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植物对水分胁迫响应中菌根的作用 研究生：耿彬 导师：徐礼根( 副教授) 。 陈欣( 教授) ( 浙江大学生命科学学院植物生理生化国家重点实验室，杭州3 1 0 0 5 8 ) 甍要 干旱胁迫一直是限制边坡绿化的重要制约园子使用保水剂、合理灌溉改变边坡条件 等非生物途径均属提高绿化效率的重要途径，但这些方法会加大绿化成本丛枝苗根可以增 强植物的抗逆性，促进生态恢复目前关于苗根在边坡绿化中的应用的研究，无论理论或实 践方面都十分薄弱。本文综合运用植物生理学实验生态学等理论及方法，研究了边坡绿化 植物鸡眼草( 配僦帽聊以zs t r a t a ) 和美丽胡枝子( 【，庐z z 弩z 加删口) 在不同基质条件下( 营养 基质和贫瘠基质) ，苗根对水分胁迫( 土壤相对含水量为4 5 5 5 ) 的响应，取得以下结果 1 不同基质及水分条件对丛枝菌根真菌侵染率的影响 以鸡眼草和美丽胡枝子为试验材科，研究了两种基质( 营养基质和贫瘠基质) 不同水 分处理下( 土壤相对含水量4 5 5 5 和7 0 8 0 ) ，植物的菌根侵染率的差异结果表明，鸡 眼草菌根的侵染率明显高于胡枝子；营养基质条件下菌根侵染率比贫痔基质的，干旱条件下， 鸡眼草的菡根的侵染率营养基质比贫瘠基质提高了3 8 1 5 ，美丽胡枝子的提高了5 2 4 7 2 植物在不同基质条件下对水分胁迫的生理和生态响应 研究了鸡眼草和美丽胡枝子在不同基质种植条件下，对水分胁迫( 土壤相对含水量4 5 - 5 5 ) 的响应，与贫痛基质相比，营养基质中植物叶片含水量变化幅度小，脯氨酸变化幅度小， 可溶性糖变化幅度大干旱条件下，营养基质具有更高的生物量，与贫瘠基质相比，鸡眼草 分枝数提高了4 1 6 倍，美丽胡棱子株高提高了1 7 8 倍，地上部分生物量提高了4 4 8 倍( 鸡 眼草) ，4 3 0 倍( 美丽胡枝予) ，地下部分生物量提高了0 6 8 倍( 鸡眼草) 和1 0 3 倍( 美丽 胡枝子) ，同时，营养基质下的植物磷含量和氨含量明显高于贫瘠基质 3 植物在丛枝菌根真菌作用下对水分胁迫的生理和生态响应 水分胁迫时，两种基质种植条件下，接种茵根的植物与未接种菌根的植物相比，叶绿 素含量提高，丙二醛含量降低，可溶性糖含量上升；而叶片相对含水量脯氨酸含量变化不 同条件下不同接种菌根增加鸡眼革的分枝数、提高美丽胡枝子的株高，增加植物的生物量 菌根对植物体内营养元素的影响较为复杂，接种菌根可以提高地上部分的含氮量和含磷量， 而降低根部的含氮量和吸氨量；接种菌根均可提高植物地上部分和根部的含磷量和吸磷量 关键词：干旱；边坡；植物；丛枝菌根真菌 v t h ee f f e c t so fa r b u s c u l a rm y c o r r h i z a lf u n g ii nt h er e s p o n s e o fp l a n tt os o i ld r o u g h ts t r e s s g r a d u a t e ：g e n gb i n s u p e r v i s o r ：x ul i g e n , a s s o c i a t ep r o f e s s o r c h e n x i n ，p r o l e s s o r , p h d ( i n s t i t u t eo fp l a n t s c k n c e , 坳s c i e n c es c h o o l , z h , j i a 馏u n i u e r s i f y , h a n a h o u3 1 0 0 5 墨c h i n a ) a b s t r a d d r o u g h ti st h em u ml i i i l i 她f a c t o rf o rs i d es l o p ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n h y d r o g d ，s c i e n t i f i ci r r i g a t i o n , a n dt h es i d e s l o p em e l i o r a t i o nh a v e b e e nu s e dt or e l i e v et h ew a t e rs t t e s s h o w e v e r , s u c h n o n - b i o l o g i c a lm e t h o d sw o u l di n c r e a s et h ec o s t v a mc o u l de n h a n c ep l a n tr e s i s t a n c et os u c hs t r e s s a n da d v a n c et h ee c 0 1 0 9 i c a lr e s t o r a t i o np r o c e s s b u tt h e r ew e r ef e wr e s e a r c h e so nt h ee f f e c t so fv a m o nf i d es