干旱脅迫下兩種AMF接種對(duì)羊草生理的作用論文
旱災(zāi)因影響面廣、造成經(jīng)濟(jì)損失大等原因被公認(rèn)為世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害類(lèi)型之一[1].我國(guó)為旱災(zāi)頻發(fā)型國(guó)家，特別是2006 - 2010年以來(lái)，已有10余個(gè)省份發(fā)生了較為嚴(yán)重的旱災(zāi)，極大地破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，干旱條件下植物的生長(zhǎng)狀況成為未來(lái)生態(tài)環(huán)境變化趨勢(shì)的決定因素[2].叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF） 是一類(lèi)重要的共生微生物，通過(guò)與宿主植物根系形成互惠共生體而增強(qiáng)植物根系對(duì)水分和礦質(zhì)元素的吸收，進(jìn)而提高宿主植物的抗逆性[3,4].前人在香椿[5]、大豆[6]、柑橘[7]等植物上的研究結(jié)果表明，與未接種叢枝菌根真菌的植株相比，菌根苗在苗高、生物量、植株根系活力、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和積累、植株光和特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此認(rèn)為叢枝菌根真菌接種可以增強(qiáng)植物對(duì)干旱脅迫的抗性。
羊草（Leymus chinensis） 是禾本科多年生草本植物，為典型草原群落的主要建群種之一，具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、耐牧性能好、粗纖維含量低等特點(diǎn)，是控制水土流失以及家畜重要飼料品種。由于近20年來(lái)草地過(guò)度利用導(dǎo)致草原退化嚴(yán)重，羊草作為重要的恢復(fù)植被被廣泛研究利用[8,9].水分因子成為限制羊草生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素之一[10].前人研究干旱條件下羊草生理特性的較多[11 - 14],對(duì)羊草接種AMF的研究主要在生物量、耐牧性等方面，而鮮有生理特性方面的研究[15,16].文中擬通過(guò)對(duì)干旱脅迫條件下兩種AMF接種對(duì)羊草侵染率、生物量、生長(zhǎng)速度、脯氨酸、丙二醛、還原糖等生理指標(biāo)的分析，以期為AMF在羊草抗旱性評(píng)價(jià)、推廣栽培方面提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
1材料與方法
1. 1試驗(yàn)材料
供試羊草為吉生1號(hào)，來(lái)源于吉生羊草種子站。菌劑選擇摩西球囊霉（Glomous mosseae） ,記作G; 地表多抱囊霉（Dive. versiforme） ,記作D; 混合接種摩西球囊霉和地表多抱囊霉，記作E; 同時(shí)設(shè)不接菌空白對(duì)照，記作C.菌種均購(gòu)自北京農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所“叢枝菌根種質(zhì)資源庫(kù)”（BBG）。培養(yǎng)植物用基質(zhì)為河沙，其最大持水量為25:,使用之前高溫高壓（121℃，141k Pa） 滅菌20min,以確保基質(zhì)中不含任何土著AMF.
1. 2試驗(yàn)方法
播種前對(duì)宿主材料種子進(jìn)行表面消毒、洗凈。培養(yǎng)容器為內(nèi)徑16cm、深14cm的聚乙烯塑料花盆，在裝基質(zhì)前內(nèi)襯塑料袋。播種之前用0. 5:的高錳酸鉀溶液浸泡1h,用自來(lái)水沖洗干凈。試驗(yàn)設(shè)有4個(gè)處理，分別為C、G、D、E,播種于含有5g菌劑的花盆中后澆透，不接菌空白對(duì)照加入等量的烘干的基質(zhì)。45d后進(jìn)行試驗(yàn)，除正常水分外設(shè)4個(gè)干旱梯度，分別為干旱2d、4d、6d、8d.進(jìn)行測(cè)定前，顯微鏡下觀察各個(gè)處理，確定其已經(jīng)或并未被侵染，并對(duì)菌根侵染率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[17].羊草生物量，采用稱(chēng)重法； 生長(zhǎng)速度在干旱開(kāi)始后每10d測(cè)量一次植株高度，每盆10株； 脯氨酸含量用酸性茚三酮法測(cè)定[18]; 丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定[19]; 還原糖含量采用蒽酮法測(cè)定[20],試驗(yàn)重復(fù)3次。
