油桐人工林AMF多樣性及接種試驗研究*

鄭科,景躍波，李榮波，卯吉華，向振勇，谷麗萍

(云南省林業(yè)和草原科學(xué)院 ，云南 昆明 650201)

叢枝菌根(arbuscular mycorrhizae，AM)是土壤真菌與植物根系形成的一種共生體，廣泛存在于自然界中。大量研究已證實，AMF對促進植物生長，改善植物品質(zhì)，增強植物對水分、養(yǎng)分(特別是對磷素)的吸收能力和提高植物的抗逆性等有顯著作用[1-3]，油桐(Verniciafordii)的菌根共生已有研究報道[4]，同時還有研究報道叢枝菌根真菌接種對油桐幼苗的營養(yǎng)吸收和生長促進效應(yīng)[5]，該研究選用4種AMF對油桐苗進行接種試驗，得出摩西球囊霉(Glomusmoseae)能夠顯著促進油桐苗木吸收營養(yǎng)，然而油桐人工林的AM共生狀況和AMF群落組成尚未見相關(guān)研究報道。為了充分利用AMF資源對油桐生長的促進效應(yīng)、給予油桐先天生長優(yōu)勢，爭取良好的豐產(chǎn)效果，本研究在云南油桐的主要栽培區(qū)之一，丘北縣選擇4 a生和10 a生2種油桐林分，對油桐植株的AM共生狀況和AMF群落多樣性進行研究，同時開展菌劑接種育苗試驗與菌根苗大田初期造林生長指標(biāo)測定，為菌根接種技術(shù)在油桐苗木培育與造林中的應(yīng)用提供理論支撐和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 人工林AM共生狀況和群落多樣性

1.1.1 樣品采集與AM真菌鑒定

2018年4月在云南省文山州丘北縣，選擇2種林齡(4 a生和10 a生)的油桐人工林對土壤進行pH值和營養(yǎng)元素含量的測定。采集油桐根系樣品和根際土壤樣品，檢測根系中AM真菌的侵染率，對根系中AM真菌的染色處理參考楊亞寧等[6]的方法稍作調(diào)整，采用堿解離、墨水染色的方法，對處理好的根樣進行顯微觀察，用十字交叉法檢測和計算AM真菌的菌絲、菌絲圈、叢枝和泡囊等典型結(jié)構(gòu)在油桐根系中的定殖情況[7]。采用濕篩傾析法[8]分離根際土壤中的AM真菌孢子，將濕篩得到的孢子進行計數(shù)，并觀查孢子各項指征。AMF種的鑒定根據(jù)Schenck & Pérez 的《VA菌根真菌鑒定手冊》[9]進行；對有代表性或特征明顯的孢子和孢子果進行顯微拍照(Olympus BX 53，Japan)。

1.1.2 AMF接種育苗

在探明了云南省文山州丘北縣2種林齡油桐人工林中AM真菌的多樣性及組成的基礎(chǔ)上，開展苗木接種AM真菌的育苗試驗，以研究根際土壤中的土著AM真菌對油桐幼苗的生長效應(yīng)。試驗同時采用1種商品化AM真菌菌劑“Endo”參與接種效果比較，該菌劑為美國Mycorrhizal Applications Inc.公司生產(chǎn)，含有4種AMF，分別為根內(nèi)球囊霉(G.intraradices)、摩西球囊霉、聚叢球囊霉(G.aggregatum)和幼套球囊霉(G.etunicatum)，商品名為“Endo”。試驗設(shè)有7個處理，分別是接種4 a生林分根際土壤(接種量分別為5 g/株和10 g/株)，10 a生林分根際土壤(接種量分別為5 g/株和10 g/株)，“Endo”菌劑接種(接種量為5 g/株和10 g/株)和不接種的對照(CK)。接種試驗2019年4月在云南省林業(yè)和草原科學(xué)院溫室進行，試驗用苗為經(jīng)過催芽后高度5～8 cm的幼苗，每一處理30株苗木。栽培基質(zhì)為草炭+蛭石+珍珠巖，其體積比3︰2︰1，基質(zhì)經(jīng)121 ℃/2 h滅菌2次，滅菌第1次后，隔1～2 d滅菌第2次。所用容器為塑料營養(yǎng)杯，體積約250 mL。

生長3個月后，當(dāng)年7月測定每株幼苗的苗高和地徑。

1.1.3 菌根苗的造林試驗

2020年3月初移出溫室，在云南省林業(yè)和草原科學(xué)院后山樹木園進行大田造林，之后每月調(diào)查生長狀況一次，測定苗高和地徑，每一個處理中隨機抽取13株的數(shù)據(jù)。每個月月初測定生長指標(biāo)一次，連定植時的初始數(shù)據(jù)一共測定4次。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用SPSS軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年齡油桐人工林的AM共生狀況和群落多樣性

