AMF对复合盐胁迫下草莓根际微生物和酶活性的影响

薛红飞，冯彪，唐悦，李石恒，李志伟，邓渊，樊丽*

（1.内蒙古农业大学，呼和浩特 010019；2.陕西省宝鸡市千阳县种子管理站，陕西宝鸡 721100）

0 引言

【研究意义】草莓属于浅根性植物，耐盐性弱。盐胁迫是自然界中主要的非生物胁迫之一，主要通过离子胁迫、渗透胁迫及氧化胁迫等次级反应过程来实现对植物的破坏作用[1]。内蒙古地区存在大面积的盐碱土，包含多种盐离子，不利于草莓的种植。化学和物理方法改良盐碱土成本高，还会导致土壤次生盐碱化，而接种丛枝菌根真菌提高植物耐盐性是一种低成本、易操作、环境友好的盐碱土改良途径。【研究进展】盐胁迫阻碍了植物正常生长发育，随着盐碱梯度的增加，紫花苜蓿幼苗的存活率、株高、总生物量、可溶性蛋白质量[2]、黄蜀葵的茎粗、叶片个数[3]均降低；6 种园林植物分别出现不同程度的植株萎蔫、叶片枯黄凋落、无法正常开花等现象[4]。土壤含盐量超过0.2%后，对菊芋根系生长有明显的抑制作用，而土壤脲酶、过氧化氢酶活性与菊芋根长密度呈极显著正相关关系，表明随着土壤盐胁迫程度的加深，土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性显著降低，土壤物理化学活动因盐胁迫而受抑制[5]；沈仁芳等[6]发现盐碱土壤中微生物数量低于正常土壤，是因为盐碱土含有较高盐分，抑制微生物生长；0.6%的盐质量分数显著降低了4 种园林植物的土壤过氧化氢酶活性、狗牙花以外植物土壤的脲酶活性及朱蕉和花叶假连翘的土壤磷酸酶活性[7]。

近年来，使用生物修复技术对盐碱土进行改良的优势日渐突出。AMF 是大自然中普遍存在的一种内生真菌[8]，可以和众多的陆生植物形成互惠共生体，从而扩大寄主在土壤中的有效吸收范围，提高抗逆性，进而促进植物生长发育，并具有天然、无污染等优势，是植物生长的“生物肥料”。刘琛等[9]发现，接种AM真菌（摩西球囊霉）能提高金叶六道木对土壤重金属Cd 污染的修复效率。但在盐胁迫下接种AMF 的植物要比未接种植物生长得更好。贾婷婷等[10]发现，盐胁迫下AMF 能够显著提高植物对各种矿质营养的吸收，促进干物质的积累，提高抗氧化酶活性，改善水分吸收。由于土壤微生物参与植物养分的吸收和循环，而土壤酶参与植物养分的运输和转化，所以把土壤微生物种类和土壤酶活性作为评判土壤理化性质的重要指标进行土壤生态系统的管理获得了广泛认同[11-12]。

【切入点】内蒙古地区独特的气候条件适合草莓生长，但草莓根系浅，抗盐性弱，生长发育受表层土结构影响严重。内蒙古地区大面积的盐渍土壤、温室土壤次生盐碱化成为草莓在本地发展和推广的主要限制因子，是目前农业可持续发展中亟待解决的问题。【拟解决的关键问题】因此，以NaCl 与Na2SO4质量浓度比为1∶1 的混合盐模拟内蒙古地区盐渍土环境，研究接种AMF 后，草莓根际土壤微生物数量和土壤酶活性随盐物质的量浓度的变化，明确菌根对复合盐胁迫处理下草莓根际土壤微环境的影响，对解析植物非生物胁迫和土壤生物修复具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年3—8月在内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古农业大学东区农学院西侧的连栋智能温室中进行，温室东西长30m，南北宽12m。内设4间温室，每间温室配有内外遮阳系统、天窗通风系统、风机降温系统、水暖加温系统、苗床、照明系统、移动喷灌系统、内循环通风系统。呼和浩特市地处东经110°46'—112°10'、北纬40°51'—41°08'，属中温带大陆性气候，四季气候变化明显：春季干旱多风，夏季酷热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥，春秋两季气候变化剧烈；光照充足、温差大、降水少、气候干燥，年降水量为335.2～534.6mm，且主要集中在7—8月。年均日照时间为1600h。无霜期为113～134d。

