张思华 弥春霞 虞轶俊 刘国群 朱春权田文昊 朱练峰 曹小闯 张均华* 孔亚丽*

（1 牡丹江师范学院，黑龙江 牡丹江 157011；2 中国水稻研究所/水稻生物育种全国重点实验室，杭州 311400；3 浙江省耕地质量与肥料管理总站，杭州 310020；4衢州市柯城区美丽乡村建设中心，浙江 衢州 324002；#共同第一作者；*通迅作者：zhangjunhua@caas.cn；kongyali@caas.cn）

盐碱化土地是指土壤中的Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、SO42-和CO32-等盐分离子过量累积而影响作物正常生长的土地。由于人为和环境等因素引起的土壤盐碱化问题，已成为限制中国农业可持续发展的主要因素之一[1]。目前我国盐碱化土地面积约占全国可利用土地面积的5%，且受到潜在盐碱化危害的土地有1 750万hm2[2]。因此，盐碱化土地的恢复和再利用始终是现代农业耕作中不容小觑的问题。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。由于人口基数不断增加，对水稻的需求量也越来越大。据估计，在全球范围内有50%的水稻产量受到土壤盐碱化影响[3]。因此，通过生物技术手段提高水稻的耐盐碱性，探究水稻耐盐碱性的具体机制尤为重要[4]。在盐碱胁迫下植物生长受到多方面的抑制作用，例如离子毒害、氧化胁迫和渗透胁迫等[5]，植物为了使自身的生理代谢能够正常进行，主动去积累脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等渗透调节物质来降低细胞渗透势，保持渗透平衡[6]，在一定程度上缓解盐碱胁迫对其的伤害。正常条件下植物体内活性氧（ROS）的产生与释放处于一种动态平衡，当受到胁迫时，这种平衡将会被破坏，使ROS 大量积累发生膜质过氧化反应。而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）是酶促防御系统中重要的酶类，这些酶可以清除细胞内过多的自由基，使ROS 在一定范围内稳定，使植物可以正常生长。利用植物与微生物的共生关系对盐碱土地进行改良和恢复是一种绿色有效的生物方法，其中丛枝菌根（AM）真菌受到广泛关注。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一种普遍存在于自然界的共生微生物。一些研究发现，它能与大约80%的植物物种形成共生关系，促进胁迫条件下植物的养分吸收和渗透调节[7]。KRISHNAMOORTHY 等[8]研究发现，AMF 处理以及AMF 和相关细菌共同作用可以缓解盐胁迫对玉米生长、养分吸收的抑制。MIN 等[9]研究发现，AMF 与玉米共生提高了玉米植株中SS、SP 和苹果酸等渗透调节物质浓度。KUMAR 等[10]研究发现，盐胁迫下，经AM 处理的麻风树幼苗生物量高于未接种处理，且叶片膜损伤较小，SS 含量较高。张良等[11]研究发现，在盐碱胁迫下，接种AMF 不仅可以提高星星草的抗氧化酶活性，还可以在一定程度上通过改变土壤质地来保护植物免受侵害。目前AMF 促进植物耐盐碱性的研究多集中于旱地作物，其提高水稻耐盐碱性及其机理的研究鲜见报道。本研究以水稻为材料，通过盆栽沙培试验，模拟盐碱环境，研究盐碱胁迫下接种AMF 对水稻生长、抗氧化酶活性和渗透物质积累的影响，揭示AMF 调控水稻抗盐碱性的生理机制，以期为提高水稻在盐碱区域的产量提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为津源85（耐盐碱品种）和辽粳763（盐碱敏感品种），种子由中国水稻研究所提供，播种前浸泡2 d 后进行催芽。供试菌种为一种主要在根内形成其孢子的丛枝菌根真菌——根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices，编号BGC BJ09），购于北京市农林科学院植物营养与资源研究所。以沙子∶蛭石∶珍珠岩（V∶V∶V）=1∶1∶1 为生长基质，经121 ℃高压蒸汽灭菌。培养盆钵为规格11.5 cm×9.5 cm×12.0 cm（上口径×下口径×高）的无孔不透明塑料花盆，使用前用75%酒精消毒杀菌。

1.2 试验设计

于2022 年1 月3 日至3 月14 日在中国水稻研究所温室进行沙培盆栽试验。设置4 个处理：CK，不接种AMF+非盐碱胁迫；SA，盐碱胁迫+不接种AMF；AMF，非盐碱胁迫+接种AMF；SA+AMF，盐碱胁迫+接种AMF。每个处理4 次重复，每个水稻品种种16 盆，共32盆。接种处理每盆装灭菌基质770 g 和5 g 菌剂，未接种处理每盆只装灭菌基质770 g。移苗时选取高度一致、具有4 片真叶的水稻幼苗移栽到培养盆钵中，每盆3 丛，每丛2 株，培养期间每隔2 d 浇1 次Hoagland 营养液，每次100 mL。盐碱胁迫处理选择2 种中性盐（NaCl、Na2SO4）和2 种碱性盐（NaHCO3、Na2CO3）以1∶9∶9∶1 的配比配制浓度为100 mmol/L 的盐碱溶液，从第45 天开始，每隔3 d 浇1 次，每次20 mL，共处理10次。

