內生真菌對杉木幼苗生長的影響范文

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《熱帶作物學報》2016年第四期

摘要

為揭示內生真菌對杉木幼苗的促生作用，采用淋冠施菌和澆根施菌2種方式接種5株內生真菌aJ4、NG6、CG2、AY13和CG9于杉木幼苗內，分析并比較其對杉木幼苗生長及葉綠素熒光特性的影響。結果顯示：在2種不同的施菌方式下，CG2菌株對杉木幼苗地上部干物質量、根冠比和總干重影響最大，促生效果顯著。aJ4菌株和NG6菌株均能顯著提高杉木幼苗葉片葉綠素含量，且實際光合效率較高；采用淋冠施菌方式，CG2菌株處理的植株光能利用潛力較大，NG6菌株處理的植株PSII電子傳遞速率較高；采用澆根施菌方式，aJ4菌株處理的植株光能利用潛力較大，CG2菌株處理的植株PSII電子傳遞速率較高；AY13菌株處理提高PSII反應中心活性的效果表現為澆根施菌方式優于淋冠施菌方式；CG9菌株在2種施菌方式下光合特性均不理想，表明并不是所有的內生真菌都能提高植株的光合作用能力。研究結果表明，5株內生真菌感染對杉木幼苗生長及葉綠素熒光參數的影響存在顯著差異，但不同的施菌方式對杉木幼苗生長及葉綠素熒光的影響差異不顯著。

關鍵詞

杉木；內生真菌；促生作用；葉綠素

植物內生菌與植物之間存在一種復雜的微生態關系。近年來，前人在一些重要的經濟林木，如針葉類的各種云杉（Piceaasperata）、紫杉（Taxuscuspidate）、長白松（PinusSylvestris）等植物的樹皮、枝葉內發現內生真菌的存在，并對其進行深入研究。通過研究發現，部分內生真菌因能與宿主植物共生而對宿主植物產生有益影響，這種有益影響表現在內生真菌可提高宿主植物的固氮能力[1]、產生促進植物生長的物質[2]以及增強宿主植物抗逆境和抗病蟲害[3]等方面。目前，對于內生真菌與宿主植物關系的研究，多集中于內生真菌對宿主植物的促生作用和提高抗逆作用等方面，而對宿主植物生長光合生理機制影響的報道相對較少[4-5]。杉木作為我國人工林主要造林樹種之一，其栽培面積和蓄積量在我國人工林中居首位[6]。近幾十年，由于純林連栽等不正確經營措施，導致林地生產力不斷下降。為提高杉木人工林林地生產力，我國學者在推行輪作制度、培育混交林、改善人工林結構[7]等方面開展大量研究工作。為此，本研究選取杉木為研究對象，利用葉綠素熒光技術分析內生真菌感染對杉木幼苗葉綠素含量和葉綠素熒光參數的影響，探討內生真菌感染對杉木幼苗生長光合性能的影響機制，旨在了解內生真菌對杉木生長的促進效果和更有效的利用這一生物資源提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試植株本試驗所用一年生杉木組培苗由福建省林科院提供，品種為杉木優良無性系FS01。1.1.2供試菌株本試驗所用內生真菌Mucorsp.（aJ4），Aspergillussp.（AY13），Cylindrocarponsp.（CG2），Penicilliumsp.（CG9）和Sebacimasp.（NG6）由福建省高校森林生態系統經營與過程重點實驗室提供。

1.1.3培養基本試驗所用內生真菌培養基為改良馬丁液體培養基。

1.2方法

1.2.1菌液制備將5株內生真菌接入等體積的改良馬丁液體培養基，于28℃、160r/min搖床上培養72h。用血球計數法計算孢子數量，將已計數的菌液用無菌水按10倍稀釋法稀釋成5.5×106個/L。

