低鎂與叢枝菌根對枳砧‘紐荷爾’臍橙和‘椪柑’礦質(zhì)營養(yǎng)吸收與分布的影響

楊艷，胡成銀，陳強(qiáng)，張曉平，肖家欣

（安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重要生物資源保護(hù)與利用研究安徽省省級重點(diǎn)實驗室，安徽 蕪湖241000）

我國許多柑橘產(chǎn)區(qū)的土壤酸性強(qiáng)，有效鎂或硼含量不足[1-2]?！~荷爾’臍橙[Citrus sinensis(L.)Osbeck cv.Newhall]是我國柑橘產(chǎn)區(qū)的主栽品種之一，在其生長發(fā)育期內(nèi)經(jīng)常表現(xiàn)出嚴(yán)重的葉片黃化和葉脈腫裂等缺鎂或缺硼癥狀[2-3]，然而，其他品種如‘椪柑’（Citrus reticulataBlanco cv. Ponkan）因缺鎂或缺硼而表現(xiàn)出的黃化現(xiàn)象并不明顯[4]?？梢姡煌涕倨贩N對缺鎂或缺硼的敏感性存在差異。叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）是AM真菌與寄主根系形成的互惠互利的共生體，它可通過改善寄主營養(yǎng)狀況來抵御生物或非生物逆境的危害[5]。生產(chǎn)上‘紐荷爾’臍橙與‘椪柑’主要以枳[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]為砧木。枳雖然是柑橘產(chǎn)區(qū)應(yīng)用較為普遍的砧木之一，但由于其根毛短或極少，因而主要依賴于AM 真菌來維持其正常生長[6]。我們前期研究表明，在低鎂條件下，AM 真菌地表球囊霉（Glomus versiforme）顯著促進(jìn)了枳砧‘紐荷爾’臍橙與‘椪柑’的生長及對鎂的吸收與分布，尤以‘紐荷爾’臍橙明顯[7]。然而，這2個柑橘品種對低鎂處理所表現(xiàn)出的生長及對鎂吸收的差異，是否與它們對其他元素吸收差異存在聯(lián)系，以及在低鎂條件下，AM真菌是否也對其他相關(guān)元素的吸收具有影響都還不清楚。這2個品種由于對鎂與硼、磷、鉀和鈣之間存在促進(jìn)或拮抗作用，因此，在低鎂條件下，AM 真菌是否也會影響枳砧‘紐荷爾’臍橙與‘椪柑’對相關(guān)礦質(zhì)元素如硼、磷、鉀和鈣的吸收與分布還值得深入探討。而關(guān)于在低鎂條件下柑橘砧穗互作及不同柑橘品種對AM 真菌的差異性反應(yīng)還鮮見報道。因此，本研究旨在揭示低鎂條件下AM真菌對枳砧‘紐荷爾’臍橙與‘椪柑’礦質(zhì)營養(yǎng)（如硼、磷、鉀和鈣）吸收與分配的影響，以期為柑橘栽培中通過平衡施肥來克服因缺素而導(dǎo)致的黃化癥狀提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗基質(zhì)為V（田園土）∶V（石英砂）∶V（蛭石）=3∶1∶1 的混合物，經(jīng)0.11 MPa、121 ℃高壓蒸汽滅菌2 h后備用。該基質(zhì)的理化性質(zhì)如下：pH值6.85，含有機(jī)質(zhì)13.80 g/kg，全氮0.238 g/kg，有效磷10.55 g/kg，有效鉀17.18 g/kg，有效鈣356.18 g/kg，有效鎂11.25 g/kg，有效鋅0.32 g/kg，有效銅0.112 g/kg。

供試的AM 真菌菌劑為地表球囊霉（G.versiforme，編號BGC HUN02B），由北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所“中國叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫（BGC）”提供。二年生枳（P. trifoliata）砧‘紐荷爾’臍橙（C.Sinensis）與‘椪柑’（C.reticulata）苗（無菌）由湖北省秭歸縣良種繁育中心提供。

