砷脅迫下接種叢枝菌根真菌對棉花光合特性和葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

龔明貴，劉凱洋，魏亞楠，白娜，邱智軍，張巧明

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南洛陽 471023；2. 河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院微生物資源開發(fā)與利用重點實驗室，河南 洛陽 471023；3. 安陽市疾病預(yù)防控制中心，河南 安陽 455000；4.河南科技大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，河南 洛陽 471023）

砷（arsenic, As）是一種在自然界中廣泛分布的非（類）金屬元素。 As 礦的開采利用，含As 農(nóng)藥、化肥的使用，工業(yè)生產(chǎn)及汽車排放產(chǎn)生的大量含As 有害氣體等均會直接或間接地造成土壤As 污染[1]。 全球至少有5 000 多萬人口正面臨著地方性As 中毒的威脅，我國也是受As 毒害較為嚴(yán)重的國家之一，湖南郴州As 礦區(qū)，內(nèi)蒙古、貴州等As 含量較高的地區(qū)以及云南、廣西、廣東等省區(qū)都存在大面積As 污染和As 中毒等問題[2]。As 極易在土壤- 植物- 人體系統(tǒng)中進(jìn)行生物轉(zhuǎn)移和積累，對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成巨大的危害。 As 可與植物體內(nèi)的咪唑、羧基等結(jié)構(gòu)間接結(jié)合或與DNA、蛋白質(zhì)直接結(jié)合，從而干擾植物體內(nèi)一系列正常的酶促反應(yīng)，在光合磷酸化和氧化磷酸化的循環(huán)中，As 與ADP 形成的ADP-As5＋復(fù)合物可導(dǎo)致ATP 產(chǎn)能下降， 影響正常的光合代謝反應(yīng)[3-4]。 過量的As 還可造成植物體內(nèi)積累大量的活性氧，降低蒸騰速率，破壞葉綠體膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而損傷植物光合系統(tǒng)、抑制光合效率，影響植物的生長發(fā)育，嚴(yán)重時可導(dǎo)致植株死亡[5-7]。 植物的呼吸作用、光合作用以及熒光參數(shù)是檢驗植物對As 脅迫耐受性的重要生理指標(biāo)， 通過對這些指標(biāo)的評價，有利于我們更加深入地了解植物在As 脅迫下的抗性機(jī)理。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizae fungi,AMF）廣泛存在于土壤中，目前已有根孢囊霉屬（如根內(nèi)根孢囊霉Rhizophagus intraradices、異形根孢囊霉Rhizophagus irregularis） 和斗管囊霉屬（如摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae、地斗管囊霉Funneliformis geosporum）等27 屬約300 種AMF 被 鑒 定 出 來（http://www.amf-phylogeny.com/）。 AMF 可與大多數(shù)陸生植物建立菌根共生體系，能夠明顯提高植物抵御生物和非生物脅迫的能力[8]，使宿主的碳素循環(huán)過程和光合作用得到加強(qiáng)[9]。 在被As 污染的土壤中，AMF 可通過其菌絲網(wǎng)絡(luò)、叢枝、泡囊等結(jié)構(gòu)吸附、固定土壤中的As，從而緩解As 對宿主植物造成的傷害[10]。 研究表明，接種AMF 可提高光合作用電子傳遞效率，增強(qiáng)植物對光能的吸收利用，從而提高光合效率[9,11]。利用AMF 提高植物的重（類）金屬耐受性已成為植物修復(fù)土壤技術(shù)研究與應(yīng)用的重點，但AMF 是否能夠通過影響植物光合作用減緩重（類）金屬造成的損傷仍需進(jìn)一步研究。