1.3 测定指标与方法

盐碱处理第30 天时，采集水稻植株样品进行生长与生理指标的测定。将植株地上部于105 ℃烘箱杀青30 min 后，调节温度为75 ℃烘至恒质量然后用万分之一天平测定水稻生物量；菌根侵染率参考王思雨等[12]的台盼蓝染色法；过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量采用碘化钾比色法和硫代巴比妥酸法测定；SOD、CAT、POD 和APX 活性均用苏州科铭生物技术公司试剂盒进行测定；Pro、SS 和SP 含量参考李合生等[13]的茚三酮显色法、蒽酮硫酸法和考马斯亮蓝法测定。

1.4 数据处理

利用Origin 2018 软件绘制柱形图；采用Excel 2010 进行数据整理，计算平均值和标准差；使用SPSS 22.0 软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 对水稻植株生长和菌根侵染率的影响

从表1 可见，与CK 相比，AMF 处理并不能显著增加植株的生物量和株高；与CK 相比，SA 处理后津源85 和辽粳763 的株高、地上部干物质量和根部干物质量 分 别 降 低12.31% 、39.07% 、62.07% 和14.47% 、24.46%、60.16%；与SA 处理相比，SA+AMF 处理后津源85 和辽粳763 的株高、地上部和根部干物质量分别提高10.08%、28.45%、42.07%和4.33%、19.57%、49.59%。菌根侵染率可以作为AMF 提高植物抗逆性效果的指标。盐碱胁迫下，津源85 和辽粳763 的菌根侵染率均有所降低。

表1 不同处理下水稻生物量、株高和菌根侵染率

2.2 对水稻植株MDA 和H2O2 含量的影响

从图1 可见，与CK 相比，AMF 处理下两品种的MDA 和H2O2含量无显著差异，而盐碱胁迫会显著增加两品种的MDA 和H2O2含量，津源85 和辽粳763 植株叶片MDA 和H2O2含量分别显著提高56.25%、30.05%和39.64%、16.31%。SA+AMF 处理下津源85 和辽粳763 植株叶片MDA 和H2O2含量则分别较SA 处理降低了19.84%、10.18%和3.70%、10.03%。不同品种间MDA 含量差异显著，辽粳763 在CK、SA、AMF、SA+AMF 处理下的MDA 含量分别是津源85 的3.8、3.4、3.7、3.9 倍。由此可以看出，在胁迫条件下津源85 具有较高的抵抗能力，受到的损伤更轻。

图1 不同处理下水稻植株的MDA 和H2O2 含量

2.3 盐碱胁迫下AMF 对水稻植株抗氧化酶的影响

由图2 可知，与CK 相比，AMF 处理下津源85 和辽粳763 的SOD 活性分别提高13.39%和4.38%，POD分别提高14.96%和13.37%，CAT 分别提高32.55%和10.61%，APX 分别提高19.38%和26.02%。盐碱胁迫会抑制SOD、POD、CAT 和APX 的活性，盐碱胁迫下，津源85 和辽粳763 在接种AMF（SA+AMF）后的SOD 活性较SA 处理分别提高20.67%和13.91%，POD 活性分别提高36.97%和52.85%，CAT 活性分别提高161.48%和35.26%，APX 活性分别提高93.68%和20.64%。可见，无论在盐碱胁迫还是非胁迫条件下，接种AMF 均会提高水稻抗氧化酶活性，相比于辽粳763，AMF 对盐碱胁迫下津源85 的酶活性提升更为显著。

图2 不同处理下水稻植株抗氧化酶活性

2.4 盐碱胁迫下AMF 对水稻植株渗透调节物质的影响

由图3 可知，无论津源85 还是辽粳763，CK 和AMF 处理间渗透调节物质差异不显著。与CK 相比，SA处理的津源85 和辽粳763 Pro、SS 和SP 含量分别提高19.70%、34.82%、17.56%和34.50%、19.42%、12.05%。盐碱胁迫条件下，与SA 处理相比，SA+AMF 处理的津源85 和辽粳763 Pro、SS 和SP 含量分别提高30.27%、13.59%、9.87%和26.58%、11.38%、9.37%。可见，在盐碱胁迫下接种AMF 可显著提升水稻叶片Pro、SS 与SP等渗透物质的积累，这可能是因为其能通过改善渗透平衡，降低细胞水势来缓解盐碱胁迫的影响。

