内生真菌对杉木幼苗生长的影响范文

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《热带作物学报》2016年第四期

摘要

为揭示内生真菌对杉木幼苗的促生作用，采用淋冠施菌和浇根施菌2种方式接种5株内生真菌aJ4、NG6、CG2、AY13和CG9于杉木幼苗内，分析并比较其对杉木幼苗生长及叶绿素荧光特性的影响。结果显示：在2种不同的施菌方式下，CG2菌株对杉木幼苗地上部干物质量、根冠比和总干重影响最大，促生效果显著。aJ4菌株和NG6菌株均能显著提高杉木幼苗叶片叶绿素含量，且实际光合效率较高；采用淋冠施菌方式，CG2菌株处理的植株光能利用潜力较大，NG6菌株处理的植株PSII电子传递速率较高；采用浇根施菌方式，aJ4菌株处理的植株光能利用潜力较大，CG2菌株处理的植株PSII电子传递速率较高；AY13菌株处理提高PSII反应中心活性的效果表现为浇根施菌方式优于淋冠施菌方式；CG9菌株在2种施菌方式下光合特性均不理想，表明并不是所有的内生真菌都能提高植株的光合作用能力。研究结果表明，5株内生真菌感染对杉木幼苗生长及叶绿素荧光参数的影响存在显著差异，但不同的施菌方式对杉木幼苗生长及叶绿素荧光的影响差异不显著。

关键词

杉木；内生真菌；促生作用；叶绿素

植物内生菌与植物之间存在一种复杂的微生态关系。近年来，前人在一些重要的经济林木，如针叶类的各种云杉（Piceaasperata）、紫杉（Taxuscuspidate）、长白松（PinusSylvestris）等植物的树皮、枝叶内发现内生真菌的存在，并对其进行深入研究。通过研究发现，部分内生真菌因能与宿主植物共生而对宿主植物产生有益影响，这种有益影响表现在内生真菌可提高宿主植物的固氮能力[1]、产生促进植物生长的物质[2]以及增强宿主植物抗逆境和抗病虫害[3]等方面。目前，对于内生真菌与宿主植物关系的研究，多集中于内生真菌对宿主植物的促生作用和提高抗逆作用等方面，而对宿主植物生长光合生理机制影响的报道相对较少[4-5]。杉木作为我国人工林主要造林树种之一，其栽培面积和蓄积量在我国人工林中居首位[6]。近几十年，由于纯林连栽等不正确经营措施，导致林地生产力不断下降。为提高杉木人工林林地生产力，我国学者在推行轮作制度、培育混交林、改善人工林结构[7]等方面开展大量研究工作。为此，本研究选取杉木为研究对象，利用叶绿素荧光技术分析内生真菌感染对杉木幼苗叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响，探讨内生真菌感染对杉木幼苗生长光合性能的影响机制，旨在了解内生真菌对杉木生长的促进效果和更有效的利用这一生物资源提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1供试植株本试验所用一年生杉木组培苗由福建省林科院提供，品种为杉木优良无性系FS01。1.1.2供试菌株本试验所用内生真菌Mucorsp.（aJ4），Aspergillussp.（AY13），Cylindrocarponsp.（CG2），Penicilliumsp.（CG9）和Sebacimasp.（NG6）由福建省高校森林生态系统经营与过程重点实验室提供。

1.1.3培养基本试验所用内生真菌培养基为改良马丁液体培养基。

1.2方法

1.2.1菌液制备将5株内生真菌接入等体积的改良马丁液体培养基，于28℃、160r/min摇床上培养72h。用血球计数法计算孢子数量，将已计数的菌液用无菌水按10倍稀释法稀释成5.5×106个/L。

1.2.2杉木接种处理（1）试验地概况。本试验在福建农林大学福建省高校森林生态系统经营与过程重点实验室田间试验地内进行。试验地位于118°08′～120°31′E，25°15′～26°39′N，属典型的亚热带季风气候，年平均气温为20～25℃。气候温和，夏长冬暖，无霜期长，达326d，年平均降雨量为1342.5mm。（2）杉木接种实验。选择长势大致相同的幼苗种植于直径为15cm、高为14cm的塑料盆内，每盆放入质量相等（4kg）的黄心土，实验所用土壤均经过蒸汽严格灭菌。本实验共设计2个施菌方式：①浇根施菌（R）：种植1m后，刨开土壤现出根系，连续3d于根系上一次性施入相同浓度的100mL菌株孢子液。②淋冠施菌（G）：种植1m后，连续3d向幼苗树冠一次性淋下相同浓度的100mL菌株孢子液，使整棵幼苗能充分接触到菌液。每种菌液处理3株幼苗，4次重复，用无菌水处理作为空白对照[8]。接种60d后，测定全部杉木幼苗的生物量、叶绿素含量和叶绿素荧光参数。

1.2.3各项指标的测定（1）生物量测定。生物量测定方法参照文献[9]。（2）叶绿素含量测定。叶绿素含量采用丙酮乙醇提取法测定[10]。（3）叶绿素荧光特性测定。叶绿素荧光参数测定参照文献[11]。1.3数据处理所有计算结果采用SAS软件进行统计检验。

