叢枝菌根真菌對(duì)復(fù)合鹽脅迫下草莓根系礦質(zhì)元素吸收的影響*

樊 麗，李石恒，唐 悅，薛紅飛，鬧干朝魯，王 振

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，呼和浩特 010018）

隨著生活水平的提高，人們對(duì)健康更加重視。草莓（Fragaria×ananassa Duch.）作為一種外觀鮮美、口感香甜，富含營(yíng)養(yǎng)的水果，逐漸成為人們?nèi)粘２妥浪闹匾奉?lèi)之一[1]。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是植物生長(zhǎng)的必要成分，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育中幾乎所有的生物物理和生物化學(xué)過(guò)程，如植物缺少鉀，植株易倒伏，葉色枯黃，鉀能促進(jìn)淀粉的生成，促使果個(gè)增大[2]；磷在糖代謝、蛋白質(zhì)代謝和脂肪代謝中起著極其重要的作用[3]；氮有“生命元素”的美稱(chēng)，植物缺氮，葉片發(fā)黃，植株矮?。烩c是一種強(qiáng)力細(xì)胞復(fù)活劑，在植物體內(nèi)維持細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，保持細(xì)胞的完整，Na+過(guò)多也會(huì)對(duì)植物造成鹽害[4]；缺鈣會(huì)使植物出現(xiàn)壞死癥狀，鈣與酸結(jié)合可使細(xì)胞壁加厚，提高植物抵御病害的能力[5]。

鹽漬土易板結(jié)，礦質(zhì)元素活動(dòng)性差，嚴(yán)重影響植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。草莓根系淺，對(duì)鹽脅迫敏感，自身抵御鹽脅迫的能力差[6]。我國(guó)大面積的鹽堿土和設(shè)施農(nóng)業(yè)的次生鹽堿化限制了草莓生產(chǎn)的發(fā)展。菌根真菌是自然界中普遍存在的一種共生真菌，植物可以在菌根共生體中獲得所需要的水分與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，真菌也可以獲得其中的碳水化合物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。菌根是真菌專(zhuān)一性與植物根系特性的高度結(jié)合，能夠促進(jìn)植物根系對(duì)水分、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，緩解鹽漬土壤對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制，提高植物的抗鹽性[7]，從而提高植物在鹽漬土中的生活力，是解決鹽堿脅迫的一種簡(jiǎn)便易行、兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的新方法。

目前，關(guān)于鹽脅迫下接種叢枝菌根真菌（AMF）對(duì)植物的影響研究多集中在單鹽對(duì)植物地上部生長(zhǎng)及生理特征等方面，如光合作用[8]、酶活性[9]、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[10]等，尚未見(jiàn)有接種AMF 與復(fù)合鹽脅迫對(duì)草莓根系礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響相關(guān)研究。因此，本試驗(yàn)采用人工模擬復(fù)合鹽脅迫的方法，研究接種AMF后，草莓根系礦質(zhì)元素的吸收對(duì)復(fù)合鹽脅迫的應(yīng)答機(jī)制，明確AMF 緩解草莓復(fù)合鹽脅迫的生理機(jī)制，以期為草莓生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以‘甜查理’草莓為試驗(yàn)材料，摩西球囊霉（Glomus mosseae）為試驗(yàn)菌種，用經(jīng)過(guò)玉米擴(kuò)繁后獲得含有孢子、菌絲的菌土混合物作為接種菌劑。選取苗齡一致、生長(zhǎng)整齊、無(wú)病蟲(chóng)害的健壯草莓苗移栽到經(jīng)高錳酸鉀消毒的花盆中，供試土壤為花卉營(yíng)養(yǎng)土、沙子，經(jīng)高溫滅菌后，按滅菌土∶沙為2∶1 混合。同時(shí)接種AMF，待AMF 與供試草莓成功建立共生關(guān)系后，開(kāi)始進(jìn)行不同濃度的鹽處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，即AMF 和鹽濃度2 個(gè)因素，AMF 處理包括接菌與未接菌2 個(gè)水平；鹽濃度處理為NaCl 與Na2SO4摩爾比為1∶1 的混合鹽，包括0、50、100 mmol/L 3 個(gè)濃度。共設(shè)置6 個(gè)處理，每個(gè)處理6 個(gè)樣本，3 次重復(fù)。6 個(gè)處理分別命名為：NN（未接菌、鹽濃度為0）、NY50（未接菌、鹽濃度為50 mmol/L）、NY100（未接菌、鹽濃度為100 mmol/L）、YN（接菌、鹽濃度為0）、YY50（接菌、鹽濃度為50 mmol/L）、YY100（接菌、鹽濃度為100 mmol/L）。所有烘干樣重量均在0.6 g 以上，其中3 個(gè)樣本測(cè)定氮和磷含量，另3 個(gè)樣本測(cè)定鉀、鈉、鈣含量。鹽脅迫時(shí)間共28 d，分別于脅迫后第7 d（W1）、第14 d（W2）、第21 d（W3）、第28 d（W4）進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