l o pv e g e t a t i o n t h e r e f o r e , p o te x p e r i m e n t sw p a c ec o n d u c t e dt oe x mt h ee f f e c t so fv a mi n t h er e s p o n s et od r o u g h ts t r e s s ( m t e gr e l a t i v ec o n t e n to fs o i lw a s4 5 5 5 ) o fp h n t s ( k u m m w i a s t r i a t a a n d l e 日t c d e z a f o r m o s a ) g r o w i n gi nt w ok i n d so fs o i lm e d i aw i t hd i f f e r e n tn u u i e n tl e v e lt h e r e s u l t s 壮e f o n o w s l t h ee f f e c t so fd i f f e g e n ts o i la n dw a t e gn l o d i ao nt h ev a mc o i o n i z a d o nr a t e t h ed i f f e r e n c e so fv a mc o l o n i z a t i o nr a t ew a ss t u d i e do np l a n t sg r o w no nt w os o i lm e d i a ( n u m t i o n a l m e d i u ma n dl e a nm e d i u m ) a n dd i f f e r e n tw a t e rc o n t e n t s ( d r o u g h ts t r e s s ：g e h t i v ew a t e rc o n t e n to fs o i l 4 5 5 5 ；n o r m a lc o n d i t i o n ：7 0 8 0 ) t h er e s u l t ss h o wt h a tv a mc o l o n i z a t i o nr a t eo f 曲疃疵，w 鹬 s 舭a n o yh i g h e rt h a nt h a ti nl f o m o s a u n d e rd r o u g h ts t r e s s ，t h ev a m c o l o n i z a t i o nr a t eo fp l a n t g f mi nh i g h l y - n u t r i e n tm e d i u mw a s3 8 1 5 ( g u m m e r o i * a r i a z ) a n d5 2 4 7 ( l 印础铲f o r m o s a ) h i g h e rt h a nl o w l y - n u t r i e n tm e d i u m a n d z t h ep h y s i o l o g i c a la n de c o l o g i c a lr e s p o n s eo fp l a n t st os o i ld r o u g h ts t r e s s c o m p a r e dt ol o w l y - n u t r i e n tm e d i u m ，p l a n t sg r o w ni nh i g h l y - n u t r i e n tm e d i u ms h o w e dl e s sc h a n g e s i n w a t e ra n dp r o l i n ec o n t e n tb u tg r e a t e rc h a n g ei ns o l u b l es u g a rc o n t e n tu n d e rd r o u g h ts t r e s s h i g h e r p l a n tb i o m a s sw a sf o u n dg r o w ni nh i g h l y - n u t r i e n tm e d i u mu n d e rd r o u g h ts t r e s s u n d e rd r o u g h ts t r e s s , b r a n c hn u m l x t so fk s t r i a t aa n dl f o r m o s ai n c r e a s e db y4 6 a n d1 7t i m e sr e s p e c t i v e l yg r o w ni n h i g h l y - n u t r i e n t n l e d i u n lc o m p a r e dt o g r o w nl o w l y - n u t r i e n t m e d i u m s h o o ta n dr o o tb i o m a s s i n c r e a s e db y4 镐a n d0 