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接種叢枝菌根真菌對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)及氮磷營(yíng)養(yǎng)的影響*

王鵬鵬1,何躍軍1,吳長(zhǎng)榜1,2,蔣長(zhǎng)洪1,吳春玉1,謝佩耘1

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550025；2.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,貴州貴陽(yáng)550003)

摘要：利用西南喀斯特地區(qū)常見(jiàn)入侵植物紫莖澤蘭進(jìn)行叢枝菌根真菌(AMF)接種與對(duì)照處理試驗(yàn)，研究接種AMF對(duì)其形態(tài)分化、生物量、光合生理及氮磷營(yíng)養(yǎng)的影響。結(jié)果表明：接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭光合生理，顯著影響了紫莖澤蘭形態(tài)分化(地徑、苗高、總?cè)~面積、分蘗數(shù))及生物量；接種AMF顯著降低了紫莖澤蘭氮濃度，提高了紫莖澤蘭磷濃度，氮和磷攝取量均有所提高，磷攝取量達(dá)到顯著水平；對(duì)照條件下紫莖澤蘭葉片氮磷比為14.01，接種AMF后降低為8.52，接種AMF使紫莖澤蘭的生長(zhǎng)更大程度上受氮素限制，而不再受氮素和磷素的共同限制。

關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌；紫莖澤蘭；生長(zhǎng)；氮磷營(yíng)養(yǎng)

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)是一種世界性入侵惡性雜草[1]，原產(chǎn)于中美洲的墨西哥和哥斯達(dá)黎加一帶，現(xiàn)已廣泛分布于熱帶和亞熱帶30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)[2]，對(duì)入侵地生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞。紫莖澤蘭自20世紀(jì)40年代由緬甸傳入中國(guó)云南省南部，目前已經(jīng)在滇、黔、川、桂、藏等地廣泛分布并不斷向東、向北擴(kuò)散蔓延，對(duì)生態(tài)環(huán)境平衡構(gòu)成極大威脅[2～4]。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一類(lèi)能與世界上80 %的維管束植物形成互利共生關(guān)系的微生物[5]，AMF可以促進(jìn)植物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[6～7]，提高植物光合速率[8]，增強(qiáng)植物抗性及耐性[9～11]，影響外來(lái)植物入侵過(guò)程中植物群落演替進(jìn)程[12]。

本研究通過(guò)比較分析接種AMF對(duì)入侵植物紫荊澤蘭形態(tài)分化、生物量、光合生理及氮磷營(yíng)養(yǎng)攝取的影響，研究叢枝菌根真菌在紫莖澤蘭生長(zhǎng)過(guò)程中起到的作用，從而為控制紫莖澤蘭的入侵提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試植物紫莖澤蘭種子采集于貴州省關(guān)嶺布依族苗族自治縣(東經(jīng)105°35′10″～106°0′50″，北緯25°25′19″～26°10′32″)。挑選大小一致、顆粒飽滿(mǎn)的種子，經(jīng)10 %H2O2表面消毒10 min后去離子水反復(fù)沖洗干凈，初溫40℃水中浸泡24 h，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，露白后播種，待幼苗出土10天后間苗，每一種植室保留2棵長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗。

供試土壤供試土壤為貴陽(yáng)市花溪區(qū)貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃喀斯特地段的堿性石灰土，與河沙按照3：1體積比混合均勻，0.14 Mpa濕熱連續(xù)滅菌1 h。供試土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1　供試土壤理化性質(zhì)

供試菌種本研究采用幼套球囊霉(Glomusetunicatum)作為供試菌種，菌種購(gòu)于北京農(nóng)林科學(xué)院營(yíng)養(yǎng)資源研究所，本研究所需接種劑為利用已滅菌的土壤種植白三葉草(Trifoliumrepens)擴(kuò)繁3個(gè)月，接種劑含AMF孢子(孢子密度≥15個(gè)/g)、菌絲片段及侵染根段。