棉花為纖維類作物， 具有栽培歷史悠久、抗逆性較強(qiáng)、生物量較大等優(yōu)點，其較大的生物量可從土壤中吸收更多的重（類）金屬，不易造成再次污染，且其纖維產(chǎn)品不進(jìn)入食物鏈，是土壤重（類）金屬污染修復(fù)的優(yōu)勢作物[12]。 近年來廣大學(xué)者就植物對As 的耐受機(jī)理做了大量研究， 但主要集中在蔬菜作物和糧食作物上[7]，有關(guān)As 脅迫對棉花影響的研究鮮有報道。 本研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)100 mg·kg-1As 濃度下棉花表現(xiàn)出明顯損傷，As脅迫下AMF 可與棉花形成良好的共生關(guān)系，提高棉花對As 的耐受性[13]。 本研究分析了不同As濃度處理下，AMF 接種對棉花的氣孔形態(tài)特征、氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)以及葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等的影響， 以進(jìn)一步明確AMF 對棉花光合特性的影響，探究AMF 接種提高棉花對As 的耐受性的可行性，為AMF 在土壤As 污染修復(fù)中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試棉花種質(zhì)為大鈴棉69 號， 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。 供試菌種為根內(nèi)根孢囊霉（編號BGC BJ09）和摩西斗管囊霉（編號BGC XZ02A），由北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所提供。 接種混合物包括沙子、孢子（每克土壤包含約23 個孢子）、 菌根碎片和根外菌絲體。供試土壤為黃土和砂土，均從河南科技大學(xué)植物園獲得。

1.2 試驗設(shè)計

選取飽滿完整的棉花種子用75%（體積分?jǐn)?shù)，下同）乙醇消毒15 min 后，用去離子水沖洗干凈， 在30 ℃恒溫條件下水浴泡發(fā)12 h 使其充分吸收水分，剝?nèi)シN皮后，將種子置于恒溫培養(yǎng)箱中，28 ℃條件下培養(yǎng)至萌發(fā)。

按照劉凱洋等[13]的方法配制土壤基質(zhì)并進(jìn)行滅菌處理。以噴灑Na3AsO4·12H2O 水溶液的方式加入外源As，使土壤As 濃度分別為100 mg·kg-1、200 mg·kg-1，將不噴灑砷鹽溶液的土壤基質(zhì)設(shè)為空白對照， 即0 mg·kg-1（原土壤基質(zhì)中不含As元素）。 在塑料花盆（底徑15 cm、口徑18 cm、高度25 cm）中分別裝入3.0 kg 上述土壤基質(zhì)。試驗設(shè)置接種根內(nèi)根孢囊霉（以下簡稱RI）和接種摩西斗管囊霉（以下簡稱FM）處理，在花盆中距土壤表面1/3 深度層接種30 g 相應(yīng)的菌根混合物，以接種經(jīng)高溫滅菌的同重量根內(nèi)根孢囊霉菌種為對照（CK）。在距土壤表層2 cm 深度播種4～5粒萌發(fā)程度一致的棉花種子，出苗2 周后每盆保留2 株長勢較好的棉花幼苗， 每組處理設(shè)10 盆重復(fù)。 本試驗于2021 年7 月—10 月在河南科技大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行，棉花生長溫度為20～35 ℃，相對濕度為50%～75%，光照/ 黑暗時間為12 h/12 h。 棉花生長過程中，每周澆灌Hoaglang's營養(yǎng)液[14]50 mL，為了減輕磷對AMF 菌絲生長和孢子萌發(fā)的抑制，將營養(yǎng)液中的磷含量調(diào)整為原配方的1/4。

1.3 測定指標(biāo)及方法

棉花培養(yǎng)90 d 后取樣，將各處理組隨機(jī)分為3 份， 一部分用于棉花植株葉片氣孔形態(tài)參數(shù)測定，一部分活體植株的葉片用于氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，一部分用于葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察。

