锌胁迫下外生菌根真菌对巨桉生长的影响.pdf

西北林学院学报2 0 2 3,3 8(4):1 8 0-1 8 8J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 3.0 4.2 3锌胁迫下外生菌根真菌对巨桉生长的影响 收稿日期:2 0 2 2-0 5-2 7 修回日期:2 0 2 2-0 8-1 0 基金项目:广州市科技计划重点项目(2 0 1 9 0 4 0 2 0 0 2 2);岭南现代农业科学与技术广东省实验室科研项目(N Z 2 0 2 1 0 2 5);国家自然科学基金(3 2 0 7 1 6 3 9)。第一作者:王新阳。研究方向:森林微生物。E-m a i l:w a n g x y 9 4 0 6 2 41 6 3.c o m*通信作者:唐 明,教授,博士生导师。研究方向:森林微生物。E-m a i l:t a n g m i n g y l 1 6 3.c o m王新阳,刘紫怡,任 颖,唐 明*(岭南现代农业科学与技术广东省实验室 华南农业大学林学与风景园林学院,广东 广州 5 1 0 6 4 0)摘 要:以巨桉为试验材料,接种外生菌根真菌(E c t o m y c o r r h i z a l f u n g i,E CMF)彩色豆马勃(P i s o-l i t h u s t i n c t o r i u s 2 1 1 1 8),通过构建彩色豆马勃-巨桉共生体系,不同浓度锌胁处理3 0 d后对巨桉株高、生物量、根系形态特征、叶绿素含量和叶片N含量进行评估。结果表明,低浓度Z n(2 0 0 m o lL-1)促进巨桉生长、根系的发育以及叶片营养元素氮(N)和叶绿素的积累,较高浓度(4 0 0 m o lL-1)和高浓度(6 0 0 m o lL-1)Z n则产生抑制作用;巨桉和彩色豆马勃具有较强的共生能力,接种彩色豆马勃显著改善了巨桉在Z n处理下的生长,促进了巨桉叶片的N累积,增强了巨桉光合作用;较高浓度和高浓度Z n胁迫下,接种彩色豆马勃能够促进巨桉生物量的积累,改善植株根系形态,增加根表面积、根体积、根尖数,促进细根的形成,提高根系对Z n的耐受性。研究结果为菌根技术在重金属污染土壤植被恢复的应用提供了理论依据。关键词:外生菌根真菌;巨桉;锌胁迫;生长量中图分类号:S 7 1 8.8 1 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 6 1(2 0 2 3)0 4-0 1 8 0-0 9E f f e c t s o f E c t o m y c o r r h i z a l F u n g i o n t h e G r o w t h o f E u c a l y p t u s g r a n d i s U n d e r Z i n c S t r e s sWA N G X i n-y a n g,L I U Z i-y i,R E N Y i n g,T A N G M i n g*(G u a n g d o n g L a b o r a t o r y f o r L i n g n a n M o d e r n A g r i c u l t u r e,C o l l e g e o f F o r e s t r y a n d L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e,S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0,G u a n g d o n g,C h i n a)A b s t r a c t:E u c a l y p t u s g r a n d i s w a s u s e d a s m a t e r i a l,i n w h i c h E c t o m y c o r r h i z a l f u n g i(P i s o l i t h u s t i n c t o r i u s 2 1 1 1 8)w e r e i n o c u l a t e d t o e s t a b l i s h t h e s y m b i o n t s y s t e m.T h e n,t h e e s t a b l i s h e d s y m b i o n t s w e r e s u b j e c t t o Z i n c s t r