叢枝菌根真菌對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)與繁殖的影響

宋潔蕾， 李 勝， 林 瑩， 羅石文， 段艷茹， 桂富榮,3*

1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,云南省生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650201; 2廣西田園生化股份有限公司,廣西 南寧 530007； 3云南省高原特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院,云南 昆明 650201

紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Sprengel) R. K. H.是一種繁殖能力強(qiáng)、具群居性、生態(tài)適應(yīng)性廣、利用價(jià)值低、生長(zhǎng)速度快的世界性惡性入侵雜草(尹俊，2006)，也是我國(guó)外來(lái)入侵物種中危害最嚴(yán)重的物種之一(強(qiáng)勝，1998)。紫莖澤蘭原產(chǎn)于中美洲的墨西哥與哥斯達(dá)黎加地區(qū)，后作為園林植物被帶入歐洲，隨后又被作為觀賞植物引入澳洲和亞洲，之后迅速擴(kuò)散蔓延，現(xiàn)在在熱帶和亞熱帶的30多個(gè)國(guó)家與地區(qū)廣泛分布(萬(wàn)方浩等，2011)。紫莖澤蘭大約于20世紀(jì)40年代從中緬邊境侵入我國(guó)云南，現(xiàn)已廣泛分布在我國(guó)長(zhǎng)江以南各地，其中，云南、四川、廣西、貴州、重慶、西藏等地發(fā)生較嚴(yán)重。紫莖澤蘭可以通過(guò)有性和無(wú)性2種方式繁殖，但主要以種子繁殖為主。其種子產(chǎn)量高，一株紫莖澤蘭每年可產(chǎn)3萬(wàn)～4.5萬(wàn)粒種子，瘦果細(xì)小，千粒重僅0.045 g(王銀朝等，2005)，頂端具冠毛，可隨風(fēng)、水流等傳播，萌發(fā)率高(楊蓉西，2003)。紫莖澤蘭目前仍在以每年大約20 km的速度隨季風(fēng)向內(nèi)地?cái)U(kuò)散，嚴(yán)重制約了入侵地的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展，并且對(duì)入侵地的生物多樣性和自然生態(tài)環(huán)境也造成了極大影響(萬(wàn)方浩等，2011)。

目前研究發(fā)現(xiàn)，在外來(lái)植物競(jìng)爭(zhēng)排斥本地植物入侵機(jī)制方面，入侵地的土壤微生物群落在促進(jìn)外來(lái)植物入侵的植物群落演替方面具有重要作用(Callawayetal.，2004; Inderjit & van der Putten，2010)。菌根真菌在高等植物出現(xiàn)以前就已經(jīng)同古老的陸生植物形成共生體。叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)也是最早出現(xiàn)的一類(lèi)菌根類(lèi)型。叢枝菌根是球囊門(mén)真菌侵染植物根系形成的共生體，共生體的形成極大提高了植物對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，在植物物種形成及進(jìn)化的過(guò)程中扮演著重要角色(石兆勇等，2003)。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi，AMF)可以直接吸收或增強(qiáng)寄主植物根系對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，增加植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)酶活性，誘導(dǎo)寄主合成次生代謝物質(zhì)，改變植物內(nèi)源激素平衡情況，進(jìn)而改良植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)和水分狀況，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高植株的抗旱性、抗病性。不僅如此，AMF還可以促進(jìn)植物結(jié)實(shí)量，改善品質(zhì)(李東彥，2007)。

