叢枝菌根真菌對(duì)汞脅迫下水稻葉片生理和光合特性的影響

李信茹， 蘇海磊， 周 民,2， 米屹東,2， 王凡凡， 柳慧芳， 沈亞琴， 魏 源*

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院， 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100012 2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 江蘇 南京 210098

中國(guó)是世界上最大的稻米生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，水稻種植面積可達(dá) 3 018.9×104hm2，總產(chǎn)量達(dá)2.1×108t/a，約占我國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/3[1]. 提高水稻產(chǎn)量及其抗逆性對(duì)國(guó)家糧食安全保障具有重要意義. 汞是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬之一，在自然界中主要以單質(zhì)汞、無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞的形態(tài)存在，其中有機(jī)汞尤其是甲基汞的毒性最強(qiáng)[2]. 甲基汞和無(wú)機(jī)汞都具有很強(qiáng)的腎臟毒性、生殖系統(tǒng)毒性、免疫系統(tǒng)毒性和神經(jīng)系統(tǒng)毒性[3]. 在水-土-大氣的環(huán)境介質(zhì)中，即使是低劑量的汞也能通過(guò)生物放大效應(yīng)沿食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康[4]. 水稻對(duì)汞具有較強(qiáng)的富集能力，水稻特殊的淹水生長(zhǎng)環(huán)境有利于硫酸鹽還原菌(SRB)等甲基化微生物將無(wú)機(jī)汞還原為甲基汞，極大地增加了汞在水稻中的毒性[5]. 研究表明，我國(guó)貴州萬(wàn)山汞礦區(qū)內(nèi)稻米中總汞含量為 0.002 8～0.295 5 mg/kg，平均值可達(dá) 0.050 8 mg/kg，甲基汞含量最高可達(dá) 0.019 0 mg/kg[6-7]，均高于GB 2762—2005《食品中污染物限量》規(guī)定的糧食污染物標(biāo)準(zhǔn)限值(0.02 mg/kg). 食用稻米逐漸成為我國(guó)貴州、陜西和四川等汞礦區(qū)居民汞攝入的最主要途徑. 我國(guó)汞礦資源豐富，汞礦開(kāi)采歷史悠久，對(duì)土壤尤其是西南礦區(qū)農(nóng)田造成了嚴(yán)重的汞污染，因此，增強(qiáng)水稻對(duì)汞的耐受性，減少水稻籽粒中汞富集含量對(duì)減輕人體汞暴露風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義.

AM真菌能與80%的陸生植物形成良好的共生體系[8]. AM真菌侵染植物后形成的菌絲體極大地增加了植物根系與土壤的接觸面積，促進(jìn)了宿主植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分[9-10]，減少植物病害，提高植物抗病性，保證甚至促進(jìn)植物在逆境中的生長(zhǎng)發(fā)育[11-13]. 有研究表明，AM真菌能有效降低As、Cd對(duì)水稻生長(zhǎng)的毒害作用[14-15]，通過(guò)接種AM真菌，水稻生物量明顯增加，凈光合速率和葉綠素含量均有增加，水稻地上部重金屬含量明顯降低，有效降低了重金屬通過(guò)食物鏈傳遞的潛在危害.

目前有關(guān)AM真菌的研究大多集中在As、Cd等重金屬，有關(guān)Hg、水稻和AM真菌三者之間關(guān)系的研究較少. 為此，該文通過(guò)接種AM真菌進(jìn)行溫室盆栽試驗(yàn)，設(shè)置低、中、高3個(gè)Hg投加量梯度，選取接種和未接種AM真菌的水稻作為研究對(duì)象，測(cè)定水稻光合生理指標(biāo)和抗氧化酶系指標(biāo)，比較不同Hg投加量下AM真菌對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，旨在探索AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻生長(zhǎng)的影響，以期為更好地將AM真菌應(yīng)用在水稻生長(zhǎng)及提高水稻抗逆性方面提供理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 供試材料

所用水稻品種為鎮(zhèn)糯20，來(lái)自安徽省銅陵市義安區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局的友情饋贈(zèng).