e s s.A f t e r 3 0 d a y s o f z i n c t r e a t m e n t,t h e s e e d l i n g h e i g h t,b i o m a s s,r o o t m o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s-t i c s,c h l o r o p h y l l c o n t e n t a n d l e a f n i t r o g e n c o n t e n t s o f E.g r a n d i s w e r e m e a s u r e d a n d e v a l u a t e d t o e x a m i n e t h e e f f e c t s o f e c t o m y c o r r h i z a l f u n g i o n t h e g r o w t h o f E.g r a n d i s u n d e r Z i n c s t r e s s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t l o w c o n c e n t r a t i o n o f Z n(2 0 0 m o lL-1)p r o m o t e d t h e g r o w t h,r o o t d e v e l o p m e n t,n i t r o g e n(N)a n d c h l o-r o p h y l l a c c u m u l a t i o n i n t h e l e a v e s o f E.g r a n d i s,w h i l e h i g h c o n c e n t r a t i o n o f Z n(4 0 0 o r 6 0 0 m o lL-1)p r e s e n t e d i n h i b i t e d e f f e c t s.S t r o n g s y m b i o n t e f f e c t w a s o b s e r v e d b e t w e e n E.g r a n d i s a n d P.t i n c t o r i u s.A n d u n d e r t h e Z n t r e a t m e n t,i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d t h e g r o w t h,p r o m o t e d t h e l e a v e s N a c c u m u l a t i o n,a n d e n h a n c e d t h e p h o t o s y n t h e s i s o f E.g r a n d i s.F o r E.g r a n d i s u n d e r h i g h e r a n d t h e h i g h e s t c o n c e n t r a t i o n o f Z n s t r e s s,i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s c o u l d p r o m o t e t h e a c c u m u l a t i o n o f b i o-m a s s,i m p r o v e r o o t m o r p h o l o g y,i n c r e a s e r o o t s u r f a c e a r e a,r o o t v o l u m e a n d n u m b e r o f r o o t t i p s,p r o m o t e t h e f o r m a t i o n o f f i n e r o o t s,a n d i m p r o v e r o o t t o l e r a n c e t o Z n.T h i s s t u d y p r o v i d e s a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r m y c o r r h i z a l v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o n i n h e a v y m e t a l-c o n t a m i n a t e d s o i l s.K e y w o r d s:e c t o m y c o r r h i z a l f u n g u s;E u c a l y p t u s g r a n d i s;z i n c s t r e s s;g r o w t h 植物生长所需的微量元素锌(Z n)在植物生长和代谢调节过程中发挥着重要作用1,但浓度过高会引起植物中毒,影响植物生长2。