1.2研究方法

本試驗(yàn)分接種和對(duì)照兩種處理：每一接種組中加入50 g菌劑，播種5粒種子，覆蓋約1 cm厚的滅菌表土，澆足無(wú)菌水后將處理放置在試驗(yàn)大棚內(nèi)培養(yǎng)，待幼苗出土后10天間苗，每一種植室內(nèi)保留2株苗。對(duì)照組中加入50 g菌劑滅菌體(將接種菌劑0.14 Mpa、124～126℃濕熱滅菌1 h)，再加入10 mL菌劑過(guò)濾液(稱(chēng)取接種菌劑50 g，雙層試紙過(guò)濾后的濾液)到菌劑滅菌體，保證目的菌種以外的其他微生物區(qū)系一致，其他處理和培養(yǎng)方法與接種處理一致。每1處理重復(fù)4次。

1.3測(cè)定方法

在植株生長(zhǎng)約12周后收獲，進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定，收獲植物和土壤材料進(jìn)一步處理分析。

生物量測(cè)定收獲植物材料后，105℃殺青，80℃烘干至恒重稱(chēng)量。

土壤氮磷測(cè)定土壤樣品氮采用擴(kuò)散法測(cè)定，磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定[13]。

植物氮磷測(cè)定植物樣品氮采用擴(kuò)散法測(cè)定，磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定[13]。

葉面積測(cè)定掃描儀掃描葉片，利用Photoshop軟件對(duì)圖片進(jìn)行分析，計(jì)算葉面積大小。

1.4數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行圖表制作。

2結(jié)果與分析

2.1 接種AMF對(duì)紫莖澤蘭形態(tài)分化及生物量的

影響

2.1.1接種AMF對(duì)紫莖澤蘭形態(tài)分化的影響

與對(duì)照相比，接種處理紫莖澤蘭生長(zhǎng)12周后，其形態(tài)構(gòu)件出現(xiàn)明顯分化差異(表2)。其地徑、苗高、總?cè)~面積及分蘗數(shù)均出現(xiàn)顯著差異。表明接種AMF能夠引起紫莖澤蘭形態(tài)構(gòu)件上的分化，并顯著地促進(jìn)紫莖澤蘭的生長(zhǎng)。

表2　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭形態(tài)指標(biāo)的影響

注：不同字母表示差異顯著(P< 0.05)，下同。

圖1　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭生物量的影響

2.1.2接種AMF對(duì)紫莖澤蘭生物量的影響

由圖1可知，與對(duì)照相比，接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭根生物量(P=0.002)，增長(zhǎng)了54.51 %；接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭莖的生物量(P=0.005)，增長(zhǎng)了65.01 %；接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭葉的生物量(P=0.009)，增長(zhǎng)了49.67 %；接種AMF提高了紫莖澤蘭總生物量(P=0.004)，增長(zhǎng)了54.93 %。說(shuō)明接種AMF促進(jìn)了紫莖澤蘭各部分生物量的積累。

2.2接種AMF對(duì)紫莖澤蘭光合生理的影響

與對(duì)照相比，接種處理紫莖澤蘭生長(zhǎng)12周后，其凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均有顯著提高(表3)，胞間CO2濃度和光合耗水率無(wú)顯著性差異。說(shuō)明接種AMF能提高紫莖澤蘭光合速率，從而對(duì)紫莖澤蘭生物量的積累產(chǎn)生影響，進(jìn)一步影響紫莖澤蘭的形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育。

表3　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭光合生理的影響

2.3接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮和磷營(yíng)養(yǎng)的影響

2.3.1接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮和磷濃度的影響

與對(duì)照相比，接種AMF顯著降低了紫莖澤蘭植株根、莖和葉中氮濃度(P<0.05)(圖2)。結(jié)果表明，接種AMF對(duì)紫莖澤蘭各部分氮濃度有降低作用。

