王 艺，杨凯来

(贵州民族大学 生态环境工程学院，贵阳 550025)

【研究意义】马尾松(PinusmassonianaLamb)作为我国西南地区的先锋树种，为典型的菌根植物，分布广泛，其喜光、抗逆、适应性强，经济价值较高[1-3]。淡水资源短缺是21世纪全球所面临的巨大挑战，干旱胁迫是马尾松遭受的非生物胁迫之一，也是影响其正常生长的关键因素。研究马尾松菌根幼苗在持续干旱和复水条件下的生长形态及养分吸收差异，对提高马尾松造林成活率，增加苗木对干旱的适应性有重要的参考价值。【前人研究进展】菌根是土壤真菌与高等植物根系的结合，具有特定的形态结构和功能[4-5]。相关研究表明，外生菌根真菌有利于幼苗在贫瘠土壤中生长[6-8]。外生菌根真菌可以增加某些植物对土壤水分的吸收和植物根系对氮、磷、钾等养分的吸收，通过与宿主植物的共生，促进逆境下植物的生长和定植[9-10]。在褐环乳牛肝菌对马尾松植株根系组织结构影响研究中发现，马尾松幼苗的初级生物量和地下生物量、苗高、地径和根冠比均有所增加，并提高了植物的抗旱性[11]。在模拟研究酸雨环境胁迫下，外生菌根真菌会分泌产生有机酸，以降低铝胁迫对植物的毒性，促进植物根系吸收氮、磷和钾等矿物质[12]。高悦等[13]研究表明，外生菌根真菌能显著提高马尾松幼苗对水分和养分的吸收，促进幼苗生长发育，提高幼苗的抗旱性。【本研究切入点】目前关于菌根幼苗的研究主要集中在其生长、生理、根系构型、根系分泌物、土壤微生物代谢功能的影响上[10-11,14-16]，针对抗逆性方面的研究主要集中在酸、铝及干旱胁迫方面，而在持续干旱及复水后菌根幼苗的生长研究较少。【拟解决的关键问题】研究马尾松菌根幼苗在持续干旱和复水条件下生长形态、养分吸收等方面的差异，探讨有利于苗木生长的最佳水分条件和干旱复水时间，筛选表现最佳的菌根幼苗，分析影响菌根幼苗生物量的关键指标，为后续相关研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

1.1.1 菌株 牛肝菌7和牛肝菌1均属褐环乳牛肝菌[Suillusluteus(L.：Fr.)Gray]，鸡油菌(CantharelluscibariusFr.)、彩色豆马勃[Pisolithustinctorius(Pers.)Cokeret Couch]、土生空团菌(Cenococcumgeophi-lumFr.)均由西南大学提供。菌株选用MMN固体培养基[17]在平板上28 ℃培养10 d，直至菌丝饱满，菌落用直径为1 cm的无菌打孔器在超净工作台切割，接种到装有300 mL PD培养基[18]的500 mL锥形瓶中，每瓶接种5个菌片并密封。接种完成后于25 ℃培养箱中培养20 d备用[19]。

1.1.2 种子 马尾松种子由贵州省都匀市马尾松优良种源提供。选取优良马尾松种子，用去离子水冲洗，表面用75%医用酒精消毒1 min，用去离子水冲洗4次，放入45 ℃的温水中浸泡24 h，用湿棉织品包裹放在25 ℃的恒温容器中，待种子裂开后种植。

1.1.3 土壤 种植土由红粘土(棕红色)形成的黄土与干净河沙以9:2的体积比混合，使用前用高压灭菌器(压力0.14 M Pa，124～126 ℃)灭菌2 h。土壤有机质含量为5.88 g/kg，全量元素、有效元素、微量元素、交换性元素和有机质含量见表1。