選用菌種為摩西球囊霉(BGC BJ05A)和幼套球囊霉(BGC XJ04B)混合菌種，購(gòu)自北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，每10 g菌種中含282個(gè)孢子，接種菌劑為含有孢子和菌絲的菌根真菌及寄主植物根段的根際混合土壤，并按照10 g/kg AM真菌菌劑的比例進(jìn)行接種.

土壤采自江蘇省常熟市某農(nóng)田. 將土壤風(fēng)干，過(guò)2 mm篩，高壓滅菌鍋121 ℃下滅菌2 h備用，土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1. 試劑盒購(gòu)自青島科創(chuàng)質(zhì)量檢測(cè)公司.

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院溫室，溫度為22～30 ℃，濕度為50%～90%，恒溫箱人為光照(10 000 lx)12 h. 選擇顆粒飽滿(mǎn)的水稻種子，在氣候箱內(nèi)進(jìn)行恒溫育苗，育苗時(shí)間為20～30 d，育苗結(jié)束后，挑選長(zhǎng)勢(shì)相近的水稻苗備用. 水稻苗移栽前用10%的過(guò)氧化氫滅菌，再用清水洗凈. 種植容器為高20 cm、直徑16 cm的不漏水圓形聚乙烯花盆，使用前用10%的過(guò)氧化氫及75%的酒精擦拭2～3次. 每盆裝2.5 kg土，提前加入配制好的氯化汞(HgCl2)老化1個(gè)月. 老化結(jié)束后，水稻移栽同時(shí)，向每盆接種組加入25 g AM真菌〔土樣(kg)與AM真菌(g)質(zhì)量比為1∶10〕，AM真菌放置于土面之下10～15 cm處. 試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)Hg投加量梯度，分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg. 每個(gè)梯度分別設(shè)置AM真菌接種組和未接種組，每組各設(shè)置3組平行，共24盆，定期澆Hoagland營(yíng)養(yǎng)液.

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

1.3.1菌根侵染率

水稻生長(zhǎng)到第30天時(shí)取水稻根系進(jìn)行菌根侵染率的測(cè)定. 采用曲利苯藍(lán)染色法測(cè)定菌根侵染率[16].

注： 數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差. ns表示無(wú)顯著差異，*為P<0.05，表示差異顯著；** 為P<0.01，表示差異非常顯著； *** 為P<0.001，表示差異極顯著. 下同.圖1 不同Hg投加量下接種AM真菌對(duì)水稻植物株高和生物量的影響Fig.1 Effects of rice biomass and height inoculation with/without AM fungi on under different Hg addition levels

1.3.2水稻株高、生物量的測(cè)定

水稻生長(zhǎng)到第150天時(shí)，收獲水稻，并用卷尺測(cè)定水稻株高，70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)量水稻生物量.

1.3.3葉綠素相對(duì)含量測(cè)定及光合指標(biāo)測(cè)定

水稻生長(zhǎng)到第60天時(shí)采集水稻葉片進(jìn)行水稻葉片葉綠素相對(duì)含量及光合指標(biāo)的測(cè)定.

采用手持式葉綠素測(cè)定儀(托普TYS-B，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)測(cè)定葉片總?cè)~綠素含量. 每盆水稻選取3片頂葉測(cè)定葉綠素相對(duì)含量(SPAD)，重復(fù)測(cè)定4次，取平均值.

采用光合作用測(cè)定儀(托普3051D，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)測(cè)定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、水分利用效率(WUE). 光合指標(biāo)測(cè)定時(shí)間為10：00—12：00.

1.3.4水稻葉片抗氧化酶系及MDA含量測(cè)定

水稻生長(zhǎng)到第60天時(shí)采集水稻葉片進(jìn)行水稻葉片抗氧化酶系的活性及MDA含量的測(cè)定.

