摩西球囊霉與伯樂(lè)樹的共生效應(yīng)研究

喬 琦，郭幸飛，邢福武，陳紅鋒，王發(fā)國(guó)，劉東明

（1. 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003；2. 中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650）

摩西球囊霉與伯樂(lè)樹的共生效應(yīng)研究

喬 琦1,2，郭幸飛1，邢福武2，陳紅鋒2，王發(fā)國(guó)2，劉東明2

（1. 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003；2. 中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650）

選用叢枝菌根（AM）真菌摩西球囊霉（Glomus eburneun）對(duì)伯樂(lè)樹種子（Bretschneidera sinensis）進(jìn)行接種，以未經(jīng)真菌處理的種子為對(duì)照，當(dāng)種子萌發(fā)并長(zhǎng)成幼苗8周后，分別測(cè)定兩組不同處理下幼苗葉片的生理指標(biāo)（SOD酶活性、可溶性糖含量、葉綠素含量、水含量）和形態(tài)學(xué)指標(biāo)（平均苗高、平均地徑、平均葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)），以探求有利于伯樂(lè)樹栽培的生長(zhǎng)條件。結(jié)果表明：經(jīng)AM處理后SOD活性有所增強(qiáng)，而可溶性糖含量、葉綠素含量與水含量則明顯增加；接種過(guò)的幼苗的平均苗高、地徑、葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)以及成活率均明顯優(yōu)于對(duì)照組；綜上說(shuō)明，AM真菌摩西球囊霉對(duì)伯樂(lè)樹的生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用。

伯樂(lè)樹；摩西球囊霉；共生

伯樂(lè)樹（Bretschneidera sinensis），又名鐘萼木，單種科植物，是以我國(guó)為分布中心的東亞植物區(qū)系的特有成分，作為笫三紀(jì)古熱帶植物區(qū)系的孑遺種，在研究被子植物的系統(tǒng)發(fā)育和古地理、古氣候等方面都有重要的科學(xué)價(jià)值[1~2]。該種零星分布在長(zhǎng)江以南各省區(qū)的山區(qū)地帶，因長(zhǎng)期以來(lái)生境破壞嚴(yán)重，現(xiàn)有母樹資源稀少，結(jié)實(shí)率低，天然更新困難，處于珍稀瀕危的境地，被列為瀕危植物[3]、國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物[4]和國(guó)家一級(jí)珍貴樹種[5]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于伯樂(lè)樹的研究報(bào)道目前限于系統(tǒng)發(fā)育[6~10]、播種繁殖[11~12]、組織培養(yǎng)[13]和物候特征[14]等方面。喬琦等[15~16]采用石蠟切片、整體封片、掃描電鏡和激光共聚焦掃描等技術(shù)研究其根的表面特征和形態(tài)結(jié)構(gòu)，從生態(tài)解剖學(xué)角度揭示其對(duì)生境的適應(yīng)和特殊要求，結(jié)果顯示：伯樂(lè)樹作為特殊的菌根型木本植物，根尖表面少見(jiàn)根毛分化；初生結(jié)構(gòu)包括表皮、皮層和中柱三部分，系原始的發(fā)育類型，菌根菌以單菌絲或菌絲網(wǎng)侵入根表皮，可刺激表皮分泌沉積較厚的無(wú)定形物質(zhì)，入侵后可在皮層間隙內(nèi)大量分枝，還能進(jìn)一步形成泡囊結(jié)構(gòu)；菌根菌在寄主細(xì)胞內(nèi)常包圍在淀粉粒的周圍吸收營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)部分菌絲在細(xì)胞內(nèi)被分解形成小泡和碎屑，為寄主細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)以形成共生關(guān)系。

由于伯樂(lè)樹根尖表面少見(jiàn)根毛分化，使其大批幼苗在高溫少雨的夏季極易死亡，成為其瀕危的主要原因之一[17]，因此幼苗對(duì)生境有著特殊的要求。如果叢枝菌根(AM)真菌可以和伯樂(lè)樹形成共生關(guān)系，不但可以擴(kuò)大根系的吸收范圍，提高從土壤溶液中吸收無(wú)機(jī)養(yǎng)料的能力和效率，還能吸收和轉(zhuǎn)化根部的光合產(chǎn)物，提高根的新陳代謝率，促進(jìn)其生長(zhǎng)并提高抗逆能力[18]。因此，本實(shí)驗(yàn)采用伯樂(lè)樹原生境普遍存在的摩西球囊霉（Glomus eburneun）接種伯樂(lè)樹，測(cè)定了不同處理下幼苗葉片中的部分生理指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)，以期為該特有珍稀植物的保護(hù)和培育提供基本資料。

1 材料和方法

1.1 材料

2007年 12月期間，采摘來(lái)自廣東省南昆山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的伯樂(lè)樹新鮮種子。用長(zhǎng)枝剪剪取紅色已成熟的蒴果，裝于紙袋中，室溫保存，4 ~ 16 h后蒴果自然開裂，從中取出種子，去除紅色假種皮，4℃下冷藏，3 周以后播種，播種在13 cm×17 cm的栽培塑料袋中，并根據(jù)不同的試驗(yàn)需要移栽幼苗。移栽前完成挖穴，采用穴狀整地方式，大小約為60 cm×60 cm×50 cm。株距和行距均為1 m。