1.2 试验设计

3月20日，将灭菌沙土和灭菌基质按照1∶2 混合后拌匀配成育苗基质，选取五叶一心期‘甜查理’草莓苗，移栽到直径25cm、高30cm 的塑料苗钵中，每盆1 株草莓苗，浇透水并置于活动苗床上，遮阴缓苗14 d，期间供足水分，保持土壤湿润不积水。然后进行正常管理，给予充足的光照，定时施肥、除草，浇灌Hoagland 营养液，包括大量元素N、P、K、Ca、Mg、S，微量元素Fe、Mn、Zn、Cu、B、Cl、Mo。

移栽1 个月后，选取长势一致，无病虫害的健康草莓苗，于4月20日进行接菌处理，摩西球囊霉Glomusmosseae为供试菌种，处理组每盆添加60g 扩繁备用的菌根，对照处理不接种。

接种后定期测定菌根侵染率，当侵染率达到40%[13]以上，即AMF 与植株成功建立共生关系后，于7月1日进行不同质量浓度的盐胁迫处理（表1），NN、YN 处理每次均施100mL 蒸馏水；NY50、YY50处理施加100mL 物质的量浓度50mmol/L 的混合盐溶液；为使草莓对胁迫有很好的适应性，NY100、YY100处理在浇盐过程中采用递增的方式，施用物质的量浓度以50mmol/L 递增，每次浇盐之前先充分淋洗盐分，再施加新的盐溶液，第2 次浇盐后达到最终物质的量浓度，共6 个处理，每个处理重复3 次。每盆下面均用托盘承接，每次均把流出的盐溶液倒回盆内。

表1 试验设计Table 1 Names of treatments

1.3 测定项目与方法

盐胁迫开始后，每天记录草莓的生长情况，做盐害指数评价，通过计算相应级值的受害株数的总和占总株数的比率得出盐害指数：盐害指数（SI）=∑（盐害极值×同级株数）/（总株数×最高极值）×100。

分别于胁迫后第7、14、21、28 d 取样，进行相关指标的测定，菌根侵染率用Phillips[14]等的方法测定，用打孔器在各处理草莓植株根系上取3 次重复，把根系洗净备用，用醋酸墨水染色法进行染色，用显微镜观察根段的侵染情况并用加权法计算侵染率：侵染率（%）=∑（0%×根段数+10%×根段数+20%×根段数+…100%×根段数）/观察总根段数。

取不同处理的草莓植株，去除外围土壤，用抖根法获取根际土。土壤微生物数量采用稀释涂布平板法测定[15]；土壤酶活性的测定参照关松荫[16]的方法，脲酶采用苯酚钠比色法测定，结果以24h 后1g 土壤中NH4+-N 的毫克数表示。蔗糖酶和淀粉酶均采用3，5-二硝基水杨酸比色法，蔗糖酶活性以24h 后1g 土壤中葡萄糖的毫克数表示；淀粉酶活性以24h 后1g 土壤中麦芽糖的毫克数表示，过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法测定，结果以20min 后1g 土所消耗的0.1mol/L KMnO4溶液的毫升数表示。

1.4 数据处理与分析

用Microsoft Excel 和SPSS 软件进行数据处理和相关性分析，用LSD 法进行差异显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 草莓菌根侵染率的变化

图1 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓菌根侵染率的变化（图中不同小写字母表示在5%水平下差异显著，下同）。菌根侵染率体现了AMF 与植物的共生关系，此指标只针对YN、YY50 处理和YY100 处理进行，由图1 可知，各处理的侵染率在盐分胁迫7d 后均达到60%以上，说明草莓植株已与AMF 建立共生关系。盐分胁迫7 d 后，YN 处理与YY50 处理的菌根侵染率没有显著差异，但均显著高于YY100处理（P＜0.05）；盐分胁迫14d 后，随盐物质的量浓度增大，AMF 对草莓根系的侵染率逐渐降低，且随着胁迫时间的增加，YN 处理与YY50 处理的差异逐渐增大，胁迫28d 后达到显著差异，由此说明复合盐胁迫在草莓生长过程中抑制了菌根的形成。在相同的盐物质的量浓度处理下，随盐分胁迫时间的增加，侵染率逐渐增大，各处理的侵染率由最初的63.67%、65.87%、60.90%到胁迫28d 达到90.15%、80.33%、71.45%，分别增加了26.48%、14.46%、10.55%。

