徐冬梅，賀忠群，趙英鵬，王一鳴，龍勝舉

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611134； 2.綿陽農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽 621023)

低溫脅迫下AMF對景天三七生長和生理特性的影響

徐冬梅1,2，賀忠群1，趙英鵬1，王一鳴1，龍勝舉1

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611134； 2.綿陽農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽 621023)

以景天三七(Sedumaizoon)為試材，接種叢枝菌根真菌(AMF)后，再進(jìn)行低溫處理(0 ℃、5 ℃、10 ℃，以25 ℃為對照)，在低溫處理2、4、6、8和10 d后對生長指標(biāo)和相對電導(dǎo)率、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性、脯氨酸(Pro)含量、可溶性蛋白含量、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測定，旨在探討低溫脅迫下接種AMF對景天三七生長和生理特性的影響。結(jié)果表明，低溫脅迫抑制了AMF(Glomusmosseae)對景天三七根系的侵染能力和菌根的相對依賴性。與未接種對照相比，接種AMF的景天三七在株高、根長、干鮮重等方面有明顯增加，0 ℃低溫下增長效應(yīng)更明顯，總干重比未接種對照增加了75.38%；低溫脅迫下景天三七相對電導(dǎo)率、MDA含量和Pro含量隨脅迫溫度的下降和脅迫時間的延長而增加；超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性和可溶性蛋白含量則呈先上升后下降的趨勢；葉綠素含量和PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)呈下降趨勢。與未接種對照相比，接種AMF能顯著抑制低溫下景天三七細(xì)胞膜透性和MDA含量的升高，顯著提高景天三七體內(nèi)SOD、POD和CAT的活性，誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的可溶性蛋白和脯氨酸；提高植株體內(nèi)葉綠素含量和Fv/Fm，明顯緩解低溫脅迫對景天三七的傷害，增強(qiáng)景天三七對低溫脅迫的耐受性。

叢枝菌根真菌；景天三七；低溫脅迫；生理特性

景天三七(Sedumaizoon)也稱養(yǎng)心菜，為景天科(Crassulaceae)多年生肉質(zhì)宿根草本，是一種藥食及園林綠化兼用植物。其植株低矮，株型緊湊，葉肉質(zhì)，成熟時開金黃色小花，花期長，整株植物綠色期長，自然形狀整齊美觀，是園林綠地做地被、矮籬、鑲邊、組織圖案或做花壇、花境的優(yōu)質(zhì)材料。近年來其作為一種輕型屋頂綠化植物用于城鎮(zhèn)生態(tài)綠化工程。但景天三七最適合生長的溫度為18～25 ℃，生長期3月-9月，10月或11月后地上部分枝葉逐漸枯黃，以宿根越冬，次年3月在根莖外萌生新芽[1-2]。低溫是影響景天三七冬季生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，是阻礙其四季常綠的關(guān)鍵問題。目前，國內(nèi)外對景天三七的研究主要集中在化學(xué)成分分析[3-5]、藥理學(xué)[6-7]、顯微解剖[8-9]、組織培養(yǎng)[10-11]和栽培管理技術(shù)[2,12-13]等方面，而關(guān)于景天三七的耐寒性研究較少。因此，研究景天三七對低溫脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，尋求適當(dāng)?shù)恼{(diào)控措施來提升其對低溫脅迫的抗性和恢復(fù)能力，對實(shí)現(xiàn)其四季常綠具有重要意義。

叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一種能與陸地上90%以上的植物根系形成互惠共生體的內(nèi)生真菌[14]。叢枝菌根真菌侵染根系后可促進(jìn)寄主植物對水分及營養(yǎng)元素的吸收，可使寄主植物的地上和地下的形態(tài)結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，并且其生理生化活動也會受到影響，從而促進(jìn)植物生長，增加碳水化合物、葉綠素和蛋白質(zhì)含量等，加強(qiáng)植物的抗氧化防御機(jī)制，增強(qiáng)植物的抗逆性。近年來有研究認(rèn)為，接種AMF可提高植物的耐寒性，如接種AMF可提高玉米(Zeamays)、韭菜(Alliumtuberosum)、茄子(Solanummelongena)、菜豆(Phaseolusvulgaris)和君遷子(Diospyroslotus)等的抗低溫能力[15-20]。目前，關(guān)于接種AMF對景天植物耐寒性的研究尚未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)將AMF接種到景天三七，從生理機(jī)理上探討接種AMF對低溫脅迫下景天三七生長和生理特性的影響，以期為AMF推廣應(yīng)用到景天三七的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物為景天三七，采自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場。

供試菌種為叢枝菌根摩西球囊霉(Glomusmosseae)，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇健壯、無病蟲害的景天三七莖剪成5～6 cm、帶4～5個腋芽的莖段，扦插入30孔營養(yǎng)盤中，扦插基質(zhì)為珍珠巖，扦插期間按常規(guī)管理。扦插后一次性澆透水，每兩天進(jìn)行一次補(bǔ)水；氣溫高于25 ℃時應(yīng)每天進(jìn)行補(bǔ)水；保持基質(zhì)相對濕度在65%～75%。若烈日暴曬、光照過強(qiáng)則需用遮陽網(wǎng)進(jìn)行遮陰。30 d后選擇生長一致的景天三七扦插苗(根系用自來水沖洗干凈)進(jìn)行定植。定植于10 cm×10 cm的營養(yǎng)缽中，每缽一株，定植前營養(yǎng)缽用75%酒精擦洗消毒；定植基質(zhì)為腐殖質(zhì)土和園土按1∶1比例(質(zhì)量比)混勻后于烘箱中160 ℃高溫滅菌2 h，自然冷卻后繼續(xù)在160 ℃烘2 h放涼[21]。接種處理同時進(jìn)行定植，接種AMF(AM)處理采用層施法，每缽施接種物20 g；未接種對照(NAM)為每缽加等量滅菌接種物，以保證根際環(huán)境一致；常溫下統(tǒng)一進(jìn)行肥水管理，接種處理10 d左右噴施1%的磷酸二氫鉀和0.5%的尿素，每個處理保持澆水量一致。