菌根的形成可缓解重金属对植物产生的毒害3-4。H a c h a n i等5接种外生菌根真菌须腹菌(R h i z o p o g o n s p.)改善了地中海松(P i n u s h a l e p e n s i s)气体交换速率和水分利用效率,增强对铅(P b)、Z n和镉(C d)的耐受性。T a n g等6研究发现,接种土生空团菌(C e n o c o c c u m g e o p h i l u m)、彩色豆马勃(P i s o l i t h u s t i n c t o r i u s)、红蜡蘑(L a c c a r i a l a c c a t a)和淡紫红粘滑菇(H e b e l o-m a v i n o s o p h y l l u m)能够促进黑松(P i n u s t h u n b e r-g i i)对养分的吸收,增加生物量,降低过量铜(C u)和C d对黑松的毒害作用。C u胁迫下,接种彩色豆马勃显著促进黑松幼苗的生长,降低土壤中可交换态C u的含量,减缓C u对植物的毒害7。Z n胁迫下,接种丛枝菌根真菌异形根孢囊霉(R h i z o p h a g u s i r-r e g u l a r i s)显著提高巨桉(E u c a l y p t u s g r a n d i s)锌转运蛋白(E g MT P 6)的表达 量8,异形根孢囊 霉(R h i z o p h a g u s i r r e g u l a r i s)与外源脱落酸协同作用通过改变Z n和内源脱落酸的分布,促进刺槐(R o b-i n i a p s e u d o a c a c i a)生长,增强其抗重金属能力9。桉树(E u c a l y p t u s s p p.)是世界三大速生人工林树种之一,生物量大、速生丰产、适应性强,是我国重要纸浆材、用材林树种1 0,在我国南方具有十分重要的战略地位。研究表明,桉树为可形成外生菌根和丛枝菌根的树种1 1-1 5,在抗重金属方面也发挥重要作用3。已有研究表明,彩色豆马勃能够与巨桉形成外生菌根,促进了巨桉的生长并提高其对重金属锰(M n)的抗 性1 6。白色 豆马勃(P i s o l i t h u s a l b u s)促进镍(N i)胁迫下蓝桉(E u c a l y p t u s g l o b u-l u s)根系和枝条的生长,并降低根部N i积累1 7。W a n g等3研究发现丛枝菌根真菌对巨桉金属离子Z n的转录代谢和营养吸收相关基因具有调控作用。但是Z n胁 迫 下 外 生 菌 根 真 菌(E c t o m y c o r r h i z a l f u n g i,E CMF)对巨桉生长的影响尚未开展研究。本研究建立巨桉-彩色豆马勃共培养体系,对Z n胁迫下菌根和非菌根植株的生长特性、根系形态特征、叶绿素和叶片氮含量等进行了评估,探究外生菌根真菌彩色豆马勃对Z n胁迫下巨桉生长的影响,为E CMF提高巨桉Z n耐受性提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料供试菌种:彩色豆马勃(P.t i n c t o r i u s)菌株由中国林业科学研究院热带林业研究所陈羽研究员提供,分离于广东肇庆西南,桦树(B e t u l a s p.)林下。用改良MMN培养基1 8进行扩繁培养(2 5、黑暗、倒置),使用打孔器(直径为0.8 c m)打取菌落边缘活跃菌丝作为接种剂,不含菌丝体的菌饼作为对照1 9。供试植物:巨桉(E u c a l y p t u s g r a n d i s)种子购于广东省广州市汇森林业有限公司,选取颗粒饱满、大小一致的种子用于盆栽试验。用5%次氯酸钠溶液对种子进行表面消毒2 0 m i n,然后使用无菌水冲洗5次。将冲洗干净的种子浸泡在无菌水中,于恒温培养箱中(2 5、黑暗)放置过夜,使巨桉种子在萌发前充分吸水备用。