图3 不同处理下水稻植株渗透调节物质含量

3 讨论

3.1 丛枝菌根促进盐碱胁迫下水稻的生长

AMF 成功定殖宿主植物后会对其生长发育和养分吸收等产生直接或间接的影响，进而增强其对逆境的抵抗能力[14]。菌根侵染率反映了菌根形成和共生真菌对植物的亲和力，可衡量其生态适应性[15]。EVELIN等[16]和SHARIFI 等[17]研究发现，由于菌丝生长和形成孢子时受到盐分的不利影响，AMF 侵染率会因盐胁迫的存在而降低。本研究发现，AMF 可以成功侵染水稻植株且侵染率可达60%～70%，盐碱混合胁迫会显著降低AMF 侵染率，其中津源85 的定殖率要比辽粳763高，这可能是因为其具有更高的耐盐碱性，进而营造了更优越的根际环境，有利于丛枝菌根与水稻根系之间的互利共生[18]。盐碱胁迫下定殖的AMF 可以显著提高水稻株高、地上部和地下部干物质量，这与前人在西瓜、紫花苜蓿以及牧草等旱地植物上的研究结果一致[19-21]。本研究表明，相对于盐碱敏感品种辽粳763，AMF 对盐碱胁迫下耐盐碱水稻品种津源85 的株高及地上部干物质量提升更为显著，这可能是因为津源85 品种具有较高的AMF 定殖率，能更显著促进其从所处环境中获取水分和养分，缓解盐碱胁迫危害。但是，在未胁迫条件下接种AMF 对这2 个水稻品种的株高和生物量均无显著促进作用，与在紫花苜蓿[20]以及西瓜[19]幼苗上的研究结果不一致。这可能是AMF 对不同植物的菌根依赖性不同所致，也可能是环境条件等原因引起。此外，有研究表明，不同AMF 菌株的促生效果不同，例如，在西瓜上接种3 种不同的AMF 菌株后发现，摩西球囊霉（Glomus mosseae）侵染率最高、植株干物质量更高[19]，表明植株的生长可能同时受到菌株促生能力的调控。

3.2 丛枝菌根能提高盐碱胁迫下抗氧化酶活性和降低MDA 和H2O2 含量

在盐碱胁迫条件下活性氧的过度合成对植物的其他代谢过程有毒害作用。MDA 和H2O2在植物体内的含量可以在一定程度上反应植物受损伤程度和对逆境的抵抗能力。本研究表明，盐碱胁迫下，2 个水稻品种叶片的MDA 与H2O2含量均显著上升，这说明盐碱胁迫加快了植物自由基产生的速度，使膜脂过氧化作用增强，引起膜脂的过氧化损伤。为了中和ROS，防止细胞氧化损伤，植物上调抗氧化防御系统。植物抗氧化系统可以通过SOD、POD、APX 和CAT 来消除因盐碱胁迫而产生的过量ROS，减少活性氧自由基对膜质的伤害和保护膜结构的完整性[22]。本研究中，无论是胁迫还是非胁迫条件下，2 个水稻品种接种AMF 后均不同程度提高了植株SOD、POD、CAT 和APX 活性，这可能是因为AMF 通过帮助SOD 和CAT 等抗氧化酶快速吸收其各自所需的微量元素，增强酶辅利用率而提高酶活力[23]，同时盐碱胁迫下接种AMF，过氧化物酶系统活性提升，增强了活性氧的清除能力、减少MDA 与H2O2的过度积累，防止膜质过氧化和增强对光合器官氧化胁迫的抵抗能力[24-25]。因此本研究证明，AMF 介入盐碱胁迫可以通过提高SOD、POD 和CAT 等活性，降低水稻叶片MDA 和H2O2含量，缓解植物氧化损伤。

3.3 丛枝菌根影响盐碱胁迫下水稻的渗透调节

在盐碱胁迫下，植物可以通过渗透调节维持细胞膨胀和渗透平衡来稳定亚细胞结构[26]。Pro、SS 和SP 是重要的渗透调节剂，它们通过维持细胞组织的含水量，从而帮助植物正常生长。AMF 对植物Pro 积累的作用效果不一[17,27]。本试验中，盐碱胁迫显著增加了水稻体内的Pro 含量，接种AMF 后其含量进一步增加（图3），说明AMF 可能通过增强外部菌根菌丝对水分和养分的吸收，促进Pro 积累[28]，提高其渗透调节能力，避免胁迫下细胞的脱水死亡。逆境下SS 的积累也是水稻应对胁迫条件的重要生理响应，在渗透调节中发挥着重要作用。本试验中，与SA 处理相比，盐碱胁迫下接种AMF 能够诱导植株产生更多的SS，说明AMF 可能具有促进SS 间接转化为Pro 和提供碳架参与新蛋白质合成的作用[29]。接种AMF 后，胁迫下SP 含量的显著增加，不但可以缓解因土壤低水势对植物造成的迫害，还能在一定程度上提高水稻的耐盐碱性。

4 结论

温室盆栽条件下，根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices，编号BGC BJ09）可以成功侵染津源85 和辽粳763。盐碱胁迫会降低菌根侵染率，耐盐碱水稻品种津源85 与AMF 更能建立良好的共生关系。在盐碱胁迫条件下，通过接种AMF 可以通过增强抗氧化酶（SOD、POD、CAT 和APX）活性和积累渗透调节物质（Pro、SS 和SP）含量来提高盐碱胁迫下水稻植株的抗氧化能力与渗透调节能力，且对不同盐碱敏感水稻品种的促生效果不同。因此，本试验结果为盐碱地区不同植物的丛枝菌根真菌接种研究提供了数据参考，为提高盐碱土地的利用率增加了可能性。