1.3.1氣孔形態(tài)特征測定。 參照王凱麗等[15]的方法測定棉花倒3 葉下表皮氣孔的長度、 寬度、開度和密度。

1.3.2葉片氣體交換參數(shù)測定。 在室外晴朗無風(fēng)條件下， 采用LI-6400 光合儀（LI-COR 公司，美國），使用開放式氣路系統(tǒng)，設(shè)置內(nèi)置紅藍(lán)光源光強(qiáng)為1 000 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol·mol-1，選取棉花頂部向下第一片完全展開的葉中部進(jìn)行測定，獲取凈光合速率（net photosynthetic rate,Pn）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance,Gs）、胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration,Ci）和蒸騰速率（transpiration rate,Tr）數(shù)據(jù)。

1.3.3葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定。 測定前對棉花進(jìn)行20 min 暗適應(yīng)， 采用MINI-PAM 葉綠素?zé)晒鈨x（Walz 公司,德國）測定棉花實際光合效率（actual photosynthetic efficiency,YⅡ）、最小熒光（minimum fluorescence,F0）、最大熒光（maximum fluorescence,Fm）、最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（maximum photochemical quantum yield,Fv/Fm）、光化學(xué)淬滅系數(shù) （photochemical quenching coefficient ,qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（non photochemical quenching coefficient,NPQ）。 在1.3.2 選取的同一葉片測定上述參數(shù)。

1.3.4葉片葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察。 取棉花倒數(shù)第4 片真葉，用蒸餾水沖洗干凈。參照徐義昆等[16]的方法觀察葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體、線粒體等超微結(jié)構(gòu)并拍照。 具體操作流程如下：

（1）固定：將新鮮組織切成1 mm2小塊置于2.5%戊二醛溶液中，固定4 h；將固定后的組織樣本用0.1 mol·L-1磷酸緩沖液漂洗數(shù)次后置于1%鋨酸中，4 ℃保存過夜。

（2）脫水：以乙醇-環(huán)氧丙烷為脫水劑對組織樣本進(jìn)行脫水，先用30%、50%、70%、80%、95%、100%乙醇梯度脫水（每次40 min），再用100%環(huán)氧丙烷脫水3 次（每次30 min）。

（3）包埋：分別用環(huán)氧丙烷-812 樹脂2∶1 包埋液（體積比，下同）、環(huán)氧丙烷-812 樹脂1∶2 包埋液進(jìn)行滲透過渡，過渡時間分別為4 h、12 h；然后用812 樹脂純包埋液分別滲透12 h、4 h；將滲透完全的組織樣本用純812 樹脂包埋液進(jìn)行包埋，包埋完成后置于60 ℃干燥箱中干燥2～3 d 至樹脂完全聚合。

（4）切片：對包埋塊進(jìn)行修整后置于超薄切片機(jī)（SM2010R，Leica，德國）上進(jìn)行切片，厚度為70 nm。

（5）染色觀察：先后用3%醋酸鈾飽和酒精溶液和枸櫞酸鉛溶液分別染色5～8 min，染色后用超純水漂洗，吸干其表面水分后在透射電子顯微鏡（Talos L120C TEM，Thermo Scientific，美國）下觀察并拍照。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以上所有試驗均重復(fù)測量3 次。 數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示。 利用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用新復(fù)極差法檢驗不同處理間各指標(biāo)的差異顯著性。 在Excel 2019 中制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 As 脅迫下AMF 接種對棉花氣孔形態(tài)特征的影響

隨著As 脅迫的加重， 棉花葉片氣孔形態(tài)特征發(fā)生明顯變化，氣孔的長度、寬度、開度和密度均呈下降趨勢（表1）。不同As 濃度下，AMF 接種組的棉花各氣孔形態(tài)指標(biāo)數(shù)值相比于CK 均有不同程度的增加。 土壤As 濃度為0 mg·kg-1時，與CK 相比，RI 處理的氣孔長度顯著增加，F(xiàn)M 處理的氣孔長度和開度均顯著增加。100 mg·kg-1As脅迫下，與CK 相比，RI 處理的氣孔長度顯著增加，F(xiàn)M 處理的氣孔長度、 開度和密度均顯著增加。 200 mg·kg-1As 脅迫下，與CK 相比，RI 處理的氣孔長度顯著增加，F(xiàn)M 處理的氣孔長寬、寬度和開度均顯著增加。 不同As 濃度下，F(xiàn)M 處理的氣孔長度、寬度、開度和密度均高于RI 處理。 以上結(jié)果表明，As 脅迫抑制了棉花葉片氣孔的發(fā)育和開放程度，降低蒸騰作用，而AMF 接種可顯著緩解這種抑制效應(yīng)，且FM 較RI 效果更好。

