鹽脅迫下叢枝菌根真菌對蒲公英礦質(zhì)元素吸收的影響

徐嘉美，周昀暉，高璿濛，楊春雪

（東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

由于土壤鹽堿化現(xiàn)今日益加重，已成為全球范圍內(nèi)的土地退化問題，根據(jù)聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）和聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的不完全統(tǒng)計，我國鹽漬土及潛在鹽漬化土壤的總面積約占全球鹽漬土面積的10.40%，并且鹽堿地分布廣、類型多，修復(fù)極為困難，對我國環(huán)境和農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面都會造成嚴重危害[1-3]。鹽堿土壤中過量積累的鹽分會對植物的整個生長過程產(chǎn)生負面影響，在礦質(zhì)營養(yǎng)方面，鹽分會致使植物體內(nèi)養(yǎng)分失衡或虧缺。因此，利用耐鹽植物對鹽漬土進行修復(fù)具有十分顯著的生態(tài)意義和經(jīng)濟意義。

隨著我國鹽堿土治理與綠化事業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用耐鹽堿并具有觀賞價值的植物進行鹽堿地修復(fù)越來越受到重視[4]。國內(nèi)外都致力于通過生物途徑使植物與土壤微生物共生，以達到植物更加適應(yīng)鹽漬環(huán)境，提高鹽堿地利用率的目的[5]，而叢枝菌根真菌（AMF）被廣泛應(yīng)用其中。眾所周知，AMF大量存在于鹽堿生境，且能夠于90%的植物根系定殖，有促進植物生長、發(fā)育，特別是協(xié)助植物根系吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素、提高植物耐鹽堿脅迫能力的功能[6-9]。菊科蒲公英屬的蒲公英為多年生草本植物，花色亮麗，株型均勻一致，與其他植物布置花壇、花境或綴花草坪都易展現(xiàn)出自然群落的狀態(tài)，并且蒲公英種植、養(yǎng)護成本低，近年來被逐漸推廣于園林中應(yīng)用[10]。此外，蒲公英能夠生長于鹽堿土，耐寒、耐旱、耐高溫，生態(tài)適應(yīng)性強，分布十分廣泛，被認為是一種高耐鹽植物[11-12]。

試驗已證明，在松嫩草地不同pH 的鹽堿生境下蒲公英根系均能夠與AMF 形成共生關(guān)系，且定殖率達到100%，其中摩西斗管囊霉與蒲公英的親和性最佳[13]，目前關(guān)于蒲公英礦質(zhì)養(yǎng)分吸收水平對AMF和鹽脅迫的響應(yīng)尚未見報道。

本試驗研究了不同濃度的NaCl 溶液處理下AMF 對蒲公英地上部大量和微量礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收的影響，旨在為進一步利用AMF 提高蒲公英的耐鹽性，恢復(fù)和改良鹽堿化的農(nóng)林及城市用地提供新思路，使兼具觀賞、食用與藥用價值的蒲公英得到更廣泛的關(guān)注。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用蒲公英種子購自黑龍江省哈爾濱市花卉大市場，播種之前用0.3%的KMnO4溶液將蒲公英種子浸泡消毒30 min。供試摩西斗管囊霉菌劑由石河子大學(xué)綠洲農(nóng)作物病害防控重點實驗室提供，經(jīng)檢測，菌劑孢子密度為18 個/g。供試培養(yǎng)土為園土、河沙、蛭石以3∶1∶1（體積比）的比例混勻，在使用前將混合基質(zhì)置于高壓蒸汽滅菌鍋，以121 ℃條件滅菌2 h 后充分降溫以備用。脅迫處理溶液為NaCl溶液。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置接種摩西斗管囊霉處理與對照（不接種），并分別對2種處理施加不同濃度的NaCl脅迫。由前期預(yù)試驗所得蒲公英對鹽脅迫的生理響應(yīng)值，設(shè)置 5 個脅迫梯度，濃度分別為0、100、200、300、400 mmol/L。在接種與對照條件下分別施加5個鹽濃度的NaCl 溶液，共10 個處理，每個處理5 次重復(fù)，共50盆蒲公英苗。

