（生态学专业论文）丛枝菌根真菌对羊草耐盐性及生长效应分析.pdf

摘要 丛枝菌根真菌是生态系统中一类重要的土壤微生物，在农田和盐碱土壤中都有广泛 分布。羊草是重要的牧草，具有很强的耐盐碱能力。开展应用a m 真菌提高羊草耐盐性、 促进羊草生长的实验研究，对于加快盐碱草地的恢复具有重要的实际意义和应用价值。 本研究通过对松嫩草原盐碱草地土壤中的a m 真菌资源的扩大繁殖及其接种实验，分析 了在农罔土条件下，不同n a c l 胁迫条件下a m 真菌对羊草耐盐性的影响，不同施p 条 件下，a m 真菌对羊草耐盐性和生长效应的影响，以及在盐碱土条件下a m 真菌对羊草 生长效应的影响及其机理。为应用a m 真菌对退化盐碱草地的治理提供了理论依据和技 术支持。具体结果如下： 农田土n a c l 胁迫实验的结果显示，接种a m 真菌显著提高了羊草的生物量和相对 产量，羊草的耐盐性大大增强。接种a m 真菌可促进羊草对氮、磷和钾的吸收，降低植 株体内n a + 和c l 一含量，使k n a 、c a n a 、p n a 、p c 1 比值升高，从而改善了盐胁迫下 植株的营养状况，平衡了植株体内渗透势，减轻了有害离子的毒害作用，提高了羊草的 耐盐性。 a m 真菌能增加植株对磷元素的吸收限度。各个磷水平下，有无盐害接种a m 真菌 均能促进羊草生长。无盐害条件下，施磷1 5 0 m g k g 。时植株体内的磷含量相对高，n a + 含量却最低，p n a 值最大，对植株生长最有利；在盐胁迫条件下，接种明显促进羊草的 生长，施磷1 0 0m g k g o 时植株体内的磷含量相对高，而n r 含量却最低，p n a 值最大， 植株生长最好。 赫碱土条件下，a m 真菌明显地促进了羊草植株的生长和对各种营养元素的吸收， 尤其是植株的磷营养的吸收。对于增强羊草在盐胁迫及营养匮乏环境中的耐受能力起着 至关重要的作用。 关键词：a m 真菌；羊草；耐盐性；施磷；生长效应 a b s t r a e t a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a e ( a m ) i sa l li m p o r t a n tt y p eo fe d a p h o ni ne c o s y s t e ma n dw i d e l yd i s t r i b u t e s o v e rf a r m l a n da n ds a l i n e a l k a l is o i l l e y m n sc h i n e n s i si sa ni m p o r t a n tg r a s sa n dw a ss a l i n e - a l k a l i - t o l e r a n t t h ee x p e r i m e n th o wt o a p p l ya mf u n g u st oi n c r e a s et h es a l t - t o l e r a n c ea n da c c e l e r a t eg r o w t ho fl c h i n e n s i sh a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u et oa c c e l e r a t er e s t o r a t i o no f s a l i n e - a l k a l i g r a s s l a n d i nt h ep a p e r , t h r o u g hb r o a d l yb r e e d i n ga mf u n g u sw h i c hc a m ef r o mt h es a l i n e - a l k a l is o i li n s o n g n e np l a i na n di n o c u l a t i n ge x p e r i m e n t s ，t h ee f f e c t so fa mo ns a l t - t o l e r a n c eo f c h i n e n s i su n d e r d i f f e r e n tn a c il e v e l si nf a r m l a n ds o i la n do ns a l t - t o l e r a n c ea n dg r o w t he f f e c t su n d e rd i f f e r e n tp h o s p h o r u s ( p ) l e v e l sa sw e l la so ng r o w t he f f e c t sa n di t sm e c h a n i s mu n d e rs a l i n e - a l k a l is o i lw e r ea n a l y z e d t h e e x p e r i m e n t sp r o v i d e dt h e o r ye v i d e n c e sa n