2结果与分析

2.1不同内生真菌感染对杉木幼苗地上部干物质量、根冠比和总干重的影响由表1可知，内生真菌感染对杉木幼苗的地上部干物质量、根冠比和总干重有较大影响。从地上部干物质量和总干重来看，5株内生真菌均能显著提高杉木幼苗的地上部干物质量和总干重。其中，CG2菌株处理的地上部干物质量和总生物量均显著高于对照（p<0.05），其余菌株处理与对照之间无显著差异（p>0.05）。从根冠比来看，除CG2菌株在两种施菌方式下均能提高杉木幼苗的根冠比（其中G处理显著提高），其余菌株对杉木幼苗根冠比的促进效应受不同施菌方式的影响。在G施菌方式下，AY13菌株处理的根冠比显著大于对照，CG9菌株和NG6菌株处理的根冠比均显著小于对照；在R施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株处理的根冠比大于对照，AY13菌株和CG9菌株处理的根冠比小于对照，但各处理之间不存在显著差异(p>0.05)。但实验数据表明，不同施菌方式对感染内生真菌的杉木幼苗其地上部干物质量、根冠比和总生物量的影响未达到显著水平(p>0.05)。

2.2不同内生真菌对杉木幼苗叶绿素含量的影响由表2可知，不同内生真菌感染对杉木幼苗叶片叶绿素含量影响不同。5株内生真菌中，感染aJ4菌株和NG6菌株的杉木幼苗叶片叶绿素含量高于对照植株，其余菌株处理均低于对照。各菌株处理与对照之间的差异，仅CG2菌株在G施菌方式下达到显著差异水平(p<0.05)，其余菌株处理与对照之间均无显著差异(p>0.05)。此外，实验数据表明，各菌株对杉木幼苗叶绿素含量的影响在不同施菌方式下均表现为无显著差异(p>0.05)。

2.3不同内生真菌对杉木幼苗叶绿素荧光特性的影响由表3可知，不同内生真菌感染对杉木幼苗叶片F0值影响不同。5株内生真菌中，除CG9菌株处理的F0值高于对照，其余菌株处理的F0值均低于对照，且与对照之间无显著差异(p>0.05)。在不同施菌方式下，杉木幼苗叶片F0值对内生真菌接种的响应虽有不同，但除CG2菌株在不同施菌方式下对杉木幼苗叶片F0值的影响有显著差异(p<0.05)，其余感染内生真菌的杉木幼苗叶片F0值在不同施菌方式下均无显著差异(p>0.05)。不同内生真菌感染对杉木幼苗叶片Fm和Fv值的影响也不一样。5株内生真菌中，aJ4菌株和CG9菌株在不同施菌方式下对杉木幼苗叶片Fm和Fv值的影响以及NG6菌株在R施菌方式下对杉木幼苗叶片Fv值的影响表现一致，即均高于或低于对照植株，而AY13菌株和CG2菌株处理的Fm和Fv值以及NG6菌株处理的Fm值均受施菌方式差异的影响。感染AY13菌株的杉木幼苗叶片Fm和Fv值在G施菌方式下低于对照植株，在R施菌下高于对照植株，且不同施菌方式对感染AY13菌株的杉木幼苗叶片Fv值的影响有显著差异(p<0.05)，对Fm值的影响无显著差异(p>0.05)。感染CG2菌株的杉木幼苗叶片Fm和Fv值在G施菌方式下低于对照植株，在R施菌方式下高于对照植株，且二者达到显著差异水平(p<0.05)。感染NG6菌株的杉木幼苗叶片Fm值在R施菌方式下低于对照植株，在G施菌下高于对照植株，但两者差异不显著(p>0.05)。此外，本研究中尽管有部分菌株对杉木幼苗叶片Fm和Fv值的影响在不同施菌方式下存在显著差异(p<0.05)，但多数实验数据表明各菌株对杉木幼苗叶片Fm和Fv值的影响在不同施菌方式下无显著差异(p>0.05)。由表4可知，不同内生真菌感染对杉木幼苗叶片Fv/Fm值影响不同。在G施菌方式下，除感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗叶片Fv/Fm值低于对照植株，其余菌株处理的Fv/Fm值均高于对照植株，其中aJ4菌株、CG2菌株和CG9菌株处理与对照之间差异达到显著水平(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗叶片Fv/Fm值低于对照植株，其余菌株处理Fv/Fm值均高于对照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株、CG9菌株和NG6菌株处理与对照之间达到显著差异水平(p<0.05)。不同施菌方式对感染内生真菌的杉木幼苗Fv/Fm值的影响差异除在AY13菌株处理下达到显著水平(p<0.05)，其余菌株处理无显著差异(p>0.05)。不同内生真菌感染对杉木幼苗叶绿素荧光Fv/F0值的影响表现为：在G施菌方式下，感染AY13菌株和CG9菌株的杉木幼苗叶片Fv/F0值低于对照植株，其余菌株处理的Fv/F0值均高于对照植株，其中aJ4菌株处理和CG2菌株处理与对照之间存在显著差异(p<0.05)。在R施菌方式下，除感染CG9菌株的杉木幼苗叶片Fv/F0值显著低于对照植株，其余菌株处理的Fv/F0值均高于对照植株，其中aJ4菌株、AY13菌株和NG6菌株处理与对照之间达到显著差异水平(p<0.05)。不同施菌方式对感染内生真菌的杉木幼苗Fv/F0值的影响差异除在AY13菌株处理下达到显著水平(p<0.05)，其余菌株处理下不存在显著差异(p>0.05)。