植株長至20 cm左右時，將上述景天三七植株移入人工氣候箱(GZ-380-GSI)，進(jìn)行低溫脅迫處理。脅迫處理溫度為0 ℃、5 ℃、10 ℃，以25 ℃為對照(CK1和CK2)。同一個溫度水平下設(shè)不接種(NAM)和接種(AM)兩個處理，共8個處理，每個處理10盆，3次重復(fù)；人工氣候箱內(nèi)光照強(qiáng)度為10 000 lx，光周期12 h/12 h(晝/夜)，相對濕度70%。

分別在低溫脅迫處理前(0 d)和處理結(jié)束(10 d)后，取植株根系觀察菌根侵染效果，計(jì)算菌根侵染率；測定各處理植株株高、莖粗等形態(tài)指標(biāo)和地上與地下部分干重和鮮重，并計(jì)算菌根依賴性。在低溫處理0、2、4、6、8、10 d時測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，并取葉樣，部分葉樣立即用于測定細(xì)胞膜透性和葉綠素含量，其余葉樣分裝后保存于超低溫冰箱(-80 ℃)中，用于測定丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、可溶性蛋白和游離脯氨酸(Pro)含量。取樣方法為葉片樣取自頂部向下第3-6片功能葉。

1.3 測定方法

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)確定景天三七低溫處理的時間以10 d較好，10 d后0 ℃處理的植株地上部有很明顯的冷害癥狀，5、10 ℃未出現(xiàn)冷害癥狀。因此，本試驗(yàn)在低溫脅迫處理前(0 d)和處理結(jié)束(10 d)時，用直尺和游標(biāo)卡尺測量植株的株高、莖粗、根長；分別取植株地上部和地下部，用去離子水沖洗干凈擦干后，分別稱鮮重，105 ℃殺青15 min，75 ℃烘至恒重，稱干重。取景天三七根系測定菌根侵染率和菌根依賴性，菌根侵染率參照Phillips和Hagman[21]的方法，用曲利苯藍(lán)(Trypan blue)溶液染色，固定，電鏡下觀察菌根侵染情況。菌根相對依賴性參照Plenchette等[22]的方法計(jì)算。公式如下。

菌根侵染率=(叢枝菌根感染的根段長度/檢查根段的總長度)×100%;

菌根依賴性=[(接種處理干重-不接種處理干重)/接種處理干重]×100%。

細(xì)胞膜透性采用李合生[23]的相對電導(dǎo)率法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定[23]；SOD活性采用氮藍(lán)四唑法[23]測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[23]測定；CAT活性采用紫外分光光度法[23]測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[23]測定；Pro含量采用酸性茚三酮比色法[23]測定；葉綠素含量采用李合生[23]的乙醇提取法；葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)測定采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(PAM-2500)測定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007、DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件完成，差異顯著性采用Duncan’s新復(fù)極差法測驗(yàn)分析。

2 結(jié)果

2.1 低溫脅迫下AMF對景天三七菌根侵染率、干鮮重和菌根依賴性的影響

低溫脅迫處理前，接種AMF的景天三七菌根侵染率達(dá)69.17%，未接種根系未發(fā)現(xiàn)叢枝菌根結(jié)構(gòu)(表1)；與未接種對照相比，接種處理地上部和地下部的鮮重分別增加了56.19%和63.04%，地上部和地下部干重分別增加了40.91%和65.00%，接種處理與未接種對照間差異顯著(P<0.05)。與25 ℃相比，0、5和10 ℃條件下菌根侵染率分別下降了37.26%、22.53%和12.72%，菌根依賴性分別下降了34.65%、24.53%和13.71%。這說明雖然低溫脅迫降低了AMF對景天三七根系的侵染率和菌根依賴性，但是AM真菌顯著提高了植物在低溫下的生長。低溫脅迫10 d時，0、5及10 ℃低溫處理下接種處理與未接種相比在一定程度上提高了景天三七的的干鮮重，特別是在0 ℃下接種使景天三七地上部鮮重和地上部干重分別比未接種增加106.06%和68.12%，說明低溫脅迫顯著降低了景天三七地上部和地下部鮮重和干重。