6 8t i m e sr e s p e c t i v e l yi ng s t m t a , a n d43 0a n d1 0 3t l n l e sr e s p e c t i v e l yi nl 白僦p l a n tna n dpc o n m n tw e g ea l s oh i g h c fnh i g h l y - n u t r i e n tm e d i u t nc o m p a r e dt og r o w n ： l o w l y - n u t r i e n tn l e d h m 3 e f f e c t so fa m fo nt h ep h y s i o l o g i c a la n de c o l o g i c a lr e s p o n s e so fp l a n t st od r o u g h ts t r e s s c o m p a r e d 啪曲t h en o l i - a m fi n o c u l a t e d 白朋瑚括a m fi n o c u l a t e dp l a n t s s h o w e dh i g h e r c h l o r o p h y l lc o n t e n t , l o w e rm d a c o n t e n ta n dh i g h e rs o l u b l es “g c o n t d l lt h ew a t e rm l a 由ec o n t e n t o fl e a fa n dp r o l i n ec o n t e n tc h a n g e dd i f e r e n d y a m fi n c r e a s e dt h eb r a n c h e sn u m b e ro f 置曲缸缸 p l a n th e i g h to fl f o 册o s a , a n db i o m a s so fb o t hs p e c 慨a m fi n c r e a s e dt h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e n c o n t e n to fs h o o t , b u td e c r e a s e dp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nc o n t e n to fr o o t a m fi n c r e a s e dt h em t a l p h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nc o n t e n to fb o 出s h o o t sa n dr o o t s k e yw o r d s ：s i d es l o p e , d r o u g h ts t r e s s ，k u m m e r o u d as t r i a t a , 乙啦出簪和m 。船m y c o r r h i z a e 致谢 时光如梭，两年硕士研究生求学经历即将结束。值此论文完成之 际，我谨向给予我悉心指导和关心的老师和亲友表达我诚挚的谢意。 衷心感谢导师徐礼根副教授和陈欣教授! 在论文的选题，试验的 开展和论文的撰写过程中，导师给予精心的指导和帮助；生活上，他 们平易近人、豁达开朗、令人尊重。两位导师严谨求实的治学态度， 孜孜不倦的求学精神和豁达乐观的心态让我终生受益。在此谨向我的 导师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢! 感谢植物生理教研组全体老师和同学给予的帮助，特别感谢蒋德 安教授、朱诚教授和翁晓燕副教授给予的指导和关怀；感谢试验过程 中给予我帮助的众多朋友：陆开形老师、沈国明、杨勇，徐红霞、程 畅、潘薛波、王盾、曹保华、朱傅赞、王穗、赵凯、王飞娟、曾斌， 董方帅、杨万军、安玲瑶、郑陈娟何漪等，感谢他们使我的求学生 活变得丰富多彩，祝福他们生活开心，工作顺利。还要感谢在实验过 程中支持过我的好友：李红艳，汪娟、曾凡荣，孙宗涛，感谢他们对 我的帮助和支持。 衷心感谢浙江大学农业生态与工程研究所唐建军老师在论文的撰 写过程中的悉心指导；感谢生态所金芝英老师对试验实施过程中的帮 助；感谢生态所帮助过我的学长和同学杨如意、王寒、杨贤燕、谢坚、 张倩、韩豪华等，感谢他们热情的帮助，我祝福他们生活开心，工作 顺利 我衷心感谢我的父母和家人，他们无私的爱、理解和支持是我巨 大的精神支柱，祝愿他们健康、快乐! 最后，衷心感谢在百忙中抽出时间审阅本论文的专家和教授。 耿彬 2 0 0 7 年5 月1 8 日 v 1 前 言 1 1 问题的提出( 研究的目的) 干旱对农林业生产，对人类的社会活动有着极其严重的影响。据统计，世界上干旱、半 干旱区的面积占地球陆地面积的三分之一。我国干旱及半干旱地区的总面积t l 国十面积的 4 7 。在自然逆境中干旱占据首位，其危害相当于其他自然灾害之和( 李吉跃，1 9 9 1 ) 。 随着人们生活用水需求的加大，更加剧了植物需水与干旱的矛盾。 