摩西球囊霉（Glomus eburneun），22.25個(gè)孢子/mL菌劑，來(lái)自北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所“叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)（BGC）”，編號(hào)BGCHK02C。從香港紫金花根際分離，用高梁擴(kuò)繁，500g。

1.2 方法

先將100粒伯樂(lè)樹種子在4℃濕砂貯藏4周后取出，分為兩組，一組用真菌處理，采用層播法接種伯樂(lè)樹種子，接種劑為高梁繁殖的土沙混合物，內(nèi)含供試菌種孢子、被侵染根段及根外菌絲。另一組不做任何處理，種植在砂土混合物中，其它生長(zhǎng)條件相同，期間隔日澆水和觀察生長(zhǎng)情況。

8 周后，分別剪取兩種不同處理下的伯樂(lè)樹苗樹葉適量，采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法[19]測(cè)量葉片的SOD酶活性；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量；另外采用常規(guī)植物生理學(xué)方法[20]測(cè)定其葉綠素含量、水含量以及樹苗的各項(xiàng)形態(tài)學(xué)指標(biāo)（比葉面積，平均地徑，平均苗高，側(cè)枝數(shù)，平均葉片數(shù)），并結(jié)合幼苗的成活率，來(lái)衡量菌根對(duì)其生長(zhǎng)狀況的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 有無(wú)菌根對(duì)伯樂(lè)樹葉片SOD酶活性的影響

依據(jù)超氧物歧化酶抑制氮藍(lán)四唑（NBT）在光下的還原作用來(lái)確定酶活性大小，并比較不同處理間的差異。一個(gè)酶活性單位定義為將NBT的還原抑制到對(duì)照一半（50%）時(shí)所需的酶量。SOD總活性以1g鮮重酶單位表示。測(cè)定結(jié)果及不同處理間的顯著性差異見(jiàn)表1。

表1 不同處理伯樂(lè)樹幼苗葉中SOD酶活性Table 1 SOD activity in leaves of B. sinensis under different treatments

2.2 有無(wú)菌根對(duì)伯樂(lè)樹葉片可溶性糖含量的影響

采用蒽酮法測(cè)定不同處理下的幼苗樹葉中可溶性糖含量，并比較不同處理間的差異。測(cè)定結(jié)果及差異顯著性見(jiàn)表2。

表2 不同處理下伯樂(lè)樹幼苗葉片內(nèi)的可溶性糖含量Table 2 The content of soluble sugar in leaves of B. sinensis under different treatments

由表2可知，經(jīng)叢枝菌根真菌處理過(guò)的伯樂(lè)樹幼苗葉片的可溶性糖含量高于無(wú)菌根處理的伯樂(lè)樹，并達(dá)到極顯著水平。

2.3 有無(wú)菌根對(duì)伯樂(lè)樹葉片光合色素含量的影響

根據(jù)葉綠色素在特定提取溶液中對(duì)特定波長(zhǎng)的光有最大吸收，用分光光度計(jì)測(cè)定在該波長(zhǎng)下葉綠素溶液的吸光度（也稱為光密度），再根據(jù)葉綠素在該波長(zhǎng)下的吸收系數(shù)即可計(jì)算葉綠素含量。在同樣條件下分別測(cè)定不同處理的伯樂(lè)樹幼苗葉片的葉綠素a，b含量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同處理伯樂(lè)樹幼苗葉片中葉綠素a, b含量Table 3 Chlorophyll content in leaves of B. sinensis under different treatments

由表3可見(jiàn)，經(jīng)AM處理的伯樂(lè)樹幼苗葉片中的葉綠素a，葉綠素b以及葉綠素a＋b的含量均高于未經(jīng)菌根處理的伯樂(lè)樹。這說(shuō)明菌根對(duì)于伯樂(lè)樹幼苗的光合作用具有一定的促進(jìn)作用。

2.4 有無(wú)菌根處理對(duì)伯樂(lè)樹幼苗水含量的影響

分別測(cè)定不同處理伯樂(lè)樹葉片的含水量，飽和含水量，相對(duì)含水量，自由水含量，束縛水含量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，與未經(jīng)G. eburneun處理的伯樂(lè)樹相比，有菌根的伯樂(lè)樹葉片的含水量，飽和含水量，相對(duì)含水量，自由水含量均有所增加，束縛水含量降低，其束縛水含量與自由水含量的比值比無(wú)菌根伯樂(lè)樹明顯降低了54.8%。

表4 不同處理伯樂(lè)樹幼苗葉片的水含量Table 4 Water content in leaves of B. sinensis under different treatments