水稻SOD酶、POD酶、CAT酶、APX酶的活性及MDA含量均采用植物酶聯(lián)免疫分析法測(cè)定. 具體試驗(yàn)步驟按酶試劑盒說(shuō)明進(jìn)行.

1.3.5水稻葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量測(cè)定

水稻生長(zhǎng)到第60天時(shí)采集水稻葉片進(jìn)行水稻葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量測(cè)定.

水稻葉片可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定[17]. 水稻葉片可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[18].

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

所有統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)采用Origin 2018進(jìn)行均值、標(biāo)準(zhǔn)誤計(jì)算及制圖；采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 25對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌接種對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

不同Hg投加量下AM真菌接種組均在一定程度上被侵染，當(dāng)Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，接種組菌根侵染率分別為24.04%、19.45%、16.40%和15.54%. 結(jié)果顯示，AM真菌與水稻已形成共生體系，并通過(guò)這一共生體系對(duì)水稻產(chǎn)生直接或間接影響.

不同Hg投加量下水稻植株生物量與株高如圖1所示. 由圖1可見(jiàn)，在不同Hg投加量下接種AM真菌均可以提高水稻生物量及株高，當(dāng)Hg投加量分別為0、0.1、1.0、2.0 mg/kg時(shí)，水稻生物量分別增加了38.66%、36.89.%、81.68%和8.51%，水稻株高分別增加了5.12%、43.23%、35.86%和22.49%. 顯著性差異分析結(jié)果表明，外源Hg投加量為0和2.0 mg/kg時(shí)，AM真菌對(duì)水稻株高和生物量并沒(méi)有顯著影響，而當(dāng)Hg投加量為0.1和1.0 mg/kg時(shí)，AM真菌能顯著提高水稻生物量和株高.

2.2 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻光合生理特性的影響

如圖2所示，與未接種AM真菌組相比，接種AM真菌導(dǎo)致水稻葉片凈光合速率增加，且不同Hg投加量下接種組凈光合速率的增幅不同. 與對(duì)照組相比，Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，凈光合速率增幅分別為15.11%、48.18%、135.85%和134.88%，其中Hg投加量為1.0和2.0 mg/kg時(shí)凈光合速率增幅最大. 與未接種AM真菌組相比，接種AM真菌增加了水稻葉片氣孔導(dǎo)度，且不同Hg投加量下氣孔導(dǎo)度增幅不同. 與對(duì)照組相比，Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，氣孔導(dǎo)度增幅分別為40.00%、200.00%、133.33%和42.86%，其中Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)氣孔導(dǎo)度增幅最大. 與未接種AM真菌組相比，接種AM真菌導(dǎo)致水稻葉片水分利用效率增加，且不同Hg投加量下水分利用效率增幅不同. 與對(duì)照組相比，Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，水分利用效率增幅分別為76.93%、5.08%、35.12%和74.79%. 其中Hg投加量為0 mg/kg時(shí)水分利用效率增幅最大，Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)水分利用效率變化最小. 與未接種AM真菌組相比，接種AM真菌對(duì)水稻葉片胞間CO2濃度的影響各有不同. 其中，與未接種組相比，未添加Hg的接種組胞間CO2濃度有所增加，而在Hg脅迫條件下，水稻胞間CO2濃度均較未接種組有所降低，Hg投加量分別為0.1、1.0、2.0 mg/kg時(shí)，胞間CO2濃度降幅依次為14.58%、1.94%、9.86%.

圖2 不同Hg投加量下接種和未接種AM真菌對(duì)水稻光合特性的影響Fig.2 The photosynthetic characteristics of rice inoculated with/without AM fungi under different Hg addition levels

對(duì)于葉綠素相對(duì)含量(SPAD)，在不同Hg投加量下，AM真菌均能增加水稻葉片葉綠素相對(duì)含量，當(dāng)Hg投加量為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，葉綠素相對(duì)含量增幅依次為8.17%、28.79%、17.92%和12.96%. 當(dāng)Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，接種AM真菌后，水稻葉綠素相對(duì)含量增幅最大(見(jiàn)圖3)，說(shuō)明AM真菌極有可能通過(guò)促進(jìn)水稻葉片光合色素的分泌來(lái)促進(jìn)光合速率.