圖2　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮濃度的影響

與對(duì)照相比，接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭植株根、莖及葉中磷的濃度(圖3)。說(shuō)明接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭根、莖、葉各部分的磷濃度，促進(jìn)了紫莖澤蘭對(duì)磷的吸收能力。

圖3　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭磷濃度的影響

2.3.2接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮和磷攝取量的影響

與對(duì)照相比，接種AMF提高了紫莖澤蘭植株根、莖、葉和總氮攝取量，分別提高了36.02 %、36.41 %、23.36 %和27.59 %，但未達(dá)到顯著水平(表4)；與對(duì)照組相比，接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭根、莖、葉和總磷攝取量，分別提高了134.08 %、200.00 %、92.82 %及126.08 %，差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。上述結(jié)果表明，接種AMF顯著增加了紫莖澤蘭各部位磷的攝取量，促進(jìn)了紫莖澤蘭對(duì)磷的吸收。

表4　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮和磷攝取量的影響

2.4接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮磷比的影響

當(dāng)植物葉片的氮磷比小于14時(shí)，則表明植物生長(zhǎng)更大程度受到氮素的限制作用，而大于16時(shí)，則反映植被生產(chǎn)力受磷素的限制更為強(qiáng)烈，介于兩者之間表明，受到氮素和磷素的共同限制作用[14～15]。對(duì)照處理?xiàng)l件下根、莖和葉氮磷比分別是8.62、5.44和14.01，接種AMF處理?xiàng)l件下紫莖澤蘭植株根、莖和葉氮磷比分別是4.66、1.74和8.52，接種AMF對(duì)紫莖澤蘭植株根、莖和葉氮磷比具有顯著影響(圖4)。對(duì)照組紫莖澤蘭葉片氮磷比在14～16之間，說(shuō)明紫莖澤蘭的生長(zhǎng)受到氮和磷的共同限制，接種AMF后遠(yuǎn)小于14，紫莖澤蘭生長(zhǎng)受磷素的限制作用削弱，更大程度上受到氮素的限制。

圖4　接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮磷比的影響

3結(jié)論與討論

多數(shù)入侵植物都是菌根植物，植物入侵過(guò)程中能與新生境土壤中AMF建立良好的互利共生關(guān)系，叢枝菌根真菌可能在植物入侵與定殖過(guò)程中扮演非常重要的角色[16～18]，研究AMF對(duì)惡性入侵植物紫莖澤蘭生長(zhǎng)與氮磷營(yíng)養(yǎng)的影響，有助于探索AMF在紫莖澤蘭入侵中發(fā)揮的作用。

何躍軍等[8]研究發(fā)現(xiàn)接種AM真菌能顯著提高構(gòu)樹(shù)葉片凈光合速率，降低植株葉片對(duì)水分的消耗量，提高水分利用效率，提高蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。本研究對(duì)AMF在紫莖澤蘭光合生理中的作用得到同樣的結(jié)論，接種AMF能提高紫莖澤蘭光合速率，光合速率改變可能影響生物量的積累。本研究中發(fā)現(xiàn)接種AMF顯著提高了紫莖澤蘭的地徑、苗高、總?cè)~面積、分蘗數(shù)等形態(tài)分化及生物量，這可能是由于AMF改變了植物礦質(zhì)元素吸收及光合作用，導(dǎo)致其在形態(tài)分化和生物量上發(fā)生改變。