從表1中數(shù)據(jù)可見，4 a生油桐幼林的土壤呈酸性，而10 a生油桐林的土壤為中性稍微偏堿性。有機質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷和全鉀等土壤營養(yǎng)成分含量都是4 a生幼林的高于10 a生林分。特別是有機質(zhì)和速效氮磷鉀，4 a生的顯著高于10 a生。表明4 a生油桐林幼林的土壤營養(yǎng)狀況優(yōu)于10 a生的。而交換性鈣鎂的情況則相反，10 a生油桐林分的高于4 a生幼林。

表1 兩種油桐林分的土壤化學(xué)性質(zhì)

對從云南丘北采集的兩種不同年齡油桐植株分析發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根真菌在油桐根系內(nèi)普遍定殖，樹齡大(10 a)的油桐具有更高的AMF定殖程度。10 a生的油桐，其根內(nèi)4種AM真菌典型結(jié)構(gòu)即菌絲、菌絲圈、叢枝和泡囊的定殖率分別為73.74%、33.39 %、67.34 % 和13.00%，顯著高于4 a生的油桐幼樹(表2)，該結(jié)果一方面表明隨著樹齡的增大，根系與AM真菌的共生程度更高，另一方面則可能是因為10 a生的油桐林分由于無施肥等土壤管理措施，土壤中的有機質(zhì)、有效氮、有效磷等營養(yǎng)元素含量顯著低于4 a生林分，因而宿主植物油桐需要更多的AMF侵染，以促進其對營養(yǎng)元素的吸收利用。油桐根樣中AMF定殖的顯微觀察見圖1。

表2 兩種不同林齡油桐根系中AMF的定殖率及根際土中的AMF孢子密度

圖1 油桐根系皮層細胞中共生的AMF菌絲及叢枝結(jié)構(gòu)Fig.1 AMF hyphae and arbuscular structures in root corticalcells of V.fordii

孢子密度的情況則與根系中AMF侵染程度相反，4 a生油桐根際土壤中AMF孢子密度達1 388個/20g風(fēng)干土，而10 a生油桐根際土的AMF孢子密度為742個/20g風(fēng)干土。孢子作為一種抗逆性的結(jié)構(gòu)，在相對幼齡的油桐根際含量高，可能是幼林營建的時間不長，整地造林等擾動促進了土壤中AMF孢子的大量產(chǎn)生而導(dǎo)致。兩種林齡的油桐林分根際土壤中AMF的群落組成見表3。

表3 不同林齡油桐林分根際土壤中AMF孢子的種類數(shù)量及相對多度

從4 a生人工林和10 a生人工林中分別分離鑒定到AM真菌8種和5種。大果球囊霉(Glomusmacrocarpum)、地斗管囊霉(Funneliformisgeosporum)、微叢球囊霉(G.microaggregatum)和懸鉤子硬囊霉(Sclerocystisrubiformis)為兩種林分的共有種。4 a生油桐林分中，懸鉤子硬囊霉為最優(yōu)勢的種類，相對多度達34.93%，其次是地斗管囊霉，相對多度為29.04%，第三是小果球囊霉(G.microcarpum)，相對多度為21.86 %。在10 a生的油桐林分中，大果球囊霉為最優(yōu)勢的種類，相對多度高達56.02%，其次是微叢球囊霉，相對多度16.85%，第三是懸鉤子硬囊霉，相對多度為12.85 %。由以上研究數(shù)據(jù)可知，油桐林分在不同的林齡階段，其系統(tǒng)中AMF的種類存在顯著的差異，表現(xiàn)在所含有種類的不同，以及優(yōu)勢種也各異。然而，出現(xiàn)這樣的差異應(yīng)該與土壤pH和營養(yǎng)元素含量的各不相同有關(guān)，因為AM真菌的多樣性同時受到宿主植物和土壤氣候等因子的綜合影響。本研究鑒定得出的部分油桐根際AM真菌孢子的顯微觀察見圖2。

圖2 油桐植株根際土中分離到的AMF孢子注：標(biāo)尺長度為20 μmFig.2 Microscopic observation of AMF spores from rhizosphere soil of Vernicia fordii

2.2 油桐幼苗接種AM真菌的效應(yīng)

接種土著菌種的處理，AM真菌對苗木高徑生長的效應(yīng)高于接種商品菌劑“Endo”，苗期表明油桐幼苗對土著菌種的響應(yīng)更好，接種后幼苗生長指標(biāo)基本優(yōu)于對照。

油桐苗木培養(yǎng)3個月后，接種處理的苗木根系觀察到了AMF的侵染(圖3)。接種試驗結(jié)果列入表4。結(jié)果表明AMF對油桐幼苗的生長具有較好的促進效應(yīng)，今后在油桐苗木培育，特別是輕基質(zhì)育苗中可以進一步加以應(yīng)用。

圖3 油桐幼苗接種處理后根系顯微觀察注：1、2為接種AM真菌處理的，可見根皮層細胞中AM真菌的定殖；3為不接種的對照。Fig.3 The microscopic observation on roots of Vernicia fordiitree seedlings after inoculation