1.2 试验方法1.2.1 巨桉-彩色豆马勃共生体系构建 外生菌根真菌接种巨桉参考B u r g e s s等2 0的方法并稍作修改。选取生长旺盛的菌落,用灭菌后的打孔器在菌落边缘打取菌饼(直径0.8 c m),接种于表面铺有玻璃纸的改良K o t t k e固体培养基2 1中央,2 5倒置暗培养58 d,待菌丝萌发后,将巨桉种子播种于含有菌饼的培养皿中,距菌饼2 c m,对照组播种在不含菌丝体的菌饼培养基中,距菌饼2 c m,每个培养皿播种1 2粒种子。将培养皿在2 5黑暗环境中放置3 d,待种子萌发。将培养皿转移至人工气候箱中,光周期为白天1 6 h,2 5,光强6 0 0 0 l x;晚上8 h,2 0。培养7 d后,将每个培养皿中的幼苗稀疏至6株,并使主根朝向真菌菌落,以便形成菌根化幼苗。2 0 d后,将体外培养的巨桉幼苗移栽至高温高压灭菌后的沙盆中(8 c m 8 c m 1 0 c m,2 k g细沙),同时从幼苗旁取少量菌丝体(约2 0 m g)放入接菌处理的幼苗旁。每日淋浇1 0 m L去离子水,保持沙土湿润,每周淋浇2 0 m L改良K o t t k e营养液,在人工气候箱中培养1 5 d备用。1.2.2 试验设计 设计接种处理和Z n处理的双因素交互试验。接种处理包含接种P.t i n c t o r i u s和不接菌处理。Z n处理包括0、2 0 0、4 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1 4种 浓 度 的 氯 化 锌 溶 液(Z n C l2)2 2。每 个 处 理 设 置1 0个 生 物 重 复。将Z n C l2用蒸馏水溶解,添加到改良K o t t k e营养液中,0 m o lL-1为 不另外添加Z n的 等 量 改 良K o t t k e营养液。巨桉生长期间,每天正常浇水(1 0 m L),每周淋浇含有不同浓度Z n的改良K o t t k e营养液(3 0 m L,达到沙土最大持水量)。3 0 d后收样,收获前使用叶绿素测定仪(方科,F K-Y L 0 2)测定幼苗顶端完全展开 且健康叶片 的 相 对 叶 绿 素 含 量(S P A D值)和叶片N含量。收获后测定株高、定殖率以及根系形态特征,分别记录植株地上部分和地下部分鲜重,统计植株生物量。181第4期王新阳 等:锌胁迫下外生菌根真菌对巨桉生长的影响1.2.3 E CMF定殖率测定 参考A g e r e r等2 3描述的菌根特征测定E CMF定殖率。每种处理随机选择3株生物重复,随机选取细根2 0段,剪成1 c m长短的根段,使用光学显微镜观察每一根段的菌根数。按下 列 公 式 计 算 菌 根 定 殖 率:菌 根 定 殖 率(%)=菌 根 侵 染 的 根 段 数/检 查 的 总 根 段 数1 0 0%。1.2.4 根系形态特征测定 将巨桉幼苗用纯净水冲洗根部,然后将根部置于预冷的2 0 mm o lL-1乙二胺四乙酸二钠溶液中浸泡3 0 m i n,去除多余Z n离子,再用去离子水冲洗干净,用吸水纸吸干表面水分。使用W i n R H I Z O根系扫描仪测定总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数和根分叉数等指标。1.2.5 生物量测定 对巨桉地上部分和地下部分的称取鲜重进行称量。然后将鲜样剪碎、在液氮中研磨成粉末,在-8 0超低温冰箱中保存备用。称取3 0 m g粉末,在6 0烘箱中烘至恒重,称量干重,通过干湿比得到植株地上部分和地下部分总干重。计 算 菌 根 依 赖 性(m y c o r r h i z a l d e p e n d e n c e,MD)2 4:MD(%)=(菌根植株各部分干重/非菌根植株各部分干重)1 0 0%。1.3 数据处理与分析使用M i c r o s o f t E x c e l 2 0 1 9数据统计分析软件计算试验参 数 的 平 均 值 和 标 准 偏 差。使 用I BM S P S S s t a t i s t i c s 2 5.0进行数据的显著性分析和双因素方差分析(T w o-w a y ANOVA,P0.0 5)检测Z n和E CMF以及两者的交互关系对所有变量的显著差异性。使用O r i g i n 2 0 1 8作图软件进行作图。2 结果与分析2.1 Z n处理对菌根形成的影响彩色豆马勃能够与巨桉共生,但不同浓度Z n处理对共生的影响不同。