1.2 试验设计

采用盆栽随机区组试验，播种设5个接种处理和1个不接种处理(CK)，接种处理分别为接种牛肝菌7(S7)、牛肝菌1(S1)、鸡油菌(G)、彩色豆马勃(C)、土生空团菌(T)；CK为不接种外生菌根真菌的幼苗。每处理4盆，重复3次，每盆播5～6粒种子，幼苗半年生后每盆留4株，2盆幼苗进行持续干旱试验，另2盆幼苗进行复水试验，均为3次重复。持续干旱试验：初土壤含水量均达到饱和状态(RSC≥70%)，然后温室模拟自然干旱，使水分不间断损失，分别在持续干旱试验开始当天(0d)和7、14、21、28和35 d进行指标测定。复水试验：分别在持续干旱的14、21和28 d采用蒸馏水进行复水(以下简称：R1、R2、R3)，每盆的土壤含水量均达饱和状态(RSC≥70%)，复水7 d后取样指标测定土壤的相对含水量(RSC)。土壤干旱分级标准[20]：湿润，RSC≥70%；轻微干旱，55%≤RSC<70%；中等干旱，45%≤RSC<55%：严重干旱，35%≤RSC<45%；极端干旱，RSC<35%。

表1 供试土壤基本化学性质

1.3 试验过程

试验在消毒的温室棚中进行。3月初播种和接种同时进行，播种塑料盆规格为250 mm×280 mm，用95%乙醇揩拭后风干。每盆接入菌丝液1000 mL，对照不接种。接种采用“三层接种法”，先将灭菌基质按盆高的1/3的量装入试验盆，然后均匀喷洒每盆接入量的1/3菌丝液；然后再撒基质至盆高的3/4处，再喷洒1/3的菌丝液后覆上基质，将种播于其上，并将剩余的1/3菌丝液均匀喷洒于种子周围，覆土；最后用无菌水进行浇灌。不同处理间间隔约30 cm，采用隔离板分离。待幼苗半年生后(8月)从接种处理中随机选择30株进行侵染率调查，马尾松菌根幼苗移栽至盆里正常生长后(10d)进行持续干旱和复水处理。经调查发现，接种外生菌根真菌的马尾松幼苗侵染率达100%，未接种的幼苗侵染率为0。

1.4 指标测定

苗高和地径采用卷尺和游标卡尺测定。用去离子水冲净整株幼苗，置于80℃烘箱烘至恒重，称量干重并测定生物量。菌根依赖性：菌根依赖性RMD(%)=(接种处理干重-不接种处理干重)/接种干重×100[21]。使用Epson数字扫描仪(Ex-pression 10000XL 1.0)扫描不同处理的根系，并使用与扫描仪(Win RHIZOC Pro2004b)匹配的根系图像分析系统(加拿大Regent Instru-ments公司)定量分析根系形态指标。幼苗植株中氮、磷、钾含量的测定参考崔晓阳的方法[22]。

1.5 数据处理

数据选用Excel2010进行处理，使用spss25.0软件进行方差分析、Duncan多重比较和相关性分析，采用Origin2018绘图。

2 结果与分析

2.1 持续干旱对菌根化马尾松苗生长的影响

从表2可见，与CK相比，接种5种外生菌根真菌的幼苗高度、地径、生物量和根冠比显著增加(P<0.05)。苗高S1和S7分别增加37.8%和32.6%，地径T和S1分别增加39.9%和36.5%；生物量S1和T增幅均超过100%。菌根化幼苗根冠比显著高于CK，以S1的增辐最大，达34.6%，其次是G，为25.2%；菌根依赖性也以S1和T的最强，分别为114.7%和114%。外生菌根真菌极大地促进了幼苗根系和地上部分的生长，根的生长尤为突出，综合分析，S1和T菌根幼苗生长较好，菌根依赖性最强。

表2 持续干旱后苗木的生长响应

2.2 持续干旱及复水对菌根化马尾松苗生物量的影响

从图1可看出，在持续干旱胁迫及复水后，5种菌根幼苗的根、茎、叶生物量整体高于对照，表明接种外生菌根真菌对马尾松幼苗的生长具有一定的促进作用。

在持续干旱胁迫下，幼苗根生物量呈下降趋势。接种S1和T的马尾松幼苗的根生物量始终高于CK，以接种S1的马尾松幼苗表现最佳，展现出良好生长效果，其与CK的根生物量差异显著(P<0.05)，增幅在6%～195%。在持续干旱14、21、28 d复水后，S1与T菌根化幼苗根生物量较复水前增加，在14 d和21 d复水后增幅分别达10.6%、86.7%和62.0%、94.2%，T菌根化幼苗在第28天复水后增幅达85.5%。

