叢枝菌根真菌(AMF)對(duì)蒙古沙冬青幼苗的促生特性及作用機(jī)制

王紫瑄， 解甜甜， 王雅茹， 楊杰艷， 楊秀清

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 晉中 030801）

叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizae Fungi，AMF）是分布最為普遍的菌根真菌類(lèi)型，在絕大多數(shù)陸生植物根系皮層細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)增大形成叢枝狀結(jié)構(gòu)，與植物建立菌根共生體［1-3］。AMF作為植物磷素高效利用密切相關(guān)的微生物類(lèi)群，因其共生特性，可在植物-AMF 互作（根際）、AMF-微生物互作（菌絲際）兩個(gè)界面同時(shí)影響植物養(yǎng)分吸收利用［4］，因此，菌根共生領(lǐng)域發(fā)展成為土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)等學(xué)科國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注和持續(xù)研究的重要研究領(lǐng)域之一［5］。2022 年New Phytologist 上報(bào)道了AMF 異形根孢囊霉中一個(gè)含有SPX 結(jié)構(gòu)域的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白R(shí)iPT7 參與AMF 共生界面磷平衡與輸出過(guò)程，調(diào)節(jié)菌根共生體發(fā)育和提高菌根植物對(duì)土壤磷的攝?。?］。同時(shí)，共生的真菌可通過(guò)增加根系表面積和體積擴(kuò)展植物根系［7］，擴(kuò)大根系吸收面積，加強(qiáng)礦質(zhì)養(yǎng)分的空間有效性，提高植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收和利用［8］。此外，AMF 可通過(guò)與植物根系形成的菌根共生體誘導(dǎo)共生植物釋放土壤酶等物質(zhì)，活化土壤中被固定的礦質(zhì)養(yǎng)分，提高礦質(zhì)養(yǎng)分有效濃度［9］，從而改善土壤質(zhì)量［10］、促進(jìn)根系養(yǎng)分吸收，在調(diào)節(jié)植物與土壤間以及植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)平衡等方面均具有重要的生態(tài)功能［11］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，菌根聯(lián)合可以影響宿主植物根系分泌螯合物［12］、提高植株滲透調(diào)節(jié)能力［13］、促進(jìn)光合作用［14］以及增強(qiáng)植物競(jìng)爭(zhēng)力［15］等，從而影響植物形成及構(gòu)建［16］。這些研究有助于深入認(rèn)識(shí)AMF 對(duì)植物的促生長(zhǎng)作用。目前在玉米［17］、甘草［18］、苜蓿［19-20］、黃花蒿［21］等的研究中已經(jīng)表明，AMF對(duì)這些植物生長(zhǎng)及生物量提高均有促進(jìn)作用。

蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）隸屬豆科蒙古沙冬青屬，是荒漠地區(qū)特有的旱生闊葉觀花灌木和孑遺物種［22］，在防風(fēng)固沙和荒漠植被恢復(fù)中發(fā)揮著重要生態(tài)作用［23］，也是北方少有的重要常綠樹(shù)種資源。但由于蒙古沙冬青屬直根系，主根長(zhǎng)、側(cè)根不發(fā)達(dá)導(dǎo)致其苗木再生性差，移栽造林成活率低，資源利用非常困難［24］。蒙古沙冬青當(dāng)前分布范圍較小，主要在內(nèi)蒙古烏海、賀蘭山、鄂托克旗、阿拉善等地區(qū)呈斑塊狀分布，種質(zhì)資源岌岌可危。AMF 與植物菌根聯(lián)合作用對(duì)植物根系及植株生長(zhǎng)的影響為解決蒙古沙冬青根系局限性導(dǎo)致苗木成活及生長(zhǎng)受限的苗木培育瓶頸問(wèn)題提供了借鑒。是否可通過(guò)AMF 侵染蒙古沙冬青幼苗根系形成菌根共生，改善其生理代謝過(guò)程及其根際土壤環(huán)境，從而有利于其壯苗培育和移栽成活率的提高。

