不同丛枝菌根真菌对云杉生长及根腐病的影响

周 昱

(山西省杨树丰产林实验局，山西大同 037006)

云杉(Piceaasperata)为松科云杉属植物，是我国景观道路绿化及造林的重要树种之一[1]。根腐病是云杉苗期的主要病害之一，常导致云杉幼苗生长延缓甚至成片枯死，严重影响经济和生态效益。目前，云杉根腐病的防治主要以化学药剂防治为主，虽有一定防效，但常会引起病原菌对农药的抗性及环境污染问题，如何安全、高效、环保地防治云杉根腐病已成为亟待解决的关键问题[2]。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)是自然界较为常见的内生菌根，类型较为丰富，可与大多数植物根系形成互利共生体，促进植物根系对水分、养分的吸收，增强植物的抗逆性[3]。大量研究表明，丛枝菌根真菌不仅可以提高植物的产量和品质，而且有助于提升植物的抗病性，尤其是预先接种可明显提升部分植物对土传病害的抗性[4-5]。韩亚楠等研究表明，接种地表球囊霉可显著提高连作西瓜产量，对西瓜枯萎病具有一定的防治效果[6]；王立等研究表明，接种摩西球囊霉可显著提升小麦的株高、根系总面积及生物量，根腐病发病率显著降低[7]；周宝利等研究表明，预先接种AM真菌可显著提升茄子幼苗植株的生物量，显著降低茄子黄萎病的病情指数和发病率[8]；吕星光等研究表明，接种丛枝菌根真菌可显著提升西瓜嫁接苗的株高、茎粗及生物量，显著降低根结线虫病的发病率，且不同类型丛枝菌根真菌的效应存在明显差异[9]。目前，关于丛枝菌根真菌对云杉生长及根腐病的影响尚未见相关报道，因此，本研究以“白皮云杉”为试验材料，研究了地表球囊霉(Glomusversiforme)、根内球囊霉(Glomusintraradices)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、聚丛球囊霉(Glomusaggregetum)和幼套球囊霉(Glomusetunicatum)5种丛枝菌根真菌对云杉生长及根腐病防治效果的影响，以期为实现云杉根腐病的生物防治提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试云杉品种为“白皮云杉”，由山西省林业科学院提供。供试丛枝菌根真菌包括5种，分别为地表球囊霉(Glomusversiforme)、根内球囊霉(Glomusintraradices)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、聚丛球囊霉(Glomusaggregetum)和幼套球囊霉(Glomusetunicatum)，均由中中国农业科学院植物保护研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2016年6月20日在山西省杨树丰产林实验局试验场开始实施，选取长势一致的“白皮云杉”幼苗270株，分别定植于45 cm×55 cm的陶盆中，盆栽基质为经高温灭菌2 h的土 ∶沙 ∶草炭 ∶蛭石=2 ∶2 ∶2 ∶1，每盆定植1株。试验共设置6个处理，即在定植前分别于云杉植株根系接种10 g地表球囊霉(Gv)、根内球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚丛球囊霉(Ga)、幼套球囊霉(Ge)及灭菌的5种菌根混合物(CK)，每个处理15株，重复3次，共计270株。在云杉植株定植150 d后，分别调查各植株的菌根侵染情况，并接种2.0×106CFU/g土的云杉根腐病病原菌。整个试验期间，给予各植株正常的水肥及病虫害管理。

1.2.2 项目测定及方法 菌根侵染率测定：采用Phillips等的方法[10]进行，菌根侵染率=侵染菌根段数/检测菌根段数×100%；生长指标测定：于接种云杉根腐病病原菌后150 d测定，主要指标包括株高、茎粗、地径及地上部干质量；病情指数调查方法：自接种云杉根腐病病原菌第5天起开始调查，每隔3 d调查1次，按赵仕光等[11]方法进行病情指数及防治效果计算；生理生化指标测定：接种云杉根腐病病原菌前进行首次测定，第二测定于接种云杉根腐病病原菌后第5天进行，之后每隔3 d测定1次，测定指标主要包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸(Pro)含量，采用方法分别为抑制NBT光还原比色法、苯丙氨酸比色法、硫代巴比妥酸比色法和磺基水杨酸提取法。

1.2.3 数据分析 采用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理及作图，用SPSS 18.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同丛枝菌根真菌对云杉根系的侵染效果

云杉根系分别经5种不同丛枝菌根真菌接种150 d后，根际土壤中均有大量的菌丝生成，而对照则无菌丝生成。侵染率测定结果表明，5种丛枝菌根真菌对云杉根系的侵染率从小到大依次为接种根内球囊霉(Gi)、幼套球囊霉(Ge)、聚丛球囊霉(Ga)、地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)，分别达到53.45%、58.26%、64.25%、68.64%和74.38%，其中接种摩西球囊霉(Gm)与接种幼套球囊霉(Ge)和聚丛球囊霉(Ga)达到显著差异水平(P<0.05)，与接种根内球囊霉(Gi)达到极显著差异水平(P<0.01)。这说明，5种不同丛枝菌根真菌均可与云杉形成互利共生关系，且不同菌根的侵染率存在明显差异，其原因可能是5种丛枝菌根真菌与云杉的亲和性不同所致。