研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭可以通過(guò)改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力來(lái)創(chuàng)造對(duì)自身有利的土壤環(huán)境，從而形成自我促進(jìn)的入侵機(jī)制(李會(huì)娜等，2009； 牛紅榜等，2007; Niuetal.，2007)，但AMF對(duì)紫莖澤蘭的反饋效應(yīng)亟待全面研究(于文清，2012)。本研究采用室內(nèi)盆栽接種方法，通過(guò)測(cè)定分析紫莖澤蘭形態(tài)分化、生物量等指標(biāo)，探索接種AMF對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)、繁殖的影響，以期為利用菌根控制技術(shù)防治紫莖澤蘭提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤：采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山無(wú)紫莖澤蘭和本地雜草生長(zhǎng)的紅壤土，土壤自然風(fēng)干后過(guò)2 mm網(wǎng)篩，經(jīng)高溫高壓滅菌2次(溫度121 ℃、壓力0.14 MPa、時(shí)長(zhǎng)2 h)，7 d后，取部分滅菌后的土壤測(cè)定基本理化性質(zhì)：全氮、全磷和全鉀含量分別為0.34、1.08、5.42 g·kg-1，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為41.03、9.34、171.75 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量8.73 g·kg-1，pH 6.25。另取建筑工地的河沙淘洗干凈、烘干后，采用高溫高壓滅菌2次(溫度121 ℃、壓力0.14 MPa、時(shí)長(zhǎng)2 h)。滅菌的紅壤土與滅菌的河沙2/1(V/V)混合后作為供試土備用。塑料花盆洗凈后，用75%乙醇溶液浸泡消毒后備用。

供試菌種：參考于文清等(2012)、王鵬鵬等(2015)的研究，選用幼套球囊霉GlomusdiaphanumMorton Walker進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。幼套球囊菌購(gòu)自甘肅省武威市林業(yè)綜合服務(wù)中心，以玉米幼苗純化、擴(kuò)繁。

供試植株：紫莖澤蘭種子采自云南省昆明市盤(pán)龍區(qū)茨壩鎮(zhèn)，挑選大小一致、顆粒飽滿的種子，用10% H2O2浸泡10 min，再用無(wú)菌水沖洗數(shù)遍瀝干后備用。滅過(guò)菌的培養(yǎng)土裝至育苗盤(pán)的2/3處，將種子撒播于培養(yǎng)土表面，再均勻覆蓋一層1 cm的培養(yǎng)土，苗期每隔2周澆50% Hoagland營(yíng)養(yǎng)液100 mL。接種實(shí)驗(yàn)時(shí)選用長(zhǎng)勢(shì)一致、株高約10 cm的紫莖澤蘭無(wú)菌苗進(jìn)行移栽。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)處理：將滅過(guò)菌的培養(yǎng)土裝至花盆的2/3處，加入10 g菌劑，再均勻覆蓋一層1 cm的培養(yǎng)土，每盆裝入培養(yǎng)土1 kg。對(duì)照組為添加10 g滅菌的AMF菌劑和經(jīng)微孔無(wú)菌濾膜濾除真菌后的土壤細(xì)菌群落濾液10 mL，其他處理和培養(yǎng)方法與接種處理一致。每個(gè)處理重復(fù)5次，共10盆?；ㄅ桦S機(jī)擺放于溫室中，每隔1周變換一次位置，并補(bǔ)充100 mL Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液，每3 d澆一次無(wú)菌水。

1.3 生長(zhǎng)繁殖指標(biāo)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)于2017年4月7日開(kāi)始，2018年4月30日結(jié)束。紫莖澤蘭生物量的測(cè)定于種子完全成熟后進(jìn)行，從盆中完整地取出紫莖澤蘭，洗去根部泥土，盡量減少細(xì)根的損失，收獲整株。分別測(cè)定株高、葉片數(shù)、總?cè)~面積、節(jié)間距、地徑，并統(tǒng)計(jì)單株花序數(shù)、單花序種子量、種子量、種子千粒重、含水率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)。稱重使用電子天平(精度0.0001 g)；葉面積采用掃描像素法(于守超等，2012)測(cè)定，即用掃描儀掃描葉片后利用Photoshop CS6分析圖片計(jì)算出葉面積并記錄。各指標(biāo)測(cè)定后在105 ℃下殺青處理5 min，置于70 ℃烘箱烘干72 h至恒重，再分別測(cè)定葉、莖、根的干重，計(jì)算生物量(紫莖澤蘭總干重)、根冠比(root mass/crown mass，根干重/地上部干重)、根生物量比(root mass ratio，根重/植株總重)、莖生物量比(stem mass ratio，莖重/植株總重)、葉生物量比(leaf mass ratio，葉重/植株總重)。種子在實(shí)驗(yàn)前用75%酒精消毒15 min，5%次氯酸鈉消毒5 min，滅菌蒸餾水沖洗一遍，將消毒過(guò)的種子放在墊有2層定性濾紙的培養(yǎng)皿中，加適量滅菌蒸餾水，放入預(yù)先設(shè)置好溫度[(27±1) ℃]和濕度[(90±5)%]的光照培養(yǎng)箱中，每日記錄樣品種子的發(fā)芽數(shù)。以胚根沖破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄發(fā)芽種子的數(shù)量(韓利紅等，2010)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，LSD法多重比較分析，對(duì)發(fā)芽率與侵染率數(shù)據(jù)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析。