鑒于此，本試驗(yàn)分析兩種AMF不同接菌方式以及未接菌處理下蒙古沙冬青幼苗根系及植株生長(zhǎng)和生物量的變化，根系及葉片生理特性、根際土壤酶活性變化及其與幼苗生長(zhǎng)和生物量變化的關(guān)聯(lián)性，旨在研究AMF對(duì)蒙古沙冬青幼苗的促生長(zhǎng)作用及其影響機(jī)制。結(jié)果可為探索蒙古沙冬青菌根化種苗培育技術(shù)，提高蒙古沙冬青造林成活率，實(shí)現(xiàn)蒙古沙冬青資源高效利用提供實(shí)踐依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試種子采自甘肅民勤當(dāng)年成熟收集的蒙古沙冬青種子。供試菌種由北京市農(nóng)林科學(xué)院叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)（BGC）提供，選取兩種AMF：摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae（XJ02），根內(nèi)根孢囊霉Rhiaophagus intraradice（BJ09）。每克菌劑的孢子數(shù)約為40～200個(gè)。以白三葉草為寄主，滅菌后的黃沙為基質(zhì)，在光照培養(yǎng)箱內(nèi)（培養(yǎng)溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為15000 lx，光照時(shí)間為15 h·d-1）進(jìn)行AMF擴(kuò)繁。3個(gè)月后，保留含有孢子、菌絲及侵染根段的黃沙，作為接種菌劑。

試驗(yàn)所用土壤取自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物園（0～10 cm）。去除大顆粒石子和根系，經(jīng)自然風(fēng)干后過(guò)篩混合，經(jīng)高壓蒸汽滅菌后作基質(zhì)待用。

1.2 播種育苗試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)置4 個(gè)接菌處理，每個(gè)處理10 次重復(fù)。分別為單一接菌（根內(nèi)根孢囊霉，R.i；摩西斗管囊霉，F(xiàn).m）、混合接菌（根內(nèi)根孢囊霉+摩西斗管囊霉為1:1 的混合菌劑，R.i+F.m）和未接菌處理（未接菌，CK）?；ㄅ瑁?3 cm×12 cm）中放入滅菌土壤基質(zhì)和接種菌劑（體積比為1:3）至盆高約4/5 處，將消毒后的20粒蒙古沙冬青種子均勻播入其中，其表面再用滅菌基質(zhì)覆蓋約2 cm，每盆質(zhì)量控制為1.0 kg，置于培養(yǎng)箱中（溫度25 ℃，光照強(qiáng)度2500 lx）培養(yǎng)。期間每3 d對(duì)各處理進(jìn)行稱(chēng)重記錄，補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，保持水分含量在5%。幼苗培養(yǎng)30 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 根系菌根侵染率及菌根依賴(lài)性測(cè)定 將接種

AMF 孢子30 d 后的蒙古沙冬青植株根部用去離子水洗凈，剪刀剪至1 cm左右的長(zhǎng)度，置于50 mL離心管中，加入30 mL 左右10%KOH（w/v）溶液，并置于90 ℃水浴鍋中水浴30 min。蒸餾水沖洗三次，加入2%HCl酸化5 min，瀝干后加入0.05%的臺(tái)盼藍(lán)染色液15 mL，混勻后置于90 ℃水浴鍋中水浴加熱15 min，瀝干染色液，加入丙三醇40 mL，常溫脫色2 d左右后制成封片于顯微鏡（型號(hào)：奧林巴斯CX31）下觀測(cè)，檢測(cè)幼苗根系內(nèi)菌根侵染狀況，參照Phillips等［25］采用網(wǎng)格交叉法統(tǒng)計(jì)形成菌根的根段數(shù)，計(jì)算根系的AMF侵染率。根據(jù)獲得的地上部干重、根干重等計(jì)算菌根依賴(lài)性。菌根依賴(lài)性=（接種植株干質(zhì)量-不接種植株干質(zhì)量）/接種植株干質(zhì)量×100%［26］。

1.3.2 幼苗生長(zhǎng)及生理指標(biāo)測(cè)定 對(duì)各處理下培養(yǎng)

