旱災因影響面廣、造成經濟損失大等原因被公認為世界上最嚴重的自然災害類型之一[1].我國為旱災頻發型國家,特別是2006 - 2010年以來,已有10余個省份發生了較為嚴重的旱災,極大地破壞了當地的生態環境。因此,干旱條件下植物的生長狀況成為未來生態環境變化趨勢的決定因素[2].叢枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF) 是一類重要的共生微生物,通過與宿主植物根系形成互惠共生體而增強植物根系對水分和礦質元素的吸收,進而提高宿主植物的抗逆性[3,4].前人在香椿[5]、大豆[6]、柑橘[7]等植物上的研究結果表明,與未接種叢枝菌根真菌的植株相比,菌根苗在苗高、生物量、植株根系活力、礦質營養物質吸收和積累、植株光和特性、滲透調節物質含量等方面具有顯著的優勢。因此認為叢枝菌根真菌接種可以增強植物對干旱脅迫的抗性。
羊草(Leymus chinensis) 是禾本科多年生草本植物,為典型草原群落的主要建群種之一,具有產量高、營養價值高、耐牧性能好、粗纖維含量低等特點,是控制水土流失以及家畜重要飼料品種。由于近20年來草地過度利用導致草原退化嚴重,羊草作為重要的恢復植被被廣泛研究利用[8,9].水分因子成為限制羊草生長發育的主要因素之一[10].前人研究干旱條件下羊草生理特性的較多[11 - 14],對羊草接種AMF的研究主要在生物量、耐牧性等方面,而鮮有生理特性方面的研究[15,16].文中擬通過對干旱脅迫條件下兩種AMF接種對羊草侵染率、生物量、生長速度、脯氨酸、丙二醛、還原糖等生理指標的分析,以期為AMF在羊草抗旱性評價、推廣栽培方面提供理論依據和技術支撐。
1材料與方法
1. 1試驗材料
供試羊草為吉生1號,來源于吉生羊草種子站。菌劑選擇摩西球囊霉(Glomous mosseae) ,記作G; 地表多抱囊霉(Dive. versiforme) ,記作D; 混合接種摩西球囊霉和地表多抱囊霉,記作E; 同時設不接菌空白對照,記作C.菌種均購自北京農林科學院植物營養與資源研究所“叢枝菌根種質資源庫”(BBG)。培養植物用基質為河沙,其最大持水量為25:,使用之前高溫高壓(121℃,141k Pa) 滅菌20min,以確?;|中不含任何土著AMF.
1. 2試驗方法
播種前對宿主材料種子進行表面消毒、洗凈。培養容器為內徑16cm、深14cm的聚乙烯塑料花盆,在裝基質前內襯塑料袋。播種之前用0. 5:的高錳酸鉀溶液浸泡1h,用自來水沖洗干凈。試驗設有4個處理,分別為C、G、D、E,播種于含有5g菌劑的花盆中后澆透,不接菌空白對照加入等量的烘干的基質。45d后進行試驗,除正常水分外設4個干旱梯度,分別為干旱2d、4d、6d、8d.進行測定前,顯微鏡下觀察各個處理,確定其已經或并未被侵染,并對菌根侵染率進行統計[17].羊草生物量,采用稱重法; 生長速度在干旱開始后每10d測量一次植株高度,每盆10株; 脯氨酸含量用酸性茚三酮法測定[18]; 丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測定[19]; 還原糖含量采用蒽酮法測定[20],試驗重復3次。
1. 3數據分析
用Excel 2003進行數據統計及初步分析,SAS 9. 0進行方差分析,隸屬函數法對不同處理羊草的抗旱性進行排序。
2結果與分析
2. 1 AMF對羊草根系的菌根侵染結果
AMF對羊草根系形成了有效侵染,并且菌根侵染情況有所差異,其中G菌根侵染率為17:;D菌根侵染率達到56:;E菌根侵染率為50:;C未接菌對照沒有菌根侵染。
2. 2干旱脅迫下羊草菌根苗生物量的變化
生物量是植物在特定條件下的生長情況的綜合表現。無論正常、干旱條件下,未接種處理生物量始終為4個處理中的最低水平( 圖1)。正常水分下D處理羊草地下部生物量顯著高于C與E處理,而接種AMF的地上部生物量顯著高于未接種羊草(P < 0. 05)。干旱8d后,所有處理地上部、地下部生物量均增加,未接種處理的地上部、地下部生物量處于最低水平,且顯著低于接種E型菌生物量(P< 0. 05)。
2. 3干旱脅迫下羊草菌根苗生長速度的變化
隨著干旱脅迫時間的延長,羊草生長速度下降( 圖2) ,干旱0 - 10d,接種AMF的處理均顯著高于未接種處理羊草的生長速度(P< 0. 05) ,其 中 最 高 的 是G處 理,值 為3.12mm / d.干旱10 - 30d,羊草生長速度由低到高均為D > E > G > C,且D處理顯著高于C處理(P < 0. 05)。干旱后期,C處理基本停止生長。
2. 4干旱脅迫下羊草葉片脯氨酸含量變化
羊草葉片脯氨酸含量由正常水分條件下的不足50μmol/g增加到干旱8d的600μmol/g以上,增加了10倍( 圖3)。正常水分條件下,未接種AMF羊草葉片脯氨酸含量低于接種的處理,且E處理顯著高于其他3個處理的脯氨酸含量(P < 0. 05)。干旱2d,羊草葉片脯氨酸含量明顯升高,D、G處理顯著高于未接種處理的脯氨酸含量(P < 0. 05)。干旱4d,G處理脯氨酸含量顯著高于E、C處理(P < 0. 05)。干旱6d,C處理脯氨酸含量低于另外3個處理,無顯著差異。干旱8d,接種AMF的3個處理脯氨酸含量均高于C處理,且D、E顯著高于C處理(P < 0. 05)。
2. 5干旱脅迫下羊草葉片丙二醛含量的變化
隨著干旱時間延長,羊草葉片丙二醛含量持續增加( 圖4) ,從 開 始 不 足40mmol/g增 加 到120mmol / g以上。正常水分條件下C處理羊草丙二醛含量顯著高于另外3個處理材料(P < 0. 05)。在干旱2、4和8d時,C處理丙二醛含量始終高于另外3個處理,但僅有D處理與其出現顯著差異(P < 0. 05) ,含量分別為38mmol/g、50mmol / g、81mmol / g.干旱6d時,C處理顯著高于其他3個處理(P < 0. 05) ,其含量為121mmol/g.
2. 6干旱條件下羊草葉片可溶性糖含量的變化
干旱脅迫下,羊草可溶性糖含量整體呈現出升高后降低的趨勢( 圖5)。正常水分條件下,4個處理對羊草葉片可溶性糖含量差異顯著 (P < 0. 05)。干旱2d,C、E處理的可溶性糖含量顯著低于G、D處理,其中最低的是C處理,值為7. 4:,最高為G處理,值為10. 5: .干旱4d,3個接種AMF的處理可溶性糖含量均在15:左右,顯著高于 未接 種 處理,值為11:(P < 0.05)。干旱6d,C處理羊草葉片可溶性糖含量升高不明顯,且顯著低于另外3個處理(P < 0. 05) ,在接種AMF的3個處理中,D顯著高于E處理的可溶性糖含量(P < 0. 05) ,最高值較最低值高出13: .干旱8d,4個處理比干旱6d的可溶性糖含量降低了59:,G、D處理顯著高于C處理(P < 0. 05)。