由表1可知,Z n处理降低了彩色豆马勃的定殖率,定殖率在2 0 0 m o lL-1时和0 m o lL-1的Z n处理之间的差异不显著;4 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1的处理组与0 m o lL-1相比差异显著(P0.0 5)。这表明低浓度Z n(2 0 0 m o lL-1)对菌根共生体形成的影响较小,较高浓度Z n(4 0 0 m o lL-1)和高浓度Z n(6 0 0 m o lL-1)对菌根共生体的形成有较大影响。2.2 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉株高的影响与0 m o lL-1 Z n相比,Z n浓度为2 0 0 m o lL-1时 显 著 促 进 接 菌 和 不 接 菌 植 株 株 高 的 增 加(P0.0 5),Z n表现出微量营养元素的促生作用。随着Z n浓度的增加,接菌组株高呈现先上升后下降的趋势,且对巨桉株高存在显著影响,与不接菌处理组相比,接菌处理均显著提高了各个Z n浓度下巨桉的株高(P0.0 5),随着Z n浓度增加(0、2 0 0、4 0 0、6 0 0 m o lL-1),增幅分别为1 1 5.5 2%、6 9%、7 5.9 3%和5 7.4 5%(图1)。这说明Z n胁迫下接种彩色豆马勃可以促进巨桉的高生长。表1 不同浓度Z n对菌根定殖率的影响T a b l e 1 E f f e c t s o f d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f Z n o n m y c o r r h i z a l c o l o n i z a t i o n r a t e锌浓度/(m o lL-1)定殖率(%)03 4.1 73.4 4 a2 0 03 2.5 04.7 9 a4 0 02 4.1 77.3 1 b6 0 02 3.3 33.7 3 b 注:数据为平均值标准差(n=6),同一列中不同字母表示不同Z n浓度间菌根定殖率在P0.0 5水平上差异显著。下同。F=6.1 1 1,P=0.0 0 4。NM代表不接菌处理,E CM代表接菌处理。不同希腊字母表示非菌根植株在不同Z n浓度间差异显著,不同英文字母表示菌根植株在不同Z n浓度间差异显著。*表示同一Z n浓度下,菌根与非菌根植株之间差异显著,P0.0 5,*表示差异极显著,P0.0 1,*表示差异极显著,P0.0 0 1。下同。图1 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉株高的影响F i g.1 E f f e c t s o f Z n t r e a t m e n t a n d i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s o n p l a n t h e i g h t o f E.g r a n d i s2.3 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉总生物量的影响 由 图2可知,与0 m o lL-1 Z n相 比,2 0 0 m o lL-1 Z n处理下,接菌和不接菌处理下总生物量均显著提高(P0.0 5),增幅分别为8 3.5 0%和3 5.4 3%。但在4 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1 Z n处理下,接菌和不接菌处理下总生物量均显著降低(P 0.0 5)。但接菌与不接菌相比,在4 0 0 m o lL-1时 接 菌 处 理 降 低6 3.1 7%,不 接 菌 处 理 降 低4 6.4 7%;在6 0 0 m o lL-1时接菌和不接菌处理下降幅分别为7 9.3 4%和7 9.2 4%。接种彩色豆马勃均显著提高巨桉的总生物量(P1 0 0%,说明巨桉对彩色豆马勃具有较强的依赖性,且2 0 0 m o lL-1时,依赖性最大(表2),进一步说明接种菌根真菌对巨桉生物量的正向效应。表2 不同浓度Z n处理下的菌根依赖性T a b l e 2 M y c o r r h i z a l d e p e n d e n c e u n d e r d i f f e r e n t Z n t r e a t m e n t s锌浓度/(m o lL-1)菌根依赖性(%)02 1 9.6 86.5 5 b2 0 02 9 7.5 66.6 9 a4 0 01 5 1.6 21 4.8 2 c6 0 02 1 9.8 82 9.7 3 b 注:数据为平均值标准差(n=3)。