1.2 試驗設(shè)計

選取砧木直徑相對一致（1.3～1.4 cm）且生長良好的枳砧‘紐荷爾’臍橙與‘椪柑’苗，參照SHENG 等的方法[8]，重剪地上部（保留接穗莖4～5 cm）和主根（以刺激誘導(dǎo)新根的發(fā)育），洗凈附土后移栽于裝有3.5 kg 試驗基質(zhì)的不透光塑料花盆中，每盆1 株，分別進(jìn)行叢枝菌根真菌接種和不接種處理。其中：接種處理為在移栽時每盆接種地表球囊霉菌劑50 g（約600 個孢子），未接種處理為加入等量的經(jīng)滅菌處理的菌劑。根據(jù)柑橘果園土壤營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[9]可知，試驗基質(zhì)中的有效鎂、鋅、鉀、磷和鈣均處于極低量或低量水平。為維持營養(yǎng)供應(yīng)與平衡，待新梢長至10 cm 時，進(jìn)行鎂適量處理（Mg-rich,MR），用1/2 濃度Hoagland 和Aron 全濃度營養(yǎng)液澆灌（鎂質(zhì)量濃度達(dá)24 mg/L）；以澆灌不含鎂的營養(yǎng)液作為低鎂處理（Mg-poor, MP），為維持離子濃度的平衡和避免硫元素的缺乏，以Na2SO4替代MgSO4·7H2O。每15 d澆灌一次。然后均置于玻璃溫室苗床（通風(fēng)良好，接近自然條件）上進(jìn)行培養(yǎng)。試驗共設(shè)置8 個處理，分別為MP+‘紐荷爾’+不接種（接種）、MP+‘椪柑’+不接種（接種）、MR+‘紐荷爾’+不接種（接種）、MR+‘椪柑’+不接種（接種）。每個處理6盆，共48盆，隨機(jī)區(qū)組排列。6個月后取樣用于試驗分析。

1.3 測定方法

將植株分為根、砧木莖、接穗莖、上部葉（夏秋梢葉）與下部葉（春梢葉）5個部分，洗凈后分別置于105 ℃烘箱中殺青15 min，然后置于75 ℃烘箱中烘至恒量，再用電動不銹鋼粉碎機(jī)粉碎過篩后置于干燥器中保存，備用。

采用V（硝酸）∶V（高氯酸）=4∶1消煮樣品，消化液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Optimal 2100 DV，美國PekinElmer 公司）測定各部位的硼、磷、鉀和鈣含量[7]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0 和Excel 2010 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用3因素方差分析中最小顯著性差異法（least significant difference,LSD）比較同一指標(biāo)不同處理間的差異是否達(dá)到顯著水平（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM 真菌對2 個柑橘品種各部位硼含量及硼積累量分布的影響

由圖1可知：低鎂處理對2個品種上部葉硼含量以及‘椪柑’根部、接穗莖和砧木莖硼含量無顯著影響，卻顯著降低了‘紐荷爾’根部、接穗莖和砧木莖硼含量；與鎂適量條件相比，在低鎂條件下‘紐荷爾’下部葉硼含量升高，而‘椪柑’下部葉硼含量下降。

在鎂適量條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了‘紐荷爾’上部葉硼含量，而對其他部位的硼含量無顯著影響；相反地，AM真菌接種處理對‘椪柑’上部葉硼含量無顯著影響，但顯著提高了其他部位硼含量。在低鎂條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了2 個品種各部位（‘紐荷爾’上部葉除外）的硼含量（圖1）。

圖1 低鎂條件下AM真菌對‘紐荷爾’和‘椪柑’上部葉（A）、下部葉（B）、接穗莖（C）、砧木莖（D）及根部（E）硼含量的影響Fig.1 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on boron(B)concentration of upper leaves(A),basal leaves(B),scion stems(C),rootstock stems(D)and roots(E)of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

不同部位的硼積累量與總積累量的比例見圖2。以葉片（包括上下部葉）占的比例最大，根部次之。低鎂處理對‘椪柑’各部位硼分配比例的影響較小，但降低了‘紐荷爾’根部、砧木和接穗莖硼分配比例，提高了上下部葉硼分配比例。不論鎂的豐缺狀況，AM 真菌接種處理對2 個品種各部位硼分布比例都有影響。在鎂適量條件下，與非菌根化的植株相比，菌根化的‘紐荷爾’上部葉硼分布比例上升，其他部位硼分布比例下降，而菌根化的‘椪柑’上部葉硼分布比例下降，其他部位硼分布比例有所上升。在低鎂條件下，與非菌根化的植株相比，菌根化的‘紐荷爾’下部葉硼分布比例下降，其他部位硼分布比例上升，而菌根化的‘椪柑’上下部葉硼分布比例下降，其他部位硼分布比例明顯上升。