dt e c h n i c a ls u p p o r t sf u ra p p l i c a t i o no fa mf u n g u si n t h e r e s t o r a t i o np r o c e s so f d e g e n e r a t i v eg r a s s l a n d d e t a i l e dr e s u l t sa l ea sf o l l o w s ： t h er e s u l t so f e x p e r i m e n t su n d e r n a c is t r e s si nf a r m l a n ds o i ls h o w e dt h a ti n o c u l a t i o nw i t ha mf u n g u s s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e db i o m a s sa n dr e l a t i v ey i e l d ，a n de n h a n c e ds a l t - t o l e r a n c eo flc h i n e n s i s i n o c u l a t i o n w i t ha m f u n g u sa c c e l e r a t e da b s o r p t i o no fn 、p 、k ，a n dr e d u c e dn a + a n dc i i np l a n t s ，a n di n c r e a s e d k f n a 、c a n a 、p n a 、p c 1 a sar e s u l t ，t h o s ei m p r o v e dn u t r i t i o n a lc o n d i t i o n so f p l a n t su n d e rs a l t s t r e s s ，a n d b a l a n c e do s m o t i cp o t e n t i a l ，a n dl i g h t e n e dp o i s o ne f f e c t so fn o c u o u si o n s ，a n de n h a n c e ds a l t t o l e r a n c eo f l c i n e n s 妇 a mf u n g u si n c r e a s e da b s o r p t i o nl i m i t a t i o no fpi np l a n t su n d e rd i f f e r e n tpl e v e l s ，i n o c u l a t i o nw i t h a mf u n g u sa d v a n c e dt h eg r o w t ho flc h i n e n s i sw i t ho rw i t h o u ts a l ti n j u r yc o n d i t i o n ss u p p l i e db y i5 0 r a g k 百1pw i t h o u ts a l ti n j u r y , t h ec o n t e n to fpw a si nt h eh i g h e s t ，a n dn aw a si nt h el o w e s t ，a n dp n a w a si nt h eh i g h e s t ，w h i c hw e r eb e s tf u rp l a n tg r o w t h s u p p l i e db y1 0 0m gk g 。pw i t hs a l t s t r e s s ， i n o c u l a t i o na c c e l e r a t e ds i g n i f i c a n t l yt h eg r o w t ho f le h i n e n s i s ，a n dt h ec o n t e n to fpw a si nt h eh i g h e s ti n p l a n t s n a + w a sr e l a t i v e l yi nt h el o w e s t a n dp n aw a si nt h eh i g h e s t ，w h i c hw e r eb e s tf o rt i l eg r o w t ho fl c h n e r 括 i ns a l i n e - a l k a l is o i l ，a mf u n g u sg r e a t l ya c c e l e r a t e st h eg r o w t ho fl c h i n e n s i sa n da b s o r p t i o nt o d i f f e r e n tn u t r i t i o n e s p e c i a l l yt opo ft h ep l a n t , w h