EM菌對(duì)NaCl脅迫下核桃幼苗生長(zhǎng)、光合特性及抗氧化系統(tǒng)的影響

艾爾買(mǎi)克·才卡斯木，鐘海霞，張?chǎng)瑥埜洞?/p>

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所/農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹(shù)科學(xué)觀(guān)測(cè)試驗(yàn)站，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】土壤鹽堿化是綠化過(guò)程中常遇到的逆境之一[1]。土壤次生鹽漬化加重直接影響到植物的生長(zhǎng)發(fā)育。新疆南疆喀什地區(qū)存在土壤堿性大和鹽堿地育苗出圃率低的問(wèn)題，制約了南疆鹽堿地核桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。提高核桃耐鹽性對(duì)南疆鹽堿地改良與培育優(yōu)良核桃苗木繁育技術(shù)研究具有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，通過(guò)生物途徑改良鹽漬化環(huán)境，提高植物在鹽漬土壤中的生產(chǎn)力已成為改良鹽漬土的新方向[2-3]。生物有機(jī)肥是指特定功能微生物與動(dòng)植物殘?bào)w為源并經(jīng)無(wú)害化處理、腐熟的有機(jī)物料復(fù)合而成的一類(lèi)兼具微生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料，可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，提高土壤肥力和改善土壤理化性狀， 增強(qiáng)土壤酶活性和微生物活性及多樣性，增強(qiáng)作物抗逆性，降低環(huán)境污染等[4-5]。目前已在西瓜[6]、 辣椒[7]、芥藍(lán)[8]等作物上應(yīng)用研究。EM(Effective Microorganisms)生物菌肥是近些年研制出來(lái)的化肥替代肥料，能增加土壤有益微生物，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植株的抗逆性[9-10]。EM菌是以光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線(xiàn)菌為主的10個(gè)屬80余個(gè)微生物復(fù)合而成的一種微生活菌制劑[11]。EM 菌能把氧化的土壤重新恢復(fù)為抗氧化狀態(tài)，無(wú)機(jī)元素全部活化，溶解后被根吸收, 能疏松土壤，減少土壤板結(jié)[12]。菌絲在土壤里活動(dòng)，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，酸性和堿性土變成中性土，鹽分含量多的能緩解，使土壤中的小動(dòng)物重新增多，土壤更肥沃[13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)EM真菌提高植物耐鹽性的作用機(jī)制尚需進(jìn)一步系統(tǒng)研究。目前尚沒(méi)有有關(guān)EM菌對(duì)核桃幼苗生長(zhǎng)的影響方面的研究。研究EM菌對(duì)在不同鹽濃度下核桃幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及耐鹽性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用盆栽試驗(yàn)，分析不同 NaCl濃度(0、0.4%、0.8%和1.2%)持續(xù)脅迫下，接種EM真菌對(duì)和田厚皮實(shí)生核桃幼苗耐鹽性的影響。為利用菌根制劑培育菌根化核桃苗以減輕土壤鹽堿脅迫提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)在新疆農(nóng)科院安寧區(qū)試驗(yàn)站溫室內(nèi)進(jìn)行，供試核桃品種為和田厚皮實(shí)生核桃，在綜合性狀表現(xiàn)良好的母樹(shù)上采集完全成熟當(dāng)年生優(yōu)質(zhì)厚皮實(shí)生核桃種子。共試EM菌(Effective Microorganisms，是以光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線(xiàn)菌為主的10個(gè)屬80余個(gè)微生物復(fù)合而成的一種微生活菌制劑)由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 育苗

采用清水對(duì)實(shí)生核桃種子進(jìn)行為期7 d的浸泡，到大部分出現(xiàn)裂株苗開(kāi)為止，每天換水2次。單株單盆栽植，栽植于棕色硬質(zhì)塑料盆中，盆高40 cm，上口徑25 cm，下口徑20 cm，盆底帶孔，盆下墊有托盤(pán)。每盆基質(zhì)相同且質(zhì)量為2 kg，始終保持盆內(nèi)土壤基質(zhì)田間持水率在70%左右。核桃苗培育分為不接種 EM菌(CK)和接種 EM 真菌2個(gè)處理，每個(gè)處理60株。

1.2.2 鹽脅迫處理

核桃苗長(zhǎng)至4～5片真葉時(shí)開(kāi)始鹽脅迫處理，共設(shè)4個(gè)處理，對(duì)照(自來(lái)水，不加NaCl)，0.4%(占每次澆水質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，下同)，0.8%，1.2%，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)5株苗。為防止鹽分流失，每次澆水后將托盤(pán)中的水倒回花盆中去。每3 d處理一次，處理后0和15 d各取一次樣，分別測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

處理15 d時(shí)，測(cè)量10株幼苗株高相對(duì)生長(zhǎng)量和葉面積；分別取幼苗地上部和地下部分，用清水沖洗表面雜物，再用去離子水沖洗干凈，擦干水分后，分別稱(chēng)鮮樣質(zhì)量，105℃殺青15 min，75℃烘至恒重，稱(chēng)干樣質(zhì)量。