圖3 不同Hg投加量下接種和未接種AM真菌對(duì)水稻葉綠素相對(duì)含量的影響Fig.3 The chlorophyll content of rice inoculated with/without AM fungi under different Hg addition levels

2.3 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻葉片抗氧化酶活性和膜系統(tǒng)的影響

在不同Hg投加量下接種AM真菌對(duì)水稻葉片抗氧化酶活性的影響如圖4所示. 由圖4可見(jiàn)，與未接種組相比，接種AM真菌能提高水稻葉片SOD活性，且不同Hg投加量下接種AM真菌對(duì)水稻葉片SOD活性的影響不同. 其中，Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，SOD活性增幅最大，為19.06%，其次是Hg投加量分別為1.0、0和2.0 mg/kg時(shí)，增幅依次為8.24%、1.07%、1.00%. 與未接種組相比，接種AM真菌能提高水稻葉片POD活性，且不同Hg投加量下接種AM真菌對(duì)水稻葉片POD活性的影響不同. 其中，Hg投加量為0 mg/kg時(shí)AM真菌能顯著增加POD活性，增幅為15.82%，Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)水稻葉片POD活性增加最少，增幅為2.17%，當(dāng)Hg投加量分別為1.0和2.0 mg/kg時(shí)，POD活性增幅依次為5.97%和11.88%. 與未接種組相比，接種AM真菌能提高水稻葉片CAT活性，但增長(zhǎng)差異不明顯，Hg投加量為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，水稻葉片CAT活性增幅依次為4.28%、3.00%、9.96%和4.73%. 對(duì)于APX，接種AM真菌能顯著提高水稻葉片APX活性，當(dāng)Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，與未接種組相比，接種AM真菌時(shí)水稻葉片APX活性的增幅依次為33.03%、11.05%、13.45%和23.58%，其中，Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，APX活性增幅最少，Hg投加量為0 mg/kg時(shí)增幅最大.

圖4 不同Hg投加量下接種和未接種AM真菌對(duì)水稻抗氧化酶系的影響Fig.4 The antioxidant enzyme system of rice inoculated with/without AM fungi under different Hg addition levels

對(duì)于MDA，接種AM真菌能降低水稻葉片MDA含量，當(dāng)Hg投加量分別為0、0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，與未接種組相比，接種AM真菌時(shí)水稻葉片MDA含量的降幅依次為10.97%、10.39%、1.55%和2.17%，其中Hg投加量為1.0和2.0 mg/kg時(shí)，其降幅最小，未添加Hg的試驗(yàn)組和Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)的降幅最大(見(jiàn)圖5). 抗氧化酶系活性能表征水稻葉片細(xì)胞受重金屬毒害作用的強(qiáng)弱，一般來(lái)說(shuō)，重金屬脅迫下，植物葉片氧化還原穩(wěn)態(tài)被破壞，為了抵御這一毒害作用，水稻抗氧化酶系活性會(huì)增加，以緩解已被破壞的氧化還原穩(wěn)態(tài). 該研究證實(shí)，AM真菌能促進(jìn)抗氧化酶系活性增加，繼而緩解細(xì)胞毒害，調(diào)節(jié)葉片細(xì)胞體內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài).

圖5 不同Hg投加量下接種和未接種AM真菌對(duì)水稻MDA含量的影響Fig.5 The content of MDA of rice inoculated with/without AM fungi under different Hg addition levels