采用層施法進行摩西斗管囊霉的接種，即先向每個花盆中（15 cm×15 cm）加入400 g 經(jīng)高溫滅菌的土壤，接著在上層平鋪等量菌劑（每盆劑量為30 g），對照則加入30 g已滅菌的菌劑。將蒲公英種子播種于菌劑上，放入植物光照培養(yǎng)室中進行培養(yǎng)，每天平均光照時間14 h，培養(yǎng)室內(nèi)光照強度5 000 lx，晝夜平均溫度控制在24 ℃左右。在蒲公英生長60 d 時，檢測到AMF 與蒲公英形成穩(wěn)定共生關(guān)系后，對蒲公英進行不同濃度的NaCl脅迫，每隔1 d每盆澆200 mL NaCl溶液或蒸餾水。

1.3 測定項目及方法

NaCl溶液或蒸餾水處理10 d后，收獲蒲公英植株。采用堿解離-Trypan blue染色法測定AMF的侵染情況[14]。選取不同鹽濃度處理下長勢基本一致的3株蒲公英，洗凈后置于烘箱中，先以105 ℃殺青30 min，后通過70 ℃烘48 h至恒質(zhì)量。將烘干后的蒲公英地上部進行粉碎，過0.15 mm篩。稱取過篩后的樣品0.1 g，加入硝酸-高氯酸（4∶1（V/V））在電熱板150～180 ℃條件下使蒲公英樣品消解完全，接著用超純水將消解后的溶液定容到50 mL容量瓶，最后使用ICP-AES分析儀進行礦質(zhì)元素含量的測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理并繪圖；采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行獨立樣本T檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒲公英根系A(chǔ)MF的侵染情況

在接種處理60 d 后，鏡檢發(fā)現(xiàn)，AMF 與蒲公英形成了良好的共生關(guān)系，如圖1箭頭所指分別為接種后形成的菌絲與泡囊結(jié)構(gòu)。鹽脅迫處理結(jié)束后測定AMF 在蒲公英根系的侵染率，發(fā)現(xiàn)未接種處理的蒲公英植株沒有AMF 侵染，而接種處理的植株在不同鹽濃度條件下侵染率達到了54.2%～71.3%，侵染狀況較好。

2.2 鹽脅迫下AMF 對蒲公英體內(nèi)K、Ca、Mg 含量的影響

從圖2可以看出，無論是否進行接種處理，K在蒲公英地上部的含量隨澆灌NaCl 溶液濃度的上升呈現(xiàn)先增后減的趨勢。未接種處理時，K 含量在200 mmol/L 濃度下達到最大值；而接種處理時K含量最大值出現(xiàn)在100 mmol/L，并且濃度達到400 mmol/L 時，K 含量在2 種處理的蒲公英體內(nèi)都為最低值。在NaCl濃度為0、100 mmol/L時，與CK相比，AMF增加了蒲公英體內(nèi)的K含量，且100 mmol/L NaCl 處理使K 含量顯著增加了23.57%（P＜0.05）；而在其他濃度下，AMF降低了K含量，與CK相比分別降低了24.74%、4.38%、26.92%。

由圖3可知，不管是否進行接種處理，4種水平的鹽脅迫均不同程度地增加了蒲公英地上部的Ca含量，對照的Ca 含量在鹽濃度為300 mmol/L 時最高，較未脅迫處理增加了32.40%；而接種處理時Ca含量在鹽濃度為400 mmol/L時最高，較未脅迫處理增加了42.22%。在100、400 mmol/L NaCl 濃度下，接菌處理時蒲公英地上部的Ca含量與不接菌相比分別增加了6.41%、8.76%；而在0、200、300 mmol/L NaCl 濃度下，接種叢枝菌根真菌使蒲公英體內(nèi)的Ca含量降低，分別減少了10.36%、14.04%、22.32%，且在 200、300 mmol/L 濃度下，CK 與 AMF 處理間差異顯著（P＜0.05）。