F=2 3.8 9 5,P0.0 0 1。图2 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉生物量的影响F i g.2 E f f e c t s o f Z n t r e a t m e n t a n d i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s o n b i o m a s s o f E.g r a n d i s2.4 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉地上、地下部分生物量的影响 图3 A-图3 D显示,2 0 0 m o lL-1 Z n处理下,接菌处理巨桉地上、地下部分鲜重和干重均显著高于0 m o lL-1处理组(P0.0 5),增幅分别为地上鲜重5 2.2 0%,地下鲜重5 6.2 5%,地上干重2 1 4.5 5%,地下干重1 6 7.3 6%,而不接菌处理下地下部分干重和鲜重差异不显著。说明2 0 0 m o lL-1 Z n的添加对巨桉的生长具有一定的促进作用,接菌处理下更为显著,主要促进了巨桉地下部分生物量的累积。与0 m o lL-1处理组相比,Z n浓度4 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1时,显著降低了接菌和不接菌组地上、地下部分的鲜重和干重(P0.0 5)。总的趋势是接种彩色豆马勃提高巨桉地上部分和地下部分的鲜重和干重,且在0、2 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1 Z n处理下差异显著(P0.0 5),接种后巨桉对Z n的利用性和耐受性增强。图3 E、图3 F显示,与不接种处理相比,接种处理上调各浓度地上、地下部分的干湿比,但在6 0 0 m o lL-1 Z n处 理 下 地 上 部 分 干 湿 比 和4 0 0 m o lL-1L、6 0 0 m o lL-1 Z n处理下地下部分干湿比受菌根影响较小。与0 m o lL-1相比,低浓度Z n(2 0 0 m o lL-1)上调植株地上、地下部分的干湿比,中浓度(4 0 0 m o lL-1)和高浓度(6 0 0 m o lL-1)Z n下调地上、地下部分的干湿比,不同Z n浓度与无Z n组间差异显著(P0.0 5)。但4 0 0 m o lL-1和6 0 0 m o lL-1 Z n处理之间干湿比无明显差异,这表明Z n胁迫(4 0 0 m o lL-1、6 0 0 m o lL-1)下,植株对水分的吸收和干物质的积累趋于平衡。2.5 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉根系形态特征的影响 低浓度Z n(2 0 0 m o lL-1)能够显著促进巨桉根系生长,中浓度(4 0 0 m o lL-1)和高浓度(6 0 0 m o lL-1)Z n对巨桉根系生长具有抑制作用(图4)。具体表现为,接菌处理下,与0 m o lL-1时相比,2 0 0 m o lL-1时,总根长、根系表面积、根体积、根 尖 数、根 分 叉 数 分 别 增 加 了2 2.9 4%、5 6.6 7%、3 2.2 1%、2 7.2 7%、2 4.7 4%,4 0 0 m o lL-1时,总根长、根系表面积、根体积、根直径分别减少 了2 4.2 8%、3 5.4 2%、4 8.0 8%、2 6.9 7%,6 0 0 m o lL-1时,这种抑制作用更加显著。在不同Z n浓度处理下,接种后巨桉总根长、根尖数、根分叉数、根直径、根体积、根系表面积显著高于未接种(6 0 0 m o lL-1时总根长和根直径除外,P0.0 5)。相比于不接菌处理,2 0 0 m o lL-1Z n浓度处理下的巨桉总根长、根体积、根直径、根尖数和 根 分 叉 数 分 别 提 高 了4 1.6 3%、9 7.4 5%、4 5.3 0%、5 2.2 4%和1 5 4.6 5%;4 0 0 m o lL-1时,总根长、根系表面积、根体积、根直径和根分叉数增幅分别为8 4.3 0%、9 3.1 8%、1 2 3.1 5%、4 7.3 0%和5 5.2 9%。6 0 0 m o lL-1时,接种组根尖数、根分叉数、根体积和根系表面积显著高于未接种组,即使根直径显著低于未接种组(P0.0 5)。