復(fù)合鹽處理后，每周觀察不同處理草莓的生長(zhǎng)情況，作鹽害指數(shù)評(píng)價(jià)，并進(jìn)行1 次樣品采集，測(cè)定AMF 侵染率[11]和根系氮、磷、鉀、鈉、鈣元素含量以及葉片鈉元素含量。

1.3.1 AMF 侵染率

菌根染色采用醋酸墨水染色法[12]，顯微鏡下觀察，并使用根段侵染率加權(quán)法計(jì)算每周各處理的AMF 侵染率。

1.3.2 鹽害指數(shù)

在開(kāi)始復(fù)合鹽脅迫后，每周按照鹽害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)記錄其鹽害級(jí)別，并計(jì)算出每個(gè)處理的鹽害指數(shù)。鹽害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]：0 級(jí)，生長(zhǎng)正常，無(wú)黃葉和干葉；1 級(jí)，輕微鹽害，約1/3 葉尖、葉緣出現(xiàn)黃色；2 級(jí)，中等鹽害，約1/2 葉尖、葉緣出現(xiàn)焦枯；3 級(jí)，鹽害較重，2/3 以上葉片失水萎蔫、焦枯；4 級(jí)，鹽害極重，大部分葉片和枝條干枯、死亡。

1.3.3 礦質(zhì)元素含量

氮元素含量的測(cè)定采用凱氏定氮法[14]，磷元素含量的測(cè)定采用紫外分光光度計(jì)法[15]，鉀、鈉、鈣元素含量的測(cè)定采用原子吸收光譜法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 進(jìn)行柱狀圖的制作，采用SPSS 18.0 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓菌根侵染率的變化

從表1 可看出，接菌處理草莓的AMF 侵染率隨著鹽脅迫程度的加重不斷降低。W1 時(shí)期3 個(gè)處理菌根侵染率差異不顯著，W2 時(shí)期YY50 和YY100處理菌根侵染率均顯著低于YN，W3 和W4 時(shí)期YY100 處理菌根侵染率均顯著低于YN 和YY50 處理。說(shuō)明鹽脅迫在一定程度上抑制AMF 的增殖。

表1 不同時(shí)期不同處理下草莓植株的菌根侵染率

2.2 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓鹽害指數(shù)的變化

由表2 可知，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，未接菌組草莓的鹽害指數(shù)均有不同程度的增加，且同一脅迫時(shí)期內(nèi)，隨著鹽濃度的升高，各處理草莓的鹽害指數(shù)不斷增大，而接菌組草莓的鹽害指數(shù)變化各異。在W1、W3 時(shí)期同一鹽濃度下，接菌組的鹽害指數(shù)均比未接菌組低，并且接菌組草莓植株的平均鹽害指數(shù)低于未接菌組，說(shuō)明接種AMF 可緩解復(fù)合鹽脅迫對(duì)草莓的傷害。

表2 不同時(shí)期不同處理下草莓植株的鹽害指數(shù)

2.3 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓根系氮元素含量的變化

由圖1 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的氮元素含量顯示，草莓根系對(duì)氮元素的吸收差異顯著。同一時(shí)期隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)氮的吸收均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且同一時(shí)期同一鹽濃度下接菌組氮元素含量均高于未接菌組。接菌組草莓根系氮元素含量在W4時(shí)期最高，YN、YY50、YY100分別為1.19%、1.13%、0.95%，而未接菌組草莓在W4 時(shí)期氮元素含量低，NN、NY50、NY100 分別為0.77%、0.72%、0.67%。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，接菌組草莓根系對(duì)氮元素的吸收呈增加趨勢(shì)，且與未接菌組相比差值逐漸增大。說(shuō)明復(fù)合鹽脅迫抑制草莓根系對(duì)氮元素的吸收，接菌可有效促進(jìn)草莓根系對(duì)氮元素的吸收，接菌時(shí)間越久，AMF 促進(jìn)草莓根系對(duì)氮元素的吸收效果越好。