由圖4 可知，無論是否進行鹽分脅迫，摩西斗管囊霉的接種都能夠提高蒲公英體內(nèi)的Mg 含量。在5個鹽分水平下，接種處理使Mg含量與對照相比分別提高了9.80%、14.31%、15.68%、2.93%、33.22%，并且在100、400 mmol/L鹽脅迫時，未接種和接種摩西斗管囊霉處理之間呈現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）。無論是否接種摩西斗管囊霉，100、200 mmol/L的NaCl脅迫降低了蒲公英地上部分的Mg 含量，而NaCl 溶液濃度為300 mmol/L時，Mg含量開始略微增加。

2.3 鹽脅迫下AMF 對蒲公英體內(nèi)Fe、Cu、Zn、Mn含量的影響

從圖5可以看出，未接種叢枝菌根真菌的蒲公英體內(nèi)Fe含量隨著所施加鹽濃度的升高呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，在鹽濃度為200 mmol/L 時，F(xiàn)e含量最少。在沒有施加NaCl溶液和NaCl 溶液濃度為400 mmol/L 的處理條件下，接種AMF 降低了蒲公英體內(nèi)Fe 含量，分別降低了20.40%、8.44%。在100、200、300 mmol/L 濃度的 NaCl 溶液處理下，摩西斗管囊霉不同程度地增加了蒲公英體內(nèi)的Fe含量，分別較CK增加了10.27%、8.57%、34.19%，且在300 mmol/L濃度下，較未接種摩西斗管囊霉的處理差異顯著（P＜0.05）。

從圖6 可以看出，在未接種組中，200、300、400 mmol/L 鹽脅迫處理使蒲公英地上部的Cu元素含量與未受鹽脅迫相比表現(xiàn)出不同程度的下降；在接種組中，蒲公英地上部的Cu 元素含量隨著鹽脅迫程度的增加而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，且在400 mmol/L 鹽脅迫條件下Cu 含量達到最低值，與未受到脅迫相比降低了28.06%。在不同鹽濃度條件下，接種處理均不同程度地提高了蒲公英地上部分的Cu 含量，且在 0、200、300 mmol/L 鹽濃度時達到顯著水平，與對照組相比Cu 元素含量分別顯著提高了22.33%、43.99%和28.48%（P＜0.05）。

由圖7 可知，無論接種與否，蒲公英地上部Zn元素的含量隨著鹽濃度增加均表現(xiàn)為先減少后增加，且在300 mmol/L 濃度下含量最低，在接菌和未接菌的蒲公英地上部Zn 元素含量分別為31.67、24.83 mg/kg。不管是否進行接種處理，經(jīng)過NaCl脅迫后，蒲公英植株體內(nèi)Zn 含量始終低于沒有進行NaCl 處理的植株，NaCl 脅迫降低了蒲公英的Zn 含量。接種摩西斗管囊霉菌劑提高了在不同NaCl 水平下蒲公英地上部的Zn 含量，并且在鹽濃度為200、300、400 mmol/L 時接種組與未接種組的 Zn 含量間差異達到顯著水平（P＜0.05），與未接種植株相比分別增加了22.38%、27.55%、21.04%。

從圖8可以看出，隨著生長基質(zhì)中鹽濃度的升高，對照組以及經(jīng)AMF 侵染的蒲公英植株體內(nèi)Mn元素的含量都表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢，在200 mmol/L時達到最低值，但各個水平的鹽脅迫對其影響并不明顯。除100 mmol/L濃度外，其他NaCl濃度下接種處理的蒲公英體內(nèi)Mn含量略低于未接種的植株，并且獨立樣本T 檢驗（P＜0.05）結(jié)果顯示，當(dāng)施加鹽脅迫水平相同時，接種組與未接種組的蒲公英地上部Mn元素含量間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。