随着交通建设与基础设施的快速发展，形成了大量裸露的山体岩石边坡，破坏了原有 的植被覆盖，导致出现了大量的次生裸地，造成严重的水土流失，加剧了生态系统的退化。 植被护坡是在坡面上栽种树木、植被、草皮等植物，利用植被涵水固土的原理稳定岩士边坡 同时美化生态环境的一种新技术，是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学，土壤肥料学等多 学科于一体的综合工程技术( 周德培等2 0 0 3 ) 。需要在确保边坡稳定的基础上，进行人j ： 植被，即边坡绿化。而边坡是路基建筑中对山体的切割形成的产物，所以，边坡具有一定的 坡度，储水能力差，使得坡面水土流失( 白史且等2 0 0 5 ) ；由于边坡裸露，没有遮掩容易 受到风蚀，土壤易被风吹干吹薄，使得植物生长土壤的含水量降低。边坡多为岩质十壤，十 壤的基质层薄而且贫瘠，不利于植物生长。如果没有遮掩物或其他植物，处于幼苗期的植物 容易被晒伤或受到干旱的胁迫，阻碍植物生长，影响护坡效果。同时，边坡地段由于同填物 中直径较大的砂石占主要成分，保水能力差，热辐射强，这些都将造成干早的环境，而干旱 是植物生长的限制因子，如果缺少水分，会影响到植物的正常发育，甚至造成死亡，影响护 坡效果( 周德培等，2 0 0 3 ) 。如果单纯通过人工管理，改善干旱环境会消耗大量的人力和 物力。 因此，研究干旱胁迫对植物的影响和植物的在干旱胁迫下的适应性，寻找提高植物抗旱 性的经济实用的方法，对节省水资源、人力资源，推广边坡绿化技术具有重要意义。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 干旱对植物生长的影响 水分胁追引起根系的生长速率降低，根长、根数和重量明显减少，根的活力降低。地上 部分对水分亏缺的反应比地下部分更敏感，在膨压维持阶段地上部分生长会受到抑制，但 是根部仍然可以继续生长。干旱胁迫下，植物的茎叶生长缓慢，一株高降低，茎干变细，叶面 积减小( 王辰阳，1 9 9 2 ) 。生物量增加的大小，可以综合反映外界因子对植物生长的影响 及植物对外界环境的适应能力( 侯嫦英等，2 0 0 3 ) 1 2 2 干旱对植物水分代谢的影响 干旱下。细胞失水，膨压降低，植株的叶片卷曲下垂，出现萎蔫，叶片变得发黄干枯。 一般认为水分饱和亏缺( w s d ) 和相对含水量( r w c ) 两个指标分别反映了在缺水条件下 植物绿色组织对耗水的补充程度和恢复能力的差异。一般而言，w s d 高而r w c 低的树种不 抗旱，反之则抗旱( 刘琴等2 0 0 5 ) 。 1 2 3 干旱对植物生理生化代谢的影响 干旱胁迫下，原生质的膜透性发生改变：胁迫环境下，原生质膜将会受到破坏，其破坏 程度可以用相对电导率来衡量，相对电导率越大，表明细胞内电解质外渗越多细胞膜的损 伤程度越大，植物的抗旱性越弱。a b r a h a m 等( 2 0 0 4 ) 在比较不同蓝草品种的抗旱性时， 通过实验发现，其中相对电导率是最为敏感的抗旱性指标。张淑娥等( 2 0 0 4 ) 在研究边坡 草本植物选择时就把相对电导率作为其中的一个抗旱指标。 干旱条件下，叶绿素的含量随土壤含水量下降而下降，叶绿素含量的高低直接决定植 物的光合速率( 沈艳和谢应忠，2 0 0 4 ) 。 干早条件下，脯氨酸积累。在正常条件下，游离脯氨酸的浓度仅为2 0 0 - 6 0 0 p g g ，但干 旱条件下可以成十倍的增加。后来人们研究游离脯氨酸，认为游离脯氨酸的积累与品种的抗 旱性呈正相关，但也有人提出了相反的结论，认为抗旱性强的品种脯氨酸积累较抗旱性弱的 品种较少，而且速度也慢( h a n s o n , 1 9 7 7 ) 。脯氨酸累积与植物抗旱性之间的关系，在不同 植物上表现不同。脯氨酸的积累有三个途径：( 1 ) 脯氨酸合成的反馈抑制作用受剑抑制：( 2 ) 脯氨酸氧化受到抑制：( 3 ) 蛋白质合成受阻。 干旱条件下，植物代澍反应趋势为水解作用增强、合成作用减弱，通过增加渗透调节降 低体内渗透势，利于维持植物体正常生长所需的水分。渗透调节物有：可溶性糖含量和可溶 性蛋白含量。r i z h s k y 等( 2 0 0 4 ) 用拟南芥做干旱及高温胁迫实验时，就采用可溶性糖含颦 作为参数，以研究植物的抗性反应。王海珍等( 2 0 0 4 ) 在研究干旱对黄土高原乡士树种渗 透调节物质的影响时发现，所研究的4 个树种可溶性糖含量随土壤干旱程度加剧明显增加， 但可溶性蛋白含量在树种之间变化较为复杂，没有明显规律性。 水分胁迫导致细胞质膜透性的增大和胞内物质的外渗。质膜透性的大小是衡量膜结构与 功能完整性的可靠指标。m d a 是细胞膜脂的过氧化产物，能够表示植物的氧化胁迫状况， h d a 积累表明其过氧化作用加刷，m d a 又能与蛋白质等结合交联酶失活从而造成对膜和 细胞的伤害。因此，测定植物胁迫下m d a 含量的变化可以了解植物细胞膜的损伤程度。丙二二 醛含量是表征细胞质过氧化程度的有效指标( 汪月霞等，2 0 0 6 ) 。 1 2 4 提高植物抗旱性方法的研究 提高植物抗旱性的途径有两种。一是改变外部环境( 包括气候、土壤环境) 。使之适麻 于植物的生长，如增施磷、钾肥，适当控制氮肥，以控制营养生长的速度，提高细胞内渗透 物质含量以及提高细胞的渗透势。