圖2 低鎂條件下AM真菌對‘紐荷爾’和‘椪柑’上部葉、下部葉、接穗莖、砧木莖及根部硼積累量占整株積累量的影響Fig.2 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on percentage of total B content partitioned in the upper leaves, basal leaves, scion stems, rootstock stems and roots of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

2.2 AM 真菌對2 個柑橘品種各部位磷、鉀和鈣含量的影響

從圖3可以看出，低鎂處理對2個品種根部、接穗莖和砧木莖磷含量影響較小，卻提高了‘紐荷爾’下部葉磷含量，降低了‘椪柑’上下部葉的磷含量，而對‘紐荷爾’上部葉磷含量無顯著影響。在鎂適量條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了‘紐荷爾’接穗莖和砧木莖的磷含量、‘椪柑’下部葉和根部的磷含量，對其他部位磷含量無顯著影響。在低鎂條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了2 個品種各部位（‘紐荷爾’下部葉除外）的磷含量。

圖3 低鎂條件下AM真菌對‘紐荷爾’和‘椪柑’上部葉（A）、下部葉（B）、接穗莖（C）、砧木莖（D）及根部（E）磷含量的影響Fig.3 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on phosphorus (P) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C),rootstock stems(D)and roots(E)of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

低鎂處理提高了‘椪柑’根部、接穗莖和砧木莖鉀含量及‘紐荷爾’上部葉鉀含量，而降低了‘紐荷爾’接穗莖鉀含量及‘椪柑’上部葉鉀含量，對其他部位鉀含量無顯著影響。在鎂適量條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了‘椪柑’各部位鉀含量及‘紐荷爾’下部葉鉀含量，而對‘紐荷爾’其他各部位鉀含量無顯著影響。在低鎂條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了2個品種各部位（‘椪柑’下部葉除外）的鉀含量（圖4）。

圖4 低鎂條件下AM真菌對‘紐荷爾’和‘椪柑’上部葉（A）、下部葉（B）、接穗莖（C）、砧木莖（D）及根部（E）鉀含量的影響Fig.4 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on potassium (K) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C), rootstock stems (D) and roots (E) of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

圖5 顯示，低鎂處理降低了‘椪柑’各部位鈣含量及‘紐荷爾’砧木莖鈣含量，卻提高了‘紐荷爾’上部葉鈣含量，對‘紐荷爾’其他各部位鈣含量無顯著影響。在鎂適量條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了‘椪柑’上下部葉和根部鈣含量及‘紐荷爾’下部葉、接穗莖和砧木莖鈣含量，對其他部位鈣含量無顯著影響。在低鎂條件下，AM 真菌接種處理顯著提高了2 個品種各部位（‘椪柑’根部除外）的鈣含量。

圖5 低鎂條件下AM真菌對‘紐荷爾’和‘椪柑’上部葉（A）、下部葉（B）、接穗莖（C）、砧木莖（D）及根部（E）鈣含量的影響Fig.5 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on calcium (Ca) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C), rootstock stems (D) and roots (E) of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