3 討論

叢枝菌根真菌是普遍存在于不同生態(tài)系統(tǒng)中的一類寄生真菌，能與大多數(shù)陸生植物根系形成互惠共生關(guān)系[15]。AMF 與植物共生后表現(xiàn)出一定的侵染率是其發(fā)揮自身功能的基礎(chǔ)。本試驗結(jié)果顯示，接種處理60 d 后，在蒲公英根系檢測到明顯的菌根結(jié)構(gòu)，這與前期試驗中[13]摩西斗管囊霉與蒲公英存在親和性的結(jié)果相一致；在鹽脅迫處理結(jié)束后，AMF 在蒲公英根系的侵染率達到了50%以上，說明蒲公英與AMF能夠形成較好的共生關(guān)系。

礦質(zhì)元素是植物生長發(fā)育過程中必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，在鹽漬土壤中，組成植物結(jié)構(gòu)或參與植物新陳代謝的礦質(zhì)元素與鹽離子之間具有競爭關(guān)系，大量的Na+和Cl-等進入植物細胞會對其他營養(yǎng)元素的正常吸收、運輸或分配產(chǎn)生阻礙[16-19]。盡管鹽分對AMF 的定殖有負面效應(yīng)，但在鹽脅迫下AMF 能夠改善植物生長狀況[19]。孫子欣等[20]總結(jié)大量研究后發(fā)現(xiàn)，一方面，AMF 可通過提高植株吸水效率、擴展根系、分泌某些螯合物等途徑對寄主植物吸收土壤礦質(zhì)元素產(chǎn)生直接影響；另一方面，AMF 還可以通過提高植株生物量、增強抗脅迫能力、改善植物光合作用、調(diào)節(jié)土壤中植株根系群落的組成等途徑對植物吸收與轉(zhuǎn)運礦質(zhì)元素產(chǎn)生間接影響。研究表明，接種AMF 有益于黃岑[21]、蘆筍[22]對不同礦質(zhì)元素的吸收。然而也有試驗表明，AMF 在鹽漬化土壤中對蘆葦?shù)牡V質(zhì)營養(yǎng)吸收沒有顯著影響，在非鹽漬化土壤中能夠表現(xiàn)出更好的菌根效應(yīng)[23]。由此可見，在鹽分脅迫下AMF對植物吸收礦質(zhì)元素的影響具有多樣性，可能取決于宿主植物種類、菌種或基質(zhì)的鹽濃度等多種因素的差異。

3.1 鹽脅迫下AMF對蒲公英體內(nèi)大量元素含量的影響

植物體內(nèi)K含量與植物耐鹽性呈正相關(guān)，在受到鹽脅迫時，鉀元素能夠調(diào)控細胞內(nèi)的離子平衡與細胞膨壓，而在鈉離子大量聚集的條件下，鉀離子可以通過競爭性的抑制過多鈉離子進入植物體來緩解鈉離子對植株正常生長造成的滲透脅迫與離子毒害[24-25]。在一些鹽生植物中，中濃度（100～200 mmol/L）的鹽處理會提高K+的吸收率，以維持正常的K+/Na+[26]，這與本試驗中濃度為100 mmol/L時的結(jié)果一致。曹巖坡等[27]通過探究鹽脅迫對蘆葦幼苗體內(nèi)離子狀況的影響發(fā)現(xiàn)，AMF可在一定程度上促進植株根系吸收轉(zhuǎn)移K+、Ca2+、Mg2+，同時抑制Na+的吸收轉(zhuǎn)移，這與本研究結(jié)果有所差異。因此推測，這可能是AMF提高蒲公英耐鹽性的機制，通過選擇性吸收養(yǎng)分來維持鹽脅迫下營養(yǎng)元素之間的平衡，或者是AMF 定殖影響了根部細胞膜上轉(zhuǎn)運相關(guān)酶的活性，也存在AMF 與宿主植物進行養(yǎng)分競爭的可能性，還需深入研究。