圖1 不同時(shí)期不同處理下草莓根系氮元素含量

2.4 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓根系磷元素含量的變化

由圖2 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的磷元素含量顯示，未接菌組草莓根系對(duì)磷元素的吸收差異不顯著，接菌組草莓根系對(duì)磷元素的吸收差異顯著。同一時(shí)期隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)磷的吸收均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且同一時(shí)期同一鹽濃度下接菌組磷元素含量均高于未接菌組。接菌組草莓根系磷元素含量在W4 時(shí)期最高，YN、YY50、YY100 分別為0.52、0.40、0.31 mg/g，而未接菌組草莓在W4 時(shí)期磷元素含量低，NN、NY50、NY100 分別為0.35、0.31、0.29 mg/g。從W3 時(shí)期開(kāi)始，50 mmol/L 復(fù)合鹽脅迫下接菌處理與未接菌處理對(duì)磷元素的吸收差異顯著。說(shuō)明復(fù)合鹽脅迫抑制草莓根系對(duì)磷元素的吸收不顯著，但接菌可促進(jìn)草莓根系對(duì)磷元素的吸收，接菌時(shí)間越長(zhǎng)，AMF 促進(jìn)草莓根系對(duì)磷元素的吸收效果越好。

圖2 不同時(shí)期不同處理下草莓根系磷元素含量

2.5 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓根系鉀元素含量的變化

由圖3 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的鉀元素含量顯示，草莓根系對(duì)鉀元素的吸收差異顯著。同一時(shí)期隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)鉀的吸收均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且同一時(shí)期同一鹽濃度下接菌組鉀元素含量均顯著高于未接菌組。接菌組草莓根系鉀元素含量在W4 時(shí)期最高，YN、YY50、YY100 分別為5.33、4.66、4.21 mg/g，而未接菌組草莓在W4 時(shí)期鉀元素含量低，NN、NY50、NY100 分別為5.27、4.02、3.50 mg/g。說(shuō)明復(fù)合鹽脅迫抑制草莓根系對(duì)鉀元素的吸收，接菌可有效促進(jìn)草莓根系對(duì)鉀元素的吸收。

圖3 不同時(shí)期不同處理下草莓根系鉀元素含量

2.6 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓根系鈉元素含量的變化

由圖4 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的鈉元素含量顯示，草莓根系對(duì)鈉元素的吸收差異顯著。同一時(shí)期隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)鈉的吸收均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且同一時(shí)期同一鹽濃度下接菌組鈉元素含量均低于未接菌組，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)鈉元素的吸收均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖4 不同時(shí)期不同處理下草莓根系鈉元素含量

2.7 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓根系鈣元素含量的變化

由圖5 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的鈣元素含量顯示，草莓根系對(duì)鈣元素的吸收差異顯著。同一時(shí)期隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)鈣的吸收均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且W3、W4 時(shí)期同一鹽濃度下接菌組鈣元素含量均顯著高于未接菌組。接菌組草莓根系鈣元素含量在W4 時(shí)期高，YN、YY50、YY100 分別為17.80、15.06、14.11 mg/g，而未接菌組草莓在W4時(shí)期鈣元素含量低，NN、NY50、NY100 分別為14.20、13.45、13.22 mg/g。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，接菌組與未接菌組草莓根系對(duì)鈣元素的吸收變化不顯著。說(shuō)明復(fù)合鹽脅迫抑制草莓根系對(duì)鈣元素的吸收，接菌可有效促進(jìn)草莓根系對(duì)鈣元素的吸收，接菌時(shí)間對(duì)草莓根系對(duì)鈣的吸收影響不顯著。