2.6 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉叶绿素和叶片N含量的影响 图5显示,接种彩色豆马勃和Z n处理改变了巨桉相对叶绿素和叶片N含量。其中,与不接种处理相比,接种彩色豆马勃均可提高不同Z n处理下的叶片相对叶绿素和N含量,随着Z n浓度的增加,叶 绿 素 含 量 增 幅 分 别 为1 1 4.0 6%、8 5.1 8%、7 1.5 8%和7 7.2 3%,叶 片N含 量 增 幅 分 别 为1 5.2 6%、6 2.2 5%、3 6.2 7%和3 9.0 2%。与0 m o lL-1时相比,2 0 0 m o lL-1时接种和不接种植株叶片相对叶绿素和N含量显著上升,随着Z n浓度的增加,叶片相对叶绿素和N含量逐渐降低。表明Z n胁迫下接种彩色豆马勃提高了巨桉相对叶绿素和叶片N含量。381第4期王新阳 等:锌胁迫下外生菌根真菌对巨桉生长的影响A:地上部分鲜重;B:地下部分鲜重;C:地上部分干重;D:地下部分干重;E:地上部分干湿比;F:地下部分干湿比。图3 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉地上和地下部分生物量的影响F i g.3 E f f e c t s o f Z n t r e a t m e n t a n d i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s o n b i o m a s s o f u p-g r o u n d a n d a b o v e g r o u n d p a r t s o f E.g r a n d i s3 结论与讨论3.1 E CMF对巨桉生长量的影响锌(Z n)是植物必需的微量元素,是植物体内数千种蛋白质的重要组成部分,但过量Z n造成植物萎蔫、枯黄,影响生长2 5。重金属不仅会抑制根的生长,还会阻碍许多生理过程,特别是营养物质的吸收。而根系生长状况是影响植物耐受逆境胁迫的重要因素之一2 6。本研究中,接种彩色豆马勃和低浓度均能促进巨桉的生长,高浓度Z n抑制巨桉生长,但接种外生菌根真菌可以缓解这种抑制作用。菌根真菌能够增加植物对P、N、矿物质养分和水的吸收,从而促进植物生长或是增强植物抗逆性2 7。菌根植物通过产生较高的生物量稀释锌浓度到较低的浓度,对锌胁迫具有更好的耐受性。辜夕容等2 8研究发现双色蜡蘑(L a c c a r i a b i c o l o r)能促进A l胁迫下马尾松(P i n u s m a s s o n i a n a)幼苗的生长,其生物量比 非 菌 根 苗 高6 9.9%。接 种 了 小 球 孢 盘 菌(S p h a e r o s p o r e l l a b r u n n e a)的 旱 柳(S a l i x m i y-a b e a n a c l o n e S X 6 7),其生物量相比于不接种显著增加了2 9,P.t i n c t o r i u s对于森林土壤中Z n、C u和A l毒性的改善能力已经被相关研究报道3 0。综上所述,外生菌根真菌在促进植物生长和缓解重金属毒害方面具有重要作用。481西北林学院学报3 8卷 A:总根长;B:根系表面积;C:根体积;D:根直径;E:根尖数;F:根分叉数。图4 锌处理和接种彩色豆马勃对巨桉根系形态特征的影响F i g.4 E f f e c t s o f Z n t r e a t m e n t a n d i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s o n r o o t a r c h i t e c t u r e o f E.g r a n d i sA:叶绿素含量;B:叶片氮含量。图5 Z n处理和接种彩色豆马勃对巨桉叶绿素和叶片氮含量的影响F i g.5 E f f e c t s o f Z n t r e a t m e n t a n d i n o c u l a t i o n o f P.t i n c t o r i u s o n c h l o r o p h y l l a n d f o l i a r n i t r o g e n c o n t e n t o f E.g r a n d i s581第4期王新阳 等:锌胁迫下外生菌根真菌对巨桉生长的影响 桉树在非菌根条件下,随Z n浓度的升高生物量呈先升高后降低的趋势,在Z n浓度为2 0 0 m o lL-1时,生物量最高,表明这个锌浓度对桉树的生长具有促进作用,说明桉树自身对Z n具有一定的耐受性。