發(fā)芽勢(shì)/%=前3 d發(fā)芽/總種子數(shù)×100；發(fā)芽勢(shì)是指種子開(kāi)始萌發(fā)后，某天之前所有的種子數(shù)占所測(cè)樣品種子總數(shù)的百分率。

發(fā)芽率/%=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100；發(fā)芽率是指樣品種子測(cè)試結(jié)束時(shí)所有發(fā)芽的種子占樣品種子總數(shù)的百分率。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；Gt為在t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫莖澤蘭的菌根侵染率

對(duì)照組紫莖澤蘭未被AMF侵染，接種處理的紫莖澤蘭生長(zhǎng)一年后菌根侵染率達(dá)89.53%，顯著高于未接種。

2.2 AMF對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)的影響

接種AMF顯著促進(jìn)紫莖澤蘭地上部分生長(zhǎng)(表1)。與對(duì)照相比，接種處理的紫莖澤蘭植株各莖葉生長(zhǎng)指標(biāo)均極顯著增加(P<0.01)；其中，接種處理的紫莖澤蘭株高和莖粗分別是未接種植株的2.63、1.90倍。接種處理的紫莖澤蘭葉片數(shù)、總?cè)~面積、分枝數(shù)和節(jié)間距分別是未接種植株的3.28、4.14、2.71、1.86倍，差異極顯著(P<0.01)。

表1 AMF對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)的影響Table 1 Effect of AMF on growth of A. adenophora

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同大寫(xiě)字母者表示在1%水平上差異極顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different capital letters mean significant differences at 1% level.

2.3 AMF對(duì)紫莖澤蘭干物質(zhì)量及生物量分配的影響

如圖1所示，接種AMF極顯著增加了紫莖澤蘭的生物量積累(P<0.01)。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，接種處理的紫莖澤蘭葉、根、莖器官的干物質(zhì)量分別是對(duì)照組的3.79、6.37、7.42倍，差異極顯著(P<0.01)。接種處理的紫莖澤蘭地上生物量和總生物分別為對(duì)照的6.75、6.53倍。單株干物質(zhì)總積累量，接種植株為16.50 g，對(duì)照植株為2.53 g，干重相差13.97 g。從生物量分配比可以看出(圖2)，接種處理的生物量比，僅莖生物量比高于對(duì)照，差異不顯著(P>0.05)，葉生物量比顯著低于對(duì)照(P<0.05)，根生物量比、根冠比也均低于對(duì)照，但差異不顯著。

2.4 AMF對(duì)紫莖澤蘭花序數(shù)與種子量的影響

與對(duì)照相比，接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭種子產(chǎn)量及種子質(zhì)量。接種AMF后紫莖澤蘭的單株花序數(shù)、單花序種子數(shù)和產(chǎn)籽量為對(duì)照植株的5.03、1.51、7.64倍，差異達(dá)極顯著(P<0.01)。其種子長(zhǎng)度、寬度以及千粒重均顯著高于對(duì)照。通過(guò)測(cè)量種子含水率，接種植株的含水率較未接種植株增加了3.18倍，差異顯著(P<0.05)(表2)。

圖1 AMF對(duì)紫莖澤蘭干物質(zhì)量的影響Fig.1 Effects of AMF on biomass of A. adenophorum不同大寫(xiě)字母者表示在1%水平上差異顯著。The different capital letters mean significant differences at 1% level.

圖2 AMF對(duì)紫莖澤蘭生物量分配的影響Fig.2 Effects of AMF on biomass ratio of A. adenophorum不同小寫(xiě)字母者表示在5%水平上差異顯著。The different small letters mean significant differences at 5% level.