1.2.2杉木接種處理（1）試驗地概況。本試驗在福建農林大學福建省高校森林生態系統經營與過程重點實驗室田間試驗地內進行。試驗地位于118°08′～120°31′E，25°15′～26°39′N，屬典型的亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為20～25℃。氣候溫和，夏長冬暖，無霜期長，達326d，年平均降雨量為1342.5mm。（2）杉木接種實驗。選擇長勢大致相同的幼苗種植于直徑為15cm、高為14cm的塑料盆內，每盆放入質量相等（4kg）的黃心土，實驗所用土壤均經過蒸汽嚴格滅菌。本實驗共設計2個施菌方式：①澆根施菌（R）：種植1m后，刨開土壤現出根系，連續3d于根系上一次性施入相同濃度的100mL菌株孢子液。②淋冠施菌（G）：種植1m后，連續3d向幼苗樹冠一次性淋下相同濃度的100mL菌株孢子液，使整棵幼苗能充分接觸到菌液。每種菌液處理3株幼苗，4次重復，用無菌水處理作為空白對照[8]。接種60d后，測定全部杉木幼苗的生物量、葉綠素含量和葉綠素熒光參數。

1.2.3各項指標的測定（1）生物量測定。生物量測定方法參照文獻[9]。（2）葉綠素含量測定。葉綠素含量采用丙酮乙醇提取法測定[10]。（3）葉綠素熒光特性測定。葉綠素熒光參數測定參照文獻[11]。1.3數據處理所有計算結果采用SAS軟件進行統計檢驗。

2結果與分析

2.1不同內生真菌感染對杉木幼苗地上部干物質量、根冠比和總干重的影響由表1可知，內生真菌感染對杉木幼苗的地上部干物質量、根冠比和總干重有較大影響。從地上部干物質量和總干重來看，5株內生真菌均能顯著提高杉木幼苗的地上部干物質量和總干重。其中，CG2菌株處理的地上部干物質量和總生物量均顯著高于對照（p<0.05），其余菌株處理與對照之間無顯著差異（p>0.05）。從根冠比來看，除CG2菌株在兩種施菌方式下均能提高杉木幼苗的根冠比（其中G處理顯著提高），其余菌株對杉木幼苗根冠比的促進效應受不同施菌方式的影響。在G施菌方式下，AY13菌株處理的根冠比顯著大于對照，CG9菌株和NG6菌株處理的根冠比均顯著小于對照；在R施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株處理的根冠比大于對照，AY13菌株和CG9菌株處理的根冠比小于對照，但各處理之間不存在顯著差異(p>0.05)。但實驗數據表明，不同施菌方式對感染內生真菌的杉木幼苗其地上部干物質量、根冠比和總生物量的影響未達到顯著水平(p>0.05)。

2.2不同內生真菌對杉木幼苗葉綠素含量的影響由表2可知，不同內生真菌感染對杉木幼苗葉片葉綠素含量影響不同。5株內生真菌中，感染aJ4菌株和NG6菌株的杉木幼苗葉片葉綠素含量高于對照植株，其余菌株處理均低于對照。各菌株處理與對照之間的差異，僅CG2菌株在G施菌方式下達到顯著差異水平(p<0.05)，其余菌株處理與對照之間均無顯著差異(p>0.05)。此外，實驗數據表明，各菌株對杉木幼苗葉綠素含量的影響在不同施菌方式下均表現為無顯著差異(p>0.05)。