图1 草莓植株的菌根侵染率Fig.1 Themycorrhizal infection rate of strawberry plants

2.2 草莓盐害指数的变化

复合盐胁迫和AMF 处理下草莓盐害指数随盐胁迫天数的变化如图2所示。随着盐胁迫时间的增加，接种和未接种AMF 各处理的盐害指数均增加，且未接菌组各处理草莓的盐害指数高于接菌组，由此可以说明AMF 可以缓解盐胁迫，一定程度地减少盐对草莓的损害程度。在相同的取样时期，随盐物质的量浓度的增大，盐害指数增加，盐胁迫21d 后，除NN 处理和YN 处理，其余接种或未接种下不同盐物质的量浓度之间差异均达到显著水平（P＜0.05）。盐胁迫28 d 后，3 种盐物质的量浓度下接种AMF 的草莓盐害指数均比不接种处理有明显降低，分别降低了10.91%、21.12%、23.93%。

图2 草莓植株的盐害指数Fig.2 Salt damage index of strawberry plants

2.3 草莓根际土壤微生物数量的变化

表2 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓根际土壤微生物数量的变化。随盐胁迫时间的增加，细菌、真菌、放线菌数量均下降。在不同取样时期，YN 处理的细菌、真菌、放线菌数量最多，除盐分胁迫7d 后NY50 处理的真菌数量小于NY100 处理外，其他任何时间均表现出NY100 处理的细菌、真菌、放线菌数量最少。不同盐物质的量浓度下接种AMF 各处理的土壤微生物数量均大于未接种AMF 各处理，即YN处理＞NN 处理、YY50 处理＞NY50 处理、YY100 处理＞NY100 处理。

表2 草莓根际土壤微生物数量Table 2 The number of microorganisms in strawberryrhizosphere soil

2.4 草莓根际土壤酶活性的变化

2.4.1 脲酶活性

图3 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓根际土壤脲酶活性的变化（图中不同小写字母表示在5%水平下差异显著，下同）。由图3 可知，脲酶活性随盐胁迫时间的增加和盐物质的量浓度的增大均呈下降趋势，即NN 处理＞NY50 处理＞NY100 处理，YN 处理＞YY50 处理＞YY100 处理；比较接菌组与未接菌组各处理，YN 处理＞NN 处理、YY50 处理＞NY50 处理、YY100 处理＞NY100 处理，说明盐分胁迫抑制了脲酶活性，接种AMF 能有效增强土壤脲酶活性，提高土壤氮元素循环。

图3 草莓植株的脲酶活性Fig.3 Urease activity of strawberry plants

2.4.2 蔗糖酶活性

图4 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓根际土壤蔗糖酶活性的变化。复合盐胁迫使草莓根际土壤蔗糖酶活性降低。与未接菌处理相比，接种AMF 处理增加了蔗糖酶的活性，盐胁迫7d 后，接菌组的蔗糖酶活性比未接菌组分别提高了4.82%、7.03%、4.00%；盐胁迫14d 后，接菌组的蔗糖酶活性比未接菌组分别提高了4.87%、4.17%、3.59%；盐胁迫21d 后，接菌组的蔗糖酶活性比未接菌组分别提高了6.01%、7.27%、5.61%；盐胁迫28d 后，接菌组的蔗糖酶活性比未接菌组分别提高了9.47%、9.70%、10.07%。

图4 草莓植株的蔗糖酶活性Fig.4 The activity of sucrase in strawberry plants

2.4.3 淀粉酶活性

图5 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓根际土壤淀粉酶活性的变化。图5 表明，草莓根际土壤淀粉酶的活性随着盐胁迫时间的增加呈下降趋势，从不同的取样时期对比来看，接菌组的淀粉酶活性均高于未接菌组。

图5 草莓植株的淀粉酶活性Fig.5 Amylase activity of strawberry plants

2.4.4 过氧化氢酶活性

图6 为复合盐胁迫和AMF 处理下草莓根际土壤过氧化氢酶活性的变化。复合盐胁迫降低了草莓根际土壤过氧化氢酶的活性，即NN 处理＞NY50 处理＞NY100 处理，YN 处理＞YY50 处理＞YY100 处理；接种AMF 能提高过氧化氢酶活性，一定程度上缓解了复合盐对草莓植株根系氧化-还原系统的破坏，防止过氧化氢对土壤和植物的毒害作用，缓解了盐毒害产生的氧化胁迫。

图6 草莓植株的过氧化氢酶活性Fig.6 Catalase activity of strawberry plants

2.5 草莓根际土壤微生物和酶活性相关性分析

表3 为不同物质的量浓度盐胁迫下盐害指数、土壤微生物数量和酶活性之间的相关性分析。由表3可知，在复合盐处理下，微生物数量和酶活性间是正相关关系，二者与盐害指数呈显著或极显著的负相关（P＜0.05）。细菌数量与各土壤酶活性均呈正相关关系，但与过氧化氢酶、蔗糖酶、淀粉酶没有达到显著水平，其余各土壤微生物数量和酶活性均呈显著的正相关关系（P＜0.05），说明复合盐胁迫对土壤微生物数量和酶活性有抑制作用，土壤微生物数量和酶活性间是相互促进关系。