圖5 不同時(shí)期不同處理下草莓根系鈣元素含量

2.8 不同復(fù)合鹽濃度脅迫下草莓鈉元素含量葉根比的變化

由圖6 可知，隨著復(fù)合鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)時(shí)期測(cè)得的鈉元素含量葉根比顯示，草莓鈉元素含量葉根比差異顯著。隨著復(fù)合鹽脅迫程度的加深，接菌組與未接菌組草莓鈉元素含量葉根比均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，草莓對(duì)鈉離子表現(xiàn)出區(qū)隔效應(yīng)且逐漸增強(qiáng)，阻止鈉離子由根向葉片的運(yùn)輸。接菌組草莓鈉元素含量葉根比高于未接菌組，AMF 打破鈉離子的區(qū)隔效應(yīng)，提高了草莓鈉元素的葉根比，阻止了草莓根系的鈉離子向上運(yùn)輸，緩解了復(fù)合鹽脅迫對(duì)草莓根系的傷害。

圖6 不同時(shí)期不同處理下草莓鈉元素含量葉根比

3 討 論

付紅麗[17]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫使得羊草的AMF 侵染率顯著降低，本試驗(yàn)與其研究結(jié)果相同，在同一脅迫時(shí)間內(nèi)，隨著鹽濃度的升高，接種AMF 植株的菌根侵染率不斷降低，這與楊瑞紅等[18]、徐瑤[19]在草莓、麻瘋樹(shù)幼苗和紅花上的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一鹽濃度脅迫水平下，接菌組草莓植株的鹽害指數(shù)低于未接菌組，說(shuō)明接種AMF 可緩解植株的鹽害程度，這與盛敏等[20]在玉米上的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合鹽脅迫嚴(yán)重影響草莓根系的生長(zhǎng)，降低草莓根系對(duì)氮、鉀、鈣元素的吸收，鹽脅迫下接種AMF 可有效提高草莓根系對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。這與吳強(qiáng)盛等[21]對(duì)水分脅迫下紅橘實(shí)生苗根系礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的研究結(jié)果相似，與肖家欣等[22]對(duì)鋅污染下枳苗礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響研究結(jié)果相同。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，與氮、磷、鉀等元素相比，復(fù)合鹽脅迫下草莓根系對(duì)鈉的吸收呈相反的變化趨勢(shì)，NaCl 與Na2SO4脅迫下，草莓對(duì)鈉離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)隔化能力，隨著鹽濃度升高，鈉離子在草莓根系不斷積累，而鈉元素的葉根比卻隨鹽濃度上升而下降。說(shuō)明鹽濃度越高，鈉離子在草莓根中的積累大于葉片中的積累，草莓根系對(duì)復(fù)合鹽脅迫更為敏感。接種AMF 可提高草莓鈉元素的葉根比，打破鈉離子的區(qū)隔效應(yīng)，鈉離子由根系向地上部輸送，減少了復(fù)合鹽脅迫對(duì)草莓根系的傷害。張愛(ài)霞等[23]、牛清東[24]對(duì)甘草耐鹽性及Na+響應(yīng)的研究結(jié)果顯示，低鹽濃度不會(huì)對(duì)甘草生長(zhǎng)造成影響，而在高鹽濃度下，脹果甘草更加偏重于對(duì)鈉離子的區(qū)隔化，烏拉爾甘草則更加側(cè)重對(duì)鈉離子凈吸收的控制，脹果甘草的區(qū)隔化更加有效。鄧林[25]在胡楊與鹽敏感楊樹(shù)離子區(qū)隔化及抗鹽性研究中發(fā)現(xiàn)，胡楊在高鹽生境中也能將體內(nèi)大部分鹽離子隔離在液泡中，以降低細(xì)胞質(zhì)中鹽離子的濃度，減少離子毒害作用，具有離子區(qū)隔化效應(yīng)，本試驗(yàn)與其結(jié)果相似。此外，鈉離子的吸收途徑和在草莓體內(nèi)的流動(dòng)還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

復(fù)合鹽脅迫下，AMF 菌根侵染率下降，草莓鹽害指數(shù)增加，復(fù)合鹽脅迫抑制草莓根系對(duì)氮、磷、鉀、鈣等礦質(zhì)元素的吸收，增加草莓根系中Na+的含量。接種AMF 可提高草莓根系對(duì)氮、磷、鉀、鈣等礦質(zhì)元素的吸收，降低草莓根系中Na+含量，打破鈉離子的區(qū)隔效應(yīng)，提高草莓鈉元素的葉根比，從而減輕鹽脅迫對(duì)草莓根系的傷害。