30 d后的幼苗分別進(jìn)行生長(zhǎng)及生理指標(biāo)測(cè)定。數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量苗高、地徑；將植株地上、地下部分離，萬(wàn)分之一電子天平（賽多利斯BS124S）測(cè)量地上與根部鮮重；根系掃描分析系統(tǒng)（WinRHIZO）分析總根投影面積、根表面積、根平均直徑和總根體積。收集鮮樣用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定根、葉可溶性蛋白含量；乙醇浸提法測(cè)定葉綠素含量；根據(jù)Tisserant 等［27］人的方法測(cè)定根系磷酸酶；用離體法［28］測(cè)定根系硝酸還原酶；氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測(cè)定根系活力；使用Li-6400型便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)（Li-COR Inc，USA）進(jìn)行光合特性測(cè)定。剩余樣品植株按根、莖、葉分別裝入牛皮紙袋置105 ℃烘箱殺青15 min 后75 ℃烘至恒重以測(cè)定各部分干重；烘干后的根、莖、葉干樣研磨后，過(guò)100 目篩子，淋洗法測(cè)定根系陽(yáng)離子交換量（CEC）。苗木質(zhì)量指數(shù)=苗木總干重（g）/［苗高（cm）/地徑（mm）+莖生物量（g）/根生物量（g）］［29］。

1.3.3 根際土壤酶活性測(cè)定 采用靛酚藍(lán)比色法和苯磷酸二鈉比色法測(cè)定土壤脲酶和堿性磷酸酶活性以期反映植物對(duì)氮、磷的轉(zhuǎn)化及利用；為體現(xiàn)土壤生物學(xué)活性，采用3,5-二硝基水楊酸比色法進(jìn)行蔗糖酶活性測(cè)定［30］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）各測(cè)定指標(biāo)，Dun?can 法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)顯著性，Pearson 法進(jìn)行蒙古沙冬青幼苗根際土壤-植株生長(zhǎng)指標(biāo)間相關(guān)性分析。使用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒙古沙冬青幼苗根系菌根侵染率及菌根依賴(lài)性

未接菌處理CK（圖1a）根系皮層細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)未有叢枝或無(wú)隔菌絲等結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，說(shuō)明蒙古沙冬青根系中不含有內(nèi)生AMF。接菌處理后蒙古沙冬青幼苗根系菌根侵染狀況如圖1a～圖1d，供試AMF均可進(jìn)入根內(nèi)皮層細(xì)胞形成泡囊，不同程度地侵染植株根系（圖1b～圖1d）。分析比較不同AMF 接種方式下根系菌根侵染率（表1），R.i+F.m 混合接種后蒙古沙冬青植株根系菌根侵染率達(dá)61%，顯著高于單一接菌。單一接種F.m較R.i植株根系菌根侵染率顯著增加。菌根依賴(lài)性反映植物和菌根真菌之間的關(guān)系，表1可知，蒙古沙冬青幼苗對(duì)不同接菌處理后AMF的依賴(lài)性不同，R.i+F.m混合接種后植株菌根依賴(lài)性（39.8%）顯著高于單一接種F.m（32.3%）和R.i（12.8%）。由此說(shuō)明，AMF 可與蒙古沙冬青形成菌根共生聯(lián)合體，蒙古沙冬青幼苗根系生長(zhǎng)受混合接菌依賴(lài)性較單一接菌更強(qiáng)。

圖1 叢枝菌根真菌侵染蒙古沙冬青幼苗根系情況Fig.1 Arbuscular Mycorrhizae Fungi infecting root system of Ammopiptanthus mongolicus seedlings

表1 不同AMF接種處理下蒙古沙冬青幼苗菌根侵染率及菌根依賴(lài)性Tab.1 Mycorrhizal infection rate and mycorrhizal dependent degree of Ammopiptanthus mongolicus seedlings inoculated with different AMF

