ERM菌株对桃叶杜鹃幼苗生长和氮积累的影响

　　氮元素是植物生长所需要的重要的大量元素元素之一， 在植物生长过程中起到关键作用。 菌根真菌氮元素的吸收利用研究被人们所关注［1－2］。 通过接种， 菌根真菌能有效地促进植株对氮素的吸收利用［3－5］。

　　特殊内生菌根杜鹃花类菌根（ericoid mycorrhiza， ERM）， 对杜鹃花类植物克服恶劣环境、 加强养分吸收和提高生长量起着重要作用［6－8］。 ERM 菌根共生体能够帮助杜鹃花科 Ericaceae 植物缓解环境压力， 改善营养获取方式， 吸收复杂有机态的氮［9－10］。 张春英等［11］报道了云锦杜鹃 Rhododendron fortunei 幼苗接种形成菌根苗后， 能提高对各种氮源营养的吸收， 直接表现为增加植株的干物质积累。 桃叶杜鹃Rhododendron annae 为常绿灌木 ， 成年树冠为圆球形 ， 花色丰富 ， 花期为晚春 ， 主要分布于贵州海拔1 800～1 830 m 高山地区， 在城市园林建设中具有较高的开发应用潜力。 野生桃叶杜鹃菌根结构复杂且侵染率较高［12］， 通过接种， 菌根真菌提高了菌根苗叶片的叶绿素含量， 增强光合性能， 促进了碳同化的高效运转和有机物的积累， 提高了菌根苗同源激素含量， 最终表现为菌根苗生物量的增加［13－14］。 笔者研究 ERM 菌株接种后对桃叶杜鹃菌根苗硝酸还原酶（NR）活性和氮元素积累的影响， 为桃叶杜鹃等高山常绿杜鹃菌根化园林栽培应用提供理论依据与技术支持。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验材料

　　1.1.1 供试菌株 12 株供试菌株从野生桃叶杜鹃根部分离得到 ， 编号为 TY02， TY07， TY12， TY14，TY18， TY19， TY21， TY24， TY29， TY34， TY35 和 TY41［14］。 分离菌株培养液为 PDA 培养基， 置于 28℃摇床上黑暗振荡 160 r·min－1， 培养 15 d 打碎并制成液体菌剂备用。

　　1.1.2 供试苗木及培养基质 试验苗为实验室通过种子和土壤灭菌后培养的 2 年生实生桃叶杜鹃苗。 育苗基质采自百里杜鹃风景区桃叶杜鹃林下腐殖质土， 土样带回实验室进行土壤理化性质试验。 供试土壤理化性质如下： pH 4.8， 有机质 44.1 g·kg－1， 全氮 1.5 g·kg－1， 全磷 0.2 g·kg－1， 碱解氮 269.0 mg·kg－1， 速效磷 7 mg·kg－1， 速效钾 206. mg·kg－1。

　　1.2 试验方法

　　1.2.1 接种与育苗试验 育苗基质经 121 ℃高温蒸汽灭菌 2 h， 自然冷却后 80 ℃烘 2 h， 然后放置室温后装入花盆（规格 24 cm × 16 cm × 20 cm）。 花盆装基质 3 kg·盆－1， 移植无菌桃叶杜鹃幼苗 1 株·盆－1。

　　接种处理采用单因素完全随机设计， 试验设 13 个处理（含对照 ck）， 5 盆·处理－1， 重复 3 次。 移栽 3 d后每株苗根部各施入真菌液体菌剂 10 mL， 以浇不含菌的 PDA 培养液为对照， 以后隔 7 d 浇 1 次菌液，连续浇 3 次结束， 试验处理严格保证土壤微生物区系一致。 接种后随机放置贵州大学林学院苗圃温室进行培养， 按照常规育苗方法进行管理。

　　1.2.2 指标测定 接种培养 180 d 后， 随机取出幼苗 10 株·盆－1， 流水洗净后吸干水分， 在 105 ℃杀青20 min， 置于 80 ℃烘箱 48 h 烘干至恒量， 取出后分别称量地下部分（根）和地上部分（叶、 茎和芽）的干质量， 计算总生物量。 采用 Phillips 等［15］的改进法统计侵染率。 测定苗分地下根系及地上部分全氮采用H2SO4-H2O2消煮-半微量蒸馏法。 用分光光度计测定法测定硝酸还原酶（NR）活性。 以上测试重复 3 次。

　　1.3 数据处理

　　运用 Excel 2003 记录及绘图； 使用 SPSS 11.5 软件进行统计分析， 采用单因素方差分析（one-wayANOVA）， 应用 Duncan 多重分析法进行方差检验（P=0.01）。

　　2 结果与分析
　　
　　2.1 不同菌株接种桃叶杜鹃幼苗菌根侵染率

　　从图 1 可以看出： 接种苗菌根侵染率达到 45.0%～74.1%。 不同菌株对幼苗的侵染率表现出差异性，说明不同菌株与幼苗之间有相互选择性。【1】

　　2.2 不同菌株接种对桃叶杜鹃幼苗生物量的影响

　　从表 1 可以看出： 不同菌株侵染对桃叶杜鹃地上部分和地下根系生物量的影响存在显着差异， 接种苗地上部分干质量比对照增加 2.5%~99.7%， 地下部分干质量增加 6.0%~27.3%， 接种苗总生物量比对照增加 3.9%~61.2%。 从植株外观上也明显看出接种对宿主生物量的影响较大（图 2）。【2-3】