2.5 種子發(fā)芽率等參數(shù)的比較

接種AMF的紫莖澤蘭發(fā)芽率顯著高于未接種。發(fā)芽勢(shì)反應(yīng)的是種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度，接種AMF的種子發(fā)芽勢(shì)達(dá)18.56%，未接種的為3.78% ，顯著高于未接種(P<0.05)。發(fā)芽指數(shù)反應(yīng)的是種子活力，接種AMF的發(fā)芽指數(shù)為43.13，未接種的為15.21，差異極顯著(P<0.01)，說(shuō)明接種過(guò)的種子發(fā)芽速度快，發(fā)芽能力好。

3 討論與結(jié)論

AMF與土壤養(yǎng)分之間存在相互影響的關(guān)系，而紫莖澤蘭的入侵會(huì)改變土壤養(yǎng)分情況(Blank & Young，2002)，如N、P、K的供應(yīng)發(fā)生變化，這種變化必然會(huì)對(duì)本地植物造成傷害，外來(lái)植物由此改變土壤化學(xué)和土壤生態(tài)，創(chuàng)造利于入侵的條件(Annapurna & Singh，2003; Dudaetal.，2003)，增強(qiáng)其擴(kuò)散能力、繁殖能力、競(jìng)爭(zhēng)能力等(萬(wàn)方浩，2015)。

AMF對(duì)紫莖澤蘭的生長(zhǎng)具有極大的促進(jìn)作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種處理植株的株高、葉面積分別是對(duì)照的2.63、4.14倍；接種處理植株顯著增強(qiáng)了紫莖澤蘭的干物質(zhì)量的積累，接種后，其地上部干重、地下部干重與總干重分別是對(duì)照植株的6.75、6.38、6.53倍。

種子萌發(fā)對(duì)物種的更新至關(guān)重要，種子萌發(fā)率會(huì)直接影響一個(gè)物種在一個(gè)種群中所占的數(shù)量和比例(劉志磊等，2006)。AMF可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)(李東彥，2007)，接種AMF可以顯著提高棉花(劉潤(rùn)進(jìn)和沈崇彥，1994)、西瓜(楊興洪和劉潤(rùn)進(jìn)，1994)和柚子(楊曉紅等，2002)等植物的產(chǎn)量和不同部位的生物量。本研究結(jié)果顯示，接種AMF增加了紫莖澤蘭的有性繁殖能力，植株頭狀花序數(shù)、產(chǎn)籽量及種子發(fā)芽能力顯著增高。

表2 AMF對(duì)紫莖澤蘭花序數(shù)及種子量的影響Table 2 Effect of AMF on anthotaxy and seed number of A. adenophora

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同大、小寫(xiě)字母者分別表示在1%、5%水平上差異顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different capital, small letters mean significant differences at 1%, 5% level, respectively.

種子傳播是紫莖澤蘭擴(kuò)散蔓延的主要方式(劉倫輝和劉文耀，1989)。鏟除大面積的植株后，土壤中已有的種子仍會(huì)大量萌發(fā)，而且殘留的少量紫莖澤蘭也能產(chǎn)生大量種子。張麗坤等(2014)研究結(jié)果顯示，紫莖澤蘭的植株高度與種子傳播速度和種子形態(tài)相關(guān)，植株越高，種子傳播的越遠(yuǎn)。紫莖澤蘭接種AMF后，其株高比對(duì)照高63.52 cm。相比于對(duì)照，接種植株的種子借助風(fēng)力或人為因素，能更迅速傳播，且范圍更廣，對(duì)于其建立種群發(fā)揮了重要作用，對(duì)防治工作也帶來(lái)了極大困難。因此，減少紫莖澤蘭結(jié)實(shí)量以減小種子產(chǎn)量和種子發(fā)芽率，被認(rèn)為是有效防控紫莖澤蘭危害和擴(kuò)散蔓延的主要方法之一(李?lèi)?ài)芳等，2006)。是否能夠通過(guò)降低土壤中叢枝菌根含量以降低紫莖澤蘭開(kāi)花結(jié)實(shí)量還有待進(jìn)一步的研究。