在持续干旱胁迫下，植物茎生物量呈现不规则的波动趋势。G菌根化幼苗在干旱胁迫7 d、T菌根化幼苗在28 d和S7、G、T菌根化幼苗在35 d茎生物量都低于CK，而S1菌根化幼苗在整个干旱胁迫过程中均大于CK且差异显著(P<0.05)，增幅最高可达265.1%，表现出良好的促生作用。S1菌根化幼苗在21 d复水后茎生物量增加50.0%；C菌根化幼苗在28 d复水后茎生物量增加100%。

在持续干旱胁迫下，幼苗叶生物量呈下降趋势。S7菌根化幼苗在胁迫的21 d、C菌根化幼苗在28 d和S7、G菌根化幼苗在35 d叶生物量均低于CK，其它菌根化幼苗叶生物量均大于CK；以S1菌根化幼苗的叶生物量最高，较CK差异显著(P<0.05)，增幅最高可达166%。在持续干旱胁迫的14 、21 和28 d复水后，S1和T菌根幼苗的叶生物量较复水前增加，增幅大于CK，S1和T菌根幼苗在胁迫的21 和28 d复水后增幅分别达75.5%和62.2%。

在胁迫的0 d、7 d和21 d，马尾松幼苗根冠比没有显著差异，胁迫至28 d和35 d时，根冠比逐渐增加，菌根幼苗的根冠比高于CK且差异显著(P>0.05)。在持续干旱复水后，菌根幼苗和CK的根冠比均降低，根冠比低于持续干旱复水前。在持续干旱的14 d和21 d复水后，G菌根幼苗的根冠比降幅最大，达37.0%和42.0%；持续干旱的28 d复水后，S1菌根幼苗根冠比降幅达36.6%。

2.3 持续干旱及复水对菌根化马尾松幼苗根形态结构的影响

从图2看出，在持续干旱胁迫及复水后，5种菌根幼苗的根长、根粗、>5 cm侧根数、>5 cm侧根长和根体积均高于CK，表明接种外生菌根真菌对马尾松幼苗的根系生长具有促进作用。

植物的根长在对胁迫因子的响应中起着重要作用。在持续干旱胁迫下，5种菌根幼苗的根长随时间的推移呈稳定上升趋势。其中，S1菌根化幼苗的根长促生最好，增幅为48.5%～67.4%，在持续干旱的第14天复水后，进一步促进了S1菌根幼苗根长的生长，增幅可达59.6%，显著高于CK(P<0.05)，大大提高了菌根幼苗前期的抗性。

持续干旱胁迫导致苗木的根粗降低，5种菌根幼苗的根粗均高于CK。其中，S1菌根幼苗的根粗较CK增幅为24%～44.8%。在持续干旱胁迫14 d和21 d复水后，马尾松幼苗的根粗有不同程度的增加，以C菌根幼苗的根粗增幅最大，可达18.3%；其次S7，增幅可达13.0%。在持续干旱胁迫28 d复水后，幼苗的根粗较复水前降低，以CK的降幅最大。说明，短期干旱胁迫(14 d和21 d)后复水菌根幼苗根的生长易于恢复。

在持续干旱胁迫下，马尾松幼苗>5 cm侧根数与侧根长逐渐增加后趋于稳定。5种菌根幼苗的>5 cm侧根数与侧根长始终高于CK且差异显著(P<0.05)，以S1菌化苗的>5 cm侧根数与侧根长最高，较CK增幅在74%～204%。在持续干旱胁迫的第14天、第21天和第28天复水后，5种菌根幼苗根系恢复生长的程度高于CK，以S1的侧根数增幅最大，分别为23.5%、7.1%和5.6%。