2.2 接菌處理對(duì)蒙古沙冬青幼苗生長(zhǎng)及生物量的影響

圖2為接菌處理30 d后蒙古沙冬青幼苗的生長(zhǎng)狀況，可以看出，混合或單一接菌后幼苗地上部分苗高及地下部分根長(zhǎng)較對(duì)照均存在差異。表2分析表明，接種AMF后，苗高和根長(zhǎng)均顯著大于對(duì)照，其中，R.i+F.m混合接菌處理的幼苗生長(zhǎng)最快，較對(duì)照苗高顯著增加了47.3%，根長(zhǎng)顯著增加了72.9%?；旌辖泳c兩種單一接菌處理間也分別存在顯著差異（P＜0.05）。R.i+F.m混合和單一F.m接菌處理后幼苗地徑生長(zhǎng)表現(xiàn)一致，均顯著大于單一接菌R.i及未接菌對(duì)照?？偢队懊娣e、總根體積、地上部鮮重、根冠比、根和葉干重、植株總生物量在接菌后均顯著大于對(duì)照，其中，R.i+F.m混合接菌的幼苗上述各指標(biāo)較單一接菌R.i 或F.m 都高且存在顯著差異（P＜0.05）。幼苗根平均直徑和根鮮重在3 種接菌處理間無(wú)顯著差異，但經(jīng)R.i+F.m 混合或單一F.m接菌處理的根平均直徑和根鮮重顯著大于對(duì)照。各處理間的根表面積和苗木質(zhì)量指數(shù)存在顯著差異，其中，R.i+F.m混合接種最有利于根表面積的擴(kuò)大（較對(duì)照增加147.3%，P＆lt;0.05）和苗木質(zhì)量指數(shù)的提高（較對(duì)照提高412.5%，P＆lt;0.05）。

圖2 叢枝菌根真菌侵染蒙古沙冬青幼苗生長(zhǎng)情況Fig.2 Growth of Ammopiptanthus mongolicus seedlings infected by AMF

表2 不同叢枝菌根真菌接種處理對(duì)蒙古沙冬青幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和生物量的影響Tab.2 Effects of AMF inoculation on growth index and biomass of Ammopiptanthus mongolicus seedlings

2.3 接菌處理對(duì)蒙古沙冬青幼苗根系生理特性的影響

2.3.1 根系活力及陽(yáng)離子交換量 根系活力和陽(yáng)離子交換量（CEC 值）是衡量根系吸收能力的關(guān)鍵指標(biāo)，并且間接反映植物生理代謝與生長(zhǎng)狀況的好壞。由圖3可知，不同AMF接菌處理后蒙古沙冬青幼苗根系活力及陽(yáng)離子交換量（CEC 值）較未接菌對(duì)照顯著增加，各接菌處理間根系活力及CEC值也存在顯著差異。R.i+F.m混合接種最有利于幼苗根系活力的提升（較對(duì)照提高了338.7%，P＆lt;0.05），單一接種F.m較R.i促進(jìn)幼苗根系活力的提升效果更為顯著。R.i+F.m混合接菌較單一接種R.i或F.m處理后幼苗根系CEC 值分別提高15.4%和25.0%，較對(duì)照顯著提高177.2%（P＆lt;0.05）。單一接種R.i或F.m 的CEC 值較對(duì)照處理分別提高140.1%和121.7%（P＆lt;0.05）。由此說(shuō)明接菌處理增強(qiáng)了蒙古沙冬青幼苗根系吸收能力，從而對(duì)幼苗地下及地上根、葉各器官生理代謝和生長(zhǎng)狀況產(chǎn)生間接影響。

圖3 接種不同叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青幼苗根系活力(a)和根系陽(yáng)離子交換量(b)的影響Fig.3 Effect of AMF on root activity and cation exchange capacity of Ammopiptanthus mongolicus seedlings

2.3.2 根系可溶性蛋白含量、硝酸還原酶（NR）及堿性磷酸酶（ALP）活性 由圖4a 可知，3 種AMF 接菌處理的蒙古沙冬青幼苗根系可溶性蛋白較CK處理含量均高，其中混合接菌處理最能促進(jìn)根系可溶性蛋白的合成（較對(duì)照顯著提高240.4%，P＜0.05）；單一接種F.m 或R.i 較對(duì)照分別顯著提高161.5%和136.5%，兩單一接菌處理間根系可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異。根系可溶性蛋白的變化是幼苗對(duì)氮、磷代謝以及氮、磷豐缺程度的響應(yīng)，與氮、磷吸收密切相關(guān)。