2.2 不同丛枝菌根真菌对云杉生长的影响

从表1可以看出，接种不同丛枝菌根真菌对云杉幼苗生长的影响存在明显差异。接种150 d后，测定各处理植株的株高、茎粗、地径及地上部干质量，结果表明，接种地表球囊霉(Gv)、根内球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚丛球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的云杉植株株高分别较对照增加 46.41%、20.55%、53.31%、33.66%和28.29%，其中接种摩西球囊霉(Gm)与聚丛球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)达到显著差异水平(P<0.05)，与对照及根内球囊霉(Gi)达到极显著差异水平(P<0.01)；接种5种不同丛枝菌根真菌的云杉植株茎粗分别较对照增加19.28%、7.85%、25.11%、15.7% 和10.99%，其中接种摩西球囊霉(Gm)与聚丛球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)达到显著差异水平(P<0.05)，与对照及根内球囊霉(Gi)达到极显著差异水平(P<0.01)；接种5种不同丛枝菌根真菌的云杉植株地径从小到大依次为接种根内球囊霉(Gi)、幼套球囊霉(Ge)、聚丛球囊霉(Ga)、地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)，较对照分别增加52.75%、15.98%、71.46%、38.6%和26.3%，其中接种摩西球囊霉(Gm)与接种幼套球囊霉(Ge)和聚丛球囊霉(Ga)达到显著差异水平(P<0.05)，与接种根内球囊霉(Gi)达到极显著差异水平(P<0.01)；接种5种不同丛枝菌根真菌的云杉植株地上部干质量分别较对照增加63.14%、20.3%、71.42%、57.06% 和40.49%，其中接种摩西球囊霉(Gm)与聚丛球囊霉(Ga)及幼套球囊霉(Ge)达到显著差异水平(P<0.05)，与对照及根内球囊霉(Gi)达到极显著差异水平(P<0.01)。上述结果表明，接种5种不同丛枝菌根真菌均可促进云杉生长，且不同菌根的促生效果存在明显差异，其原因可能是由于接种AM真菌可增加植物根系的土壤酶活性及养分含量，进而促进植株生长。

表1 不同丛枝菌根真菌对云杉生长的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.3 不同丛枝菌根真菌对云杉根腐病的影响

不同丛枝菌根真菌对云杉根腐病病情指数的影响如图2-a 所示，在整个试验过程中，接种摩西球囊霉(Gm)的云杉植株根系根腐病病情指数始终保持最低，其余依次为接种地表球囊霉(Gv)、聚丛球囊霉(Ga)、幼套球囊霉(Ge)和根内球囊霉(Gi)，对照(CK)始终保持最高，这说明接种丛枝菌根真菌可降低云杉根腐病病情指数，且接种摩西球囊霉(Gm)效果最佳；接种云杉根腐病病菌20 d时，对照(CK)、接种地表球囊霉(Gv)、根内球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚丛球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的病情指数分别达到62.05、39.85、49.18、38.76、44.35和46.89，假设CK的根腐病防效为0，则接种地表球囊霉(Gv)、根内球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚丛球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的云杉植株根腐病防治效果分别达到75.83%、52.18%、77.25%、64.26%和58.34%，其中，接种地表球囊霉(Gv)和摩西球囊霉(Gm)防治效果显著优于聚丛球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)，极显著优于根内球囊霉(Gi)，这说明，接种丛枝菌根真菌可显著提升云杉植株的根腐病防效，且接种摩西球囊霉(Gm)效果最佳。

2.4 不同丛枝菌根真菌对云杉根系超氧化物歧化酶和苯丙氨酸解氨酶活性的影响

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是催化植物通过次生代谢产生木质素、植保素的关键酶，其活性高低与植物的抗病性强弱密切相关[13]。在整个试验期间，PAL活性在6种处理中均呈现先升高后降低趋势，且接种Gm始终保持最高，对照始终保持最低(图3-b)。在根腐病接种11 d时，CK的PAL活性达到最大，为2.13 U/(g·min)，而接种Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的PAL活性则均在14 d时达到最大，分别为2.75、2.36、2.83、2.62、2.48 U/g·min，较对照分别提升2911%、10.8%、32.86%、23%和16.43%，其中Gi、Ge与对照达到显著差异水平，Gv、Gm和Ga与对照达到极显著差异水平。这说明，接种丛枝菌根真菌可明显提升云杉根系的PAL活性，且不同类型丛枝菌根真菌提升效果差异显著。