i c hp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei na d v a n c i n ge n d u r a n c e a b i l i t yo f l c h i n e n s i st os a l t s t r e s sa n d1 a c ko fn u t r i t i o ni nt h ee n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a lf u n g u s ：l e y m u sc h i n e n s 玩s a l t - t o l e r a n c e ：p h o s p h o r u s f e r t i l i z a t i o n ： g r o w t he f f e c t i i y l o i 3 0 n 独创性声明 本人声明所早交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究r 作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师 范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：孽臻 日期：递亟! 丑 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：。鲤碴， 指导教师签名 日期：趔亟! ! ：主7 日 期 学位论文作者毕业后去向： 工作单位 通讯地址 电话 邮编 引言 草地生态系统是陆地生态系统的重要类型之一，草地是陆地景观的最大构成要素。 地球陆地表面5 1 的面积被草地覆盖，我国的草地面积为4 0 0 万平方公里，占陆地国 土面积的4 1 6 ，天然草地是我国农业经济和社会发展不可或缺的重要组成部分。草原 不仅是畜牧业的物质基础，也提供了巨大的生态系统服务功能，例如调节大气、涵养水 源、防风固沙、维持生态平衡、丰富物种多样性等。草地虽然是重要的可更新资源，但 是由于自然过程和人类活动过度干扰( 如过牧、割草、盲目开垦等不合理利用方式) 大大 超出了草地生态系统的自身调节能力，而导致其在结构和功能上发生退化。草地退化问 题是中国草地资源利用与发展中的首要问题：本世纪初，我国退化草地面积已占草地总 面积的8 0 以上，并且仍以每年2 x 1 0 6 公顷的速度扩展【”，对退化草地生态系统的恢复 和重建研究成为我国政府也是世界各国的热点问题。 土壤是草地生态系统中植物赖以生存的物质基础，为植物提供必须的水分和矿质营 养。“万物土中生”，在畜牧业生产中，土壤是最重要的物质基础，土壤质量直接决定 草原生产力水平的高低，积极维护土壤环境质量对草原畜牧业的可持续性发展具有重要 作用。吉林省西部松嫩平原土壤沙化、盐碱化问题严重，可溶性盐含量在0 1 o 2 之 间，受其影响土壤p h 值在8 5 1 0 0 以上。土壤中较多的交换性钠，使土壤呈强碱性， 养分元素含量显著下降，土壤贫瘠化明显，盐分集中地段可形成盐碱斑，严重影响农作 物和草原植物的生长1 2 】。土壤中的生物资源是维持和改善土壤质量的重要因子之一，植 物和土壤微生物之间的相互作用影响着生态系统的物质循环和能量流动。 1 1a m 真菌对宿主植物的效应 菌根( m y c o r r i l i z a s ) 是土壤中的菌根真菌与高等植物根系形成的共生体【3 】。它是植物 与真菌长期进化的结果，是土壤微生物和植物相容性最普遍的互惠共生现象：一方面， 真菌无法自营的碳水化合物、氨基酸等有机养料，必须依赖高等植物经过光合作用合成 供给；另一方面，植物无法直接吸收土壤中一些必要的微量元素和有机物的分解物质， 可以通过菌根吸收。因此，菌根既具有根系的特点，又具有专性真菌共有的特性。菌根 分为三大主要类型：外生菌根( e c t o m y c o r r h i z a e ) 、内生菌根( e n d o m y c o r r h i z a e ) 和内外生菌 根( e c t e n d o m y c o r r h i z a e ) 1 4 1 。 丛枝菌根( v e s i c u l a r - a r b u s c u l a rm y c o r r h i z a ) 是由丛枝菌根真菌( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a l f u n g u s ，简称a m 真菌) 与维管束植物根系形成的互惠共生体，是内生菌根 的最主要类型。丛枝结构是丛枝菌根的典型和普遍特征，部分a m 真菌具有泡囊结构。 a m 真菌资源丰富，生态适应性强，可发生在各种生态环境，除大量分布于农田，森林 土壤中外，盐碱土壤、贫瘠土壤、沙漠、沿海滩涂及重工业污染区、废弃矿区及侵蚀土 壤中也有a m 真菌存在【5 , 6 , 7 , 8 1 。能与绝大多数的高等植物形成共生体系【，其中9 0 o 的 1 维管植物都能形成丛枝萄根，最普遍、最广泛存在的是豆科和禾本科植物。