菌根真菌和白三葉對(duì)枳碳水化合物積累的影響

向嫘

長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025；長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所，湖北 荊州 434025

陳新

(長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025)

劉春艷，吳強(qiáng)盛

長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025；長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所，湖北 荊州 434025

菌根真菌和白三葉對(duì)枳碳水化合物積累的影響

向嫘

長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025；長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所，湖北 荊州 434025

陳新

(長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025)

劉春艷，吳強(qiáng)盛

長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025；長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所，湖北 荊州 434025

[摘要]以枳實(shí)生苗為試材，研究了叢枝菌根真菌Rhizoglomus intraradices和白三葉(Trifolium repens)對(duì)其葉片和根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量的影響。結(jié)果顯示，白三葉顯著地提高了枳實(shí)生苗菌根侵染率。接種菌根真菌可顯著提高枳和白三葉葉片葡萄糖、果糖和蔗糖含量，而降低了枳根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量，對(duì)白三葉根系碳水化合物含量沒有顯著影響；單獨(dú)的白三葉處理對(duì)枳根系果糖和蔗糖含量以及葉片蔗糖和葡萄糖含量有促進(jìn)作用；同時(shí)，菌根真菌接種和白三葉處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系碳水化合物含量有明顯地促進(jìn)效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞]叢枝菌根真菌；枳(Poncirus trifoliata)；白三葉(Trifolium repens)；葡萄糖；蔗糖

叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)能與80%陸生植物根系形成一種互利共生體——叢枝菌根(arbuscular mycorrhizas,AMs)。由于AMF是一種完全共生型真菌，自身不能制造碳水化合物，在促進(jìn)宿主植物生長的同時(shí)，完全依賴宿主植物提供光合碳水化合物[1]。通常柑橘是淺根性植物，根毛數(shù)量少，主要依靠AMs的發(fā)達(dá)根外菌絲從土壤中吸收礦質(zhì)養(yǎng)分和水分[2]。在同一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，一種植物的根系被AMF侵染后，形成的發(fā)達(dá)根外菌絲同時(shí)能夠侵染相鄰的不同的植物種類或相同植物種類，從而在2個(gè)植物間形成菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)[3]，該網(wǎng)絡(luò)可作為地下營養(yǎng)物質(zhì)和信號(hào)傳導(dǎo)的通道[4,5]，并在水分和礦質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)與重新分布、植物之間競爭等方面發(fā)揮著重要的調(diào)控效應(yīng)[6,7]。

生草栽培是柑橘園土壤管理的一種重要的模式，通常白三葉被用作生草植物，它可以改善果園小氣候，與土壤中根瘤菌共生固氮，與柑橘樹建立菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)，以保持良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、促進(jìn)柑橘樹體對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[8]。此外，白三葉也用于AMF的繁殖宿主。研究已經(jīng)證實(shí)，接種AMF可促進(jìn)白三葉生長和其可溶性糖含量增加，也促進(jìn)柑橘生長和果汁中可溶性糖的含量[9,10]。但是，在生草栽培條件下，AMs—柑橘—白三葉的共生體系中的碳水化合物變化還沒有相關(guān)研究。