2.2 AMF對低溫脅迫下景天三七生長的影響

25 ℃處理10 d時，接種AMF的景天三七苗的株高、莖粗和根長顯著高于未接種對照(P<0.05)，分別提高了30.46%、12.38%和33.54%。無論接種與否，不同低溫脅迫明顯抑制了景天三七苗的生長，0 ℃低溫處理表現(xiàn)更明顯。0 ℃低溫脅迫10 d時，未接種AMF的景天三七苗的株高、莖粗、根長分別為未接種對照(CK1)的86.95%、90.48%和85.22%，接種AMF的景天三七苗的株高、莖粗、根長分別為對照(CK2)的84.16%、91.24%和85.70%(表2)。景天三七生長量雖然在低溫處理下較對照顯著減少，但接種AMF顯著促進(jìn)了低溫脅迫下景天三七的生長。0 ℃低溫條件下，接種株的株高、莖粗和根長分別比未接種株增加了26.27%、13.33%和34.28%，表明接種AMF可促進(jìn)低溫下景天三七的生長，減緩低溫對景天三七的傷害。

2.3 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片細(xì)胞膜透性的影響

表1 低溫脅迫下AMF對景天三七菌根侵染率、干鮮重和菌根依賴性的影響Table 1 Effects of arbuscular mycorrhizal fungi(AMF) on mycorrhizal colonization, fresh mass, dry mass, and mycorrhizal dependence of Sedum aizoon under low temperature stress

注：AM表示接種AMF處理，NAM表示未接種處理；同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，表2同。

Note：AM，inoculated arbuscular mycorrhizal fungi(AMF); NAM, non-AMF treatment. Different lower case letters within the same column indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level. The same below.

表2 低溫脅迫下AMF對景天三七株高、莖粗、根長的影響Table 2 Effects of AMF on height, diameter, root length of Sedum aizoon under low temperature stress

在正常溫度(25℃)下，隨著時間的延長，未接種處理(NAM)和接種處理(AM)的景天三七葉片細(xì)胞膜透性沒有明顯變化(表3)。但隨著溫度的降低，景天三七細(xì)胞膜透性逐漸增大，并隨低溫脅迫時間的延長大體增加。無論接種與否，景天三七葉片細(xì)胞膜透性在低溫脅迫2～6 d期間呈急劇上升趨勢。0、5、10 ℃低溫脅迫10 d時未接種處理的景天三七葉片細(xì)胞膜透性分別為55.63%、48.07%、41.51%，是0 d 25 ℃未接種處理的2.26倍、1.95倍、1.69倍；接種處理的景天三七葉片細(xì)胞膜透性分別為47.17%、41.69%、35.41%，是0 d 25 ℃接種處理的2.15倍、1.90倍、1.61倍。在同一低溫條件下，未接種處理的景天三七細(xì)胞膜透性顯著高于接菌處理的(P<0.05)。

2.4 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片MAD含量的影響

在常溫下，未接種處理(NAM)和接種處理(AM)的景天三七葉片中MDA含量相對比較穩(wěn)定(表4)。低溫下，MDA含量增加，并隨著低溫脅迫時間的延長，無論接菌與否，景天三七葉片中的MDA含量均不斷積累，總體呈逐步上升趨勢，并且未接菌處理的景天三七葉片中MDA含量上升趨勢比接種處理明顯。在同一低溫條件下，接種株葉片中的MDA含量均基本顯著低于未接種株的(P<0.05)。低溫0、5、10 ℃脅迫10 d時，未接種處理葉片的MDA含量分別是接種處理的1.44倍、1.48倍、1.50倍?？梢?，接種AMF能顯著抑制MDA含量的上升。

表3 低溫脅迫下AMF對景天三七細(xì)胞膜透性(%)的影響Table 3 Effects of AMF on membrane permeability(%) of Sedum aizoon under low temperature stress

注：不同字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05),下表同。

Note: Different lower case letters indicate significant difference among different AMF treatments at the 0.05 level. The same below.

表4 低溫脅迫下AMF對景天三七M(jìn)DA含量(%)的影響Table 4 Effects of AMF on malondialdehyde(MDA) content(%) of Sedum aizoon under low temperature stress

2.5 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片抗氧化酶活性的影響

在常溫下(25 ℃)，與未接種處理相比，接種AMF處理的景天三七葉片SOD、POD和CAT活性均顯著上升(P<0.05)(表5)。低溫脅迫下，無論接菌與否，SOD活性隨脅迫時間的延長先呈逐漸上升的趨勢，后又下降最后總體上趨于平穩(wěn)；POD活性呈升高-降低-升高-降低的趨勢；CAT活性呈先升高后降低的趨勢。同一低溫條件下，與不接種處理相比，接種處理的SOD、POD和CAT活性均顯著高于未接種處理(P<0.05)。0 ℃脅迫6 d時，無論接種與否，景天三七SOD活性較高，其未接種處理的SOD活性較同期25 ℃未接種處理高56.64%，較同期0 ℃接種處理低18.65%。0 ℃脅迫4 d時，無論接種與否，景天三七POD活性較高，未接種處理的POD活性較同期25 ℃未接種處理高83.07%，較同期0 ℃接種處理的低18.29%。0 ℃脅迫8 d時，無論接種與否，景天三七CAT活性較高，未接種處理的CAT活性較同期25 ℃未接種處理高61.61%，較同期0 ℃接種處理的低26.35%；而到脅迫10 d時，CAT活性顯著降低。

表5 低溫脅迫下AMF對景天三七SOD、POD和CAT活性的影響Table 5 Effects of AMF on superoxide dismutase(SOD), peroxidase(POD) and catalase(CAT) activity of Sedum aizoon under low temperature stress