　　
　　2.3 对桃叶杜鹃幼苗吸收氮元素（N）及硝酸还原酶（NR）的影响

　　由图 3 可见： 接种苗地上部分叶的氮质量分数均高于对照， 除 TY19， 其他菌根差异极显着（P＜0.01）， 较未接种处理， 接种幼苗叶部氮质量分数提高 2.8%~50.6%。 地下根系氮质量分数除 TY19 低于对照外（差异不显着）， 其他处理均高于对照， 且差异极显着（P＜0.01）， 接种苗根部氮质量分数提高2.0%~40.3%。 这表明通过接种处理后， 增强了幼苗对氮的吸收， 但不同菌株之间的影响有差异。【4】

　　
　　从图 4 可以看出： 不同菌株接种提高了幼苗硝酸还原酶活性， 且各处理差异极显着（P＜0.01）。 接种苗根部硝酸还原酶活性除 TY41 外， 高于对照 0.9%~29.3%， 叶部硝酸还原酶活性除 TY41 和 TY24 外，高于对照6.5%~43.9%。 不同器官硝酸还原酶活性表现为根系＞叶片。【5】

　　
　　2.4 指标相关性分析
　　
　　从表 2 相关性分析可知： 侵染率与地下部分干质量呈极显着正相关， 与总生物量和叶部硝酸还原酶活性呈显着相关关系。 这表明侵染率的高低直接影响桃叶杜鹃幼苗的生物量积累、 硝酸还原酶活性。 根部及叶部硝酸还原酶活性与地上干质量、 总生物量有相关性， 但叶部的相关性大于根部； 叶部硝酸还原酶活性与叶部氮质量分数呈极显着正相关关系。

　　3 小结与讨论

　　研究桃叶杜鹃菌根氮效应极有意义， 因为对于杜鹃花科植物来说， 土壤中能供给此类植物的氮养分多数以有机态形式存在， 因此在杜鹃花科植物氮养分吸收中菌根共生体起到了重要的作用。 对于杜鹃花类菌根吸收利用氮素的原因可能有：①由于杜鹃花生长土壤为酸性土， pH 值较低， 土壤中铵盐比硝酸盐多， 氮素矿物化过程缓慢， 氨离子在土壤中的流动性不大， 其扩散速度一般会小于根的吸收速度， 所以， 杜鹃花类植物的吸收根周围会形成一个缺氮区。 根外菌丝越过缺氮区能够把远处的铵盐吸收到菌根中来。 ②ERM 真菌的吸收系统对氮有很高的亲和力， 能在含氮量少的低浓度溶液中吸收氨离子。 ③利用植物所不能利用的或很少利用的有机氮源［16］。

　　本研究得出桃叶杜鹃幼苗接种后， 地上部分与地下部分的氮含量均显着增加， 说明菌根真菌促进了幼苗对氮的吸收与利用。 这与云锦杜鹃菌根苗试验结果相似［11,17］。 宋福强等［18］认为菌根改善宿主植物的氮营养状况的作用主要表现在 2 个方面， 一是根外菌丝直接吸收土壤氮的作用； 二是菌根首先改善植物的磷营养状况， 进而促进植物对土壤氮的吸收作用。 菌根真菌提高植物对氮、 磷元素的吸收报道很多，桃叶杜鹃接种后根部与叶部的磷含量均比对照增加且大于氮的吸收强度（文章待发）， 有些宿主吸收氮的强度大于磷， 这可能与不同宿主及不同菌根有关， 因此， 菌根是否先通过改善植物的磷营养状况， 进而促进植物对土壤氮的吸收有待试验和验证。 施氮情况下， 菌根宿主云锦杜鹃［11］、 刺槐 Robinia pseudoa-cacia［19］生物量增加， 吸氮量及硝酸还原酶活性发生变化。 由于本研究所有基质均一致， 未额外添加不同氮源， 所以菌根真菌吸收和利用氮源情况及与宿主的共生机理关系还需进一步深入研究。【6】

　　
　　Foissner 等［20］采用激光共聚焦的方法发现真菌激发子诱导烟草表皮细胞浆和叶绿素的一氧化氮迸发。 一氧化氮影响植物的生长发育等生理代谢过程， 而硝酸过原酶硝酸还原酶普遍具有合成一氧化氮的功能。 Kaiser 等［21］发现， 硝酸还原酶催化 NO2－产生的一氧化氮在脱落酸诱导气孔关闭的过程中有重要的作用， 通过对脱落酸钝感型等突变体的研究发现， 由硝酸还原酶催化生成的一氧化氮是脱落酸诱导气孔关闭所必需。 在相关性分析数据中， 桃叶杜鹃菌根苗根部硝酸还原酶与地下根部生物量相关， 与地上部和总生物量显着相关， 叶部硝酸还原酶与地上根部生物量相关， 与地上部和总生物量极显着相关。 接种后菌根苗体内的脱落酸含量增加［15］， 这说明生物量的增加与接种真菌具有很大关系。 硝酸还原酶是一种诱导酶， 同时是一种调节酶和限速酶， 存在于植物的根部质体中和叶绿体中， 菌根真菌是如何激活和诱导硝酸还原酶， 菌根植物硝酸还原酶是如何合成一氧化氮等分子机制有待深入研究。