a m 真菌是 土壤微生物的重要组成部分，可占到土壤微生物总生物量的5 - - 5 0 1 1 0 l ，因此可以说在 一定条件下a m 真菌的存在决定了宿主植物的生产力。在菌根中，宿主植物为菌根提供 碳水化合物| 1 1j ，而a m 真菌则可以增加植物对营养元素的吸收，通过不同方式或者途径 影响植物的许多代谢过程，对植物的进化分布、生长发育、营养状况、水分吸收利用、 抗病性、抗盐性以及保持土壤稳定性等方面意义重大。许多研究表明，a m 真菌可以促 进植物根系对磷、铜、锌等矿质元素的吸收 1 2 , 1 3 】，提高植株对水分胁迫的抗性1 1 4 , 1 5 】，增 加植株对土传病害的抗、耐性【16 ，1 7 l ，调节植物激素的合成和分配1 1 8 1 ，从而能更加全面改 善宿主植物的生长状况，特别在土壤条件较差时，植物在真菌帮助下可获得良好的生长 效应，是生态意义和农业意义都十分重大的一类土壤真菌。另外a m 真菌在改善土壤理 化性状，稳固土壤的团粒结构，改善土壤质量等方面的作用也日益受到关注i l ”。由上可 见，研究并开发利用好草地土壤中的菌根真菌资源具有长远的生态学意义和重要的经济 价值。 a m 真菌对宿主植物和土壤的效应参见下图。 囡一+ - 斗 - - - 一 营养状况 抗旱性 抗病性 抗盐性 生长发育 产品重量 i 糕l 觥i 瞪转i l 椴卧菌丝l 蜥数量障种努i l l 些墅堕堕i 丛陵营睫旬葑啪萌磷土摹的髟响 般认为植被在受到干扰后，土壤微生物的种类和数量会急剧地减少：随着演替的 进行，微生物特别是真菌的种类和数量会逐渐增加i 。另外，某些物种的生长乃至生存 同与其共生的真菌或细菌有着明显的依赖性1 2 1 l 。w e s t 和j o n e s ( 2 0 0 0 ) 在美国的南卡罗来 纳州的森林中进行去除真菌的喷药实验，结果发现处理过的样地其白栎( ( 独e r c u s a l b a ) 、火 炬松( p 饥淞地e 如) 和多花木来木( c o r n u s l o r i d a ) 幼苗的成活率明显低于未处理的样地。 1 2a m 真菌对宿主植物养分吸收的影响 丛枝菌根的主要功能之一就是改善植物的矿质营养。对矿质吸收的结果常表现在促 进植物生长、提高体内养分含量、提高苗木移栽成活率等方面。m o s s e 以苹果为实验材 料首次进行了探讨【捌。李晓林、周文龙详细研究了丛枝菌根对植物矿质营养的影响，主 2 要是对磷和氮的吸收i “。 1 0 1 磷的吸收利用 在人类赖以生存的土壤一植物一动物生态系统中，磷起着其它元素不可替代的作用 1 2 4 1 。实际上磷肥的利用率很低，土壤中施用的无机磷其中至少有7 0 9 0 在进入土壤 后即成为难以被植物吸收利用的形态【捌。因此，利用菌根来有效的利用土壤有机磷源， 提高有机磷的利用效率，能成为改善土壤磷营养状况的一种手段。 衡量a m 真菌有效性的主要指标包括对宿主植物的直接作用和间接作用，直接作用 即通过促进植物对矿质元素的吸收，改善植物生长状况；间接作用是通过根外菌丝提高 土壤质量，进而改善植物生长状况。本研究主要以a m 真菌对宿主植物的直接作用作为 筛选高效菌株的标准，具体指标以生物量、产量和吸磷效应为主。磷的代谢是植物体内 一切代谢活动的核心，a m 真菌对植物抗旱性、耐盐碱性及对其他矿质元素的吸收大多 受其对土壤磷素吸收的影响，因此对磷元素的吸收的影响，是a m 真菌对植物生长效应 作用的主要方式。 丛枝菌根促进植物对土壤中磷元素吸收的效应最显著f 2 6 , 2 7 , 2 8 l 。菌根促进植物生长的 最直接原因是真菌侵染使植物磷营养得到改善。土壤中的磷元素包括有机磷和无机磷， 杨茂秋和冯固采用3 2 p 同位素示踪技术定量区分来自土壤和肥料的磷素，研究证明，接 种菌根真菌后，玉米体内来自土壤的磷养分比例提高，来自肥料的比倒下降。菌根能够 活化难溶磷i 捌，增加根对磷的吸收速率，约是非菌根植物的5 - - 6 倍【鲫。李晓林、冯固 等研究表明，菌根真菌侵染后，玉米干物质( 地上部和根系干熏) 均显著高于未接种菌 根玉米，磷吸收效率也高于未接种植物。 r o s s 等( 1 9 7 0 ) 对熏蒸区的大豆接种，其生长、产量和养分水平都得到提高，叶内 磷含量几乎增加一倍。此现象同样适用于柑橘及苹果植株。丛枝菌根能活化土壤难溶性 磷和提高难溶磷肥的有效性也已经被很多实验证实【3 1 盥i 。在磷含量较高的土壤条件下， a m 真菌的作用不太一致。当土壤磷含量较高时，一些需要磷高的植物就可能表现接种 a m 真菌有效，而需磷低的植物可能表现无效。 1 2 2 氮的吸收利用 近年来菌根真菌对氮的吸收日益引起了研究人员的关注【3 3 】。应用1 5 n 技术证实：a m 真菌能够直接吸收并运转氮。同时a m 真菌通过提高硝酸还原酶活性有助于加强寄主植 物氮代谢的有效性及其向寄主的运转。接种a m 真菌的豆科植物在结瘤、固氮、产量方 面显著提岢1 3 4 j 。a m c s 等发现，丛枝菌根能增加植物从有机氮源中吸收铵态氮| 3 5 】。h o 和t r a p p e 发现，g l m o s s e a e 的孢子能将硝酸盐还原成亚硝酸盐，而且菌根植物地上部和 根系中硝酸还原酶的数量、活性都较无菌根植物高。 