2.6 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.6.1 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片可溶性蛋白含量的影響 在正常溫度(25 ℃)下，接種處理的景天三七葉片可溶性蛋白含量顯著高于未接菌處理(P<0.05)(表6)。在5和10℃低溫脅迫下，無論接種與否，景天三七葉片內(nèi)可溶性蛋白含量隨著脅迫持續(xù)時間的延長呈先升高后降低的趨勢；而在0 ℃低溫脅迫下，隨脅迫持續(xù)時間延長呈下降趨勢。

表6 低溫脅迫下AMF對景天三七可溶性蛋白含量(mg·g-1)的影響Table 6 Effects of AMF on soluble protein content(mg·g-1) of Sedum aizoon under low temperature stress

表7 低溫脅迫下AMF對景天三七游離脯氨酸含量(mg·g-1)的影響Table 7 Effects of AMF on Pro content(mg·g-1) of Sedum aizoon under low temperature stress

無論接種與否，0 ℃脅迫2 d時，景天三七可溶性蛋白含量較高，其未接種處理的可溶性蛋白含量較同期25 ℃未接種處理高58.17%，接種處理的可溶性蛋白含量較同期25 ℃接種處理高45.24%。無論接種與否，5和10 ℃脅迫4 d時，景天三七可溶性蛋白含量較高，其未接種處理的可溶性蛋白含量較同期25 ℃未接種處理分別高33.14%和25.74%，接種處理的可溶性蛋白含量較同期25 ℃接種處理分別高30.02%和16.77%。在同一低溫脅迫下，接種處理的景天三七葉片可溶蛋白含量顯著高于未接種處理(P<0.05)。低溫0、5、10 ℃脅迫10 d時，接種處理的景天三七葉片可溶性蛋白含量比未接種處理分別高9.73%、6.48%和18.53%。

2.6.2 低溫脅迫下AMF對景天三七葉片游離脯氨酸含量的影響 在正常溫度(25 ℃)下，接種處理的景天三七葉片游離脯氨酸含量高于未接種處理(表7)。無論接種與否，景天三七葉片游離脯氨酸含量隨著低溫脅迫程度的加劇和脅迫時間的延長大體呈逐漸升高的趨勢。0、5和10 ℃低溫脅迫10 d時，未接種處理的景天三七葉片游離脯氨酸含量分別比同期25 ℃未接種處理高177.35%、108.35%、31.52%，接種處理的的景天三七葉片游離脯氨酸含量分別比同期25 ℃接種處理高223.87%、115.26%、33.90%。在同一低溫條件下，接種處理的景天三七葉片中游離脯氨酸含量顯著高于未接種處理(P<0.05)。低溫0、5、10 ℃脅迫10 d時接種處理的景天三七葉片游離脯氨酸含量比未接種處理分別高34.24%、18.76%和17.03%?？梢姡臃NAMF可使低溫下的景天三七具有更多的脯氨酸，進(jìn)而能更為有效地減緩低溫對景天三七的脅迫。

2.7 低溫脅迫下AMF對景天三七葉綠素含量的影響

常溫(25 ℃)下，接種AMF提高了景天三七葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的含量；無論接種與否，在不同低溫脅迫下景天三七葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的含量均低于對照，并隨低溫脅迫時間的延長而逐漸降低(表8)。0 ℃低溫脅迫10 d時，未接種處理葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的含量分別比同期25 ℃未接種處理低44.56%、37.69%和42.75%。在同一低溫條件下，接種處理的景天三七葉片中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的含量明顯高于未接種處理。在0 ℃低溫下，接種處理的景天三七葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的含量在脅迫10 d時比未接種處理的分別高10.82%、9.50%和10.44%。說明接種AMF可以通過提高景天三七葉片內(nèi)的光合色素的含量，促進(jìn)景天三七的光合作用，提高其耐寒性。

2.8 低溫脅迫下AMF對景天三七葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

無論接種AMF與否，景天三七葉片初始熒光(Fo)均隨溫度的降低而升高，并隨低溫脅迫時間的延長而升高；同一溫度下，與不接種處理相比，接種處理的景天三七葉片F(xiàn)o均顯著低于未接種處理(P<0.05)。0、5和10 ℃低溫脅迫10 d時，接種處理的景天三七葉片F(xiàn)o分別比同期25 ℃接種處理高65.90%、48.95%和36.76%，分別比同期0、5和10 ℃未接種處理低8.89%、8.65%和5.90%(表9)。無論接種AMF與否，景天三七的PS Ⅱ原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)隨溫度的降低而下降；同一溫度下，與不接種處理相比，接種AMF的景天三七Fv/Fm均高于未接種處理，除0 ℃低溫脅迫2 d時，接種處理和未接種處理的Fv/Fm差異不顯著外，其余溫度下均達(dá)顯著水平(P<0.05)。0、5和10 ℃低溫脅迫10 d時，接種處理的景天三七Fv/Fm分別比同期25 ℃接種處理下降了26.55%、18.67%和13.21%，分別較同期0、5和10 ℃未接種處理提高了2.19%、2.13%和1.42%(表9)。

3 討論與結(jié)論

溫度能夠影響AMF的發(fā)育和活力。低溫脅迫降低AMF侵染率在多種植物中被廣泛發(fā)現(xiàn)。如在10 ℃下AMF對高粱(Sorghumbicolor)根系的侵染率幾乎降為0[24]；AMF在低溫(15、5 ℃)下對玉米的侵染率比常溫(25 ℃)下低，低溫能抑制AMF對玉米的侵染[25]。本研究表明，低溫脅迫明顯降低了摩西球囊霉對景天三七根系的菌根侵染率，這與前述研究結(jié)果一致。低溫脅迫對景天三七地上和地下部分干鮮重均有一定的抑制作用，溫度越低，抑制作用越明顯；接種摩西球囊霉能夠明顯減緩低溫脅迫對景天三七地上部生長的抑制效應(yīng)。