表1 不同As 濃度下AMF 接種對棉花氣孔形態(tài)特征的影響Table 1 Effects of AMF inoculation on morphological characteristics of cotton stomata under different As concentrations

2.2 As 脅迫下AMF 接種對棉花氣體交換參數(shù)的影響

由表2 可知，棉花葉片凈光合速率隨外源As濃度增加顯著降低，在200 mg·kg-1As 濃度下達(dá)到最低水平。AMF 接種（200 mg·kg-1RI 除外）能顯著提高葉片凈光合速率，與CK 相比，在0、100、200 mg·kg-1As 濃度條件下，RI 處理的凈光合速率分別提高了54.04%、42.76%和12.15%，F(xiàn)M 處理的凈光合速率顯著分別提高了108.33%、148.15%和91.71%。 在不同As 濃度下，F(xiàn)M 處理的凈光合速率均顯著高于RI 處理。 上述結(jié)果表明， 雖然AMF 可顯著提高棉花葉片的凈光合速率，但在As 的毒害作用下，其光合作用依舊會隨As 脅迫的加重而降低，且FM 接種表現(xiàn)出更強(qiáng)的促進(jìn)作用。

表2 不同As 濃度下AMF 接種對棉花氣體交換參數(shù)的影響Table 2 Effects of AMF inoculation on gas exchange parameters of cotton under different As concentrations

蒸騰速率、胞間CO2濃度與凈光合速率的變化趨勢一致，As 脅迫可顯著降低其參數(shù)值，AMF接種能減輕這種脅迫作用。 氣孔導(dǎo)度也有相似的趨勢，不同的是，無外源As 處理時，與CK 相比，RI 處理的氣孔導(dǎo)度顯著提升了124.43%， 較FM的增幅（107.89%）更高；但在100、200 mg·kg-1As脅迫下，F(xiàn)M 處理對氣孔導(dǎo)度的提升程度更高，分別為134.57%和30.52%。 以上結(jié)果表明，As 可對棉花的光合系統(tǒng)造成一定的損傷，減弱其光合能力；AMF 接種則可緩解As 對光合作用的危害，從而提升棉花耐As 能力。 且FM 處理的緩解能力較RI 處理的更強(qiáng)。

2.3 As 脅迫下AMF 接種對棉花葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖1 可知，棉花最小熒光與最大熒光參數(shù)變化趨勢相反，隨著As 濃度增加，最小熒光參數(shù)逐漸增大， 最大熒光參數(shù)逐漸減小。 0、200 mg·kg-1As 濃度下，2 種AMF 接種處理均使最大熒光參數(shù)顯著提升。而不同As 濃度下，各接種處理間最小熒光參數(shù)均無顯著差異。

圖1 不同As 濃度下AMF 接種對棉花葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig. 1 Effect of AMF inoculation on chlorophyll fluorescence parameters of cotton under different As concentrations

實際光合效率和最大光化學(xué)量子產(chǎn)量變化趨勢一致，二者均隨As 濃度的增加而降低；不同As 濃度下，與CK 相比，AMF 接種可提高實際光合效率和最大光化學(xué)量子產(chǎn)量。 外源As 濃度為0、100、200 mg·kg-1時， 與CK 相比，RI 處理分別使實際光合效率顯著提升11.44%、25.83%和87.90%， 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量分別提高9.72%、1.35%和111.59%； 相對應(yīng)地FM 接種處理則使實際光合效率分別顯著提升19.63%、52.40%和153.23%，最大光化學(xué)量子產(chǎn)量分別顯著提高10.29%、8.25%和105.96%。 這表明As 脅迫會損傷棉花葉片光系統(tǒng)II（PSⅡ），阻礙葉綠體