植物體內(nèi)的氮磷含量比率是對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境土壤氮磷養(yǎng)分可供給性的一種相對(duì)指示，同時(shí)也能表征植物對(duì)氮、磷養(yǎng)分的吸收狀況，當(dāng)?shù)?、磷充足時(shí)，植物對(duì)氮素和磷素的吸收按生理及物質(zhì)合成需要進(jìn)行，而當(dāng)某種元素處于稀缺狀態(tài)，另一種元素相對(duì)豐富時(shí)，植物體內(nèi)的氮磷比就會(huì)發(fā)生變化[14～15，19～21]。對(duì)紫莖澤蘭各部分氮磷比研究發(fā)現(xiàn)，接種AMF對(duì)紫莖澤蘭氮素和磷素的吸收具有不同的效率，未接種AMF條件下紫莖澤蘭葉片氮磷比為14.01，接種AMF后紫莖澤蘭的氮磷比為8.52，說(shuō)明接種AMF前紫莖澤蘭生長(zhǎng)受到氮素和磷素共同限制，接種AMF后更大程度上受到氮素的影響，AMF降低了磷素對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)的限制作用，這可能與AMF更大程度上促進(jìn)紫莖澤蘭對(duì)磷的吸收有關(guān)，使磷素不再是紫莖澤蘭生長(zhǎng)的限制因子，這對(duì)低磷地區(qū)紫莖澤蘭的生長(zhǎng)具有重要意義。

接種AMF對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)與氮磷營(yíng)養(yǎng)的攝取具有顯著的促進(jìn)作用，尤其是在低磷狀況下，AMF可能在紫莖澤蘭的入侵與定殖過(guò)程中發(fā)揮促進(jìn)作用，本研究?jī)H進(jìn)行了室內(nèi)接種試驗(yàn)，野外狀態(tài)下的影響尚不清楚，有待進(jìn)一步研究，這將有助于進(jìn)一步說(shuō)明AMF在植物入侵中的作用。

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Effects of Arbuscular Mycorrhizal Fungal Inoculation on Growth and

Nitrogen Phosphorus Nutrition of Eupatorium adenophorum

WANG Peng-peng1,HE Yue-jun1,WU Chang-bang1,2,JIANG Chang-hong1,WU Chun-yu1,XIE Pei-yun1

(1.College of Forestry,Guizhou University,Guiyang Guizhou 550025,P.R.China;

2.Guizhou Forest Inventory and Planning Institute,Guiyang Guizhou 550003,P.R.China)

Abstract:In order to study the effects of morphological differentiation,biomass,photosynthetic physiology and nitrogen phosphorus nutrition of invasive plant Eupatorium adenophorum inoculated with arbuscular mycorrhizal,E.adenophorum was inoculated and noinoculated with arbuscular mycorrhizal fungi in karst limestone soil.The results showed that the morphological differentiation (diameter,height,total leaf areas and tiller number)and biomass were increased significantly with inoculated; Photosynthetic physiology were increased significantly with inoculated; The phosphorus concentration was increased significantly while the nitrogen concentration was decreased significantly,the phosphorus acquisition was increased significantly while the nitrogen acquisition was increased; The ratio N/P of E.adenophorum leaf was 8.52 inoculated with AMF while the rate was 14.01 without AMF inoculation,the growth E.adenophorum of was greatly limited by nitrogen with inoculated AMF,and not jointly limited by nitrogen and phosphorus.

Key words:arbuscular mycorrhizal fungi;Eupatorium adenophorum; growth; nitrogen phosphorus nutrition

中圖分類(lèi)號(hào)：Q 948.12+2.3；S 451

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-8246(2015)05-0085-05

通訊作者簡(jiǎn)介：何躍軍(1977-)，男，教授，博士，主要從事生態(tài)恢復(fù)和菌根生態(tài)研究。E-mail：hyj1358@163.com

作者簡(jiǎn)介：第一王鵬鵬(1987-)，男，碩士生，主要從事菌根生態(tài)學(xué)研究。E-mail：tsingpow@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金(31000204；31360106)，貴州省優(yōu)秀青年科技人才專(zhuān)項(xiàng)基金(2013-10)，貴州大學(xué)引進(jìn)人才項(xiàng)目 (2012-005)，貴州省農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(NY2014-3029)。

收稿日期：*2015-04-14

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.05.017