2.3不同內生真菌對杉木幼苗葉綠素熒光特性的影響由表3可知，不同內生真菌感染對杉木幼苗葉片F0值影響不同。5株內生真菌中，除CG9菌株處理的F0值高于對照，其余菌株處理的F0值均低于對照，且與對照之間無顯著差異(p>0.05)。在不同施菌方式下，杉木幼苗葉片F0值對內生真菌接種的響應雖有不同，但除CG2菌株在不同施菌方式下對杉木幼苗葉片F0值的影響有顯著差異(p<0.05)，其余感染內生真菌的杉木幼苗葉片F0值在不同施菌方式下均無顯著差異(p>0.05)。不同內生真菌感染對杉木幼苗葉片Fm和Fv值的影響也不一樣。5株內生真菌中，aJ4菌株和CG9菌株在不同施菌方式下對杉木幼苗葉片Fm和Fv值的影響以及NG6菌株在R施菌方式下對杉木幼苗葉片Fv值的影響表現一致，即均高于或低于對照植株，而AY13菌株和CG2菌株處理的Fm和Fv值以及NG6菌株處理的Fm值均受施菌方式差異的影響。感染AY13菌株的杉木幼苗葉片Fm和Fv值在G施菌方式下低于對照植株，在R施菌下高于對照植株，且不同施菌方式對感染AY13菌株的杉木幼苗葉片Fv值的影響有顯著差異(p<0.05)，對Fm值的影響無顯著差異(p>0.05)。感染CG2菌株的杉木幼苗葉片Fm和Fv值在G施菌方式下低于對照植株，在R施菌方式下高于對照植株，且二者達到顯著差異水平(p<0.05)。感染NG6菌株的杉木幼苗葉片Fm值在R施菌方式下低于對照植株，在G施菌下高于對照植株，但兩者差異不顯著(p>0.05)。此外，本研究中盡管有部分菌株對杉木幼苗葉片Fm和Fv值的影響在不同施菌方式下存在顯著差異(p<0.05)，但多數實驗數據表明各菌株對杉木幼苗葉片Fm和Fv值的影響在不同施菌方式下無顯著差異(p>0.05)。由表4可知，不同內生真菌感染對杉木幼苗葉片Fv/Fm值影響不同。在G施菌方式下，除感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗葉片Fv/Fm值低于對照植株，其余菌株處理的Fv/Fm值均高于對照植株，其中aJ4菌株、CG2菌株和CG9菌株處理與對照之間差異達到顯著水平(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗葉片Fv/Fm值低于對照植株，其余菌株處理Fv/Fm值均高于對照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株、CG9菌株和NG6菌株處理與對照之間達到顯著差異水平(p<0.05)。不同施菌方式對感染內生真菌的杉木幼苗Fv/Fm值的影響差異除在AY13菌株處理下達到顯著水平(p<0.05)，其余菌株處理無顯著差異(p>0.05)。不同內生真菌感染對杉木幼苗葉綠素熒光Fv/F0值的影響表現為：在G施菌方式下，感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗葉片Fv/F0值低于對照植株，其余菌株處理的Fv/F0值均高于對照植株，其中aJ4菌株處理和CG2菌株處理與對照之間存在顯著差異(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗葉片Fv/F0值顯著低于對照植株，其余菌株處理的Fv/F0值均高于對照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株和NG6菌株處理與對照之間達到顯著差異水平(p<0.05)。不同施菌方式對感染內生真菌的杉木幼苗Fv/F0值的影響差異除在AY13菌株處理下達到顯著水平(p<0.05)，其余菌株處理下不存在顯著差異(p>0.05)。

3討論與結論

前人研究結果表明，內生真菌感染能促進宿主植物生長。如劉慧等[12]研究比較內生真菌和叢枝菌根真菌單獨及混合接種對羊草生長的影響時發現，相對于叢枝真菌，內生真菌更能顯著增加羊草的地上生物量和總生物量。任安芝等[13]發現，在缺磷條件下，相比未感染內生真菌的黑麥草，感染內生真菌的黑麥草根冠比更高，生物量更大，表明內生真菌侵染對黑麥草的生長有促進作用，這與內生真菌能提高黑麥草在缺磷條件下吸收利用磷的能力有關。本實驗結果表明，在兩種不同的施菌方式下，5株內生真菌均能提高杉木幼苗地上部干物質量和總生物量，根冠比總體表現為內生真菌處理高于對照苗。其中，CG2菌株促生效果最好，主要表現在CG2菌株處理有較高的地上部干物質量、根冠比和總生物量。說明5株內生真菌均能促進杉木幼苗的營養生長，而促生效果的差異可能與內生真菌種類有關，也有可能與5株內生真菌改善杉木幼苗吸收養分能力的差異有關。葉綠素是植物進行光合作用的物質基礎，其含量高，有利于提高植物的光合效率，增加有機養分的積累。本研究中，在淋冠施菌和澆根施菌兩種施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株處理葉片葉綠素含量顯著增加，表明施用aJ4菌株和NG6菌株有利于杉木幼苗葉綠素的合成，從而提高杉木幼苗的光合效率，有利于積累更多光合物質，為宿主植物生長提供物質來源。