使用抗蒸腾剂、保水剂。抗蒸腾剂，包括被膜物质如长链 脂肪醇，低粘度的硅酮，气孔开张抑制剂，如除草剂( 阿特拉津) ，光呼吸抑制剂( 羟基磺 酸类) 等。其中，被膜物质喷在叶面形成单分子层薄膜，减少叶面蒸腾失水。气孔开张抑制 剂在一定浓度范围内可以减少气孔开度，减少水分消耗而对光合作用影响较少( 曾广文等。 2 0 0 0 ) 。这些药物在生产上已开始应用。二是改造作物本身( 包括挖掘植物的遗传潜势和 2 生理潜势) 使之适应外部环境，如抗旱锻炼、选育和培育抗旱品种，应用化学调控技术i 局节 作物本身的形态结构和生理功能使之适应干旱环境( 杨兴洪等，1 9 9 1 9 ) 。抗旱锻炼，根据 植物在亚致死干旱环境中的适应驯化的能力，对植物进行抗旱锻炼来提高的抗旱能力，如蹲 苗，饿苗，种子的千湿处理等( 曾广文和蒋德安。2 0 0 0 ) 。化学调控技术足以应用生长调 节剂为手段，通过改变植物内源激素系统影响植物生长发育的技术( 韩瑞宏等，2 0 0 3 ) 。 应用化学调控技术具有短期效应。不能遗传至后代。随着植物抗旱机理研究的进一步深入， 通过基因工程方法提高其抗旱性逐渐成为可能。k i s h o r 等( 1 9 9 5 ) 从岛头叶豇豆中克隆剑 的1 _ - - 氢吡咯一s - 羧酸合成酶( 1 5 ( 2 5 ) 基因与启动子c a m v 3 5 s 连接，并导入烟草( n i c o t i a n a 酗“* 一) 中，结果转基因烟草中脯氨酸含量比对照高1 0 1 8 倍。在干旱胁迫卜。转基冈烟 草落叶少且较迟，根比对照长4 0 ，生物量比对照增加2 倍。但目前的单个基冈操作只能 提高植物的部分抗性，对整体抗性的提高是有限的。要从根本上提高植物的抗性，需要找出 更多的相关基因，从综合、系统的角度对干旱伤害和植物抗旱机理做更深入的研究( 张永恩 等，2 0 0 4 ) 此外，内生真菌可以影响植物的抗旱性。菌根菌已经作为混凝士添加剂的成 分之一，应用在边坡绿化上，以增强植物的抗逆性( 许文年等，2 0 0 3 ) 1 2 5a m f 对宿主植物抗旱性的影响 丛枝菌根( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a f u n g i ，a m f ) 是由宿主植物的根系、根皮层组织内的 真菌机构( 泡囊、丛枝、菌丝等) ，土壤中的根外菌丝及孢子组成( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 。 a m f 侵染宿主植物的根系后，向根内发展形成丛枝结构，又向根外介质r 泛延伸，形成致 密的菌丝网，根外菌丝的长度达十几厘米。a m f 无寄主专一性，根外菌丝伸展过程中接触 到其他的根系后可以再度侵染，形成根系之间的菌丝桥。菌丝桥可以在斗：壤中形成密集的地 下菌丝桥网络系统，可以在植物间传递物质和信息及生态系统中起着重要作用( 张俊伶等， 1 9 9 6 ) 。这种由土壤的菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的共生体具有互利互惠的关 系：共生真菌从植物体内获取所需的碳水化合物及其它的营养物质，而植物则从真菌中得到 所需的矿质营养及水分等。内生性的泡囊丛枝状菌根是分布最广泛、最普遍的一类菌根。它 可以与大多数植物共生，调节宿主体内的代谢活动，促进植物吸水，增强寄住植物的抗旱性 ( m a r u l a n d ae ta l ，2 0 0 3 ：a u g e ，2 0 0 1 ) 。h o r t e n c i ae t a l ( 2 0 0 6 ) 研究a m f 对辣椒果实 生长特性的影响时发现，干旱条件下，接种a m f 的植株结的果实与水分正常下的植株结的 果实大小差异不大，而且接种菌根可以提高果实胡萝h 素和卅黄素的含麓。随着地球上水资 源的不断减少，对丛枝菌根真菌提高植物抗旱性的研究越来越受到重视。目前许多学者就菌 根与土壤和水分的关系展开深入广泛的研究。 1 2 6a m f 对提高植物抗旱性机理的研究 其主要的抗旱机理是：a m f 调节植物体内渗透物的含量，提高气孔导度和净光合速率， 从而增加植株生物量( k u b i k o v ae t a l ，2 0 0 1 ) ；增加糖积累，降低植株叶片水势( d a v i e s e t a l ， 1 9 9 2 ) ；提高s o d 过氧化物还原酶的活性，降低干旱胁迫程度( a l g u a c i le ta l ，2 0 0 5 ； 3 r u i z l o z a n o 2 0 0 1 ) ；增加根系的吸收面积，分泌多种有益物质从而增加植物对十壤水 分的吸收；改善植物的矿质营养特别是磷营养以及提高植物蒸腾速率( 夏建国等，2 0 0 5 ： 王曙光等，2 0 0 1 ) 唐明等( 1 9 9 9 ) 研究干旱胁迫下，a m f 中碱性磷酸酶活性对宿主沙棘 抗旱性的影响，发现具有磷酸酶活性的菌丝对植物生长和抗旱作用最强，从而表明丛枝菌根 真菌能够改善宿主植物的磷素营养，增强宿主的抗旱性：a m f 除了可以改善植物磷营养，还 能促进植物对其他矿物质营养的吸收与利用。