在持续干旱胁迫下，马尾松幼苗根体积呈不断上升趋势，5种菌根幼苗以S1生长最好，较CK增加97%～450%，差异显著(P<0.05)。在持续干旱胁迫的第14天、第21天、第28天复水后，马尾松幼苗的根体积较复水前增加，5种菌根幼苗的根体积增幅大于CK，以T菌根幼苗增幅最高，分别为39.1%、8.7%和15.8%。

2.4 持续干旱及复水对菌根化马尾松幼苗养分吸收的影响

从图3看出，在持续干旱胁迫下，马尾松幼苗中的N、P和K含量呈先升后降趋势，在干旱胁迫第21天达最大值，5种菌根幼苗的N、P、K含量均高于CK且差异显著(P<0.05)；S1菌根幼苗中的N、P和K含量最大，分别较CK高129%、111%和212%。在持续干旱胁迫的14 d、21 d和28 d复水后，菌根幼苗的N、P、K含量恢复程度大于CK(P<0.05)。在持续干旱胁迫的第14天复水后，苗木N、P、K含量较复水前增幅分别为S7(40.0%)>G(28.9%)>C(24.5%)>S1(20.8%)>T(13.7%)、G(41.4%)>S7(21.6%)>C(21.5%)>S1(18.2%)>T(7.2%)和S1(104.9%)>G(80.4%)>S7(64.2%)>T(50.5%)>C(17.2%)；在干旱胁迫的第21 d和28 d复水后，菌根幼苗的N、P、K含量呈下降趋势，但下降程度低于CK。综上，在持续干旱的第14 d复水后，菌根幼苗对N、P、K的吸收效率最好，而重度胁迫(28 d)则抑制了苗木对养分的吸收，即使胁迫解除也不能恢复。

2.5 持续干旱及复水下菌根化马尾松苗生物量与各指标间的相关性

从表3看出，在连续干旱下，马尾松幼苗生物量与P含量间呈显著正相关，说明P含量对生物量积累具有促进作用。S1菌根幼苗生物量与N含量呈极显著正相关，C和T菌根幼苗生物量与K含量呈显著正相关。

由表4可见，复水后，G菌根幼苗的生物量与>5 cm侧根数呈现极显著负相关；C菌根幼苗生物量与根长、>5 cm侧根长度呈显著正相关。

3 讨 论

本试验选取S7、S1、G、C和T菌株，将其接种在先锋树种马尾松幼苗根系上，研究接种S7、S1、G、C和T真菌后，在持续干旱及复水下马尾松幼苗生长的影响。结果表明，在持续干旱及复水下，接种S1苗木生长效果更好，也说明了不同菌根真菌对马尾松幼苗的生长效应影响有所差异。

当植物受到干旱胁迫时，生长将受到抑制[23]，植物生物量的分布会受到影响，接种外生菌根真菌可显著影响植物生长，提高菌根依赖性[24]，显著提高根冠比[25-27]。本研究结果表明，在持续干旱条件下，5种外生菌根真菌能有效提高马尾松的苗高、地径、生物量和根冠比，与邹慧等[28-29]的研究结果一致，而与宝秋利等[30]的沙地云杉幼苗接种外生菌根真菌苗高低于CK的研究结果不同，可能与树种和接种菌种差异有关。菌根幼苗根系及菌丝向土壤深处蔓延，汲取更多水分，提高养分供应水平，增加自身生物量来应对胁迫[31]。本研究中，菌根幼苗在干旱胁迫下，通过调节根冠比应对干旱伤害，并在胁迫后期加大根冠比例，且生长优势明显好于未接种苗木，这与赵伟洁等[27]水分胁迫后复水对糜子根冠功能的补偿效应的研究结果基本一致，这主要是由于形成的菌根提高了幼苗对干旱胁迫的敏感性，为加强后期应对干旱的能力，通过增加根冠比来应对干旱胁迫。接种S1的幼苗菌根依赖性高于其他菌株，形成的共生关系表明S1能够在马尾松幼苗根系更好地定殖。姜英等[32]对江南油杉幼苗接种AMF的菌根浸染及依赖性分析研究结果同样表明，在接种XJ08A菌剂处理的江南油杉浸染率最高(41.57%)，接种4个菌剂后，苗木表现出的菌根依赖性不同，其研究结果均与本研究相似，表明不同菌剂对不同树种都可以产生不同依懒性。持续干旱后复水，不同的苗木在生长上均得到不同程度补偿，其中S1菌根幼苗在生长上的恢复程度最好，在轻度-中度胁迫(14～21 d)复水后，表现出较强的恢复能力，这一结果与段启英等[23，33]在南方型黑杨和构树树种的研究结果基本一致。

