AM真菌和無(wú)機(jī)磷處理對(duì)油茶幼苗生長(zhǎng)和光合作用的影響

譚明曦，文旺先，林宇嵐，張林平，吳 斐，張 揚(yáng)，梁戊殿

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 鄱陽(yáng)湖流域森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；2.江西省貴溪市林業(yè)局，江西 貴溪 335400；3.湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351119）

油茶Camellia oleifera隸屬于山茶科Theaceae山茶屬Camellia，為常綠小喬木，主要分布在我國(guó)南方地區(qū)，是江西省的主要經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種之一[1]。由油茶籽所榨的茶油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，還具緩解疲勞、降脂、軟化血管等功效，是食用油的最佳選擇[2]。

磷（P）是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的必需元素，參與植物的光合作用、酶活性調(diào)節(jié)等生理過(guò)程[3]。合理施用磷對(duì)植物具有促生作用。羅漢東等[4]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在每株施用0、300、600、900、1 200 g共5個(gè)磷肥水平下，油茶各指標(biāo)隨磷素供應(yīng)水平增加而增大。當(dāng)體內(nèi)磷元素不足時(shí)，植物出現(xiàn)矮化、葉片枯黃等癥狀，其品質(zhì)和產(chǎn)量也進(jìn)一步受到影響[5]。彭選明等[6]的研究結(jié)果表明，缺磷會(huì)降低油茶的出籽率并增加落果率；何方等[7]的研究結(jié)果表明，油茶葉片中磷含量對(duì)坐果率和產(chǎn)量有一定影響；袁軍等[8]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在磷素缺乏的條件下，油茶側(cè)根的分化與伸長(zhǎng)會(huì)受到抑制。土壤中以無(wú)機(jī)磷為主，占土壤全磷含量的50%～90%[9]，其中僅水溶性無(wú)機(jī)磷（H3PO4和H2PO4－）能被植物直接吸收利用，但這部分磷在土壤中含量少，是植物生長(zhǎng)的限制因素[10]。油茶林地磷的虧缺臨界值為12 mg/kg[11]。奚如春等[12]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，江西省油茶林地土壤中普遍嚴(yán)重缺乏N、P、K 元素；龔斌等[13]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，江西宜春等地油茶林土壤中速效磷含量為1 ～5 mg/kg，土壤的保水保肥能力弱；王玉娟等[14]測(cè)得江西泰和縣油茶林土壤中速效磷含量為1.0 ～2.6 mg/kg。在油茶經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，種植者通過(guò)施用磷肥來(lái)提高油茶產(chǎn)量和品質(zhì)。施入的磷肥因極易被土壤中的金屬離子固定成植物不可利用的形態(tài)，故其利用效率低[15]，同時(shí)會(huì)引起土壤退化、土壤板結(jié)等環(huán)境問(wèn)題，從而降低油茶林地的生產(chǎn)力。因此，提高油茶林地土壤有效磷含量和降低磷肥的施用量是我國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中急需解決的問(wèn)題。

叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是土壤共生真菌中分布最廣泛的一類真菌，在改善土壤磷吸收、改善植物光合作用、促進(jìn)植物生長(zhǎng)等方面發(fā)揮著重要作用[16-22]。目前，有關(guān)油茶根際土壤中AM真菌的研究主要集中在AM真菌群落組成、AM真菌對(duì)油茶磷吸收的影響、有機(jī)磷與AM真菌對(duì)油茶光合作用的影響等方面[23-24]，有關(guān)無(wú)機(jī)磷對(duì)油茶影響的研究報(bào)道較為鮮見(jiàn)。本試驗(yàn)中以1年生油茶實(shí)生苗為研究對(duì)象，采用盆栽試驗(yàn)方法，探究施加無(wú)機(jī)磷和接種幼套近明球囊霉對(duì)油茶幼苗生長(zhǎng)、葉片葉綠素含量、光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，旨在為集約化經(jīng)營(yíng)油茶的合理施肥和菌根技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試油茶植株為1年生實(shí)生苗，由江西省林業(yè)科學(xué)院提供，栽培前放入10%雙氧水中消毒15 s，并使用蒸餾水反復(fù)沖洗干凈。

使用幼套近明球囊霉Claroideogolmus etuicatum作為供試菌種。該菌種購(gòu)自長(zhǎng)江大學(xué)根系生物學(xué)研究所，購(gòu)回后以玉米Zea mays和三葉草Trifolium pretense為宿主植物，以純沙為基質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)繁，將所得孢子（每克孢子數(shù)量為34）、根段、菌絲和擴(kuò)繁基質(zhì)作為供試菌劑。