膜透性：用電解質(zhì)外滲法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率[14]。丙二醛(MDA)含量的測(cè)定：采用硫代巴比妥酸法(TRA法)測(cè)定丙二醛含量[14]。SOD、POD酶活性的測(cè)定：采用分光光度法，分別在560nm、240 nm和290 nm處比色[14]。

光合速率的測(cè)定：處理 15 d 時(shí)，10:30～12:30采用Li-6400型便攜式光合儀(LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)測(cè)定各處理標(biāo)記葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(E)、胞間CO2濃度(Ci)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010和 SPSS 16.0 軟件進(jìn)行處理，顯著水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌對(duì)NaCl脅迫下核桃幼苗生物量的影響

研究表明，根鮮重、根干重、冠莖鮮重、冠莖干重、相對(duì)株高生長(zhǎng)量和葉面積隨著NaCl 鹽濃度的增加呈下降趨勢(shì)，與NaCl 濃度成反比。相反，根冠比隨NaCl 鹽濃度升高而升高，兩者之間成正比。隨著脅迫濃度的升高，核桃幼苗生物量化越大。NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)冠莖鮮重、相對(duì)冠莖干重、相對(duì)株高生長(zhǎng)量、葉面積只有對(duì)照的 74%、52%、61%、59%、76%、75%。

雖然EM菌處理過(guò)的幼苗生物量也下降，但EM菌處理起到明顯的緩沖作用，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，EM菌處理過(guò)的幼苗生物量顯著高于未處理過(guò)的幼苗。與對(duì)照相比，EM菌處理后，相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)冠莖鮮重、相對(duì)冠莖干重、相對(duì)株高生長(zhǎng)量、葉面積分別增加12%、14%、11%、17%、17%和29%，EM菌處理顯著增加幼苗的耐鹽性。表1

表1 AM真菌在不同NaCl脅迫下核桃幼苗生物量變化

Table 1 Effects of EM fungi on phytomass of walnut seedlings under NaCl stress

處理濃度EM真菌地下部地上部鮮重干重鮮重干重相對(duì)株高生長(zhǎng)葉面積自來(lái)水CK31.51b15.53b20.54b12.27b21.55b35.80bEM菌35.42a17.68a22.87a14.38a25.26a46.28b0.4%NaClCK29.34b13.87b17.28b10.91b15.87b33.20bEM菌34.17a17.15a21.63a13.57a20.38a44.44b0.8%NaClCK26.57b10.25b15.35b8.36b10.93b29.78bEM菌31.75a15.31a19.72a11.25a16.44a43.32a1.2%NaClCK23.35b8.13b12.47b7.21b8.74b26.70bEM菌29.22a12.37a16.71a9.28a11.25a40.61b

2.2 EM菌對(duì)NaCl脅迫下核桃幼苗光合特性的影響

研究表明，在受到鹽脅迫的第15 d，無(wú)論是低鹽脅迫或高鹽脅迫，幼苗葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度都明顯下降。凈光合速率和氣孔導(dǎo)度下降的幅度隨鹽濃度的增加而增大。NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度只有對(duì)照的56%和61%，核桃葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度對(duì)鹽脅迫較敏感。整個(gè)脅迫過(guò)程中，葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率變化幅度不是很大，NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率分別占對(duì)照的83%和83%，說(shuō)明，核桃葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率對(duì)鹽脅迫不是很敏感。EM菌處理顯著提高核桃幼苗光合能力，接種EM菌的核桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率顯著高于未接種的核桃幼苗。與對(duì)照相比，分別提高15%、13%、11%和25%。即使是在重度鹽脅迫條件下，接種EM菌的核桃幼苗凈光合速率和氣孔導(dǎo)度仍相對(duì)較高，分別占對(duì)照的71%和77%。圖1

圖1 EM菌對(duì)不同NaCl脅迫下核桃幼苗光合特性變化

Fig.1 Effects of EM fungi on photosynthetic characteristics of walnut seedlings under NaCl stress

2.3 EM真菌對(duì)NaCl脅迫下核桃幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

隨著脅迫濃度的升高，各處理葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MAD含量、SOD和POD酶活性總體呈上升趨勢(shì)，且上升的幅度隨鹽濃度的增加而增大。未接種EM菌的幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MAD含量顯著高于接種EM菌的幼苗。與自來(lái)水處理相比，未接種EM菌的幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MAD含量分別提高了19%、33%、56%和16%、26%、44%；接種EM菌的幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MAD含量分別提高了13%、31%、50%和9%、26%、38%。鹽脅迫后沒(méi)有接種EM菌的幼苗葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p害。與之相反，EM菌處理顯著提高核桃幼苗抗氧化酶活性，低鹽脅迫和高鹽脅迫接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD活性顯著高于未接種EM菌的幼苗。與自來(lái)水處理相比，未接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD酶活性分別提高了64%、157%、230%和13%、31%、42%，接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD酶活性分別提高了49%、101%、162%和15%、26%、45%。

鹽脅迫后，未接種EM菌的幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MAD含量、SOD和POD酶活性變化幅度明顯大于接種EM菌的幼苗。EM菌處理提高幼苗葉片抗氧化能力，未接種EM菌的幼苗葉片受脅迫程度重于接種EM菌的幼苗。圖2