進(jìn)一步分析不同接菌處理后沙冬青幼苗根系氮、磷吸收關(guān)鍵酶活性可知（圖4b～圖4c），不同接菌處理下幼苗根系硝酸還原酶（NR）活性較對(duì)照均顯著提高（P＆lt;0.05），其中混合接菌處理效果顯著優(yōu)于單一接種處理，而單一接種F.m 顯著優(yōu)于R.i 處理。接種AMF 的幼苗根系堿性磷酸酶（ALP）活性均顯著高于對(duì)照，不同接菌處理以混合接菌處理效果最優(yōu)，顯著高于單一接種R.i或F.m處理（分別增加了42.1%和12.6%，P＜0.05），單一接種R.i 和單一接種F.m 處理較對(duì)照分別增加了66.0%、109.4%（P＆lt;0.05）。AMF 接菌處理可通過(guò)誘導(dǎo)沙冬青幼苗根系硝酸還原酶（NR）及堿性磷酸酶（ALP）活性提升，以促進(jìn)氮、磷吸收，進(jìn)而增加根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（可溶性蛋白）的積累。

圖4 接種不同叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青幼苗根系可溶性蛋白、硝酸還原酶（NR）及堿性磷酸酶（ALP）活性的影響Fig.4 Effects of AMF inoculation on soluble protein,activities of NR and ALP in root system of Ammopiptanthus mongolicus seedlings

2.4 接菌處理對(duì)蒙古沙冬青幼苗葉片生理特性的影響

2.4.1 葉綠素含量及葉片凈光合速率 對(duì)光合效能重要指標(biāo)葉綠素含量（圖5a）和葉片凈光合速率（圖5b）的分析表明，AMF接菌處理可顯著提高蒙古沙冬青幼苗葉綠素總含量，單一接種R.i、單一接種F.m和混合接菌處理較對(duì)照分別提高47.0%、93.1%、101.1%（P＆lt;0.05），單一接種R.i 幼苗葉綠素總含量顯著低于混合接種和單一F.m 接菌處理。接種R.i、F.m 及R.i+F.m 混合接菌幼苗凈光合速率較未接菌對(duì)照分別顯著提高198.0%、193.0%、237.5%（P＆lt;0.05）。接種AMF，特別是R.i+F.m混合接菌可顯著增加蒙古沙冬青幼苗葉綠素合成及葉片光合作用能力，提高幼苗凈生產(chǎn)量和有機(jī)物積累速率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。

圖5 接種不同叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青幼苗葉綠素總含量、凈光合速率及葉片可溶性蛋白的影響Fig.5 Effect of AMF on chlorophyll content,net photosynthetic rate and soluble protein in leaves of Ammopiptanthus mongolicus seedlings

2.4.2 葉片可溶性蛋白含量 圖5c 可知，接菌處理后幼苗葉可溶性蛋白含量顯著高于未接菌處理。其中R.i+F.m混合接菌處理效果最為顯著，較對(duì)照增加54.3%（P＆lt;0.05），R.i、F.m 單一接菌也顯著增加了葉中可溶性蛋白的含量，但其相對(duì)增加量（較對(duì)照分別增加36.7%和39.5%）低于混合接菌處理。作為表征植物體總代謝的重要指標(biāo)，沙冬青幼苗葉可溶性蛋白含量的顯著增加，結(jié)合圖4 中根可溶性蛋白的變化結(jié)果表明，通過(guò)AMF 接菌，促進(jìn)沙冬青幼苗根系菌根化，不僅可增強(qiáng)沙冬青幼苗根系生理代謝，同時(shí)也促使幼苗葉代謝更加旺盛，接種AMF通過(guò)影響蒙古沙冬青幼苗生理特性而影響其生長(zhǎng)及生物量的形成。