2.5 有無(wú)菌根處理對(duì)伯樂(lè)樹幼苗形態(tài)學(xué)指標(biāo)的影響

分別測(cè)定不同處理的伯樂(lè)樹幼苗的平均苗高，平均地徑，平均葉片數(shù)，側(cè)枝數(shù)，并計(jì)算幼苗的成活率。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同處理伯樂(lè)樹幼苗的形態(tài)學(xué)指標(biāo)Table 5 Morphology index in leaves of B. sinensis under different treatments

表5中的數(shù)據(jù)顯示，接種G. eburneun可顯著促進(jìn)伯樂(lè)樹幼苗的生長(zhǎng)。接種真菌處理與對(duì)照相比，平均苗高、平均地徑、平均葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)等指標(biāo)均有所增加，并且菌根處理幼苗的成活能力更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)菌根幼苗，成活率達(dá)49%，而無(wú)菌根幼苗的成活率僅有21%。這有力地說(shuō)明菌根的存在對(duì)于伯樂(lè)樹的生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用。

3 討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，AM真菌能提高伯樂(lè)樹抗氧化酶SOD的活性，但差異達(dá)不到顯著水平，這是因?yàn)橹参锟寡趸傅幕钚钥赡苁芏喾N因素調(diào)控[21]。

AM 真菌通過(guò)改善作物的光合參數(shù)提高植株葉片光合速率與光合能力，間接獲得與對(duì)照相比更多的可溶性糖或淀粉等碳水化合物，進(jìn)而改善或促進(jìn)植物的碳素營(yíng)養(yǎng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，接種叢枝菌根真菌能夠明顯提高伯樂(lè)樹幼苗的葉綠素含量，同時(shí)其可溶性糖含量也顯著增高。這與前人的研究結(jié)果相似[22]。

George等[23]發(fā)現(xiàn)菌根對(duì)水流經(jīng)土壤—植物—大氣連續(xù)有正效應(yīng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員普遍認(rèn)為AM真菌能促進(jìn)植物對(duì)水分的吸收利用，改善植株的水分代謝，尤其在水分脅迫環(huán)境下，菌株能通過(guò)AM真菌菌絲起橋梁的作用[24]，把根系中難以吸收的土壤水分連接起來(lái)，從而使植株維持較高的蒸騰速率，降低葉面溫度，獲得較非菌根植株更高的光合效率和水分利用率。本試驗(yàn)中，經(jīng)菌根處理的伯樂(lè)樹幼苗葉片的含水量，飽和含水量和相對(duì)含水量均高于無(wú)菌根伯樂(lè)樹，由此可見(jiàn)，AM 真菌能明顯改善伯樂(lè)樹的水分營(yíng)養(yǎng)狀況，菌根植株水分代謝活動(dòng)強(qiáng)于非菌根植株。

從形態(tài)學(xué)角度上分析，菌根能夠明顯促進(jìn)伯樂(lè)樹的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，接種叢枝菌根真菌后，伯樂(lè)樹幼苗的平均苗高，平均地徑，平均葉片數(shù)，側(cè)枝數(shù)均顯著增加，并且幼苗的成活率也得到大幅度的提高，說(shuō)明接種AM真菌可顯著促進(jìn)植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)，可擴(kuò)展其根系吸收范圍，這對(duì)于少見(jiàn)根毛分化的伯樂(lè)樹育苗具有十分重要的意義。本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明菌根化技術(shù)在保護(hù)和促進(jìn)一些瀕危樹種的生長(zhǎng)方面具有廣闊的應(yīng)用潛力，應(yīng)廣泛應(yīng)用于某些瀕危菌根型植物的就地保護(hù)和遷地保育中。但由于本試驗(yàn)只選擇性地測(cè)定了伯樂(lè)樹生長(zhǎng)狀況的部分指標(biāo)，具有一定的局限性，還有待開展更加全面和深入的研究。

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Symbiosis Effect of Glomus eburneun on Seed of Bretschneidera sinensis

QIAO Qi1,2，XING Fu-wu2，CHEN Hong-feng2*，WANG Fa-guo2，LIU Dong-ming2
（1. College of Agriculture, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China; 2. South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China）

Seeds of Bretscheneidera sinensis were inoculated with Glomus eburneun and no treatment as control. Physiological index of seedlings leaves was determined from inoculated seed and the control, including SOD activity, the content of soluble sugar, chlorophyll content and water content. And their morphological index was also measured, including mean seedling height, ground diameter, number of leaf, the number of lateral shoot. The results showed that treated seedlings had better SOD activity, more soluble sugar content, chlorophyll content and water content. Mean height, ground diameter, number of leaf and lateral shoot of treated seedlings were evidently higher than that of the control. The experiments demonstrated that Glomus eburneun could promote the growth of B. sinensis seedlings.

Bretschneidera sinensis; Glomus eburneun; symbiosis

S718.43

A

1001-3776（2015）03-0043-04

2014-08-28；

2015-03-14

國(guó)家自然科學(xué)基金（31170196）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（122102110108）；河南科技大學(xué)校青年科研基金項(xiàng)目（13000707）；河南科技大學(xué)博士科研基金項(xiàng)目（09001495）

喬琦（1971-），女，河南洛陽(yáng)人，副教授，博士，從事保護(hù)生物學(xué)研究。