表3 草莓根际土壤微生物和酶活性相关性分析Table 3 Correlation analysis of microbial and enzyme activities in strawberry rhizosphere soil

3 讨论

3.1 复合盐胁迫对草莓菌根侵染率的影响

樊丽[17]在研究丛枝菌根真菌对草莓耐盐性及果实品质的影响中得出，NaCl 胁迫降低了AMF 侵染率，AMF 侵染率与盐胁迫强度呈显著负相关；谢晓红[18]研究得出，菌根侵染率随盐物质的量浓度的增加呈下降趋势，盐胁迫影响了植物与AMF 形成共生体系，降低侵染率。本试验得出，在相同盐物质的量浓度处理下，接种AMF 明显提高了草莓的盐害指数，这是因为AMF 可缓解离子胁迫、渗透胁迫和氧化胁迫[19]，从而提高了草莓耐盐性，这与王一鸣等[20]研究结果一致。

3.2 不同处理对草莓根际土壤微生物的影响

微生物数量和种类反映了土壤中物质代谢的强弱。本试验得出，随盐物质的量浓度的增加，土壤微生物数量均下降，且随着盐胁迫时间的增加越来越少，这与杨芳芳[21]、白晶芝等[22]研究结果一致。郭潇潇等[23]发现，随着盐碱质量浓度的不断增加，品种HYD 和JW 根际土壤的细菌数量总体呈先升高后降低的变化趋势，且均在0.4%浓度处理下达到最大值，说明低浓度盐碱胁迫处理可能会促进细菌数量的增加，提高其活性，而高浓度的盐碱胁迫处理则会减少细菌数量。本试验未得出此结论，可能和本文选用的盐浓度有关。盐胁迫条件下，AMF 的加入破坏了土壤中原有的动态平衡，形成新的微生态系统，促进根系分泌物的产生，从而提高根际微生物数量[24]。本试验得出，AMF促进了盐分胁迫下微生物繁殖，提高了微生物数量。

3.3 不同处理对草莓根际土壤酶活性的影响

土壤酶活性反映了土壤中有机物质的转化速率和土壤腐殖质化的强度[25]。脲酶为水解酶，在土壤中普遍存在，主要参与土壤中有机氮的转化。过氧化氢酶是氧化还原酶类，能分解土壤中的H2O2，从而保护植物免受毒害。本试验得出，随着盐物质的量浓度的增大，草莓根际土壤脲酶、过氧化氢酶的活性均呈下降趋势，这与叶林[26]的研究结果一致。土壤蔗糖酶和淀粉酶都是水解类酶，参与了土壤碳循环过程并起重要作用。封晔等[27]发现，接种丛枝菌根真菌能显著提高猕猴桃根际蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性，表明其加速了根际土壤全磷的矿化，使含磷量减少，而对脲酶活性影响较小。丛枝菌根真菌在一定程度上有利于土壤改良，这与其能够减少有害生物数量，改变土壤微生物区系、改善土壤理化性状、提高植物防御性酶活性、改变根系分泌物的种类与数量等生理功能有关。菌根真菌平衡土壤微生物种群结构和土壤酶活力，改善土壤微生态，促进土壤团粒结构可能是微生物复垦的作用机制[28]。

3.4 草莓根际土壤微生物和酶活性相关性分析

相关性分析得出，在盐胁迫条件下，草莓根际土壤微生物数量之间，土壤酶活性之间均是正相关关系，且达到显著水平（P＜0.05），这与莫俊杰等[29]研究结果一致。刘磊等[30]研究得出，土壤微生物数量和酶活性呈显著正相关，细菌数量影响脲酶活性，放线菌数量对过氧化氢酶活性有显著影响，与本研究结果相符。另外，盐害指数与土壤微生物、酶活性均呈显著或极显著的负相关，说明草莓遭受盐胁迫，土壤理化性质下降，微生物的生存环境受到制约，土壤酶参与的一系列的生物化学反应难以进行，致使微生物数量和酶活性降低。

4 结论

1）复合盐胁迫促使盐害指数增高，菌根侵染率、土壤微生物数量、土壤酶活性降低。

2）接种AMF 增加了草莓根际土壤微生物数量和土壤酶活性，降低了盐害指数，缓解了盐毒害作用，改善了草莓根际微环境。

3）土壤微生物和酶活性与盐害指数呈负相关关系，土壤微生物和酶活性之间存在相互促进的正相关关系。