1. 3數(shù)據(jù)分析
用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及初步分析，SAS 9. 0進(jìn)行方差分析，隸屬函數(shù)法對(duì)不同處理羊草的抗旱性進(jìn)行排序。
2結(jié)果與分析
2. 1 AMF對(duì)羊草根系的菌根侵染結(jié)果
AMF對(duì)羊草根系形成了有效侵染，并且菌根侵染情況有所差異，其中G菌根侵染率為17:;D菌根侵染率達(dá)到56:;E菌根侵染率為50:;C未接菌對(duì)照沒(méi)有菌根侵染。
2. 2干旱脅迫下羊草菌根苗生物量的變化
生物量是植物在特定條件下的生長(zhǎng)情況的綜合表現(xiàn)。無(wú)論正常、干旱條件下，未接種處理生物量始終為4個(gè)處理中的最低水平（ 圖1）。正常水分下D處理羊草地下部生物量顯著高于C與E處理，而接種AMF的地上部生物量顯著高于未接種羊草（P < 0. 05）。干旱8d后，所有處理地上部、地下部生物量均增加，未接種處理的地上部、地下部生物量處于最低水平，且顯著低于接種E型菌生物量（P< 0. 05）。
2. 3干旱脅迫下羊草菌根苗生長(zhǎng)速度的變化
隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，羊草生長(zhǎng)速度下降（ 圖2） ,干旱0 - 10d,接種AMF的處理均顯著高于未接種處理羊草的生長(zhǎng)速度（P< 0. 05） ,其 中 最 高 的 是G處 理，值 為3.12mm / d.干旱10 - 30d,羊草生長(zhǎng)速度由低到高均為D > E > G > C,且D處理顯著高于C處理（P < 0. 05）。干旱后期，C處理基本停止生長(zhǎng)。
2. 4干旱脅迫下羊草葉片脯氨酸含量變化
羊草葉片脯氨酸含量由正常水分條件下的不足50μmol/g增加到干旱8d的600μmol/g以上，增加了10倍（ 圖3）。正常水分條件下，未接種AMF羊草葉片脯氨酸含量低于接種的處理，且E處理顯著高于其他3個(gè)處理的脯氨酸含量（P < 0. 05）。干旱2d,羊草葉片脯氨酸含量明顯升高，D、G處理顯著高于未接種處理的脯氨酸含量（P < 0. 05）。干旱4d,G處理脯氨酸含量顯著高于E、C處理（P < 0. 05）。干旱6d,C處理脯氨酸含量低于另外3個(gè)處理，無(wú)顯著差異。干旱8d,接種AMF的3個(gè)處理脯氨酸含量均高于C處理，且D、E顯著高于C處理（P < 0. 05）。
2. 5干旱脅迫下羊草葉片丙二醛含量的變化
隨著干旱時(shí)間延長(zhǎng)，羊草葉片丙二醛含量持續(xù)增加（ 圖4） ,從 開(kāi) 始 不 足40mmol/g增 加 到120mmol / g以上。正常水分條件下C處理羊草丙二醛含量顯著高于另外3個(gè)處理材料（P < 0. 05）。在干旱2、4和8d時(shí)，C處理丙二醛含量始終高于另外3個(gè)處理，但僅有D處理與其出現(xiàn)顯著差異（P < 0. 05） ,含量分別為38mmol/g、50mmol / g、81mmol / g.干旱6d時(shí)，C處理顯著高于其他3個(gè)處理（P < 0. 05） ,其含量為121mmol/g.
2. 6干旱條件下羊草葉片可溶性糖含量的變化
干旱脅迫下，羊草可溶性糖含量整體呈現(xiàn)出升高后降低的趨勢(shì)（ 圖5）。正常水分條件下，4個(gè)處理對(duì)羊草葉片可溶性糖含量差異顯著 （P < 0. 05）。干旱2d,C、E處理的可溶性糖含量顯著低于G、D處理，其中最低的`是C處理，值為7. 4:,最高為G處理，值為10. 5: .干旱4d,3個(gè)接種AMF的處理可溶性糖含量均在15:左右，顯著高于 未接 種 處理，值為11:（P < 0.05）。干旱6d,C處理羊草葉片可溶性糖含量升高不明顯，且顯著低于另外3個(gè)處理（P < 0. 05） ,在接種AMF的3個(gè)處理中，D顯著高于E處理的可溶性糖含量（P < 0. 05） ,最高值較最低值高出13: .干旱8d,4個(gè)處理比干旱6d的可溶性糖含量降低了59:,G、D處理顯著高于C處理（P < 0. 05）。
2. 7菌劑接種效果綜合評(píng)估
不同AMF接種對(duì)羊草抗旱性的影響有差異，通過(guò)隸屬函數(shù)法對(duì)4個(gè)處理的3個(gè)指標(biāo)（ 相同干旱梯度） 進(jìn)行分析并排序，結(jié)果表明（ 表1） ,抗旱性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篋 > E > G > C.