葉綠素熒光與植物整個光合作用過程密切相關，是光合作用的探針。隨著葉綠素熒光理論的逐步完善和測定技術的快速發展，越來越多的研究表明植物體內發出的葉綠素熒光信號提供了大量的光合作用信息，可用于進行植物光合作用機制、植物抗逆生理等方面的研究。本實驗中，感染AY13、aJ4、NG6菌株的杉木幼苗葉片有較低的F0值以及較高的Fm和Fv值。F0值的變化可以推測出反應中心的狀況和可能的光保護機制[14]，而Fm和Fv值可反映PSII的電子傳遞情況和反映中心的活性大小[15]，表明這3株內生真菌能保護杉木幼苗反應中心受到損害，并提高了光合電子傳遞速率和PSII反應中心的活性。Fv/Fm和Fv/F0值常用于表示最大光化學效率和潛在光化學效率，二者在非脅迫條件下變化極小，不受環境和生長條件的影響[16-17]。然而，關于內生真菌感染對宿主植物葉片Fv/Fm值影響的報道存在差異，閆寧等[18]研究表明，用食用黑粉菌侵染茭白植株能顯著提高其電子傳遞速率和PSII實際光化學效率，但對茭白植株葉片Fv/Fm值影響不顯著。韓榮等[19]則發現在干旱脅迫下，羽茅植株葉片的Fv/Fm值顯著低于對照植株，而感染內生真菌的羽茅植株，其葉片Fv/Fm值高于對照植株，表明內生真菌對維持羽茅植物葉片Fv/Fm值產生有利效應。Fv/F0作為Fv/Fm的另外一種表達方式，在本研究中其變化趨勢和Fv/Fm一致。本實驗中，aJ4處理、CG2處理和NG6處理的植株其葉片Fv/Fm和Fv/F0值均高于對照苗，說明感染aJ4菌株、CG2菌株和NG6菌株提高了杉木幼苗PSII反應中心的光能轉化效率、內稟潛在活性，從而提高了光能向化學能轉換的速率和效率，為碳同化提供更充足的能量，有利于改善葉片的光合功能和提高光合速率。為了更全面了解內生真菌對杉木幼苗生長的影響，本實驗設定了淋冠施菌和澆根施菌2種不同的施菌方式。試驗結果表明不同菌株在2種不同施菌方式下表現各異，個別菌株對試驗苗葉綠素熒光參數的影響表現為澆根施菌方式優于淋冠施菌方式，但數據分析表明，總體上施菌方式的不同對杉木幼苗生長及葉綠素熒光特性的影響差異不顯著，產生這種現象的原因可能是同一菌株在同一宿主植物內定殖規律相同，不同施菌方式只影響內生真菌與宿主植物共生關系建立的過程，而對內生真菌通過其對宿主植物的促進作用改善植物生長的機理無顯著影響。

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作者：徐歡 徐彩瑤 林勇明 吳承禎 李鍵 洪偉 謝安強 林晗 單位：福建農林大學林學院 福建省高校森林生態系統經營與過程重點實驗室 南京大學地理與海洋科學學院 武夷學院