1 3a m 真菌对宿主植物耐盐性的影响 菌根不仅促进植物生长还可以增加宿主植物的抗性。盐害是一个对植物生长危害极 大的问题，近年来通过人工改良使植物适应盐渍环境的生物改良思想只益深入。盐渍土 植物中早已发现a m 真菌的存在0 6 , 3 7 1 ，从进化的角度看，盐渍土壤中菌根真菌和植物的 共生关系是两者对环境的共同适应。n a c i 胁迫时，孢子萌发受到抑制，随着浓度的升 高，孢子萌发率降低【3 6 , 3 8 j 。盐害对植物的伤害机理主要是离子毒害、渗透胁迫和营养亏 缺1 3 9 1 。 侵染率是鉴定菌根形成的直观指标，反映出真菌与宿主植物亲和性的高低。现代研 究表明，盐胁迫强度增大，侵染率降低1 4 0 , 4 ”，即盐胁迫会抑止菌根的形成。a m 真菌能 促进植物在盐胁迫的条件下生长、帮助植物吸收更多的水分和矿质养分【4 2 , 4 3 , 4 4 , 4 5 1 。随着 土壤含盐量的增加，菌根及非菌根植株产量均呈递减趋势。同一n a c l 水平下，菌根植 株的生物产量显著高于非菌根植株。从不同盐水平下接种a m 真菌的效应看，其对植物 的生长促进效应随土壤盐分含量的升高而增加。这说明：虽然盐胁迫抑制菌根的形成， 但是侵染率不能反映菌根提高植物耐盐性的效应大小。在盐胁迫下，植物对菌根真菌的 需求程度提高，土壤盐水平的提高使两者的共生关系加强。a m 真菌提高宿主抗盐碱的 能力，随菌根真菌种类、宿主种类和环境条件的不同表现出差异。不同菌株对同种植物 耐盐性的影响不同，同一菌株对不同植物耐盐性的影响也不同，因此，在筛选耐盐菌种 时应当充分考虑真菌和植物两方面的因素。 a m 真菌提高植物耐盐性的机理可以归纳为直接作用和间接作用两方面。直接作用： a m 真菌增加了植物p 等矿质营养的含量，改善了盐胁迫引起的营养亏却：菌根菌丝在 地下形成巨大的菌丝网，增加了植物对水分的吸收面积，缓解了生理性干旱，改变了植 物体内离子平衡，降低了n a + 和c r 浓度，减轻了对质膜和酶损伤程度；菌根真菌侵染 改变了碳水化合物的分配量，使根系可溶性糖含量增加，提高根系的渗透调节能力。间 接作用：改变植物体内激素平衡；菌根真菌侵染改变植物根系形态或增强植物根系活力， 从而促进根系对水分的吸收。 所有的作用机理中，改善磷营养是主导机理。a m 真菌改善植株磷营养状况的效应 大小在一定程度上取决于土壤的基础肥力状况，尤其是土壤有效磷水平。有研究表明盐 胁迫下，植株需磷量增加，通过施用磷肥增加植株含磷量能够提高植物耐盐性。 a w a d ( 1 9 9 0 ) 、m a n c h a n d a ( 1 9 9 2 ) 和q a d a r ( 1 9 9 5 ) 发现等量磷肥施到盐土和非盐土中后，盐 土中的植物显著增产而非盐土中增产效应不明型4 6 , 4 7 , 4 8 ，同时盐胁迫会抑制磷在根系细 胞内的移动和地上部的再分配过程【”1 。所以盐胁迫环境中，植物会增加对磷的需求量， 为了维持生长需要，植物必须累积更多的磷。 植物与a m 真菌的共生关系表现在菌根真菌在依赖寄主植物的光合产物维持自身 生长繁殖的同时帮助植物吸收更多的矿质营养【铊4 3 】和水分畔, 4 s l ，从而促进植物在胁迫条 件下生长。许多研究表明，在盐胁迫条件下接种a m 真菌提高了植物的生物量【5 0 j “。 g u t t a y ( 1 9 7 6 ) 发现菌根真菌促进糖槭树在盐渍土壤上的生长。h i r r e le ta 1 首先证实n a c l 胁迫下接种g l o m u sf a s c i c u l a t u s 和g i g a s p o r e cm a r g a r i t a 两种a m 真菌对洋葱和辣椒生长 有促进作用。以后十余年中，相继在盐生植物，如盐草【柏】、银胶菊和羊茅【5 2 】，非盐生植 物，如洋葱【5 捌、柑秸 4 2 , 5 4 , 5 5 峰植物上都获得了类似结果。 a m 真菌对环境条件的适应能力及其与宿主植物亲和力的差异，使它对特定植物的 生长效应存在属与属，种与种，甚至同种不同生态型之间的差异。从应用的角度出发必 4 须寻找对土壤适应性强，对宿主植物生长效应高的菌株。所以在菌根真菌应用前必须对 应用的目标区域或目标条件下的菌种资源进行调查，选择适应本地生态条件的菌种，通 过盆栽模拟实验，筛选对目标植物生长效应好的基因型或生态型，然后小规模在退化生 态系统的恢复地试用。目前，人们对如何合理利用土壤中的土著a m 真菌仍缺乏足够的 认识。 1 4 本研究的立题依据和研究目的 羊草草原足欧亚大陆东部温带半湿润半干旱地区特有的地带性草原植被类型，面积 达4 2 1 07 k m 2 ，其中一半以上分布于中国的内蒙古和东北地区，是我国重要的畜牧业生 产基地。羊草伍e y m u sc h i n e n s i s ) 是多年生根茎型禾草，具有无性繁殖力强、生产力高、 耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱等生物生态学特性，在适宜的环境条件下可形成单优种群，并 通过无性繁殖保持。