鑒于此，本研究采用選用Rhizoglomusintraradices為AMF材料，白三葉(Trifoliumrepens)為生草植物，分析枳(PoncirustrifoliataL.Raf)實(shí)生苗根系、葉片中蔗糖、果糖、葡萄糖含量變化，以為進(jìn)一步研究柑橘園生草栽培提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以75%酒精消毒枳種子10min，播種于經(jīng)高壓蒸汽滅菌處理的河沙中，在27/20°C(晝/夜)、740μmol/(m2·s)光量子密度、相對(duì)濕度80%的光照培養(yǎng)箱中催芽。選取無菌根的4葉齡枳實(shí)生苗移栽于塑料盆(11.5cm×8.5cm×14cm)中。在移栽的時(shí)候，Rhizoglomusintraradices的1300孢子與2.0 kg的栽培基質(zhì)均勻地混合。不接種AMF的處理選用等量滅菌的接種體代替。移栽后3周，在枳實(shí)生苗根圍播種15粒白三葉種子，1周后間苗至10株白三葉/盆。試驗(yàn)材料擺放在長江大學(xué)盆景園玻璃溫室內(nèi)。試驗(yàn)于2014年4月2日開始，2014年8月13日結(jié)束。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用2×2雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)：AMF接種處理包括接種R.intraradices(+AMF)和不接種R.intraradices(-AMF)2個(gè)處理；白三葉處理分別為栽培白三葉(+WC)和不栽培白三葉(-WC)。試驗(yàn)共4個(gè)處理，分別是：(1)不接種AMF，也不栽培白三葉(-AMF-WC)；(2)接種AMF而不栽培白三葉(+AMF-WC)；(3)不接種AMF，但栽培白三葉(-AMF+WC)；(4)接種AMF，也栽培白三葉(+AMF+WC)。每個(gè)處理重復(fù)4次，共16盆，隨機(jī)排列。

1.3測(cè)定方法

在接種處理133d后結(jié)束處理，收獲植株。將枳實(shí)生苗和白三葉分成地上部和地下部，于75℃烘干48h，然后研磨，過篩(1mm)。葉片和根系的葡萄糖、果糖和蔗糖采用80%的酒精提取，然后按照Wu等[2]描述的方法進(jìn)行。

根系菌根侵染率采用曲利苯藍(lán)染色法[11]測(cè)定。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SAS(8.1)軟件的ANOVA對(duì)試驗(yàn)處理間進(jìn)行差異性測(cè)驗(yàn)，采用鄧肯新復(fù)極差法(P<0.05)進(jìn)行多重比較分析。

我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使高校的管理體制也從之前的以管為主逐漸向服務(wù)型管理模式轉(zhuǎn)變，但是，高校的很多管理體制仍舊存在較多的漏洞和弊端，這些問題的出現(xiàn)很難滿足新時(shí)代學(xué)生的管理需求。

2結(jié)果與分析

2.1白三葉對(duì)枳實(shí)生苗菌根侵染率的影響

不栽培白三葉的菌根化枳實(shí)生苗根系菌根侵染率為(45.0±5.5)%，菌根化根圍栽培白三葉后枳根系菌根侵染率達(dá)到(64.3±7.4)%，兩者間存在顯著差異(P<0.05)。說明白三葉顯著地促進(jìn)了AMF對(duì)枳根系的侵染。

2.2不同處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系葡萄糖含量的影響

不同字母(a、b、c)表示不同處理之間差異顯著。圖2、圖3同。圖1　AMF和白三葉對(duì)枳實(shí)生苗根系和葉片中葡萄糖含量的影響

圖1顯示，與-AMF-WC處理相比較，-AMF+WC處理顯著地改變根系葡萄糖含量，+AMF+WC處理和+AMF-WC顯著地降低了根系葡萄糖含量，分別降低14%和21%。在葉片上，與-AMF-WC處理相比較，-AMF+WC、+AMF-WC和+AMF+WC處理均顯著地提高枳葉片葡萄糖含量，分別提高了21%、21%和42%。

2.3不同處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系果糖含量的影響

圖2　AMF和白三葉對(duì)枳實(shí)生苗根系和葉片中果糖含量的影響

圖3　AMF和白三葉對(duì)枳實(shí)生苗根系和葉片中蔗糖含量的影響

各處理的枳根系和葉片果糖含量見圖2。與-AMF-WC處理相比較，+AMF+WC處理顯著地增加了枳實(shí)生苗葉片和根系果糖含量，分別增加17%和96%；-AMF+WC 處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片果糖含量沒有顯著影響，但顯著地增加了根系果糖含量，達(dá)55%；+AMF-WC處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片果糖含量也沒有顯著的影響，但顯著地抑制了根系果糖含量，達(dá)63%。