3討論
生物量是體現(xiàn)植物抗旱性的最直觀表現(xiàn)形式，成為評(píng)價(jià)植物抗旱性的可靠標(biāo)準(zhǔn)。賀學(xué)禮、劉婷等研究AMF對(duì)民勤絹蒿以及楊樹(shù)幼苗的生長(zhǎng)狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)AMF接種菌提高了其生物量[21,22].本試驗(yàn)中，接種AMF羊草的生物量顯著高于未接種處理，說(shuō)明相同干旱條件下接種AMF能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。菌劑間也表現(xiàn)出了一定的差異，可能是由于不同類(lèi)型的菌種與宿主植物的親和性不同，這與李重祥在紫花苜蓿上的研究一致[23].生長(zhǎng)速度是植物在一定時(shí)間內(nèi)幼苗生長(zhǎng)狀況的表達(dá)，在干旱脅迫下保證較高的生長(zhǎng)速度可維持植物的正常生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中接種AMF的羊草生長(zhǎng)速度高于未接種苜蓿，說(shuō)明接種AMF后有利于羊草的生長(zhǎng)，且與侵染率呈正相關(guān)。
植物受到干旱脅迫時(shí)，會(huì)加速一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累來(lái)保證宿主植物在干旱脅迫下仍能正常的生長(zhǎng)。脯氨酸是植物在逆境脅迫下積累的最有效的無(wú)毒滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其作用主要是保持原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡，增加蛋白可溶性，保證膜結(jié)構(gòu)的完整。可用植物組織中脯氨酸含量來(lái)推斷植物的抗逆性強(qiáng)弱[24 - 27],逆境條件下其積累量高表明該植物調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，抗逆性強(qiáng)。試驗(yàn)中，干旱脅迫促進(jìn)了羊草脯氨酸的合成，與其他處理相比D、E處理下的脯氨酸處于較高水平，表明這兩個(gè)處理具有較強(qiáng)的抗旱性。同時(shí)在干旱情況下，植物積累大量的可溶性還原糖，降低細(xì)胞水勢(shì)，增大細(xì)胞內(nèi)外滲透勢(shì)差，使得外界水分有利于向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)增，進(jìn)而維持植株的生長(zhǎng)[28].對(duì)不同根型苜蓿苗期干旱脅迫下的生理分析試驗(yàn)表明[29],可溶性糖含量隨干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而增多，這與本試驗(yàn)結(jié)論基本一致。而本試驗(yàn)中干旱2 ~ 6d時(shí)可溶性糖含量呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，干旱8d時(shí)，可溶性糖含量下降，原因可能為干旱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，羊草幼苗出現(xiàn)膜系統(tǒng)的破壞，甚至已經(jīng)死亡。其中未接種AMF的羊草可溶性糖含量下降最快，顯著低于G、D處理，表明接種AMF可提高羊草可溶性糖的積累，而E處理與C處理并未出現(xiàn)顯著差異，可能由于不同菌株對(duì)于干旱脅迫的適應(yīng)性不同[30].
植物受到干旱脅迫因失水而影響到正常的生理代謝過(guò)程，而MDA是膜質(zhì)氧化降解的主要產(chǎn)物，有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，破壞生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，因此，其含量可作為植物膜損傷的指標(biāo)，來(lái)鑒別植物抗逆性的強(qiáng)弱[31,32].本試驗(yàn)中丙二醛含量隨著干旱脅迫增強(qiáng)而呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，這與范英杰[33]、張永峰等[34]人研究一致，并且接種AMF的羊草丙二醛含量低于未接種羊草，表明接種AMF后能夠減少干旱脅迫帶來(lái)的膜系統(tǒng)的損傷，這與秦子?jì)沟热嗽诟珊得{迫下叢枝菌根對(duì)玉米生理生化特性的影響中的研究結(jié)果一致[35].
4結(jié)論
在干旱脅迫下，羊草生物量變化表明接種AMF的3個(gè)處理差異并不顯著，但總體生物量較高的是混合接種處理； 生長(zhǎng)速度差異不顯著，總體生長(zhǎng)速度情況表明D處理在干旱脅迫下受到影響較小。
在干旱脅迫下，接種AMF后，脯氨酸、可溶性還原糖含量顯著升高，且丙二醛含量低于未接種處理，說(shuō)明接種AMF對(duì)羊草的抗旱能力有一定的促進(jìn)作用。在相同干旱梯度下，菌劑接種效果綜合評(píng)估結(jié)果表明，本研究中利用AMF接種增強(qiáng)羊草的抗旱性，應(yīng)優(yōu)先選擇D處理，即地表多抱囊霉（D. versiforme） 接種，其次為摩西球囊霉（G. mosseae） 和地表多抱囊霉混合接種。
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