圖2 EM菌對(duì)NaCl脅迫下核桃幼苗抗氧化系統(tǒng)變化

Fig.2 Effects of EM fungi on antioxidant system of walnut seedlings under NaCl stress

3 討 論

生物量的改變是植物對(duì)鹽脅迫的綜合反映，也是評(píng)估植物鹽脅迫程度和植物抗鹽能力的比較可靠的標(biāo)準(zhǔn)[15-16]。研究結(jié)果表明，NaCl濃度為0.4%時(shí)，核桃幼苗生物量就開(kāi)始下降，并且下降的幅度隨鹽濃度的增加而增大。NaCl濃度達(dá)到1.2%時(shí)，幼苗生長(zhǎng)緩慢，相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)冠莖鮮重、相對(duì)冠莖干重、相對(duì)株高生長(zhǎng)量、葉面積占對(duì)照的 74%、52%、61%、59%、76%、75%，這表明核桃幼苗對(duì)鹽脅迫比較敏感。當(dāng)植物受到鹽脅迫時(shí)，植物往往改變自身的細(xì)胞膜透性、氣孔大小、葉片中色素含量等，來(lái)減輕或避免對(duì)自身的傷害。研究結(jié)果表明，鹽脅迫條件，EM菌根化植株體內(nèi)的生物量顯著高于非菌根植物。雖然EM菌根化的幼苗生物量也隨著鹽脅迫濃度的增加而下降，但EM菌明顯提高了幼苗的耐鹽性，起到明顯的緩沖作用。這可能是因?yàn)镋M中的光合菌以植物根部的分泌物、土壤中的有機(jī)物等為基質(zhì)，合成有利于植物生長(zhǎng)的生理活性物質(zhì)，提高土壤活力, 從而促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)[17]。

通常認(rèn)為植物在脅迫條件下光合作用降低的原因包括兩個(gè)方面：其一是氣孔導(dǎo)度降低，進(jìn)入氣孔的CO2減少，不能滿(mǎn)足光合作用的要求，稱(chēng)為光合作用的氣孔限制，用氣孔限制值Ls表示；另一方面由于葉片溫度的增高，葉綠體活性與Rubiso活性降低、RuBP羧化酶再生能力降低，導(dǎo)致葉片光合作用能力降低，稱(chēng)為光合作用的非氣孔限制[18-19]。研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫降低了核桃幼苗光合能力。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于0.4%時(shí)，實(shí)生核桃苗可正常生長(zhǎng)；當(dāng) NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.4%時(shí)，NaCl對(duì)幼苗生長(zhǎng)及光合生理具有明顯的抑制作用，且隨著 NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大其抑制越明顯。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.4%時(shí)，Ls隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而升高(數(shù)據(jù)未列出)。光合速率降低主要是受氣孔限制。接種EM菌的核桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率顯著高于未接種的核桃幼苗。即便是在重度鹽脅迫條件下，EM菌根化幼苗的光合能力也維持在較高水平。EM菌參與調(diào)節(jié)植物的光合作用，緩解鹽脅迫對(duì)核桃幼苗葉片光合作用的破壞，這可能是因?yàn)镋M菌中的放線(xiàn)菌群從光合細(xì)菌中獲取氨基酸、氮素等作為基質(zhì)，產(chǎn)生出各種抗生物質(zhì)、各種維生素、各種生化酶、促生長(zhǎng)因子，提高果樹(shù)的免疫功能。

植物受到鹽脅迫后，主動(dòng)調(diào)動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生速率和MDA的形成，從而減輕細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的傷害[20-21]。SOD和 POD活性越高，消除氧自由基的能力越強(qiáng)，植物的抗鹽能力越強(qiáng)。研究鹽脅迫下，幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率電導(dǎo)率、丙二醛含量、SOD和POD酶活性明顯升高，這說(shuō)明葉片細(xì)胞膜的通透性受到損傷，加速了 MDA 的積累，細(xì)胞自身的活性氧清除系統(tǒng)遭受破壞。 鹽脅迫后EM菌根化植株的SOD和POD活性顯著高于非菌根化植株，而作為生物在逆境條件下膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物的丙二醛(MDA)含量和電導(dǎo)率則顯著低于非菌根化植株。EM菌處理降低了核桃幼苗葉片的活性氧水平，減少了膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物 MDA 的積累。采用培育菌根化核桃苗進(jìn)行育苗移栽可減輕鹽堿脅迫對(duì)核桃植株造成的傷害并有效促進(jìn)核桃產(chǎn)量，實(shí)際應(yīng)用中能否發(fā)揮抗鹽和促進(jìn)生物量增加的作用，還需要進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究。

4 結(jié) 論

核桃苗接種EM菌根真菌后地上部鮮/干重、地上部鮮/干重、株高生長(zhǎng)量和葉面積分別增加12%、14%、11%、17%、17%和29%。與對(duì)照相比，重鹽脅迫下，接種EM菌根真菌的幼苗葉片MDA 的積累降低15.7%；SOD、POD酶的活性分別提高44% 和23.2%；葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)讀分別提高26.6%和26.3%。