內(nèi)電子鏈傳遞，而AMF 接種可降低As 對光合系統(tǒng)的毒害作用， 較CK 處理有效提升光合效率，且FM 處理下光合速率的增幅較RI 的更高。

光化學(xué)淬滅系數(shù)隨著As 濃度增加而減小，非光化學(xué)淬滅系數(shù)的變化趨勢則與之相反。0 mg·kg-1As 濃度下，F(xiàn)M 處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)顯著高于CK；100 mg·kg-1As 濃度下， 與CK 相比，F(xiàn)M 處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)顯著提高，2 種AMF 處理的非化學(xué)猝滅系數(shù)均顯著降低；200 mg·kg-1As 濃度下，與CK 相比，2 種AMF 處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)均顯著提升，非光化學(xué)猝滅系數(shù)均顯著下降；CK 處理的非光化學(xué)淬滅系數(shù)急劇增長， 較0 mg·kg-1As 濃度下增加了133.47%。 且3 種As 濃度下，F(xiàn)M 處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)均顯著高于RI 處理；100、200 mg·kg-1As 濃度下，F(xiàn)M 處理的非光化學(xué)猝滅系數(shù)均顯著低于RI 處理。 由此可知，As 脅迫會導(dǎo)致棉花PSⅡ電子傳遞活性降低，而以熱形式耗散的光能增加；AMF 接種可重新分配As 脅迫下的激發(fā)能，降低非光化學(xué)的淬滅能量，從而提高光能利用效率，且FM 的效果強(qiáng)于RI。

2.4 As 脅迫下AMF 接種對棉花葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

透射電鏡觀察結(jié)果（圖2）表明：外源As濃度為0 mg·kg-1時，CK 處理的棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體結(jié)構(gòu)完整， 類囊體片層排列整齊有序；線粒體形態(tài)飽滿，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰完整，腔內(nèi)突嵴排列緊密。 外源As 濃度為100 mg·kg-1時，CK處理的棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)的一些葉綠體形態(tài)逐漸腫脹，整體結(jié)構(gòu)遭到破壞，基粒類囊體排列紊亂且分布不均；線粒體內(nèi)嵴排列松散變形，部分線粒體結(jié)構(gòu)內(nèi)部有空洞出現(xiàn)， 雙層膜結(jié)構(gòu)模糊。200 mg·kg-1As 濃度下， 以CK 處理的棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體形態(tài)發(fā)生明顯變化， 腫脹加劇，類囊體片層十分模糊，乃至消失；線粒體數(shù)目減少或結(jié)構(gòu)溶解， 以致未觀察到明顯的線粒體結(jié)構(gòu)。此外，隨著外源As 脅迫的加重，大部分葉肉細(xì)胞空泡化逐漸加劇，液泡周圍出現(xiàn)許多電子致密顆粒， 這是As 逐漸滲透進(jìn)入棉花葉肉細(xì)胞并沉積的表現(xiàn)。

圖2 不同As 濃度下AMF 接種對棉花葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響Fig. 2 Effect of AMF inoculation on ultrastructure of cotton mesophyll cells under different As concentrations