2.4 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻葉片可溶性糖和可溶性蛋白的影響

如圖6所示，Hg投加量下接種AM真菌對(duì)水稻葉片可溶性糖含量有一定影響，當(dāng)Hg投加量為0 mg/kg 時(shí)，AM真菌降低了水稻葉片可溶性糖含量，在外源添加Hg后，AM真菌均能促進(jìn)水稻分泌可溶性糖. 接種AM真菌條件下，Hg投加量分別為0.1、1.0和2.0 mg/kg時(shí)，水稻可溶性糖含量增幅依次為43.14%、60.69%和21.21%. 同時(shí)，不同Hg投加量下，AM真菌對(duì)水稻可溶性蛋白含量的影響各有不同. 當(dāng)Hg投加量為0、1.0 mg/kg時(shí)，AM真菌能促進(jìn)水稻分泌可溶性蛋白，而當(dāng)Hg投加量為0.1和2.0 mg/kg時(shí)，AM真菌能抑制水稻葉片分泌可溶性蛋白. 不同Hg投加量下，AM真菌對(duì)水稻可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響不同，影響程度也各異，這可能與Hg投加量相關(guān)[19]，水稻本身對(duì)外界脅迫具有一定的適應(yīng)能力，這一適應(yīng)能力與水稻自身的抗性及外界脅迫強(qiáng)弱相關(guān)，因此，水稻可溶性糖和可溶性蛋白可能對(duì)Hg的濃度更為敏感，在Hg脅迫下，水稻葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響需要更加關(guān)注Hg濃度的影響.

圖6 不同Hg投加量下接種和未接種AM真菌對(duì)水稻可溶性蛋白和可溶性糖的影響Fig.6 The content of soluble proteins and soluble sugars of rice inoculated with/without AM fungi under different Hg addition levels

3 討論

3.1 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻生物量和株高的影響

植物生物量和株高是植物生長(zhǎng)狀況評(píng)價(jià)最直觀的指標(biāo)，能夠直接反映植物對(duì)逆境的抗性. 該研究發(fā)現(xiàn)，在各Hg投加量下，接種AM真菌均增加了水稻生物量和株高，這與Alam等[20]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)在砷污染土壤中接種AM真菌能增加小扁豆生物量. 研究證實(shí)，AM真菌可顯著促進(jìn)Hg脅迫下水稻的生長(zhǎng)，其機(jī)制可能是AM真菌與水稻共生體形成后，數(shù)量繁多的根外菌絲極大地?cái)U(kuò)大了植物根系表面，有利于水稻根系從土壤根系吸收水分、養(yǎng)分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[21].

3.2 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻光合生理特性的影響

植物光合作用與植物體內(nèi)有機(jī)物的積累情況息息相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，植物體內(nèi)的有機(jī)物積累量越多，說(shuō)明植物光合作用越強(qiáng)，植物將CO2同化為有機(jī)物的能力就越強(qiáng)[22]. 一般認(rèn)為，影響葉片光合作用的因素分為氣孔因素和非氣孔因素[23]. 氣孔因素是指由于氣孔導(dǎo)度降低、CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞受阻，從而導(dǎo)致葉肉細(xì)胞光合速率降低的現(xiàn)象[24]. 當(dāng)光合速率降低、胞間CO2濃度降低且氣孔導(dǎo)度降低時(shí)，氣孔因素是影響葉片光合作用的主要因素[25]；反之，當(dāng)光合速率降低、胞間CO2濃度升高或不變、氣孔導(dǎo)度升高時(shí)，非氣孔因素是影響葉片光合作用的主要因素. 該研究發(fā)現(xiàn)，在未接種AM真菌的條件下，當(dāng)Hg投加量大于0.1 mg/kg時(shí)，水稻葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度均隨Hg投加量的增加而逐漸降低，氣孔導(dǎo)度隨之升高，說(shuō)明此時(shí)影響水稻葉片光合速率的最主要因素是非氣孔因素. 接種AM真菌后，同樣是Hg投加量大于0.1 mg/kg 時(shí)，水稻葉片光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度均隨Hg投加量的增加而逐漸降低，說(shuō)明由于氣孔導(dǎo)度降低，CO2進(jìn)入葉片受阻，繼而影響葉片光合作用，此時(shí)影響葉片光合作用的最主要因素是氣孔因素. 同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)，接種AM真菌后，水稻葉片光合速率、水分利用效率均呈先增后減的趨勢(shì)，并在Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)凈光合速率最高，這與孫永娣等[26]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)，隨著Hg投加量的升高，茅蒼木的光合速率也呈先增再減的趨勢(shì)，并在Hg投加量為1.0 mg/kg時(shí)達(dá)到峰值. 這說(shuō)明低濃度的Hg能促進(jìn)植物光合速率的增加[27].