如改善氮的吸收赵士杰( 1 9 9 4 ) 等试验结 果表明，接种a h 真菌的青椒，地上部分和地r 部的含氮晕均高于对照株。说明丛枝菌根的 应用可改善植物的氮素营养。通过激素激活宿土植株的防御体系( 刘润进等，2 0 0 0 ) 。丛 枝菌根茁丝具有吸收和运输水分的能力，菌丝分布越多越，。，吸收的养分承i 水分就会相应增 加，很多实验支持这种说法，但也有不同观点，r 认为菌丝不可能吸收足够的水分以改变地上 部分的水分状况；菌丝很可能只运转了很少一部分水分供给根系。因此关于丛枝菌根与植物 的水分代谢关系值得进一步研究。 1 2 7a h f 提高植物抗旱性的应用 丛枝菌根真菌可以改善植物的矿质营养，促进植物生长，提高植物的抗逆性和抗病性， 因而对其在农业和林业中的应用途径及方法的研究倍受关注。目前关于内生菌根的提高植物 抗旱性的应用的研究多在农业、园艺植物、林木育苗和退化生态系统恢复等领域( 黄京华等 2 0 0 2 ) 。在农业上，a m f 常用来增加磷肥的利用率，使用a m f 可以减少化肥的投入，同时提 高土壤保水保肥的能力。同时还可以保护土壤，因为接种a m f 的植物可以具有更高活性的 胞外酶，可以更高效的利用土壤中的有机磷，将贫瘠的土壤转变为肥沃的土壤。提高七壤保 水保肥的能力( t i b b e ! t l ：a n ds a n d e r s , 2 0 0 2 ；冯固等2 0 0 1 ) 。在果树、观赏树木、花卉和蔬 菜育苗时接种a m f ，可以培育出菌根苗，菌根苗移栽的成活率高，产量增加，品质改善( 李 瑞卿等，1 9 9 1 9 ) 。菌根在退化生态系统恢复过程中具有应用潜力。在复尾地接种适宜的a m f 后，可以大幅度提高植物生物学产量和加速培肥土壤，比传统措施经济、商效、持久、无污 染，是恢复退化生态系统的有效措施( 张文敏等，1 9 9 6 ) 在国外接种内生菌根，加快矿 区复垦速度正成为矿山复垦技术的研究热点，我国则刚刚起步。在我国，针对于菌根在边坡 绿化领域的理论研究则少有报逆。 我们对两种常用的边坡绿化植物美丽美丽胡技子( 石东扬等，2 0 0 1 ) 及鸡眼草( 毛凯， 2 0 0 i o ) 接种丛技菌根真菌，研究其干旱条件下，生理和生态指标的变化情况来研究丛枝菌 根真菌对它们抗旱性的影响。 1 2 8a m f 与土壤类型之问的关系 土壤类型是影响丛枝菌根的重要因子之一d i a z t e t 认为_ 十壤类型影响菌种对植物的侵 染率和作用效果，不同的菌种对土壤类型的适应性不尽相同( d i a z t e l ，1 9 9 2 ) 十壤空隙大 小影响侵染率。在砂土、轻壤土中a m f 孢子密度较大，粘土中较小( 盖京苹等，2 0 0 0 ) 。 1 2 9a m f 与水分之问的关系 4 水分有效性对a n 真菌有真接或间接的影响。a m 真菌是好气性真菌，孢子和菌丝都需 要一定的通气条件才能生长发育，所以土壤含水量和通气性对真菌的侵染有很大的影响。一 般水分过量影响菌根生长发育，干旱条件对茁根真菌影响较小；一般在4 0 - - 6 0 十壤含 水量时，菌根发育最好( h u t h u k u m a ra n du d a i y a n ，1 9 9 7 ) 但也有报道说，土壤湿度大 时，孢子密度反而较高。林先贵( 林先贵等，1 9 9 2 ) 在黄淮海平原壤质潮土上的实验表明， 在土壤含水量占田闻持水量5 0 一6 0 时，a n 真菌的侵染和菌丝发育良好，土壤含水量 从相当于田问持水量的2 0 至印的情况下，菌根的侵染率随土壤含水量增加而递增：相 当于田问持水量的8 0 时，侵染率开始下降。因为，真菌本身的生长也需要来自宿主植物 的碳水化合物和来自土壤的水分，所以，在适合植物生长发育的含水量和透气性条件i 卜，也 适合丛枝菌根真菌。 1 - 2 1 0a n f 与宿主植物之间的关系 丛枝菌根真菌具有很强的生态适应性，丛枝菌根存在于5 6 的单子叶植物和5 1 双子 叶植物上。尽管丛枝菌根真菌的宿主范围十分广泛，但要形成丛枝菌根也需要有效宿主的存 在。就宿主植物而言，不同根系形态与生理代谢的对a m 真菌的生长、发育和繁殖等都有重 要影响。根系可溶性祷、内源激素以及分泌物对丛枝葫根真菌的形成有直接影响，因此，不 同植物具有不同的侵染率( 黄京华等，2 0 0 2 ) 1 2 1 1 豆科植物与菌根真菌 豆科植物能与根瘤菌共生固氮，改良结构提高土壤肥力，尤其在干旱地区有些豆科 植物可以作为先锋植物，如鸡眼草、美丽胡枝子等( 牛转丽和蒋高明，2 0 0 4 ) 。所以，研 究菌根对豆科植物抗旱性的影响具有重要意义。 综上所述丛枝菌根真菌可以影响植物对干旱的响应，通过调节植物体内渗透物( 如脯 氨酸、可溶性糖等) 的含量、改善植物的矿质营养特别是磷营养、提高气孔导度和净光合速 率等，来增加植株的生物量，提高植物的抗旱性。同时，菌根真菌对植物抗旱性的作用效果 又受外界条件水分和土壤类型的影响。因此，若将丛枝菌根真菌技术推广到边坡绿化【程前， 要对菌根真菌、土壤基质，水分三个环境因子的影响进行研究。本实验针对菌根真菌对边坡 绿化植物鸡眼草和美丽胡技子抗旱性的影响进行研究，以植物生理生态指标为评价指标，为 苗根真菌在边坡绿化上的应用推广做好理论基础。 