表3 干旱胁迫条件下马尾松菌根化苗生物量与各生长指标间的 Pearson 相关系数

表4 干旱复水后马尾松菌根化苗生物量与各生长指标间的 Pearson 相关系数

在干旱条件下，根系构型的变化可以反映植物对逆境的响应[34-35]。随着干旱胁迫压力的增加，植物可以增加根系的长度以补偿土壤水分并适应干旱[36]。本研究发现，在持续干旱下，接种5种菌株的幼苗可以促进其根长和>5 cm侧根长生长和增加>5 cm侧根数量来增加幼苗根体积，增加根表面积，但抑制幼苗根粗发育。随着干旱加剧苗木根系向地下延伸，以汲取更多的水分和养分来减轻干旱胁迫引起的损伤，与祁金玉等[36]在外生菌根菌对油松幼苗抗氧化酶活性及根系构型的影响研究结果一致，其中S1菌根幼苗的根系发育最好。复水后，5种菌根幼苗的根长、根粗、>5 cm侧根长、>5 cm侧根数和根体积均高于CK。在轻度至中度胁迫(14～21 d)复水，更有利于菌根化幼苗根系的生长发育。

接种菌株显著提高植物矿质营养素总量，促进根系对矿质元素吸收[36-37]。有关针叶树(松树)的研究表明，菌根形成促进植物生长的实质是增加植物从土壤中获取水分和养分，特别是磷的能力，并改善植物的代谢功能，以加速生长[12]。本研究表明，接种5种外生菌根真菌的幼苗中N、P、K的含量显著增加，这与屈明华等[38]人的研究结果一致，其中，S1菌根幼苗对氮、磷、钾的吸收最明显。复水后，菌根化马尾松苗木N、P、K含量虽然都有所增加，但在重度干旱复水下仍然受到影响，说明重度干旱胁迫对马尾松幼苗产生了一定伤害，轻度和中度干旱下复水有助于缓解干旱对苗木造成的损伤。S1菌根幼苗在14 d复水后K含量的增幅均高于其它菌根幼苗。因此，在轻度干旱地区选择S1菌株进行菌根化育苗，可提高造林成活率，增加苗木对干旱的适应性。

马尾松幼苗各生长指标的多变量相关分析结果表明，在持续干旱下，S1菌根幼苗生物量与N、P含量呈显著正相关。C和T菌根幼苗生物量与N、K含量呈显著正相关。菌根幼苗(S7、G)及CK苗木生物量与N含量呈显著正相关。其它菌根幼苗木及CK(未接种)生物量和其余各项指标间(苗木根长、根粗、>5 cm侧根数、> 5 cm侧根长、根体积、根冠比、N、K含量)无相关性；复水后，G菌根幼苗的生物量与>5 cm侧根数呈极显著负相关。C菌根幼苗生物量与根长、>5 cm侧根长度呈显著正相关。

4 结 论

马尾松菌根的形成利于其幼苗的生长，并改善其根系形态，提高对N、P、K的吸收，增强幼苗的抗旱性和复水后的补偿作用。相关性分析表明，P元素含量是影响幼苗生物量的主要指标。在轻度和中度胁迫下，接种牛肝菌1的菌根幼苗的表现最好。因此，接种牛肝菌1真菌可以在一定程度上缓解干旱胁迫对马尾松幼苗生长造成的不利影响，有利于提高幼苗造林成活率。