低溫脅迫常導(dǎo)致植物碳同化降低，維持生長的能耗增加，一般會使植株生物量減少，即直接表現(xiàn)在植物的株高、莖粗、根長、干鮮重上。接種AMF可促進(jìn)多種植物在逆境下的生長發(fā)育。在低溫處理(晝/夜，15/10 ℃)6 d下，接種AMF的黃瓜(Cucumissativus)幼苗的株高增長量，莖粗增長量，地上部和地下部干、鮮重的增長量均顯著高于未接菌對照[26]。本研究結(jié)果也表明，與未接種對照相比，低溫脅迫下，接種AMF能顯著促進(jìn)景天三七的生長。

表8 低溫脅迫下AMF對景天三七葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的影響Table 8 Effects of AMF on chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll of Sedum aizoon under low temperature stress

表9 低溫脅迫下AMF對景天三七Fo和Fv/Fm的影響Table 9 Effeets of AMF on Fo and Fv/Fm of Sedum aizoon under low temperature stress

植物在低溫下受到傷害的重要原因是低溫改變植物細(xì)胞膜透性[27]。植物在正常條件下生長，葉片細(xì)胞膜透性很小。在低溫脅迫下植物細(xì)胞膜透性會不同程度的增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高。MDA的含量反映細(xì)胞膜過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜的損傷程度，在一定程度上可反映植物耐受逆境的能力[28]。植物受到逆境傷害時，植物體內(nèi)MDA含量會升高，導(dǎo)致植物細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害。本研究結(jié)果表明，低溫下景天三七葉片的相對電導(dǎo)率升高，細(xì)胞膜透性增大，MDA含量升高，說明低溫對景天三七細(xì)胞膜造成不同程度的損傷。這與對低溫脅迫下4種景天屬植物生長和生理變化的研究結(jié)果[29]類似。而接種AMF能通過自我調(diào)節(jié)機(jī)制，降低景天三七細(xì)胞膜質(zhì)膜透性和MDA含量，減緩相對電導(dǎo)率上升，減輕景天三七細(xì)胞膜的損傷，使其耐寒性提高。這與在不同溫度下對菌根化玉米的研究[30]結(jié)果一致。

SOD、POD 和CAT是植物體內(nèi)的活性氧清除劑。SOD的主要功能是清除O2-產(chǎn)生H2O2和氧分子，而POD和CAT可以清除體內(nèi)的H2O2，防止H2O2和O2-相互作用，從而維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡。低溫下脅迫會破壞植物體內(nèi)的這種平衡體系，造成植株體內(nèi)活性氧積累，從而導(dǎo)致膜通透性增加和代謝紊亂，致使植物受傷害。在目前的相關(guān)報(bào)道中，對其與逆境的相關(guān)生理已有大量報(bào)道。但在低溫脅迫下，抗氧化酶對低溫的應(yīng)答反應(yīng)，目前的報(bào)道仍不一致[31-32]。韓冰等[33]研究發(fā)現(xiàn)，AMF可以增加低溫脅迫下黃瓜幼苗SOD、CAT、POD的活性，降低MDA含量。本研究結(jié)果同樣表明，接種摩西球囊霉可以大幅提高低溫脅迫下景天三七葉片SOD、POD、CAT的活性，能夠更有效地清除活性氧，降低質(zhì)膜過氧化程度，維持細(xì)胞膜的完整性。

游離脯氨酸和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，維持細(xì)胞內(nèi)的代謝平衡[34]。本研究中低溫處理下景天三七葉片游離脯氨酸和可溶性蛋白含量均顯著高于常溫對照，且接種AMF可使低溫處理下游離脯氨酸和可溶性蛋白含量進(jìn)一步升高，這與在彩葉草(Coleusblumei)上的研究結(jié)果[19]是一致的。

植物進(jìn)行光合作用的主要色素是葉綠素和類胡蘿卜素。低溫下植株的葉綠素含量降低，而接種AMF可提高低溫脅迫下植株葉片的葉綠素含量[35]。本研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。接種AMF菌劑摩西球囊霉可增加低溫脅迫下景天三七的葉綠素含量。這可能是因?yàn)槿~綠素含量減少使植物不能吸收較多光能，最終導(dǎo)致植物光合作用的下降。而接種AMF促進(jìn)了景天三七葉片葉綠素和類胡蘿卜素的合成速率，加強(qiáng)了營養(yǎng)成分和水分的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，使之有利于菌根植物的氣體交換，從而有利于光合作用。