表4 油桐幼苗接種AM真菌后的生長指標(biāo)比較

2.3 油桐菌根苗造林效果

由表5結(jié)果可看出，7個處理中，生長4個月后，幼樹高生長量從高到低依次為： “Endo”菌劑接種10 g/株>“Endo”菌劑5 g/株>10 a接種10 g/株>4 a接種10 g/株>不接種的對照>4 a接種5 g/株>10 a接種5g/株。除土著4 a接種5 g/株以及10 a生5 g/株外，其余4個接種處理，幼樹的高生長均高于不接種的對照。

表5 不同處理對油桐幼樹高度生長的影響Tab.5 The height growth of seedlings under differenttreatments in field cm

地徑生長量從高到低的處理依次為：“Endo”菌劑接種10 g/株、10 a接種10 g/株、10 a接種5 g/株、4 a接種10 g/株、4 a接種5 g/株、不接種的對照、“Endo”菌劑5 g/株。其中“Endo”菌劑10 g/株和10 a接種10 g/株這兩個處理的幼樹的地徑生長量顯著高于不接種的對照。從以上結(jié)果可看出，AMF促進幼樹生長的效應(yīng)不但與接種菌種有關(guān)，而且與菌劑施用量有一定關(guān)系，菌劑在基質(zhì)中的濃度越高，其效果越好。

表6 不同處理對油桐幼樹地徑生長的影響Tab.6 The ground diameter growth of seedlings withdifferent treatments in field mm

與苗期接種試驗的結(jié)果稍有不同，在幼樹期， “Endo”對油桐植株的促進生長效應(yīng)較為顯著，反映出商品化菌劑中的AMF菌株，可能在土壤環(huán)境中具有較強的適應(yīng)能力，能夠增殖形成更多的孢子，發(fā)揮出顯著的效應(yīng)。從以上結(jié)果可知，相同的AMF菌種，在苗期和幼樹期的促生效應(yīng)表現(xiàn)存在一定差異，但總的來說，AMF接種，在油桐根系中定殖和共生能夠顯著促進植株的高、徑生長(圖4)。

圖4 各處理油桐苗大田種植初期生長指標(biāo)

3 討論與結(jié)論

(1)菌根是自然界中普遍存在的一種植物共生現(xiàn)象，它是土壤中的菌根真菌菌絲與高等植物營養(yǎng)器官——根系形成的一種聯(lián)合體。共生真菌從植株體內(nèi)獲取必要的碳水化合物及其他營養(yǎng)物質(zhì)，而植物也從真菌那里得到所需的營養(yǎng)及水分等，從而達到一種互利互助、互通有無的高度統(tǒng)一。它既具有一般植物根系的特征，也具有專性真菌的特性。

(2)對從云南丘北采集的兩種不同年齡油桐植株的分析發(fā)現(xiàn)，AMF在油桐根系內(nèi)普遍定殖，樹齡大的油桐具有更高的AMF定殖程度。孢子密度與根系中AMF定殖程度相反，4 a生油桐根際土壤中AMF孢子密度大于10 a生的。油桐林分在不同的年齡，其根系中AMF的種類存在顯著的差異，表現(xiàn)在所含有種類的不同，以及優(yōu)勢種也各異。

(3)接種土著菌種的處理，對油桐苗木高徑生長的效應(yīng)高于接種從美國購買的商品菌劑，苗木培育期接種AMF試驗結(jié)果表明，油桐對土著菌種的響應(yīng)更好，接種后各處理的苗木長勢基本優(yōu)于對照。與苗期接種試驗的結(jié)果稍有不同，在幼樹生長期，商品菌劑對油桐幼樹生長的促進效果較為顯著，反映出商品菌劑中的AMF菌株，可能在土壤環(huán)境中具有較強的適應(yīng)能力，能夠發(fā)揮出顯著的效應(yīng)。菌根促進生長應(yīng)該與菌劑濃度有一定關(guān)系，菌劑在基質(zhì)中濃度越大，發(fā)揮作用越好。

叢枝菌根真菌接種對林木生長的促進效應(yīng)已被證實[10-11]，但油桐上僅見個別的苗期接種試驗報道[3]，且土著AMF的效應(yīng)研究此前尚未見報道。本研究結(jié)果顯示AM真菌(土著及商品等)對促進油桐植株前期生長的效應(yīng)明顯，今后大力開展油桐菌根化育苗研究，油桐菌根化育苗可以快速育出壯苗，有利于苗木大田種植后期植株的生長，得到更健壯的樹體達到促進林木豐產(chǎn)栽培目的，進而促進油桐原料林的高效集約化培育。

(4)本試驗僅研究了AM真菌接種在油桐育苗期以及幼樹初期對其營養(yǎng)生長指標(biāo)有促進效應(yīng)，尚缺乏油桐生長后期的試驗數(shù)據(jù)，下一步將繼續(xù)觀察接種對油桐生長的影響并嘗試在成年林中實施接種商品菌劑試驗，以期形成完整的AM接種油桐、促進其生長乃至豐產(chǎn)的技術(shù)。