Ca 是細胞代謝的總調(diào)節(jié)者，對其他礦質(zhì)元素的吸收也有重要的調(diào)節(jié)作用，并且Ca2+可以加強AMF 的定殖與孢子的形成；Mg 是組成葉綠素的成分中唯一的金屬元素，植物體中Mg 的缺乏會阻礙葉綠素的合成[28]。在本試驗中，無論是否接種AMF，鹽脅迫均不同程度地增加了蒲公英地上部的Ca含量，這與張曉暉[29]的研究結(jié)論相符。馮固等[30]用泡囊-叢枝狀菌根菌侵染無芒雀麥（Bromus inermis），雖改善了鹽脅迫下植株對K元素的吸收，但對Ca含量影響不顯著，并降低了Mg的含量。本研究結(jié)果表明，接種AMF 提高了蒲公英地上部分在不同鹽濃度下的Mg 含量；而在200、300 mmol/L NaCl 溶液處理后，與對照植株比較，AMF顯著降低了蒲公英對Ca 的吸收量，筆者認為這可能是由于菌根根際產(chǎn)生的草酸鹽使土壤中有效的Ca2+轉(zhuǎn)化為沉淀而無法被吸收，或者受到Ca2+、Mg2+之間競爭作用的影響，使二者中某一元素的有效性被降低。

3.2 鹽脅迫下AMF對蒲公英體內(nèi)微量元素含量的影響

雖然植物生長發(fā)育對微量元素的需求少，且微量元素在土壤中的含量甚微，但土壤微生物以及肥力的形成、土壤pH 值等與之聯(lián)系緊密[31]。土壤pH升高會使Fe、Cu、Zn 和Mn 以氧化物或者氫氧化物的狀態(tài)存在，元素的溶解度與有效性會由此降低，從而影響植物對營養(yǎng)元素的攝取。相關(guān)學(xué)者表示，AMF不僅能顯著提高植物體內(nèi)大量元素的含量，還有助于植物攝取微量礦質(zhì)營養(yǎng)，特別是銅和鋅[32]。在本研究中，NaCl 脅迫使蒲公英體內(nèi)的Fe、Cu、Zn元素含量不同程度地降低，而接種摩西斗管囊霉提高了植株對Cu 和Zn 的吸收，也促進了蒲公英在一定濃度（100、200、300 mmol/L）鹽脅迫下對Fe 的吸收。叢枝菌根真菌的這種作用在番茄[33]、小麥[19]上也有體現(xiàn)，這可能得益于AMF 與植物共生后形成的菌絲網(wǎng)深入到植物根系難以觸及的土壤孔隙，同時AMF 定殖擴大了植物根系接觸土壤的有效面積，使土壤中的微量元素更易被吸收[34]。

相關(guān)研究表明，AMF 在改善小麥[35]、西伯利亞白刺幼苗[36]對Mn2+吸收中的作用并不明顯，這與本研究結(jié)果相一致。分析認為，這可能與蒲公英自身在逆境中的調(diào)節(jié)能力有關(guān)，蒲公英根系從土壤轉(zhuǎn)運的Mn2+將緩解植物的營養(yǎng)虧缺狀況，調(diào)節(jié)體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，促進蒲公英根尖細胞的分裂、伸長，并與Mg、Cu、Zn 等營養(yǎng)元素協(xié)同作用，使蒲公英在鹽脅迫下維持一定的光合能力?？傮w來看，鹽脅迫時AMF 對蒲公英地上部 Mn、Fe、Zn 元素的吸收呈現(xiàn)高—低—高的趨勢，由高變低一方面可能是因為低濃度激發(fā)了植物自身對鹽脅迫的應(yīng)答，導(dǎo)致植物不能有效吸收礦質(zhì)元素，另一方面也可能與土壤pH升高影響元素的溶解度有關(guān)；而在高濃度時蒲公英對幾種元素的吸收開始增加很可能是因為AMF促進了植物某些耐鹽基因的表達[37]，從而利于植物吸收所需營養(yǎng)元素。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，鹽脅迫對蒲公英礦質(zhì)元素的吸收有一定的抑制作用，而接種摩西斗管囊霉不同程度地提高了植物體內(nèi)Mg、Cu、Zn、K、Fe 的含量，從而緩解了一定濃度的鹽分對蒲公英造成的有害影響。研究結(jié)果為AMF-蒲公英共生體在鹽漬化地區(qū)的推廣種植提供了一定理論依據(jù)，也為利用生物措施改良鹽堿土地以及鹽堿化城市的園林綠化提供了新的方法。