葉綠素?zé)晒獍素S富的光合作用信息，是快速、靈敏、無損傷的研究和探測光合代謝的新手段。Fo表示PSⅡ所有反應(yīng)中心處于完全開放狀態(tài)時的最小熒光產(chǎn)量，反映PSⅡ反應(yīng)中心受到傷害的程度[36-37]。本研究結(jié)果表明，隨著溫度的下降和低溫脅迫時間的延長，景天三七葉片F(xiàn)o逐漸升高，且同一低溫下接種AMF的景天三七Fo低于未接種處理。說明低溫脅迫下，景天三七植株P(guān)SⅡ反應(yīng)中心受到損傷，但接種處理的景天三七受到的傷害程度要低于未接種處理。Fv/Fm作為環(huán)境脅迫程度的指標(biāo)和探針，表示PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)化效率。本研究中，低溫脅迫可導(dǎo)致 Fv/Fm下降，而接種 AMF可使低溫脅迫下植株的 Fv/Fm得到顯著提高。說明低溫脅迫下，接種AMF能夠減輕低溫脅迫對景天三七葉片PSⅡ反應(yīng)中心的傷害，提高PSⅡ反應(yīng)中心活性、電子傳遞速率和光能轉(zhuǎn)化效率，從而提高景天三七的光合能力。這與在玉米上的研究結(jié)果[25]是一致的。

本研究通過模擬屋頂?shù)蜏?，探討接種AMF對低溫脅迫下景天三七的生理響應(yīng)機(jī)制，試驗(yàn)表明低溫條件下，溫度越低，脅迫時間越長，景天三七受到的傷害越大，生理活性越低。但是，接種AMF可以提高景天三七葉片的SOD、POD的活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和葉綠素含量，降低細(xì)胞質(zhì)膜透性和MDA的含量。本研究結(jié)果表明，接種AMF可以通過促進(jìn)低溫脅迫條件下景天三七葉片內(nèi)葉綠素的生成，增加低溫下景天三七的光合速率；同時，促進(jìn)抗氧化酶活性的提高，降低細(xì)胞膜質(zhì)的過氧化，保證低溫下細(xì)胞的正常代謝活動，實(shí)現(xiàn)景天三七對低溫脅迫的抵抗能力的提高。

References:

[1] 林開和.特色無公害保健型蔬菜——養(yǎng)心菜.上海蔬菜,2003(6):7.

[2] 宋波,徐海,陳龍正,袁希漢.綠色保健蔬菜費(fèi)菜的優(yōu)質(zhì)高效栽培技術(shù).江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(6):97.

[3] 張晶晶,王晶,薛嬌,曹百一,路金才.費(fèi)菜莖葉的化學(xué)成分.沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào),2010,27(8):635-638. Zhang J J,Wang J,Xue J,Cao B Y,Lu J C.Chemical composition from the stems and leaves ofSedumaizoonL.Journal of Shenyang Pharmaceutical University,2010,27(8):635-638.(in Chinese)

[4] 時政.養(yǎng)心菜的營養(yǎng)保健成分研究.北方園藝,2013(15):36-38. Shi Z.Study on nutrition and healthy components ofSedumaizoonL.Northern Horticulture,2013(15):36-38.(in Chinese)

[5] Li W L,Luo Q Y,Wu L Q.Two new prenylated isoflavones fromSedumaizoonL.Fitoterapia.2011,82:405-407.

[6] 鐘露苗,夏新華,姜德建,曾貴榮,高尚.景天三七藥材不同提取部位對小鼠胃粘膜保護(hù)作用的研究.中國臨床藥理學(xué)雜志,2014,30(3):208-211. Zhong L M,Xia X H,Jiang D J,Zeng G R,Gao S.Study on gastric-mucosal protective effect of different extracting-parts of stonecrop notoginseng in mice.The Chinese Journal of Clinical Pharmacology,2014,30(3):208-211.(in Chinese)

[7] 劉雪梅,吳符火,黃啟福.養(yǎng)心草膠囊調(diào)脂作用藥效學(xué)實(shí)驗(yàn)研究.中國病理生理雜志,2005,21(8):1628-1628. Liu X M,Wu F H,Huang Q F.Study on pharmacodynamics experiment of Yangxincao capsule in regulating lipid modulation.Chinese Journal of Pathophysiology,2005,21(8):1628-1628.(in Chinese)

[8] 韓榮春.景天科景天屬四種藥用植物生藥學(xué)研究.沈陽:遼寧中醫(yī)藥大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007. Han R C.Study on the pharmacognosy of four species plants ofSedumL.Master Thesis.Shenyang:Liaoning Medical University,2007.(in Chinese)

[9] 蘇丹,張金政,孫國峰,邢全,顧德鋒,董燃.費(fèi)菜和長藥八寶葉形態(tài)結(jié)構(gòu)及其與耐旱性關(guān)系的研究.植物研究,2007,27(4):428-433. Su D,Zhang J Z,Sun G F,Xing Q,Gu D F,Dong R.Studies on anatomical structures of leaves and their drought tolerance features ofSedumaizoonL. andSedumspectabilisBoreau.Bulletin of Botanical Research,2007,27(4):428-433.(in Chinese)

[10] 李鶯,王朝.景天三七的組織培養(yǎng)和植株再生.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,19(12):109-112. Li Y,Wang C.Tissue culture and plantlet regeneration ofSedumaizoonL.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2010,19(12):109-112.(in Chinese)

[11] 卜復(fù)鳴,謝蘭曼,胡建新.費(fèi)菜1葉1芽微體快繁技術(shù)初探.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,40(12):177-179. Bo F M,Xie L M,Hu J X.Explore one leaf and buds microbody rapid propagation technology ofSedumaizoonL.Jiangsu Agricultural Sciences,2013,40(12):177-179.(in Chinese)