試驗(yàn)土壤為采自江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的紅壤土，其基本理化特征為pH 5.8、有機(jī)質(zhì)含量41.25 g/kg、有效磷含量2.5 mg/kg、銨態(tài)氮含量14.24 mg/kg、硝態(tài)氮含量2.26 mg/kg。將土壤過(guò)篩（2 mm），并進(jìn)行高溫滅菌（121 ℃，2 h）處理，消除土著微生物的干擾。同時(shí)，取過(guò)2 mm 篩的河沙，用自來(lái)水沖洗干凈，烘干滅菌（180 ℃，4 h）。將滅菌土和滅菌沙按體積比1∶1 混合，作為供試基質(zhì)。將供試基質(zhì)裝入盆（上口直徑17 cm、下底直徑12 cm、高15 cm）中，每盆裝2 kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素設(shè)計(jì)：2個(gè)AM真菌處理水平，接種或不接種；4個(gè)無(wú)機(jī)磷（KH2PO4溶液）施用水平，0、10、50、100 mg/kg。每個(gè)處理30 盆，共240 盆。

在土壤中間挖孔，接種處理每盆加入70 g 菌劑，未接種處理每盆加入等量的滅活菌劑（121 ℃，2 h）。2019年5月開(kāi)始種植油茶苗，每盆栽入1 棵，確保根系與菌劑接觸。將盆栽幼苗放在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)大棚內(nèi)（溫度25 ～28 ℃，相對(duì)濕度70%～75%）。在磷處理之前，澆灌正常磷水平的Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液。3個(gè)月后，開(kāi)始施磷處理，每隔1 d 分別澆灌200 mL 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的KH2PO4溶液，處理時(shí)長(zhǎng)30 d。施肥處理完畢，待油茶幼苗繼續(xù)生長(zhǎng)2個(gè)月后收獲。在收獲植株前，完成植株生物量、葉綠素含量、氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 實(shí)生苗生物量

使用卷尺測(cè)量油茶株高，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量油茶地徑。將幼苗地上部分和地下部分分開(kāi)，置于烘箱中在70 ℃條件下烘至恒質(zhì)量，稱量其干質(zhì)量。

1.3.2 菌根侵染率

采用臺(tái)酚藍(lán)染色法[25]對(duì)根系進(jìn)行染色，在顯微鏡（200 倍）下觀察AM真菌的結(jié)構(gòu)，用十字交叉法統(tǒng)計(jì)AM真菌侵染率（R）[26]。

R=(N/Nt)×100%。

式中：N表示被AM真菌侵染的交叉點(diǎn)數(shù)量，Nt表示總交叉點(diǎn)數(shù)量。

1.3.3 葉綠素含量

參考李正昀[23]的方法，使用SPAD-502Plus葉綠素儀（日本Konica Minolta 公司）測(cè)定葉綠素含量。

1.3.4 光合作用參數(shù)

參考李正昀[23]的方法，選取每株油茶苗從上至下第5 片完全展開(kāi)葉，使用LI-6400 便攜式光合儀（LI-COR 公司，美國(guó)）測(cè)定油茶葉片的光合參數(shù)，包括凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

1.3.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

每株油茶選取3 片完整展開(kāi)葉，使用PAM-2500 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（Walz 公司，德國(guó)），測(cè)定油茶葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，測(cè)定前先對(duì)植株進(jìn)行暗反應(yīng)30 min，測(cè)定的葉綠素?zé)晒鈪?shù)包括最大光化學(xué)效率、實(shí)際光化學(xué)效率、非光化學(xué)猝滅系數(shù)和光化學(xué)猝滅系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用SPSS 20.0 軟件[27]進(jìn)行雙因素方差分析，檢測(cè)接AM真菌處理、施無(wú)機(jī)磷處理及其交互作用對(duì)所有測(cè)定指標(biāo)的影響。采用單因素方差分析中的Duncan’s 檢驗(yàn)方法檢測(cè)不同處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶AM真菌侵染率的影響

接種AM真菌及施磷對(duì)油茶AM真菌侵染率的影響見(jiàn)表1。由表1 可知，菌根化油茶根系A(chǔ)M真菌侵染率為27.33%～40.33%，表明AM真菌與油茶根系之間有一定的親和力。在接種處理下，施無(wú)機(jī)磷顯著提高了油茶根系A(chǔ)M真菌的侵染率。雙因素方差分析結(jié)果顯示，接種處理、施磷處理及其交互作用對(duì)油茶根系侵染率的影響均極顯著（P＜0.01），其F值分別為130.596、12.270、12.275。