3讨论与结论

前人研究结果表明，内生真菌感染能促进宿主植物生长。如刘慧等[12]研究比较内生真菌和丛枝菌根真菌单独及混合接种对羊草生长的影响时发现，相对于丛枝真菌，内生真菌更能显著增加羊草的地上生物量和总生物量。任安芝等[13]发现，在缺磷条件下，相比未感染内生真菌的黑麦草，感染内生真菌的黑麦草根冠比更高，生物量更大，表明内生真菌侵染对黑麦草的生长有促进作用，这与内生真菌能提高黑麦草在缺磷条件下吸收利用磷的能力有关。本实验结果表明，在两种不同的施菌方式下，5株内生真菌均能提高杉木幼苗地上部干物质量和总生物量，根冠比总体表现为内生真菌处理高于对照苗。其中，CG2菌株促生效果最好，主要表现在CG2菌株处理有较高的地上部干物质量、根冠比和总生物量。说明5株内生真菌均能促进杉木幼苗的营养生长，而促生效果的差异可能与内生真菌种类有关，也有可能与5株内生真菌改善杉木幼苗吸收养分能力的差异有关。叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，其含量高，有利于提高植物的光合效率，增加有机养分的积累。本研究中，在淋冠施菌和浇根施菌两种施菌方式下，aJ4菌株和NG6菌株处理叶片叶绿素含量显著增加，表明施用aJ4菌株和NG6菌株有利于杉木幼苗叶绿素的合成，从而提高杉木幼苗的光合效率，有利于积累更多光合物质，为宿主植物生长提供物质来源。

叶绿素荧光与植物整个光合作用过程密切相关，是光合作用的探针。随着叶绿素荧光理论的逐步完善和测定技术的快速发展，越来越多的研究表明植物体内发出的叶绿素荧光信号提供了大量的光合作用信息，可用于进行植物光合作用机制、植物抗逆生理等方面的研究。本实验中，感染AY13、aJ4、NG6菌株的杉木幼苗叶片有较低的F0值以及较高的Fm和Fv值。F0值的变化可以推测出反应中心的状况和可能的光保护机制[14]，而Fm和Fv值可反映PSII的电子传递情况和反映中心的活性大小[15]，表明这3株内生真菌能保护杉木幼苗反应中心受到损害，并提高了光合电子传递速率和PSII反应中心的活性。Fv/Fm和Fv/F0值常用于表示最大光化学效率和潜在光化学效率，二者在非胁迫条件下变化极小，不受环境和生长条件的影响[16-17]。然而，关于内生真菌感染对宿主植物叶片Fv/Fm值影响的报道存在差异，闫宁等[18]研究表明，用食用黑粉菌侵染茭白植株能显著提高其电子传递速率和PSII实际光化学效率，但对茭白植株叶片Fv/Fm值影响不显著。韩荣等[19]则发现在干旱胁迫下，羽茅植株叶片的Fv/Fm值显著低于对照植株，而感染内生真菌的羽茅植株，其叶片Fv/Fm值高于对照植株，表明内生真菌对维持羽茅植物叶片Fv/Fm值产生有利效应。Fv/F0作为Fv/Fm的另外一种表达方式，在本研究中其变化趋势和Fv/Fm一致。本实验中，aJ4处理、CG2处理和NG6处理的植株其叶片Fv/Fm和Fv/F0值均高于对照苗，说明感染aJ4菌株、CG2菌株和NG6菌株提高了杉木幼苗PSII反应中心的光能转化效率、内禀潜在活性，从而提高了光能向化学能转换的速率和效率，为碳同化提供更充足的能量，有利于改善叶片的光合功能和提高光合速率。为了更全面了解内生真菌对杉木幼苗生长的影响，本实验设定了淋冠施菌和浇根施菌2种不同的施菌方式。试验结果表明不同菌株在2种不同施菌方式下表现各异，个别菌株对试验苗叶绿素荧光参数的影响表现为浇根施菌方式优于淋冠施菌方式，但数据分析表明，总体上施菌方式的不同对杉木幼苗生长及叶绿素荧光特性的影响差异不显著，产生这种现象的原因可能是同一菌株在同一宿主植物内定殖规律相同，不同施菌方式只影响内生真菌与宿主植物共生关系建立的过程，而对内生真菌通过其对宿主植物的促进作用改善植物生长的机理无显著影响。

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作者：徐欢 徐彩瑶 林勇明 吴承祯 李键 洪伟 谢安强 林晗 单位：福建农林大学林学院 福建省高校森林生态系统经营与过程重点实验室 南京大学地理与海洋科学学院 武夷学院