[12] 王嵩,馬杰,趙維,何遠(yuǎn)寬,馬維.黔西北景天三七高產(chǎn)栽培優(yōu)化研究.北方園藝,2014(11):147-149. Wang S,Ma J,Zhao W,He Y K,Ma W.Research on optimazation growing cutivation ofSedumaizoonL. in Northwest Guizhou.Northern Horticulture,2014(11):147-149.(in Chinese)

[13] 王秀英,李恩彪.藥菜兼用的救心菜日光溫室可移動式生產(chǎn)技術(shù).北方園藝,2009(3):146-148. Wang X Y,Li E B.Medicine food combination ofSedumaizoonL. sunlight greenhouse mobile production technology.Northern Horticulture,2009(3):146-148.(in Chinese)

[14] 李曉林,馮固.叢枝菌根生態(tài)生理.北京:華文出版社,2001. Li X L,Feng G.Arbuscular Mycorrhizal Ecological Physiology.Beijing:Sino-Culture Press,2001.(in Chinese)

[15] Zhu X,Song F,Xu H.Influence of arbuscular mycorrhizae on lipid peroxidation and antioxidant enzyme activity of maize plants under temperature stress.Mycorrhiza,2010,20(5):325-332.

[16] 趙士杰,李樹林.VA 菌根促進(jìn)韭菜增產(chǎn)的生理基礎(chǔ)研究.土壤肥料,1993(4):38-40.

[17] 柏素花,董超華,劉新.VA菌根菌抗冷菌株的篩選及其對茄子抗冷性的影響.中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(10):272-276. Bai S H,Dong C H,Liu X.Screening chilling-resisted VAMFs and the effect on resistance of eggplant to chilling.Chinese Agricultural Science Bulletin,2006,22(10):272-276.(in Chinese)

[18] E1-Tohamy W,Schnitzter W H,El-Behairy U.Effect of VA mycorrhiza on improving drought and chilling tolerance of bean plants (PhaseolusvulgarisL.).Journal of Applied Botany,1999,73(5-6):178-183.

[19] 郭紹霞,馬穎,李敏.叢枝菌根真菌對彩葉草耐寒性的影響.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,26(3):174-176. Guo C X,Ma Y,Li M.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on cold tolerance of coleus blumei seedlings.Journal of Qingdao Agricultural University：Natural Science,2009,26(3):174-176.(in Chinese)

[20] 張林平,齊國輝,郭強(qiáng).叢枝菌根真菌對君遷子幼苗生長及抗寒性的影響.河北果樹,2003(1):6-8. Zhang L P,Qi G H,Guo Q.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on seedling growth and cold resistance of diospyros lotus.Hebei Fruits,2003(1):6-8.(in Chinese)

[21] Phillips J M,Hayman D S.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection.Transactions of the British mycological Society，1970,55(1):118-158.

[22] Plenehette C,Fortin J A,Furlan V.Growth responses of several plant species to mycorrhizae in a soil of moderate P-fertility I. Mycorrhizal dependency under field conditions.Plant and Soil,1983,70(2):199-209.

[23] 李合生.植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù).北京:高等教育出版社,2000.

[24] Liu A,Wang B,Hamel C.Arbuscular mycorrhiza colonization and development at suboptimal root zone temperature.Mycorrhiza,2004,14(2):93-101.

[25] 朱先燦,宋鳳斌,徐洪文.低溫脅迫下叢枝菌根真菌對玉米光合特性的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21(2):470-475. Zhu X C,Song F B,Xu H W.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on photosynthetic characteristics of maize under low temperature stress.Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(2):470-475.(in Chinese)

[26] 羅正榮.植物激素與抗寒力的關(guān)系.植物生理學(xué)通訊,1989(3):1-5. Luo R Z.Plant hormone relations with cold hardiness.Plant Physiology Communications,1989(3):1-5.(in Chinese)

[27] 簡令成.生物膜與植物寒害和抗寒性的關(guān)系.植物學(xué)報(bào),1983(1):17-23. Jian L C.Biological membrane relationship with plant cold injury and cold resistance.Acta Botanica Sinica,1983(1):17-23.(in Chinese)

[28] 柏曉玲,周青平,陳有軍,田莉華,陳仕勇,肖雪君.燕麥幼苗對低溫脅迫的響應(yīng).草業(yè)科學(xué),2016,33(7):1375-1382. Bai X L,Zhou Q P,Chen Y J,Tian L H,Chen S Y,Xiao X J.Responses of oat seedlings to chilling stress.Pratacultural Science,2016,33(7):1375-1382.(in Chinese)

[29] 王璐珺.低溫脅迫對4種景天屬植物生長和生理的影響.中國農(nóng)業(yè)信息,2013(11):117-120. Wang L J.Effect of low temperature on physiological indexes of 4Crassulaceaespecies.China Agriculture Information,2013(11):117-120.(in Chinese)

[30] Zhu X C,Song F B,Xu H W.Arbuscular mycorrhizae improves low temperature stress in maize via alterations in host water status and photosynthesis.Plant and Soil,2010,331(1-2):129-137.(in Chinese)

[31] 胡增輝,王倩,冷平生.苔景天和聯(lián)合勘察加景天對低溫脅迫的生理響應(yīng).新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,50(1):77-83. Hu Z H,Wang Q,Leng P S.The physiological response ofSedumacreplant andS.kamtschaticumsubsp.ellacombianumplant to low temperature.Xinjiang Agheultural Seiences,2013,50(1):77-83.(in Chinese)