在接种条件下,Z n浓度2 0 0 m o lL-1时,接种效应也是最大的,说明在植物可耐受范围内接种E CMF能够更好地促进植物生长。Z n处理对地上部分和地下部分干湿比的影响程度不同,对地上部分的影响较大,且受E CMF的影响。Z n浓度的升高导致了根的干重下降与天蓝遏蓝菜(N o c c a e a c a e r u l e s c e n s)在Z n浓度0.8 mM时处根系干重显著下降结果一直3 1。较高浓度Z n处理下,接种E CMF依然显著促进地上部分的干湿比,而对地下部分无明显影响。这说明,低浓度Z n处理时,E CMF可能更多地促进植物营养元素的吸收,积累干物质;高浓度Z n处理时,相比较于营养元素,E CMF可能更多地促进植物对水分的吸收,并转移至地上部分,增强植物生命活动以应对重金属胁迫。对桉树接种AMF也有相似的结果3 2,说明无论是接种AMF还是E CMF都能够促进桉树的生物量,同时降低Z n的吸收和积累,通过“植物稀释效应”缓解Z n对桉树的毒害。3.2 E CMF对巨桉根系构型的影响E CMF对 林 木 的 根 系 形 态 特 征 有 很 大 的 影响3 3。在本研究中,接种彩色豆马勃时,表现为总根长、根系表面积、根体积、根直径、根尖数和根分叉数显著增加。低浓度Z n处理下,各根系形态特征参数呈上升的趋势,而高浓度Z n胁迫降低了根系形态特征参数。E CMF可缓解这种抑制作用,显著扩大根系表面积和根体积,促进巨桉根系在重金属土壤中的发育。不同的是,Z n胁迫下接菌植株根直径显著降低,随着锌浓度的升高根尖数和根分叉数呈先升高后降低的趋势,同时,根尖数和根分叉数受E CMF显著上调。这是由于过量的Z n抑制了初生根的伸长并诱导了侧根的形成3 4-3 5。侧根和根尖数的增加会促进E CMF的定殖,同时E CMF又显著提高了根尖数和根分叉数。G a m a l e r o等3 6发现接种G l o m u s m o s s e a e B E G 1 2能够增加根的总表面积和体积、根尖数量和分枝程度,提高吸收和运输营养物质的能力。表明E CMF可以改变根的构型,更多地刺激宿主植物形成细根,增加根尖数和根分叉数,增加根的有效吸收面积,提高对养分和水分的吸收能力,提高植物耐Z n性。3.3 E CMF对巨桉叶绿素和叶片氮积累的影响E CMF是林木最重要的菌根真菌类型,在营养吸收、循环与转化过程中起着重要的作用3 7。植物体内氮素主要存在于蛋白质和叶绿素中,同时,叶绿素的含量与叶片中N的含量有很密切的关系3 8。在本研究中,高Z n胁迫下降低了植物叶绿素和叶片N的含量,但是接种E CMF能够提高植物中叶绿素和叶片中N的含量。同样,接种能够提高N的转运吸收,提高桉树对Z n的耐受性3。说明E CMF和AMF能够促进植物N的吸收,缓解Z n对于植物的危害。综上所述:1)桉树自身具有一定的重金属耐受性,低浓度Z n(2 0 0 m o lL-1)促进巨桉生长、根系的发育以及叶片营养元素(N)和叶绿素的积累,较高浓度(4 0 0 m o lL-1)和高浓 度(6 0 0 m o lL-1)Z n则产生抑制作用;2)巨桉对彩色豆马勃具有较强的依赖性,能够显著促进植物在Z n胁迫下的生长,增加桉树的生物量,从而降低Z n在桉树体内的浓度,来增加桉树的耐受性;3)较高浓度和高浓度Z n胁迫下,接种彩色豆马勃能够改善植株根系形态,促进细根的形成,提高植物N的吸收和转运能力,增加植物光合作用过程中叶绿素的含量,缓解Z n对植物的危害。因此外生菌根可以作为微生物和植物联合修复重金属污染的应用提供理论依据。参考文献:1 S I N C L A I R S A,K R ME R U.T h e z i n c h o m e o s t a s i s n e t w o r k o f l a n d p l a n t sJ.B i o c h i m i c a e t B i o p h y s i c a A c t a(B B A)-M o-l e c u l a r C e l l R e s e a r c h,2 0 1 2,9:1 8 2 3.2 KO L A J-RO B I N O,RU S S E L L D,HAY E S K A,e t a l.C a t i o n d i f f u s i o n f a c i l i t a t o r f a m i l y