與未接種組相比，接種組水稻葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率均增加，說(shuō)明AM真菌能促進(jìn)水稻同化CO2生成有機(jī)物，增強(qiáng)水稻抗逆性. 有研究[28-29]表明，Hg脅迫條件下，植物葉片葉綠素含量會(huì)明顯降低. 隨著Hg投加量的增加，水稻葉綠素含量逐漸降低，接種AM真菌后，水稻葉綠素含量明顯增高，結(jié)合顯著性差異分析結(jié)果可知，當(dāng)Hg投加量為0.1和1.0 mg/kg時(shí)，AM真菌能顯著影響水稻葉綠素相對(duì)含量，說(shuō)明AM真菌能通過(guò)促進(jìn)光合色素分泌來(lái)提高水稻葉片光合速率. 在復(fù)合污染場(chǎng)地上，AM真菌同樣具有較高的提高植物抗逆性的能力，王宇濤等[30]發(fā)現(xiàn)，在Cd、Cu復(fù)合污染下，接種AM真菌能提高玉米的株高、生物量以及葉綠素含量，說(shuō)明AM真菌提高植物的抗逆性的方式之一可能是增加葉綠素含量，緩解重金屬對(duì)光合作用的抑制[31].

3.3 AM真菌對(duì)不同Hg投加量下水稻抗氧化酶系的影響

MDA是膜質(zhì)過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物，通過(guò)MDA可以了解膜質(zhì)過(guò)氧化的程度，以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度和植物抗逆性. 該研究發(fā)現(xiàn)，Hg脅迫條件下，接種AM真菌均降低了水稻葉片MDA含量，說(shuō)明AM真菌能有效緩解Hg對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的毒害作用，增加植物抗逆性. 這與彭昌琴等[32]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)，AM真菌接種組及未接種組中鳳仙花中MDA的含量基本都隨著Cd濃度的增加而增加，但在同一Cd濃度下，AM真菌接種能降低MDA含量，說(shuō)明AM真菌在每種Cd濃度下均能降低植物細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化作用，繼而緩解重金屬毒害.

Hg、Cd等重金屬會(huì)促進(jìn)植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，破壞植物細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷[33-34]. 抗氧化酶系能清除細(xì)胞內(nèi)多余的活性氧，恢復(fù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，通過(guò)測(cè)定抗氧化酶活性，能了解植物細(xì)胞所受到的重金屬毒害作用強(qiáng)弱. 沈亞琴等[35]以玉米為研究對(duì)象，同樣研究了Sb脅迫下玉米的生長(zhǎng)及抗氧化酶系活性，結(jié)果表明，SOD、POD、CAT的活性較未接種組均顯著增加，單因素方差分析結(jié)果顯示，AM真菌對(duì)玉米SOD、POD、CAT的活性均有顯著影響. 同樣，該研究結(jié)果證實(shí)，AM真菌能有效增加水稻葉片SOD、POD、CAT、APX的活性，說(shuō)明AM真菌能通過(guò)提高植物抗氧化酶系活性來(lái)緩解重金屬毒害作用，進(jìn)而提高植物抗逆性. 顯著性差異結(jié)果分析表明，不同Hg投加量下，AM真菌對(duì)水稻抗氧化酶活性的影響更為顯著，說(shuō)明AM真菌更有可能通過(guò)提高抗氧化酶活性提高植物抗逆性. Neera等[36]研究表明，在Cd污染條件下接種AM真菌，毛竹抗氧化酶系活性有所增加，且隨著Cd濃度的增加，AM真菌對(duì)毛竹抗氧化酶系活性影響更為顯著. 陳志鵬等[37]以紫花苜蓿為研究對(duì)象，通過(guò)接種AM真菌，研究Sb脅迫下紫花苜蓿的生長(zhǎng)狀況，結(jié)果表明，不同Sb濃度下AM真菌對(duì)抗氧化酶系的活性影響各有不同，說(shuō)明AM真菌對(duì)重金屬Sb的作用受Sb濃度的影響，這與筆者所得結(jié)果類(lèi)似，盡管AM真菌促進(jìn)了水稻抗氧化酶系活性的增加，但是在不同Hg投加量下，AM真菌對(duì)水稻抗氧化酶系活性影響的顯著性各有不同，因此，AM真菌對(duì)水稻的抗氧化酶系活性影響是否存在某一最適汞濃度仍需進(jìn)一步分析.