100 mg·kg-1As 脅迫下，RI 和FM 處理的葉綠體形態(tài)未發(fā)生明顯變化，部分基粒片層仍清晰可見； 與CK 相比，AMF 接種處理的線粒體內(nèi)嵴結(jié)構(gòu)排列較為緊密，雙層膜結(jié)構(gòu)清晰可見，未見空洞。外源As 濃度為200 mg·kg-1時，AMF 接種使得葉綠體結(jié)構(gòu)損傷得到一定的緩解，但基粒類囊體片層模糊，F(xiàn)M 處理后，可在棉花葉肉細(xì)胞中觀察到完整的線粒體結(jié)構(gòu)。同時，F(xiàn)M 處理使得液泡周圍電子致密顆粒密度降低， 說明As 在棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)的沉積減少。 由此可知，As 脅迫可使棉花葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)受損， 而AMF 接種可降低As 對葉綠體、線粒體等超微結(jié)構(gòu)的損傷，并減少As 在棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)的積累沉淀， 其中，F(xiàn)M處理緩解棉花葉肉細(xì)胞受As 毒害的作用強(qiáng)于RI處理。

3 討論

As 脅迫下植物光合系統(tǒng)會遭到不同程度的損傷，從而降低光合效率[17]。氣孔在調(diào)節(jié)植物與外界水分和氣體的交換中發(fā)揮著重要作用，植物張開氣孔吸收CO2時也會造成水分蒸騰，因此其調(diào)節(jié)功能與植物呼吸作用和光合能力密切相關(guān)，氣孔特征也常作為一種指標(biāo)來闡明植物在逆境中的適應(yīng)性對策[6]。 本研究結(jié)果表明，隨著As 濃度的增加，棉花葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及胞間CO2濃度均受到As 的抑制作用而降低，氣孔密度也隨As 濃度的增大而減小。這是棉花為適應(yīng)As 脅迫環(huán)境， 通過調(diào)節(jié)氣孔形態(tài)和數(shù)目，降低蒸騰作用，以最低水平的水分散失獲取最大光合能力18]。Farquhar 等[19]的研究指出，當(dāng)凈光合速率和胞間CO2濃度變化趨勢相同時，凈光合速率下降是由氣孔因素引起的，因此，As 脅迫下棉花葉片氣孔趨于關(guān)閉，成為光合速率降低的主要因素，王碧霞等[20]的研究也得出了類似的結(jié)果。 本研究發(fā)現(xiàn)，與對照處理相比，AMF 接種顯著提升了同一As 濃度下的光合參數(shù)值， 促進(jìn)了氣孔發(fā)育、改變了氣孔形態(tài)，證明AMF 能夠調(diào)節(jié)棉花葉片的氣孔開放程度，進(jìn)而減小CO2進(jìn)入細(xì)胞的阻力，但同時蒸騰速率也隨氣孔開放程度的增大而增大，最終導(dǎo)致光合速率升高、光合能力增強(qiáng)， 在一定程度上減輕了As 脅迫對棉花光合作用造成的不利影響。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合作用有著密切的聯(lián)系，能夠反映光合作用受環(huán)境變化的影響[21]。最小熒光參數(shù)可反映逆境脅迫對植物葉片PSⅡ造成不可逆損傷的程度，最大熒光參數(shù)則可反映PSⅡ中的電子傳遞情況，最大光化學(xué)量子產(chǎn)量揭示了植物體對生長環(huán)境長期適應(yīng)的機(jī)制，可代表植物光合器官的生理狀況[22-23]。 本研究中，隨著As 濃度的增加， 最小熒光參數(shù)逐漸提高， 在200 mg·kg-1As 處理下達(dá)到最大值；最大熒光的變化趨勢與之相反；最大光化學(xué)量子產(chǎn)量和實際光合效率均隨As 濃度增加顯著降低。說明As 污染阻礙了棉花PSⅡ中電子傳遞過程， 使棉花PSⅡ反應(yīng)中心受損，光合產(chǎn)能下降，這與李薈星[24]的研究結(jié)果一致。 此外，光化學(xué)淬滅系數(shù)在一定程度上反映了PSⅡ的開放程度， 光化學(xué)淬滅系數(shù)與PSⅡ電子傳遞活性呈正相關(guān)；非光化學(xué)淬滅系數(shù)表示以熱能等形式耗散的光能，二者可反映出光能在植物體內(nèi)的分配和利用效率[24]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著As濃度的增加，光化學(xué)淬滅系數(shù)不斷降低而非光化學(xué)淬滅系數(shù)不斷升高，說明PSⅡ電子傳遞活性減小，而以熱能形式散失的光能增加。吳敏蘭等[25]的研究表明可能是由于As 脅迫使植物體內(nèi)活性氧和自由基濃度升高而損害了光合系統(tǒng)。 而李薈星[24]研究表明，As 會競爭結(jié)合PSⅡ反應(yīng)中心的D1蛋白，從而阻斷從QA到QB的電子傳遞，造成QA無法進(jìn)行下一步的電子傳遞，進(jìn)而抑制光合效能。 與對照處理相比，AMF 接種后，棉花光合系統(tǒng)受損程度得到有效緩解，最大光化學(xué)量子產(chǎn)量與實際光合效率均顯著升高，光化學(xué)淬滅系數(shù)升高的同時非光化學(xué)淬滅系數(shù)降低。 其原因可能是AMF 提高了PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞活性，優(yōu)化了As 脅迫下光能的分配， 使非光化學(xué)能量淬滅減少，降低熱耗散，提高了PSII 反應(yīng)中心的電子傳遞能力和葉綠體性能， 從而提高了As 脅迫下棉花光化學(xué)效率。此外，研究表明AMF 也可激活棉花的抗氧化系統(tǒng)并調(diào)節(jié)其滲透系統(tǒng)，抗氧化酶活性的升高也可降低過氧化物對棉花葉片的損傷，同時滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)加強(qiáng)了葉片對水分的利用效率，這也間接地促進(jìn)了棉花光合效率的提升[13]。