2.5 接菌處理對(duì)蒙古沙冬青根際土壤酶活性的影響

圖6a～圖6c 所示為接種AMF 后蒙古沙冬青幼苗根際土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性變化，單接種R.i或F.m及混合接種R.i+F.m均可顯著提升3 種幼苗根際土壤酶活性，且各根際土壤酶活性均以R.i+F.m混合接菌較對(duì)照的提升速率最快。3種接菌方式中，R.i+F.m 混合接菌對(duì)土壤脲酶活性的激增作用（較對(duì)照提高564.7%）顯著大于單接種R.i或F.m（較對(duì)照增加279.3%和255.0%）。對(duì)土壤堿性磷酸酶而言，混合接菌與單接種F.m對(duì)其活性的激增效果顯著大于單接種R.i。單接種R.i、F.m或混合接種R.i+F.m 均可顯著提高蔗糖酶活性達(dá)88.6%以上，3種接菌處理間無(wú)顯著差異。這表明，接種AMF 可誘導(dǎo)宿主植物蒙古沙冬青有效釋放土壤酶，從而有利于土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的活化及其有效濃度的提高，這可能成為根系菌根形成及影響幼苗根系生理代謝并促進(jìn)根系及整個(gè)植株生長(zhǎng)潛在的原因。

圖6 接種不同叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青根際土壤酶活性的影響Fig.6 Effect of AMF on enzyme activities in rhizosphere soil of Ammopiptanthus mongolicus

2.6 蒙古沙冬青幼苗根際土壤酶活性與植株生長(zhǎng)及生理指標(biāo)相關(guān)性分析

將蒙古沙冬青幼苗生長(zhǎng)與根系及葉片生理特性、根際土壤酶活性進(jìn)行相關(guān)分析表明（表3），幼苗總生物量與土壤脲酶和堿性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P＆lt;0.01），與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)（P＆lt;0.05）。幼苗生長(zhǎng)根冠比與根際土壤3 種酶活性均呈極顯著正相關(guān)。幼苗生長(zhǎng)相關(guān)生理代謝指標(biāo)根系活力、根系陽(yáng)離子交換量、根系硝酸還原酶及堿性磷酸酶活性以及葉凈光合速率、葉可溶性蛋白、與其根際土壤各酶活性也呈極顯著正相關(guān)。對(duì)不同AMF 接菌處理蒙古沙冬青幼苗地上與地下部分相關(guān)性分析表明，幼苗葉凈光合速率與根系活力呈顯著正相關(guān)（P＆lt;0.05），與根系陽(yáng)離子交換量呈極顯著正相關(guān)（P＆lt;0.01），葉可溶性蛋白與根系活力和根系陽(yáng)離子交換量均極顯著相關(guān)。而幼苗生長(zhǎng)的根冠比和總生物量與其根系活力及陽(yáng)離子交換量、葉凈光合速率及可溶性蛋白之間也表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。這表明，幼苗根際土壤酶活性的增加可促進(jìn)其根系陽(yáng)離子交換及活力提升，有助于增強(qiáng)根系代謝過(guò)程中酶促作用及蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，同時(shí)影響和改善了幼苗地上部分代謝和營(yíng)養(yǎng)吸收。

表3 蒙古沙冬青根際土壤酶活性與植株生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between root soil enzyme and plant growth of Ammopiptanthus mongolicus