3.4 AM真菌對(duì)可溶性糖和可溶性蛋白的影響

植物體內(nèi)的可溶性蛋白大多數(shù)是參與代謝的酶類(lèi)，是用來(lái)了解植物體總代謝的重要指標(biāo)[38]，可溶性蛋白能幫助植物維持細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，增加細(xì)胞的持水能力，這一特性在低溫及干旱條件下更為明顯[39-41]. 可溶性糖是主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能夠提高細(xì)胞膜和原生質(zhì)體的穩(wěn)定性，并在植物細(xì)胞體內(nèi)無(wú)機(jī)離子濃度過(guò)高時(shí)起到保護(hù)酶類(lèi)的作用[42-43]. 趙匠等[44]研究了鹽脅迫條件下AM真菌對(duì)黃檗的影響，結(jié)果顯示，AM真菌能通過(guò)促進(jìn)黃檗可溶性蛋白分泌來(lái)提高黃檗抗逆性. 孫晨瑜等[45]的研究也發(fā)現(xiàn)，AM真菌的施加能有效增加植物機(jī)制根系分泌物中可溶性糖和可溶性蛋白含量，而水培條件下這一促進(jìn)作用并不明顯，這可能因?yàn)锳M真菌是好氧微生物，水培條件下AM真菌生長(zhǎng)及侵染情況有待進(jìn)一步研究，結(jié)合筆者研究中AM真菌對(duì)水稻可溶性糖和可溶性蛋白的影響并不顯著這一結(jié)論進(jìn)行分析，表明水稻的淹水環(huán)境對(duì)AM真菌生長(zhǎng)確實(shí)產(chǎn)生了一定影響，但影響程度還需要做進(jìn)一步研究.

4 結(jié)論

a) 在不同Hg投加量下，接種AM真菌均能有效增加水稻株高及生物量，當(dāng)Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，水稻株高和生物量較未接種組的增幅最大.

b) 在不同Hg投加量下，接種AM真菌能有效提高水稻光合速率. 接種AM真菌后，當(dāng)Hg投加量大于0.1 mg/kg時(shí)，影響水稻葉片光合作用的因素從非氣孔因素轉(zhuǎn)變?yōu)闅饪滓蛩? 在Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，接種及不接種AM真菌條件下，水稻葉片光合速率均最強(qiáng)，表明水稻對(duì)低濃度Hg具有一定耐受性.

c) 隨著Hg投加量的增加，接種AM真菌條件下水稻抗氧化酶系活性均有所增加. 接種AM真菌能通過(guò)提高抗氧化酶系活性來(lái)降低細(xì)胞內(nèi)活性氧含量，繼而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，增強(qiáng)水稻對(duì)Hg的抗逆性.

d) 接種AM真菌能有效增加水稻可溶性蛋白和可溶性糖含量、降低MDA含量. 在Hg投加量為1.0 mg/kg時(shí)，接種AM真菌對(duì)水稻可溶性糖含量的促進(jìn)作用最明顯，而可溶性蛋白含量的改變趨勢(shì)并不明顯. 當(dāng)Hg投加量為0.1 mg/kg時(shí)，MDA含量的降幅最明顯，表明接種AM真菌能減少細(xì)胞質(zhì)膜損傷，降低重金屬對(duì)水稻植物的毒害作用.