2.5 不同丛枝菌根真菌对云杉根系丙二醛及游离脯氨酸含量的影响

由表2可知，接种云杉根腐病病菌后，6种处理的MDA含量均随着时间的延长呈现逐渐升高的趋势，其中接种Gm始终保持同期最低，而对照(CK)始终保持同期最高。在接种后20 d时，各处理的MDA含量均达到最大，接种Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的MDA含量分别较对照降低24.76%、8.7%、28.96%、19.04%和14.64%，其中，接种Gi、Ge与对照达到显著差异水平，接种Gv、Gm、Ga与对照达到极显著差异水平。这说明接种丛枝菌根真菌可显著降低根腐病病菌对云杉根系细胞膜的破坏，且不同类型丛枝菌根真菌降低效果差异显著，其原因可能是接种丛枝菌根真菌可显著提升云杉根系的SOD酶活性，进而减少了活性氧对细胞膜的伤害。

不同丛枝菌根真菌对云杉根系游离脯氨酸含量的影响如表2所示，不同处理的Pro含量均随着根腐病病菌接种时间的延长呈现逐渐升高的趋势，且接种Gm始终保持最高、对照始终保持最低。在接种后20 d时，各处理的Pro含量均达到最大，接种Gv、Gi、Gm、Ga和Ge的Pro含量分别较对照提升32.23%、11.06%、40.09%、25.44%和18.76%，其中，接种Gi、Ge与对照达到显著差异水平，接种Gv、Gm、Ga与对照达到极显著差异水平。这说明，接种丛枝菌根真菌可显著提升根腐病病菌侵染的云杉根系的Pro含量，且不同类型丛枝菌根真菌提升效果差异显著。

3 结论与讨论

大量研究表明，丛枝菌根真菌可与植物根系形成互利共生体，参与植物的多种代谢过程，不仅可以提高植物的产量和品质，而且在诱导植物抗病性方面作用显著[4-5]。本研究结果表明，接种丛枝菌根真菌可显著增加云杉的生物量，且不同丛枝菌根真菌的促生效果差异显著，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的促生效果最佳，株高、茎粗、地径及地上部干质量较对照分别增加53.31%、25.11%、71.46%和71.42%，本结果与邹原东等在甘草方面[14]及樊丽等在草莓方面[15]的研究结果较为一致；接种丛枝菌根真菌可显著降低云杉根腐病病情指数和提高根腐病防治效果，接种地表球囊霉(Gv)、根内球囊霉(Gi)、摩西球囊霉(Gm)、聚丛球囊霉(Ga)和幼套球囊霉(Ge)的根腐病防治效果分别达到75.83%、52.18%、77.25%、64.26%和58.34%，本结果与张淑彬等在辣椒方面的研究结果[16]较为一致，其原因可能是由于不同丛枝菌根真菌与特定植物的亲和性不同导致侵染率存在显著差异，进而造成对植株生物量和抗病性影响的明显差异。

表2 不同丛枝菌根真菌对云杉根系丙二醛几游离脯氨酸含量的影响

植物在遭遇病原菌入侵时，会启动体内的抗性防御系统，以最大程度地减少氧化逆境对自身造成的伤害[17-18]。本研究结果表明，根腐病病菌侵染云杉根系后，6种处理的超氧化物歧化酶(SOD)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性均呈现先升高后降低的趋势，接种丛枝菌根真菌可显著提升根腐病病菌侵染的云杉根系的SOD及PAL活性，且不同丛枝菌根真菌的提升幅度存在显著差异，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的提升效果最为明显，SOD及PAL活性分别较对照提升39.8%和 32.86%，其次为地表球囊霉(Gv)；丙二醛(MDA)含量和游离脯氨酸(Pro)含量是分别反映细胞膜受氧化破坏程度和对逆境响应能力强弱的重要指标。根腐病病菌侵染云杉根系后，6种处理的MDA和Pro含量均呈现逐渐升高的趋势，接种丛枝菌根真菌的云杉根系MDA含量显著低于对照，而Pro含量则显著高于对照，其中接种摩西球囊霉(Glomusmosseae)的效应最为明显，MDA含量较对照降低28.96%、Pro含量较对照提升40.09%，这说明接种摩西球囊霉(Gm)的云杉根系细胞膜受病菌损害程度最轻，对逆境的响应能力最强，本研究结果与王立等在小麦[7]及周宝利等在茄子方面[8]的研究结果较为一致，其原因可能是接种摩西球囊霉(Gm)的云杉根系保护酶活性显著高于其他处理所致。

综上所述，接种丛枝菌根真菌可显著促进云杉生长，提升根腐病的防治效果，其中摩西球囊霉(Glomusmosseae)的效应最佳，其次为地表球囊霉(Gv)，其原因可能是：一方面，接种丛枝菌根真菌可能改善了云杉根系的土壤生态环境进而促进了植株生长，而促进效果因丛枝菌根真菌与云杉的亲和性而异；另一方面，接种丛枝菌根真菌可以提高云杉根系的超氧化物歧化酶(SOD)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，进而提升对根腐病的抗性。