3 討論

3.1 接種叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青幼苗生長(zhǎng)的影響

AMF 通過(guò)侵染宿主植物并產(chǎn)生菌根效應(yīng)以影響植物生長(zhǎng)。菌根侵染率及菌根依賴(lài)性通?？勺鳛楹饬恐参锔稻潭燃爸参锷L(zhǎng)對(duì)菌根依賴(lài)程度的重要指標(biāo)［31］。AMF侵染率越高，植物根系菌根化程度越高；菌根依賴(lài)性越強(qiáng)，意味著菌根效應(yīng)就越大，AMF對(duì)植物生長(zhǎng)的影響也越大［32］。本研究中，兩種AMF單一接種及混合接種均能夠侵染蒙古沙冬青幼苗，其中R.i+F.m 混合接菌幼苗根系侵染率最高，說(shuō)明混合接菌后沙冬青幼苗的菌根化程度最高。R.i+F.m 處理幼苗菌根依賴(lài)性比R.i 和F.m 單一處理分別提高了212.2%和23.3%，進(jìn)一步表明混合接菌后幼苗生長(zhǎng)受菌根化影響也最大。對(duì)接菌處理后沙冬青幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)的分析表明，混合接菌對(duì)幼苗苗高、地徑、根長(zhǎng)、根表面積、根總體積，以及根冠比和苗木質(zhì)量指數(shù)的提升最為顯著。這與邢紅爽等對(duì)薰衣草［33］、劉雅辰對(duì)荊條幼苗［34］、劉兆娜等［35］對(duì)百合生長(zhǎng)的研究結(jié)果相似。谷文超等［36］在木香試驗(yàn)中也得到了證實(shí)，混合接種AMF處理組的菌根效應(yīng)最佳，木香生長(zhǎng)達(dá)到最優(yōu)。不同AMF同時(shí)接種相同植株時(shí)，被接種植株根系對(duì)與其結(jié)合的AMF 的選擇性更大，而宿主植物對(duì)AMF 的選擇性決定了菌根生長(zhǎng)及其功能的發(fā)揮程度［37-38］。本試驗(yàn)兩種AMF聯(lián)合作用于沙冬青幼苗，菌根效應(yīng)較單一接菌能更加發(fā)揮充分且產(chǎn)生互補(bǔ)，兩種AMF生態(tài)位未重疊的部分為幼苗根系汲取更多養(yǎng)分創(chuàng)造了條件。因此，R.i+F.m 混合接菌能更顯著地促進(jìn)沙冬青幼苗根系生長(zhǎng)，并為地上部分生長(zhǎng)及植株總生物量積累打下基礎(chǔ)。本研究中，與根系生長(zhǎng)的比較結(jié)果一致，3種接菌處理以R.i+F.m混合接菌后沙冬青幼苗的植株總生物量最大，且顯著高于R.i或F.m單一接菌。這與楊應(yīng)等人［39］針對(duì)叢枝菌根促進(jìn)喀斯特適生植物植株生物量積累的研究結(jié)果相似，也一定程度上印證了菌根的生態(tài)功能。接種AMF通過(guò)增大植物根系表面積和總體積而增加了土壤養(yǎng)分的空間有效性，提高了土壤對(duì)植物根系的養(yǎng)分供給。同時(shí)，菌根通過(guò)活化植物根部，加強(qiáng)了幼苗對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝過(guò)程，可有效促進(jìn)根部有機(jī)物積累并向地上部分輸出，從而促進(jìn)植物地上部分的生長(zhǎng)和生物量的累積［40-42］。

3.2 接種叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青幼苗生理代謝的影響

一般認(rèn)為，土壤中接種AMF 后，植物根系菌根的形成改善了植株根際微生態(tài)環(huán)境。植物根系大量氨基酸等有機(jī)物質(zhì)的積累離不開(kāi)根酶的參與，AMF 通過(guò)誘導(dǎo)根際環(huán)境中與植物生長(zhǎng)相關(guān)酶類(lèi)的合成［43］，激發(fā)植物根系吸收相關(guān)酶活性的提升［44］，有助于增強(qiáng)植物根系活力，促進(jìn)根系陽(yáng)離子交換量增大。有研究表明，接種AMF 可使萵苣的LsaNHX基因表達(dá)上調(diào)及PIP2豐度增加，從而提高萵苣的耐鹽性，使萵苣植株的生長(zhǎng)得到改善［45］。Han 等［46］認(rèn)為菌根誘導(dǎo)下青楊響應(yīng)干旱脅迫的14-3-3 基因主要為Pc GRF10 和Pc GRF11，AMF 共生提高了干旱條件下植物體內(nèi)的生理活性，菌根接種顯著提高了青楊根系生物量，促進(jìn)極度干旱下根系可溶性蛋白含量。本研究中，接種AMF，尤其是R.i+F.m 混合接菌可顯著提升蒙古沙冬青幼苗根系活力、根系陽(yáng)離子交換量、根系堿性磷酸酶及硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量。這表明，AMF接菌處理可誘導(dǎo)改變蒙古沙冬青的根系生理代謝過(guò)程，通過(guò)促進(jìn)根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用而起到對(duì)沙冬青的促生長(zhǎng)作用。