[32] 馮昌軍,羅新義,沙偉,王鳳國.低溫脅迫對苜蓿品種幼苗SOD、POD活性和脯氨酸含量的影響.草業(yè)科學(xué),2005,22(6):29-32. Feng C J,Luo X Y,Sha W,Wang F G.Effect of low temperature stress on SOD、POD activity and prol ine content of alfalfa.Pratacultural Science,2005,22(6):29-32.(in Chinese)

[33] 韓冰,賀超興,閆妍,郭世榮,于賢昌.AMF對低溫脅迫下黃瓜幼苗生長和葉片抗氧化系統(tǒng)的影響.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(8):1646-1653. Han B,He C X,Yan Y,Guo S R,Yu X C.Effects of arbuscular mycorrhiza fungi on seedlings growth and antioxidant systems of leaves in cucumber under low temperature stress.Scientia Agricultura Sinica,2011,44(8):1646-1653.(in Chinese)

[34] 何若韜,王光潔.植物寒冷馴化的機(jī)理.植物生理生化進(jìn)展,1987(5):17-29. He R T,Wang G J.The mechanism of plant cold acclimatization.Advances in Plant Physiological and Biochemical,1987(5):17-29.(in Chinese)

[35] 劉愛榮,陳雙臣,劉燕英,李艷楠,賀超興.叢枝菌根真菌對低溫下黃瓜幼苗光合生理和抗氧化酶活性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(12):3497-3503. Liu A R,Chen S C,Liu Y Y,Li Y N,He C X.Effects of arbuscular mycorrhiza fungi on leaf photosynthetic physiological parameters and antioxidant enzyme activities under low temperature.Acta Ecologica Sinica,2011,31(12):3497-3503.(in Chinese)

[36] 馮建燦,胡秀麗,毛訓(xùn)甲.葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)在研究植物逆境生理中的應(yīng)用.經(jīng)濟(jì)林研究,2002,204:14-18. Feng J C,Hu X L,Mao X J.Application of chlorophyll fluorescence dynamics to plant physiology in adverse circumstance.Economic Forest Researches,2002,204:14-18.(in Chinese)

[37] Cuddy W S,Summerell B A,Gehringer M M.Nostoc,microcoleus and leptolyngbya inoculums are detrimental to the growth of wheat (TriticumaestivumL.) under salt stress.Plant and Soil，2013,370(1-2):317-332.

(責(zé)任編輯 王芳)

Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on growth and physiological characteristics ofSedumaizoonunder low temperature stress

Xu Dong-mei1,2, He Zhong-qun1, Zhao Ying-peng1, Wang Yi-ming1, Long Sheng-ju1

(1.College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611134, China;2.Mianyang Agricultural Science Research Institute, Mianyang 621023, China)

We usedSedumaizoonto determine the growth index, relative conductivity, malondialdehyde (MDA) content, antioxidant enzyme activity, proline content, soluble protein content, chlorophyll content, and chlorophyll fluorescence parameters following low temperature stress (0, 5, 10, and 25 ℃) for 2, 4, 6, 8, and 10 d after inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). The results showed that mycorrhizal colonization abilities and mycorrhizal dependency were significantly (P<0.05) inhibited by low temperature. Low temperature stress significantly inhibited the growth ofS.aizoon, and the plant height, stem diameter, and root length growth were significantly greater than in the normal control. The growth effect was greater under 0 ℃ temperature stress, and total dry weight was 75.38% greater than that of the non-AMF treatment. Under low temperature stress, relative conductivity, MDA content, and proline increased as temperature decreased and the stress time increased. Superoxide dismutase(SOD) activity, peroxidase(POD) activity, catalase(CAT) activity, and soluble protein showed a decreasing trend after an initial increase. Furthermore, chlorophyll content and Fv/Fmdeclined. Compared with the non-AMF treatment, AMF inoculation significantly inhibited the increase in relative electric conductivity and MDA content, significantly improved antioxidant enzyme activity, such as SOD, POD, and CAT, and induced greater soluble protein and proline content. It also indicated that Fv/Fmin AMF plants was significantly higher than that in the non-AMF plants. Therefore, AMF could greatly enhance the low temperature tolerance ofS.aizoonand reduce damage from low temperature stress.

arbuscular mycorrhizal fungi; low temperature stress;Sedumaizoon; physiological and biochemical characteristics

He Zhong-qun E-mail:hzqun328@163.com

2016-01-11接受日期：2016-07-22

四川省教育廳項(xiàng)目(10ZB044)

徐冬梅(1986-)，女，四川綿陽人，碩士，主要從事園藝植物栽培生理研究。E-mail:xudmmb@163.com

賀忠群(1971-)，女，四川成都人，教授，博士,主要從事蔬菜逆境生理與設(shè)施園藝方面的研究。E-mail:hzqun328@163.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0022

S567.23+9;Q945.78

A

1001-0629(2016)12-2452-13*

徐冬梅,賀忠群,趙英鵬,王一鳴,龍勝舉.低溫脅迫下AMF對景天三七生長和生理特性的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(12)：2452-2464.

Xu D M,He Z Q,Zhao Y P,Wang Y M,Long S J.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on growth and physiological characteristics ofSedumaizoonunder low temperature stress.Pratacultural Science，2016,33(12)：2452-2464.