2.4不同處理對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系蔗糖含量的影響

各處理對(duì)枳實(shí)生苗根系和葉片蔗糖含量的影響見圖3。與-AMF-WC處理相比較，+AMF+WC處理顯著提高了枳實(shí)生苗葉片和根系蔗糖含量，分別增加了67%和82%；-AMF+WC處理也對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系蔗糖含量有顯著地增加效應(yīng)，分別提高了42%和25%； +AMF-WC處理顯著提高了枳實(shí)生苗葉片蔗糖含量(22%)，而顯著降低枳實(shí)生苗根系蔗糖含量(65%)。

不同字母(a、 b、 c)表示兩處理間差異顯著；不同字母(x、y、 z)表示同一處理間不同碳水化合物含量差異顯著。圖5同。圖4　AMF接種對(duì)白三葉葉片碳水化合物含量的影響

圖5　AMF接種對(duì)白三葉根系碳水化合物含量的影響

2.5AMF接種對(duì)白三葉碳水化合物含量的影響

4個(gè)處理中，只有+AMF+WC和-AMF+WC處理中有白三葉栽培，其他2個(gè)處理沒有定植白三葉。因此，白三葉碳水化合物含量只測(cè)定了+AMF+WC和-AMF+WC處理的植物。結(jié)果顯示，AMF接種對(duì)白三葉葉片葡萄糖、果糖和蔗糖含量沒有顯著的影響(圖4)，但顯著地增加了白三葉根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量(圖5)。

3討論

本研究結(jié)果表明，白三葉對(duì)枳實(shí)生苗葉片和根系碳水化合物含量有一定的促進(jìn)作用，這與吳強(qiáng)盛等[9]的研究結(jié)果一致。原因可能是白三葉為豆科作物，具有固氮作用，對(duì)枳實(shí)生苗碳水化合物具有一定促進(jìn)作用。此外，白三葉也刺激了枳根系菌根侵染，導(dǎo)致了枳實(shí)生苗自身能夠更多地從根圍吸收水分和養(yǎng)分，從而更有利于宿主植物枳碳水化合物的合成。本研究結(jié)果還表明，+AMF-WC處理可明顯地促進(jìn)枳實(shí)生苗葉片葡萄糖、果糖、蔗糖含量的積累，但這種促進(jìn)效應(yīng)在根系中消失，表現(xiàn)為抑制作用，這與鄒英寧等[12]的研究結(jié)果相似，可能是根系中存在著一個(gè)“菌根碳庫”，AMF的自身發(fā)育需要從根系中吸收碳水化合物，導(dǎo)致許多的根系碳水化合物被分解，供AMF吸收，從而降低了根系碳水化合物含量。在這個(gè)過程中，AMF主要吸收根系的葡萄糖，然而宿主植物為了維持其正常的葡萄糖濃度，將促使宿主植物根系蔗糖分解為葡萄糖[13]，導(dǎo)致本研究中+AMF-WC處理對(duì)枳根系蔗糖含量的降低效應(yīng)要更高于根系葡萄糖。在本研究中，+AMF+WC處理對(duì)枳實(shí)生苗根系和葉片葡萄糖、果糖和蔗糖含量具有顯著的促進(jìn)作用，其根系蔗糖含量比-AMF-WC處理的大約增加了1倍。這可能是由于接種AMF和栽培白三葉促進(jìn)了枳實(shí)生苗根系生長，提高了葉片的光合作用，從而使得宿主植物碳水化合物通過長距離運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)到根部。另一方面可能是由于菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)的作用，它能夠同時(shí)消耗枳實(shí)生苗和白三葉的根部碳水化合物，從而導(dǎo)致枳實(shí)生苗根系碳水化合物維持一個(gè)較高的水平。