有研究表明，AMF可通過(guò)改善作物光合參數(shù)提高植株葉片光合速率與光合作用能力，進(jìn)而改善或促進(jìn)植物生長(zhǎng)［47］。說(shuō)明AMF 對(duì)植物的促生長(zhǎng)作用不僅僅體現(xiàn)在對(duì)根系生長(zhǎng)及生理代謝的影響，還直接體現(xiàn)在對(duì)植株地上生理代謝過(guò)程的影響。本研究中，接種AMF顯著提高了蒙古沙冬青幼苗凈光合速率、葉綠素含量及葉片可溶性蛋白含量。王志剛等［48］研究表明，接種AMF對(duì)礦區(qū)植物的凈光合速率及生物量均有顯著提高。同時(shí)，君遷子幼苗植株接種AMF后一定程度上提高了凈光合速率，改善其對(duì)光的適應(yīng)性，對(duì)植株的生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用［49］。這可能是由于植物接種AMF 后，菌根形成與AMF自身生長(zhǎng)繁殖需要消耗宿主植物部分的光合產(chǎn)物，從而改變了植物碳水化合物的形成和輸出，促進(jìn)了植株凈光合速率的提升［50］，增加和改善了葉綠素的合成和葉片氮代謝過(guò)程，使更多的可溶性蛋白積累于葉片之中。

3.3 接種叢枝菌根真菌對(duì)蒙古沙冬青根際土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生化過(guò)程的動(dòng)力，其活性大小可反映土壤肥力、質(zhì)量、環(huán)境的演化情況［51-52］。有研究表明，AMF 可提高植株根際土壤酶活性，如羅方舟等［53］接種AMF 使旱稻根際土壤脲酶及蔗糖酶活性顯著提高。任旭琴等［54］及賈紅梅等［55］研究結(jié)果表明，接種AMF 顯著提高淮安紅椒連作土壤脲酶、蔗糖酶；丹參根際土壤磷酸酶、脲酶等活性也有所提高。本研究中，接種AMF可提高蒙古沙冬青根際土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性。由于AMF能夠誘導(dǎo)植物根內(nèi)分泌相關(guān)酶，并對(duì)根際土壤酶產(chǎn)生了刺激和分泌作用，因而有利于土壤酶的活化［56］，增加根際土壤酶活性。AMF 通過(guò)影響蒙古沙冬青根際土壤酶活性可間接平衡土壤的營(yíng)養(yǎng)元素水平，由于根際土壤酶活性的提升使得酶促作用加強(qiáng)，從而加速了土壤全氮、全磷向有機(jī)氮、有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)了幼苗根系對(duì)土壤中氮、磷素的吸收能力［57］。

4 結(jié)論

叢枝菌根真菌（摩西斗管囊霉F.mosseae，根內(nèi)根孢囊霉R.intraradice）可有效侵染蒙古沙冬青幼苗根系，與其構(gòu)建互惠共生體。接種AMF對(duì)蒙古沙冬青幼苗的促生長(zhǎng)作用首先表現(xiàn)為接菌可刺激幼苗根際土壤酶的產(chǎn)生和分泌，顯著提高土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性，通過(guò)酶促作用促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化和有效濃度的提高，增加土壤肥力。同時(shí)，共生AMF 可增加根表面積、根總體積并誘導(dǎo)根系吸收相關(guān)酶（硝酸還原酶及堿性磷酸酶）活性的提升和促進(jìn)根系陽(yáng)離子交換和根活力增加，有助于增強(qiáng)根系生理代謝過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（可溶性蛋白）積累和更大空間對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，同時(shí)影響和改善了幼苗地上光合代謝及營(yíng)養(yǎng)存儲(chǔ)，從而促進(jìn)沙冬青根系及幼苗生長(zhǎng)和生物量的累積。研究結(jié)果對(duì)于解決蒙古沙冬青幼苗根系不發(fā)達(dá)、再生性差、移栽造林成活率低的難題具有重要意義，并可為蒙古沙冬青菌根化造林技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。