3 討論

本研究結(jié)果顯示，低鎂處理提高了‘紐荷爾’下部葉硼含量及上下部位葉硼分配比例，卻降低了‘椪柑’下部葉硼含量。類似地，低鎂處理提高了‘紐荷爾’下部葉磷及上部葉鉀、鈣含量，卻降低了‘椪柑’上部葉鉀及上下部葉磷、鈣含量。這表明低鎂處理可能有利于硼、磷、鉀和鈣在‘紐荷爾’葉片中的積累，而‘椪柑’則相反，低鎂抑制了硼、磷、鉀和鈣向其葉片轉(zhuǎn)運(yùn)與積累。先前的研究結(jié)果表明，低鎂抑制了枳砧‘紐荷爾’和‘椪柑’下部葉鎂含量，尤以‘紐荷爾’明顯[7]。可見，在低鎂條件下，枳砧‘紐荷爾’和‘椪柑’對包括鎂在內(nèi)的礦質(zhì)元素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)狀況存在明顯差異。有報道表明，不同砧木對缺鎂反應(yīng)存在差異，其中紅橘具有較強(qiáng)的抗缺鎂特性，崇義野橘次之，枳和香橙稍遜[10]。缺鎂處理還明顯降低了酸橙對硼的相對吸收率，而對枳、紅橘、枳橙和香橙等砧木對硼的吸收并無顯著影響[11]。GONCALVES 等[12]發(fā)現(xiàn)，甜櫻桃砧木莖中的木質(zhì)部導(dǎo)管和管胞的變化能夠明顯影響到不同砧穗組合植株的導(dǎo)水率。植物導(dǎo)水率變化與嫁接部位組織結(jié)構(gòu)的改變密切相關(guān)，而植株對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)又與導(dǎo)水率密不可分。因而，砧穗組合的形態(tài)特征差異可能是導(dǎo)致礦質(zhì)營養(yǎng)的運(yùn)輸與分布差異的重要原因之一?！~荷爾’和‘椪柑’雖然均以枳為砧木，但由于砧穗相互作用可能會導(dǎo)致根和莖中木質(zhì)部的結(jié)構(gòu)與功能存在差異，進(jìn)而引起低鎂條件下二者對硼、磷、鉀和鈣的吸收、運(yùn)輸和積累差異。

從本研究結(jié)果可知，AM真菌接種處理有利于2個柑橘品種對硼、磷、鉀和鈣的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，尤以低鎂條件下的‘紐荷爾’明顯。類似地，鹽脅迫和高CO2條件下，AM真菌接種處理提高了小麥植株體內(nèi)碳、氮、鉀、鈣、鎂和鈉的積累[13]。NAVARRO 等[14]報道顯示，鹽脅迫下AM 侵染的柑橘砧木‘cleopatra’體內(nèi)的磷、鉀、鐵和鋅水平明顯高于AM侵染的砧木‘Alemow’，說明不同砧木的菌根效應(yīng)存在明顯差異。本研究中‘紐荷爾’和‘椪柑’嫁接在同一砧木枳上，引起其菌根效應(yīng)差異的主要原因可能在根中，說明低鎂條件下地上部接穗對地下部的砧木根系的影響較大，存在明顯的砧穗互作。一方面，砧木對地上部栽培品種的生長及礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收與分布會產(chǎn)生較大的影響，這主要決定于根系的生理特性如垂直根系與須根系的分布等。另一方面，接穗本身也會對地上部營養(yǎng)產(chǎn)生影響。砧木和接穗對砧穗組合體礦質(zhì)元素吸收與分布的影響還依賴于元素和環(huán)境條件[15]。通常，嫁接部位維管組織容易引起砧木和接穗之間的信息與物質(zhì)交流受阻，如水分與礦質(zhì)元素的向上運(yùn)輸和地上部光合產(chǎn)物向下運(yùn)輸受阻等，最終會抑制植株的生長[15]。然而，AM真菌既可通過對根系的形態(tài)與生理變化的影響來促進(jìn)寄主對營養(yǎng)的吸收[16]，還可以通過對土壤理化性狀[17]、營養(yǎng)循環(huán)[18]和微生物群體[19]等方式的影響來提高土壤營養(yǎng)的有效性，進(jìn)而促進(jìn)寄主對礦質(zhì)元素的吸收。AZNARTE-MELLADO 等[20]報道顯示，AM 真菌接種處理使阿月渾子嫁接親和力與成活率明顯提高，主要得益于鈣、鐵、鎂和氮等礦質(zhì)元素吸收得到了明顯改善?？梢?，AM 真菌接種處理可能間接影響到嫁接部位維管組織結(jié)構(gòu)的改變，而這些組織解剖結(jié)構(gòu)的改變，又與生長素吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）在這些部位的運(yùn)輸和積累進(jìn)而影響這些組織的生長有關(guān)[21]。IAA是嫁接結(jié)合部位維管組織再分化的起始因子，能夠調(diào)控形成層木質(zhì)部細(xì)胞的分化和分裂。因此，低鎂條件下2個品種的菌根效應(yīng)差異還可能是因為低鎂和叢枝菌根真菌影響了其激素的代謝與運(yùn)輸，進(jìn)而影響了嫁接部位維管組織的細(xì)胞分化，從而影響植株對硼、磷、鉀和鈣等礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。