表1 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶AM真菌侵染率的影響?Table 1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the infection rate of C.oleifera

2.2 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶生長(zhǎng)的影響

接種AM真菌及施磷對(duì)油茶生長(zhǎng)的影響如圖1所示。由圖1 可見(jiàn)，隨著KH2PO4溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，油茶植株的株高、地徑、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量均呈先上升、后下降的趨勢(shì)。在施磷水平為50 mg/kg 時(shí)，接種AM真菌后，油茶的株高（26.87%）、地徑（20.00%）、地上部干質(zhì)量（55.23%）和地下部干質(zhì)量（14.20%）均顯著提高。結(jié)果表明在一定的無(wú)機(jī)磷濃度下，AM真菌有利于油茶的生長(zhǎng)。

圖1 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶生長(zhǎng)的影響Fig.1 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the growth of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對(duì)油茶生長(zhǎng)影響的雙因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，接種處理對(duì)油茶幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)的影響極顯著（P＜0.01）；施磷處理對(duì)油茶幼苗株高、地徑、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量的影響極顯著（P＜0.01）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對(duì)油茶幼苗地徑和地上部干質(zhì)量的影響極顯著（P＜0.01），對(duì)株高、地下部干質(zhì)量的影響不顯著（P＞0.05）。

表2 接種AM真菌、施磷及其交互作用對(duì)油茶生長(zhǎng)影響的雙因素方差分析結(jié)果?Table 2 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.3 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶相對(duì)葉綠素含量的影響

接種AM真菌及施磷對(duì)油茶葉片相對(duì)葉綠素含量的影響如圖2所示。由圖2 可見(jiàn)，接種和不接種AM真菌處理下，油茶葉片的相對(duì)葉綠素含量均隨供磷水平的上升呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢(shì)。在10、50、100 mg/kg 施磷水平時(shí)，接種AM真菌處理的油茶葉片的相對(duì)葉綠素含量均顯著高于未接種AM真菌處理，分別提高了9.84%、11.45%、14.33%。

圖2 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶葉片相對(duì)葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll content of C.oleifera

雙因素方差分析結(jié)果表明，接種處理對(duì)油茶幼苗葉片的相對(duì)葉綠素含量的影響極顯著（P＜0.01），F(xiàn)值為34.552；施磷處理及其與接種處理的交互作用對(duì)油茶幼苗葉片的相對(duì)葉綠素含量的影響均不顯著（P＞0.05），F(xiàn)值分別為4.643、0.910。

2.4 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶光合作用參數(shù)的影響

接種AM真菌及施磷對(duì)油茶光合作用參數(shù)的影響如圖3所示。由圖3 可見(jiàn)，不同處理間油茶的光合能力存在顯著差異。不施磷條件下，接種AM真菌顯著提高了油茶的凈光合速率、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)和蒸騰速率，分別提高了31.72%、17.22%、39.82%。在低磷（10 mg/kg）、中磷（50 mg/kg）、高磷（100 mg/kg）水平下，接種AM真菌使得油茶凈光合速率分別顯著提高了30.54%、25.87%、23.01%，蒸騰速率分別顯著提高了30.05%、29.51%、43.42%。

圖3 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶光合作用參數(shù)的影響Fig.3 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the photosynthesis of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對(duì)油茶光合作用參數(shù)影響的雙因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，接種處理對(duì)油茶幼苗各光合作用參數(shù)的影響極顯著（P＜0.01）；施磷處理對(duì)油茶幼苗凈光合速率、氣孔導(dǎo)度的影響極顯著（P＜0.01），對(duì)胞間CO2濃度、蒸騰速率的影響不顯著（P＞0.05）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對(duì)油茶幼苗各光合作用參數(shù)的影響不顯著（P＞0.05）。

表3 接種AM真菌、施磷及其交互作用對(duì)油茶光合作用參數(shù)影響的雙因素方差分析結(jié)果?Table 3 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

2.5 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

接種AM真菌及施磷對(duì)油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響見(jiàn)表4。由表4 可知，隨著KH2PO4施用水平的升高，接種和未接種AM真菌處理的油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)均呈先增加、后降低的趨勢(shì)。在低磷（10 mg/kg）和中磷（50 mg/kg）水平下，接種AM真菌使得油茶的光化學(xué)量子效率分別顯著提高了34.35%、66.75%，實(shí)際光化學(xué)量子效率分別顯著提高了37.92%、40.01%。