光合作用是綠色植物生存的基礎(chǔ)，也是植物對環(huán)境脅迫最為敏感的生理過程。 在植物生長發(fā)育過程中，砷離子會在植物體內(nèi)進(jìn)行遷移，可影響葉綠體、 線粒體等多個細(xì)胞器的組織代謝活動，干擾細(xì)胞內(nèi)相關(guān)蛋白合成、呼吸作用和光合作用，造成直接的毒害效應(yīng)[26]。 線粒體膜上的ATP 酶活性被抑制、鉀離子的滲透等因素都會引起線粒體嵴結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致線粒體內(nèi)的氧化磷酸化循環(huán)被破壞，甚至解體死亡。 本研究中，As 脅迫導(dǎo)致棉花葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體腫脹變形，打亂了類囊體片層的排列，同時也使線粒體嵴結(jié)構(gòu)改變甚至溶解消失，在細(xì)胞質(zhì)中形成許多電子致密顆粒物質(zhì)。 由此推測，As 嚴(yán)重影響了光合電子傳遞鏈的正常功能，抑制了光能的有效轉(zhuǎn)化。 與對照處理相比，AMF 接種使得細(xì)胞內(nèi)致密電子顆粒密度降低，細(xì)胞器損傷程度減輕，200 mg·kg-1As濃度下，F(xiàn)M 處理可在葉肉細(xì)胞中觀察到線粒體，這也是As 脅迫對棉花葉肉細(xì)胞的毒性得到緩解的表現(xiàn)。

4 結(jié)論

AMF 接種可增加棉花葉片氣孔數(shù)量并提高氣孔開放程度，減輕葉綠體、線粒體等細(xì)胞器的損傷，促進(jìn)葉綠體內(nèi)電子鏈傳遞，提高其凈光合速率，增強(qiáng)As 脅迫下的光合能力，有效減輕As對棉花光合作用的毒害作用。 根內(nèi)根孢囊霉和摩西斗管囊霉這2 種AMF 對棉花耐As 性均表現(xiàn)出良好且一致的促進(jìn)作用，但摩西斗管囊霉表現(xiàn)出更強(qiáng)的效應(yīng)。 本研究為AMF 可能緩解棉花的光合系統(tǒng)受As 毒害機(jī)制提供了一定的理論支撐。