本研究結(jié)果表明，AMF接種對(duì)白三葉葉片葡萄糖、果糖和蔗糖含量沒有顯著地影響，但顯著地增加了根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量。前人研究結(jié)果表明，AMF誘導(dǎo)的菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)參與了植物間碳的轉(zhuǎn)運(yùn)[3]。因此，更高的白三葉根系碳水化合物含量將有利于菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)在白三葉和枳實(shí)生苗之間進(jìn)行碳的轉(zhuǎn)移。。

總之，在柑橘園進(jìn)行AMF接種和白三葉生草有利于柑橘樹的菌根侵染，且可以促進(jìn)柑橘根系碳水化合物含量的積累，并存在白三葉根部碳水化合物經(jīng)過菌根菌絲網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移到柑橘樹根系中的可能性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Smith S E,Read D J.Mycorrhizal symbiosi [M].London:Academic Press,2008.

[2] Wu Q S,Srivastava A K,Li Y.Effect of mycorrhizal symbiosis on growth behavior and carbohdyrate metabolism of trifoliate orange under different substrate P levels [J].Journal of Plant Growth Regulation,2015,34:495～508.

[3] Zhang Z Z,Lou Y G,Deng D J,etal.Effects of common mycorrhizal network on plant carbohydrates and soil properties in trifoliate orange-white clover association [J].PLoS ONE,2015,10:e0142371.

[4] Voets L,De La Providencia I E,Declerck S.GlomeraceaeandGigasporaceaediffer in their ability to form mycelium networks [J].New Phytologist,2006,172:185～188.

[5]趙第錕，張瑞萍，任麗軒，等.旱作水稻西瓜間叢枝菌根菌絲橋誘導(dǎo)水稻磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)及對(duì)磷吸收的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2012，49(2):339～345.

[6]Voets L,Goubau I,Olsson PA,etal.Absence of carbon transfer betweenMedicagotrmacatulaplants linked by a mycorrhizal network,demonstrated in an experimental microcosm [J].FEMS Microbiology Ecology,2008,65:350～360.

[7]張貴啟，王曉娟.AM真菌與植物種內(nèi)競爭的互作效應(yīng)[J].草業(yè)科學(xué)，2009，26(7):115～121.

[8] Srivastava A K,Singh S,Marathe R A.Organic citrus:Soil fertility and Plant nutrition[J].Journal of Sustainable Agriculture,2002,19:5～29.

[9]吳強(qiáng)盛，袁芳英，費(fèi)永俊，等.叢枝菌根真菌對(duì)白三葉根系構(gòu)型和糖活性的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23(1):199～204.

[10] 姚青，李道高，石井孝昭.VA菌根真菌對(duì)柑橘果汁成分和果皮著色的影響[J].果樹科學(xué)，1999,16(1):38～42.

[11] Phillips J M,Hayman D S.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection [J].Trans Br Mycol Soc,1970,55:158～161.

[12] 鄒英寧，吳強(qiáng)盛，李艷，等.叢枝菌根真菌對(duì)枳根系形態(tài)和蔗糖、葡萄糖含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25(4):1125～1129.

[13] Wu Q S,Lou Y G,Li Y.Plant growth and tissue sucrose metabolism in the system of trifoliate orange and arbuscular mycorrhizal fungi [J].Scientia Horticulturae,2015,181:189～193.

[收稿日期]2016-01-07

[基金項(xiàng)目]長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所開放基金項(xiàng)目(R201401)。

[作者簡介]向嫘(1987-)，女，碩士生，研究方向?yàn)榫怼Ｍㄐ抛髡撸簠菑?qiáng)盛，wuqiangsh@163.com。

[中圖分類號(hào)]S666

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)15-0049-04

[引著格式]向嫘，陳新，劉春艷，等.菌根真菌和白三葉對(duì)枳碳水化合物積累的影響[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2016，13(15)：49～52,68.