羊草广泛分布于内蒙古高原东部和东北地区西部，在我国干旱的典 型草原和黄土高原也有分布，是重要的畜牧业生产资料。生物量大、营养价值和经济价 值高、分布广、生态适应性强等特点，使羊草成为我国北方草原重要的优质牧草资源| 5 6 】， 长期以来一直是科学工作者的重点研究对象。自然条件下羊草种群主要以根茎分蘖的无 性繁殖为更新途径，有性生殖在种群的自然更新中只起辅助作用吲，因此研究菌根对羊 草的生长效应具有极其重要的生态学意义和应用价值。 松嫩草地是我国著名的天然草场，又是东北西部绿色生态屏障，具有较高的经济价 值和重要的生态意义【5 8 1 。但是由于各种自然因素和人为因素草地出现退化，尤其是盐渍 化加重，生态环境f i 趋恶化1 5 。目前，需要治理的草地有6 2 6 1 0 h m 2 ，占西部草地总 面积的6 0 7 1 。据吉林省最新资源卫星遥感影像地图分析，荒漠化正向中东部发展， 严重威胁吉林省中部粮区，而且成为东北亚地区主要风沙源之一，急需开展生态环境的 建设和保护工作。吉林省西部地区是我国土地沙漠化扩展的东缘也是世界著名的三大苏 打盐碱土分布地区之一，土壤p h 值一般在8 5 9 5 之间。目前，1 3 的碱化草地出现大 面积碱斑连片，在放牧区内，碱斑面积高达6 0 一8 0 ，原本优质高产的草场沦为生产 力低下的盐碱地，不仅严重破坏了该地区的生态环境，同时影响了畜牧业的可持续发展 i ”1 。土地沙化、盐碱化严重的自然环境现状使退化生态系统植被的自然恢复面临巨大困 难，要从根本上恢复植被，治本的方法应该是重建植物与菌根真菌的共生关系，形成健 康的自然生态系统。自然恢复是一个长期而缓慢的过程，也需要依靠其他技术手段辅助、 促进植被的恢复进程，菌根技术即是实现这一目标的重要手段之一。a m 真菌在自然生 态系统中具有重要的作用，它可以在地下形成庞大的菌丝网，扩大植物养分、水分的吸 收范围，因此具有菌根的宿主植物有更强的抗旱、耐盐碱和耐瘠薄能力。 本研究计划研究我国东北松嫩平原羊草种群在恢复演替群落中适合该地区环境条 件的a m 真菌土著菌种，通过对照实验对松嫩平原天然羊草草甸退化生态系统中a m 真 菌土著菌种对宿主植物耐盐性和营养元素吸收开展研究工作，为恢复重建植被工作中 a m 真菌的应用提供理论依据和技术支持。在充分利用生态系统自组织功能自然恢复的 前提下，通过人工促进和生物恢复等辅助手段，建设较为完备的植被生态系统。同时， 节约恢复重建成本，为吉林省生态草工程提供新的理论依据和技术支持。 论文共设计三个实验 实验一研究a m 真菌对羊草耐盐性的影响。松嫩平原的盐碱草地土壤干旱、营养相 对贫瘠，因此会对植被产生营养胁迫及水分胁迫。通过生物途径使植物充分适应盐渍环 境，提高植物在盐渍土上的生产力是各国用来改良盐渍土壤、克服土壤盐害方面研究的 新方向。a m 真菌与盐渍土中的植物根系共生的现象早有报道1 6 1 , f i 2 j ，已有的研究主要 集中在菌根改变植物耐盐性的效果方面【6 3 , 6 4 1 ，少部分介绍了相关机理【吲，但对盐生植物， 尤其是羊草这种优质牧草资源在这些方面的研究却未见报道。本实验研究了a m 真菌对 羊草耐盐性的影响，并从其对矿质元素吸收入手，简要分析了影响宿主耐盐性的机理， 为促进羊草在盐碱土上生长，培养生态草工程用草提供理论依据。 实验二在实验一的基础上重点研究a m 真菌对磷元素吸收的影响。磷元素是植物生 长发育的必需营养元素，目前的研究普遍认为a m 真菌对促进羊草在盐渍土生长的机理 是它们的共生关系改善了植株的磷营养。我国大部分农业土壤严重缺磷【醴】，同时土壤磷 肥的利用率很低，所以通过植物自身的潜力，利用a m 真菌提高土壤有机磷的利用效率， 可以成为改善土壤磷营养状况的一种手段。本试验在不同磷水平和盐水平下观察a m 真 菌对羊草耐盐性的影响，研究a m 真菌通过改善羊草的磷营养在菌根真菌提高羊草耐盐 性效应方面的地位，为培育生态草工程用草，利用a m 真菌进行盐渍土生物改良提供更 进一步的理论依据。 实验三具体研究了a m 真菌在盐碱土环境下对羊草生长的效应和机理。1 9 9 3 年， 我国大约有6 ，6 7 x i 0 k m 2 耕地存在不同程度的盐渍化l 删，这个数据每年都在不断的增加 着，本实验的研究地松嫩平原盐碱化土地面积也达到总面积的6 0 以上，改良盐渍土是 一项艰巨的任务。因此，通过生物方法改良土壤，加快盐碱土地尤其是盐碱斑上的植被 恢复具有重要的理论价值，又有广阔的应用前景。本实验研究a m 真菌对盐碱土中羊草 耐盐性及矿质元素吸收的效应，尤其是对p 、n a 吸收的影响，简要分析了影响生长的机 理，为通过菌根真菌改良松嫩草原土壤条件，及促进羊草在盐碱士环境下更好的生长提 供相应的理论依据。 2 材料与方法 2 1a m 真菌对羊草耐盐性的实验测定 供试植物：羊草，播种前将种子用1 0 h z 0 2 浸泡消毒1 0 分钟，在蒸馏水中浸泡2 个小时，取出后放置于湿润的滤纸上4 8 小时，催芽。 供试土壤：土壤为农田土，取自吉林省林业厅种苗基地温室周围农同。