1 3 研究内容与思路 1 3 1 研究内容 1 3 1 1 不同基质及水分条件对植物丛枝茵根真菌侵染率的影响 研究不同基质( 营养基质和贫瘠基质) ，干旱胁迫( 土壤相对含水量4 5 5 5 ) 和正常 水分( 土壤相对含水量7 0 - 8 0 ) 条件下，植物鸡眼草和美丽胡枝子对丛技菌根真菌侵染率 的影响。 1 3 1 2 植物在不同基质条件下对水分胁迫的生理和生态响应 5 研究不同基质种植下，干旱胁迫和正常水分条件卜鸡眼草和美丽胡枝子理状态，生 长状态及氮、磷营养的差异。 1 3 1 3 植物在丛枝菌根真菌作用下对水分胁迫的生理和生态响应 研究接种菌根和不接种菌根条件下，及干旱胁迫和正常水分条件下，鸡眼草和美丽胡枝 子生理状态、生长状态及氮、磷营养的差异。 1 3 2 研究思路 表1受试植物三因子处理示意表 基质土1 基质土2 干旱胁迫水分正常干旱胁迫水分止常 鸡眼草6 个重复6 个重复6 个重复6 个重复 鸡眼草+ a i v l f6 个重复6 个重复6 个重复6 个重复 美丽胡枝子 6 个重复 6 个重复6 个重复6 个重复 美丽胡枝子+ a m f6 个重复6 个重复6 个重复6 个重复 实验技术路线( 操作流程) 如下图。 播种受试植物1 0 天后灌注式接种菌根 菌根增加 植物抵御 干旱逆境 能力的效 应评价 测定美丽胡枝 子和鸡眼草的 a m p 侵染率 测量美丽胡枝 子和鸡眼草的 氮、磷营养 6 干旱处理一个月后，取美丽胡杖子和 鸡眼草的叶片，测试生理指标： 叶片相对含水量、叶绿素含量、脯氨 酸含量、m d a 含量、可溶性糖含量 干旱处理8 0 天后，取胡枝子和鸡眼 草的整个植株，测试生态指标： 株高、分枝数、地上部分生物量、地 下部分生物量。 2 研究方法 2 1 试验材料 2 1 1 供试基质 试验所用的两种基质均由锦大绿产业技术有限公司提供。营养基质( 基质1 ) ：有机堆 肥( 丰得力3 # ) 4 5 ，泥炭( 熊猫牌) 2 0 ，蛭石2 0 ，土壤渗透荆s ，特殊粘十1 0 ；贫瘠基质( 基质2 ) ：沙2 5 ，黄土5 5 0 o ，泥炭( 熊猫牌) 2 0 。供试士壤理化性状 见表2 一l 。 表2 1 供试土壤的理化性状( g + k 9 4 ) t a b l e 2 1p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t e so fe x p e r i m e n t a ls o i l ( g - k g 1 ) 供试p h速效磷全磷有机质速效钾伞钾伞氢 土壤 a v a i l a b l e1 b i d o r g a n i c a v a i l a b l et o t a l1 “a i t t o ds o i lm e o u m p h o s p h o r o u s p h o s p h o r o u s m a t t e r p o t a s s i u m p o t a s s i u mn i t r o g 鱼堕! !坦堕! 9 1 9 ：! !塑! 业1 9 1 ! 坦塑! ! 基质l ( s o dm e d i u m1 l 62 509 2 53 2 0 52 1 3 9 2 49 9 2 7 1 37 6 28 9 3 7 基质筇猢r f l e d i u m2 ) 4 9 3 0 0 2 0 1 9 4 24 91 4 5 2 6 6 44 8 9 52 7 9 1 2 1 2 植物 鸡眼草( m w m ；l ，戚砌) ，一年生草本植物，豆科。 美丽胡枝子( l e o e d e z a f o r m o s a ) ，多年生灌木，豆科。 2 1 3 菌种 供试菌根真菌为g l o m u sm o s s e a e , g l o t t u w r s i f o r m e , g l o m u sd i 口p h a n u t n , g l o m u sf t u n i c a t u m 。4 种接 种体按2 7 1 ：3 2 8 ：l 。6 3 ：2 3 9 质量比混合。每盆每种菌剂孢子含量分别为：1 5 1 7 个、1 2 5 2 个、2 5 2 0 个和1 7 2 1 个 2 2 试验设计与过程 2 2 1 试验设计 基质经v 射线( 钴6 0 ) 辐射灭菌后装入盆栽容器，浇水复性一天备用使用的盆栽容 器是塑料盆，上口内径1 0 c m ，盆底内径7 c m ，盆高1 0 c m ，每盆装基质1 号4 0 0 9 或基质2 号 6 0 0 9 。 采用盆栽试验于温室内进行。试验设计为三因子试验，基质分营养基质和贫瘠基质、 两种菌根处理为接种a n 真菌和不接种a m 真菌、两种水分处理为土壤相对含水量7 0 0 o - 8 0 和中度干旱胁迫土壤相对含水量4 5 一5 5 。共3 个因子8 个处理，每个处理重复6 次，随 机区组捧列，每盆定植5 7 株鸡眼草或3 - 5 株美丽胡枝子种子试验处理方案见表2 2 。 于2 0 0 6 年5 月3 0 日播种发芽鸡服草和美丽胡枝子，播种前，植物种子分别用0 s 7 的n a a 0 表面消毒2 次，每次2 m i n ，每次消毒后用灭菌水反复漂洗干净浸泡催芽1 亓播入 盆中。 