì)胞膜受氧化破壞程度和對逆境響應(yīng)能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。根腐病病菌侵染云杉根系后，6種處理的MDA和Pro含量均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，接種叢枝菌根真菌的云杉根系MDA含量顯著低于對照，而Pro含量則顯著高于對照，其中接種摩西球囊霉(Glomusmosseae)的效應(yīng)最為明顯，MDA含量較對照降低28.96%、Pro含量較對照提升40.09%，這說明接種摩西球囊霉(Gm)的云杉根系細(xì)胞膜受病菌損害程度最輕，對逆境的響應(yīng)能力最強(qiáng)，本研究結(jié)果與王立等在小麥[7]及周寶利等在茄子方面[8]的研究結(jié)果較為一致，其原因可能是接種摩西球囊霉(Gm)的云杉根系保護(hù)酶活性顯著高于其他處理所致。

綜上所述，接種叢枝菌根真菌可顯著促進(jìn)云杉生長，提升根腐病的防治效果，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的效應(yīng)最佳，其次為地表球囊霉(Gv)，其原因可能是：一方面，接種叢枝菌根真菌可能改善了云杉根系的土壤生態(tài)環(huán)境進(jìn)而促進(jìn)了植株生長，而促進(jìn)效果因叢枝菌根真菌與云杉的親和性而異；另一方面，接種叢枝菌根真菌可以提高云杉根系的超氧化物歧化酶(SOD)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，進(jìn)而提升對根腐病的抗性。