带回实验室 后测定其基本理化性状如下 河沙适量，将土壤过2 m m 网筛，与河沙一同放入高匪蒸汽灭菌锅，1 2 1 下灭菌2 小时以消除土壤中的真菌孢予和其它土壤微生物。风干备用。 菌根接种剂：松嫩平原土壤中的土著a m 真菌，经检测土壤中含有球囊霉g l o m u s 属的摩西球囊霉g l o m u s1 o $ s e a e 和地球囊霉g l o m u sg e o s p o r u m 两种，经过羊草扩大繁 殖5 个月左右后，包括菌根真菌菌丝、孢子、侵染根段及含根外菌丝体的根际土壤的混 合接种物。将半的接种剂灭菌，方法与土壤灭菌相同。 实验设计与实施：试验丁2 0 0 5 年6 月1 3 日2 0 0 5 年8 月2 5 同问在吉林省林业厅种 苗基地的日光温室中进行。 盆钵为塑料盆，上口内径1 5 c m ，表面积约为1 7 7 c m 2 ，盆底内径1 2 c m ，高1 5 c m ， 每盆装干土2 妇，其中河沙与农田土的比例约为1 ：3 ，用以改善土壤质地。盆底无孔， 用1 0 h 2 0 2 浸泡消毒1 5 分钟。 本实验将农田土设0 、1 、2 、3 9 k 9 4 n a c i 四个盐水平，每个n a c i 水平下设置接种f + m ) 与不接种( 一m y 两个处理，共8 个处理，每个处理进行4 次重复。总计3 2 盆。每盆加 入1 5 0 0 9 土壤掺5 0 0 9 河沙混匀，播种前将n a c l 溶液与土壤充分混匀，接种处理( + m ) 的将3 0 9 接种物放入种子下2 c m 左右深的土层中；不接种处理( 一m ) 剜加3 0 9 灭菌接种 物及3 0 m l 不灭菌接种物的水滤液，以此保持微生物区系和土壤营养状况的一致。 出苗后每盆间留苗5 0 株。植株生长期间每周浇2 次含n 1 0 0 m g l ；k 、p 、m g 、 z n5 0 m g l - 1 的营养液( n h 4 n 0 3 、k i - 1 2 p 0 4 、m g s 0 4 、z n s 0 4 ) ，每次5 0 m l 。维持室温2 0 - - 2 5 ，始终保持土壤中的水分含量。7 5 天后用剪刀从地面处分别收获地上部和根系， 用自来水冲洗地上部和根系，再用去离子水冲洗3 4 遍。 测定指标与计算方法： 生物量：地上部和根系放置于烘箱中，6 5 7 0 ，4 8 7 2 小时至恒重后称重。 相对产量( ) = ( 接种处理生物量不接种不加盐处理的生物量) x l o o 菌根依赖性( ) = 【( 接种处理生物量一不接种生物量) 接种处理生物量 x 1 0 0 菌根侵染率的测定：植物根系采用k o h 透明一乳酸甘油酸性品红染色法染色，即 7 取新鲜根系，切成l c m 左右长的根段，按照常规操作步骤进行透明、软化、酸化、染色、 脱色，选取5 0 条根段，压片，镜检。 菌根侵染率的计算：用侵染强度( m ) 表示，通过侵染频度( f ) 和侵染程度( m ) 计 算，公式如下： f = f 侵染根段数总根段数) x 1 0 0 m = ( 侵染根长总根长) x 1 0 0 m = ( m f ) 1 0 0 矿质元素的测定：凯氏测氮仪_ n 原子吸光光谱仪p 、k + 、c a “、n a + 、m 9 2 + 离子色谱仪一c r 实验数据以s p s s 统计软件进行方差分析。 2 2a m 真菌对羊草磷紊吸收的实验测定 实验设计与实施：本实验农田土实验因子为4 x 2 x 2 ，共计1 6 个处理，即设2 5 、5 0 、 1 0 0 、1 5 0 r a g k 百1 四个磷水平，每个p 水平下设0 和2 9 k 昏1 n a c l 四个盐水平，每个n a c l 水平下再设置接种( + m ) 与不接种( 一m ) 两个处理，每个处理进行4 次重复，总计6 4 盆。 此实验处理不需浇营养液。其余处理方法同2 1 。 测定指标与计算方法： 生物量：地上部和根系放置于烘箱中，6 5 7 0 c ，4 8 7 2 小时至恒重后称重。 相对产量( ) = ( 接种处理生物量，不接种磷浓度最低处理的生物量) 1 0 0 菌根依赖性( ) = 【( 接种处理的生物量一不接种生物量) 胺种处理的生物量 x 1 0 0 菌根侵染率的测定与计算：同2 1 植株矿质元素测定：原子吸光光谱仪测定p 、n a + 含量 植株吸磷量( m g p o t d ) = 植株含磷量( ) 植株生物量( g p o t 1 ) x 1 0 3 植株吸钠量( m g p o t 。1 ) ；植株含钠量( ) 植株生物量瞧p o t 1 ) x 1 0 3 实验数据以s p s s 统计软件进行方差分析。 2 _ 3 盐碱土中a m 真菌对羊草生长效应的实验测定 供试植物及菌根接种剂及处理方法同2 1 ， 供试土壤：土壤为盐碱土，取自松嫩平原碱斑处。带回实验室后测定其基本理化性 状如下： 实验设计与实施：本实验设置接种( + m ) 与不接种( 一m ) 两个处理，每个处理进行4 次重复，总计2 x 4 = 8 盆。每盆加入2 0 0 0 9 盐碱土，接种( + m ) 处理的将3 0 9 接种物放入 种子下2 c m 左右深的土层中；不接种( 一m ) 处理加3 0 9 灭菌接种物及3 0 m l 不灭菌接种 物的水滤液，以此保持微生物区系和土壤营养状况的一致性。