表4 接種AM真菌及施磷對(duì)油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響?Table 4 Effects of AM fungi inoculation and phosphorus application on the chlorophyll fluorescence parameters of C.oleifera

接種AM真菌、施磷處理及其交互作用對(duì)油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響的雙因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5 可知，接種處理對(duì)油茶幼苗最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)量子效率的影響極顯著（P＜0.01），而對(duì)非光化學(xué)猝滅系數(shù)、光化學(xué)猝滅系數(shù)的影響不顯著（P＞0.05）；施磷處理對(duì)油茶幼苗非光化學(xué)猝滅系數(shù)、光化學(xué)猝滅系數(shù)的影響極顯著（P＜0.01），而對(duì)最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)量子效率的影響不顯著（P＞0.05）；接種處理與施磷處理之間的交互作用對(duì)油茶幼苗各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響均不顯著（P＞0.05）。

表5 接種AM真菌、施磷及其交互作用對(duì)油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響的雙因素方差分析結(jié)果?Table 5 Effects of AM fungi inoculation,phosphorus application and their interactions on the growth and photosynthesis of C.oleifera by two-factor ANOVA

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，不同無(wú)機(jī)磷施用水平下，菌根化油茶根系A(chǔ)M真菌侵染率為27.33%～40.33%；低磷水平處理時(shí)，AM真菌能夠擴(kuò)大根系的吸收面積，提高油茶的生物量；AM真菌可提高油茶葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)油茶的光合能力，進(jìn)而促進(jìn)油茶生長(zhǎng)。

菌根侵染率是衡量植物根系與AM真菌之間依賴性的重要指標(biāo)?？追裁赖萚28]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在玉米根系中AM真菌侵染率在30%以上；張淑彬等[29]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在不同磷水平下玉米AM真菌侵染率達(dá)到75%以上。本研究中，在不同磷水平下油茶菌根AM真菌侵染率均在30%以上，表明油茶與AM真菌之間具有一定的親和力，這與李正昀[23]的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，在土壤滅菌的條件下，施加無(wú)機(jī)磷對(duì)未菌根化油茶株高和地徑有極顯著影響，表明無(wú)機(jī)磷對(duì)油茶的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。同時(shí)，接種AM真菌顯著提高了油茶的株高、地徑、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量，表明AM真菌對(duì)植物的生長(zhǎng)起到積極作用。此外，接種處理與施磷處理之間的交互作用對(duì)油茶地徑和地上部干質(zhì)量的影響極顯著，對(duì)株高和地下部干質(zhì)量的影響不顯著。這可能是因?yàn)锳M真菌的根外菌絲擴(kuò)大了植物根系的吸收面積，縮短了養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)木嚯x，從而促進(jìn)油茶的生長(zhǎng)。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，在生長(zhǎng)過(guò)程中植物獲得能量和合成物質(zhì)離不開(kāi)光合作用[30]。本研究結(jié)果表明，在不同磷濃度下AM真菌能夠顯著增加油茶葉片的葉綠素含量，這與潘興嬌等[31]的研究結(jié)果一致，表明接種AM真菌能提高宿主植物的葉綠素含量，有利于捕獲光能，從而提高植物的光合能力，且接種AM真菌顯著提高了油茶的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。

同時(shí)，本研究結(jié)果表明，在低磷和中磷水平下AM真菌能夠增加油茶的光化學(xué)量子效率和實(shí)際光化學(xué)量子效率；在高磷水平下，其促進(jìn)效果不顯著。這與對(duì)烤煙Nicotiana tabacum[32]、木棉Bombax ceiba[33]、多花黃精Polygonatum cyrtonema[34]等的相關(guān)研究結(jié)果一致。表明接種AM真菌能提高油茶葉片的實(shí)際光化學(xué)量子效率，增強(qiáng)將葉片吸收的光能用于光化學(xué)傳遞的能力，從而提高植株的光合能力[35]。

本研究中以1年生油茶實(shí)生苗為研究對(duì)象，個(gè)體間差異較大，在后續(xù)相關(guān)研究中，將盡可能采用油茶組培苗或扦插苗作為試驗(yàn)材料，并進(jìn)一步研究AM真菌與解磷細(xì)菌互作對(duì)油茶磷吸收的影響，探究其參與調(diào)控油茶根際土壤有機(jī)磷的礦化和周轉(zhuǎn)的機(jī)理，從而為集約化經(jīng)營(yíng)油茶磷養(yǎng)分管理提供參考。