植物在温室内，自然光照下生长，夏季温室的日均温度为3 3 9 1 2 1 2 7 7 ，湿度是7 2 4 8 9 3 ( e 1 9 t 夜晚) ，温度变化范围白天2 5 3 一3 8 。8 ，夜晚2 0 3 一2 9 8 c 。日均 温度和湿度由自动温湿计记录( 1 1 1 e r m or e c o r d e rf o rw i n d o w sv e r s i o n4 0 0 1 ，t & dc o r p ) 。 每周与水铌温度计校准一次。 植物于6 月6 日定苗，6 月9 日通过灌注式接菌种，期间每天所有处理定量浇水，使 其正常生长。7 月4 日开始水分胁迫处理，通过称重法进行测定失水量，并补充水分。 表2 _ 2 基质及水分条件对a m f 侵染率影响的试验处理方案 t a b l e2 - 2e x p e r i m e n t a ld e s g nf o r t h ee f f e c t so fs o i la n dw ；t t e t ；t ot h em y c o r r h i z a lc o l o n i z a t i o nl a t c 受试植物t e s t e dp l a n t s 处理t r e a t m e n t 美丽胡枝子 基质t ( s o i am e d i u m1 ) 水分胁迫d r o u g h t 接种蕾根a n f t e s p e d e z a ，扫m n 水分正常d r o u g h t接种萄根a m f 基质2 ( s 0 j lm e d i u m2 )水分胁迫d r o u g h t 接种菌根a m f 水分正常d r o u g h t 接种茁报a m f 鸡眼草 基质t ( s o i wm e d i u m1 ) 水分胁迫d r o u g h t接种菌根a m f k u m m e r o w i as m a t a 水分胁迫d r o c s ：j h t接种苗根a m f 水分正常d r o u g h t 接种菌根a m f 2 2 - 2 测定项目和方法 2 2 2 1 茵根侵染率测定 供试植物在播种8 0 天后，收获取样，将完整植株连同根系从盆中取出，洗净，将根部 与地上部分分离。取部分新鲜根样固定于f a a 溶液中( 3 7 甲醛一冰乙酸- - 9 5 乙醇溶液， 体积比9 ：0 5 ：0 5 ) 用于检测a m f 侵染率。根系丛技菌根真菌( a m f ) 侵染率的测定，根 段按p h i l l i p s 和h a y m e n ( 1 9 7 0 ) 的方法染色，用方格交叉法在显微镜( 2 0 - 4 0 x ) f 检测 菌根侵染( g i o v a n n e t t i 和m o s s e ，1 9 8 0 ) 菌根侵染率( ) = 交叉点上的菌根数，根段与 方格线交叉点数x 1 0 0 。 2 2 2 2 植物生理指标的测定 叶片相对含水量 8 月4 日即干旱胁迫3 0 天后，采集功能叶片，迅速放入冰盒中，带回实验室测量。取 功能叶片，先称材料的鲜重( f w ) ，然后用蒸馏水浸泡2 4 小时，称其水饱和重( t ) ，接 着于1 0 5 ( 2 杀青3 0 m i n ，8 0 ( 2 烘干至恒重，称其干重( d w ) ，按下式计算相对含水量( r w c ) ： r w c ( ) = ( f w - d w ) ，c r - d w ) 】x1 0 0 a 叶绿素含量 取0 0 2 9 叶片剪碎，用5 m l 提取液( 丙酮：乙醇：水= 4 5 ：4 5 ：1 ) ，黑暗提取2 4 小时， 之后用u v - 1 2 0 1 分光光度计比色，用提取液作为空白，测量a 6 4 5 、a6 6 3 、a 6 5 2 计算公 8 式：ca = 1 2 7 8 。a 6 6 3 2 6 9 a 6 4 5 ，c b = 2 2 9 a 6 4 5 - 4 6 8 a 6 6 3 ，白l = 1 0 0 0 a 6 5 2 3 4 5 ( 单t i ) = 是： m g l 转化为质量：m g ，l 5 1 0 3 0 0 2 9 ) 。 脯氨酸含量 取o 2 9 叶片( 叶片于一4 0 冰箱中保存) ，用3 磺基水杨酸溶液研磨提取，磺基水杨 酸冷却后以3 0 0 0 r m i n 离心1 0 r a i n ，取上清液待测。崩l 2 0 p g m l 脯氮酸浓度范围内制 作标准曲线。取标准溶液各2 m 1 加入2 m 1 3 磺基水杨酸、2 m l 冰乙酸和4 m 1 2 5 茚三酮 溶液，至沸水浴中显色6 0 m i n 。冷却后，加入4 1 1 1 1 甲苯萃取红色物质。静置后，取甲苯相 测定5 2 0 n m 波长处的吸收值，依据脯氨酸量和相应吸收值绘制标准曲线。取2 m l 上清液。 加入2 m l 冰乙酸等显色试剂，同标准曲线程序进行显色、萃取和比色。脯氨酸含量( p g g ) = ( c x v a ) m ，c 一由标曲查得的脯氨酸含量( 烟) ，v 一提取液总体积( m 1 ) ，a 一测定液 总体积( m i ) ，m 一样品重( g ) m d a 含量 称取剪碎的植物叶片0 5 9 ( 叶片于一4 0