出苗后每盆问留苗2 0 株， 8 其余处理同实验2 1 。 测定指标与计算方法： 生物量：地上部和根系放置于烘箱中，6 5 7 0 。c ，4 8 7 2 小时至恒重后称重。 相对产量( ) = ( 接种处理生物量不接种处理的生物量) x 1 0 0 菌根依赖性( ) = 【( 接种处理的生物量一不接种生物量) 接种处理的生物量 x 1 0 0 菌根侵染率的测定与计算：同2 1 矿质元素的测定：同2 1 植株吸磷量( m g p o t 。) = 植株含磷量( ) 植株生物量幢p o t 。1 ) x 1 0 3 植株吸钠量( m g p o t 1 ) = 植株含钠量( ) 植株生物量幢p o t 。) x 1 0 3 实验数据以s p s s 统计软件进行方差分析。 3 结果与分析 3 1a m 真菌对羊草耐盐性的影响 3 1 1 盐胁迫对羊草生长及体内离子累积的影响 接种a m 真菌处理和不接种处理羊草植株的根系、地上部和整株生物量均随着土壤 中n a c i 水平提高而明显降低( 表3 1 ) 。 随着n a c l 水平提高，接种和不接种处理的植株体内n a + 和c j - 的含量增加；n 含量 也呈增加趋势，接种处理的植株效应表现较为明显：m 9 2 + 随n a c i 水平提高而呈递减趋 势：p 含量的变化趋势是随n a c l 水平的提高先增加后降低；k + 、c a 2 + 含量则是先降低 后增加( 表3 2 ) 。 3 1 2 盐胁迫下a m 真菌对羊草根系侵染及生长的影响 菌根侵染率的结果显示，不接种处理植株均未被a m 真菌侵染，而接种处理植株在 各个n a c l 水平下均有不同程度的侵染。随着n a c i 浓度的增加，侵染率降低( 表3 1 ) 。 这说明在高盐胁迫下，a m 真菌与羊草之间的共生体没有得到良好的发育。 表3 1 可见，接种a m 真菌提高了羊草在盐胁迫和无盐胁迫两种条件下的生物产量， 同一n a c l 水平下，接种a m 真菌明的增加了植株根系的干重，在0 、1 、3 9 k g _ 1 时差异 达到了显著( p 0 0 5 ) 和极显著( p 2 9 k g - 1 后，接种a m 真菌植株高于不 接种处理植株。盐胁迫条件下，接种处理羊草整株生物量皆显著高于对照处理株 ( p 0 0 5 ) 。随着盐浓度的增加，接种处理的地上部干重较不接种处理明显增加，菌根 促进羊草生长的效应也增大。例如，在1 9 k 百1 n a c l 水平下，接种处理的相对产量比不 接种处理的相对产量高6 4 ；2 9 k g 1 n a c l 水平下，接种处理的相对产量比不接种处理 的相对产量高1 3 o ，而在3 9 k g 。1 n a c i 水平下，接种处理的相对产量比不接种处理的相 对产量高1 8 7 ，即盐水平每增加1 倍菌根效应也随之提高1 倍左右。随着盐胁迫的加 深，接种处理地上部和整株生物量的变化幅度较小，相对产量变化率小，未接种处理的 则显著降低，相对产量变化率大。 菌根依赖性是反映植物生长对菌根真菌需要程度的指标【6 6 1 。由表3 1 可见，随着 n a a 水平的升高，羊草对a m 真菌的依赖性逐渐增加，3 9 k 9 1n a c l 浓度条件下的菌根 依赖性为无盐胁迫条件下的8 倍；1 9 k 百1n a c l 浓度下的3 倍；2 9 k g on a c l 浓度下的1 6 倍。这表明在盐渍环境中，盐胁追在一定程度上虽然限制了a m 真菌对植株根系的侵染， 但对植株生长的促进作用却大大增强，在一定程度上大大提高了羊草对胁迫环境的耐受 能力，a m 真菌提高羊草耐盐的能力在一定范围内随盐渍化程度提高而呈倍数增加。因 此a m 真菌与羊草的共生关系对羊草在盐胁迫下的生长起着十分重要作用，在其他植 物，如无芒雀麦、棉花中，也发现了类似现象1 6 s , 6 7 1 。 1 0 表3 1 盐胁迫ra m 真菌对羊草生长的影响 t a b l e 3 1e f f e c t o f a m f u n g u so n g r o w t ho f p l a n tu n d e r n a c ls t r e s s 注：应用l s d 法检验差异程度，a b 和a b 分别表示接种与不接种处理相比著异达5 和1 显著水平。 t h el s dm e t h o dw a su s e dt ot e s tt h es i g n i f i c a n c eo fd i f f e r e n c e a ba n da bm e a n5 a n d1 s i g u i f i c a n t d i f f e r e n c eb e t w e e ni n o c u l a t i n ga n dn o n - i n o c u l a t i n gw i t hm y c o r r h i z a lf u n g ir e s p e c t i v e l y , 3 1 3 盐胁追下a l v l 真菌对羊草矿质元素吸收的影响 a l v l