菌根真菌和白三叶对枳碳水化合物积累的影响

向嫘

长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025；长江大学根系生物学研究所，湖北 荆州 434025

陈新

(长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025)

刘春艳，吴强盛

长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025；长江大学根系生物学研究所，湖北 荆州 434025

菌根真菌和白三叶对枳碳水化合物积累的影响

向嫘

长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025；长江大学根系生物学研究所，湖北 荆州 434025

陈新

(长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025)

刘春艳，吴强盛

长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025；长江大学根系生物学研究所，湖北 荆州 434025

[摘要]以枳实生苗为试材，研究了丛枝菌根真菌Rhizoglomus intraradices和白三叶(Trifolium repens)对其叶片和根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量的影响。结果显示，白三叶显著地提高了枳实生苗菌根侵染率。接种菌根真菌可显著提高枳和白三叶叶片葡萄糖、果糖和蔗糖含量，而降低了枳根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量，对白三叶根系碳水化合物含量没有显著影响；单独的白三叶处理对枳根系果糖和蔗糖含量以及叶片蔗糖和葡萄糖含量有促进作用；同时，菌根真菌接种和白三叶处理对枳实生苗叶片和根系碳水化合物含量有明显地促进效应。

[关键词]丛枝菌根真菌；枳(Poncirus trifoliata)；白三叶(Trifolium repens)；葡萄糖；蔗糖

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)能与80%陆生植物根系形成一种互利共生体——丛枝菌根(arbuscular mycorrhizas,AMs)。由于AMF是一种完全共生型真菌，自身不能制造碳水化合物，在促进宿主植物生长的同时，完全依赖宿主植物提供光合碳水化合物[1]。通常柑橘是浅根性植物，根毛数量少，主要依靠AMs的发达根外菌丝从土壤中吸收矿质养分和水分[2]。在同一个生态系统中，一种植物的根系被AMF侵染后，形成的发达根外菌丝同时能够侵染相邻的不同的植物种类或相同植物种类，从而在2个植物间形成菌根菌丝网络[3]，该网络可作为地下营养物质和信号传导的通道[4,5]，并在水分和矿质养分循环与重新分布、植物之间竞争等方面发挥着重要的调控效应[6,7]。

生草栽培是柑橘园土壤管理的一种重要的模式，通常白三叶被用作生草植物，它可以改善果园小气候，与土壤中根瘤菌共生固氮，与柑橘树建立菌根菌丝网络，以保持良好的土壤团粒结构、促进柑橘树体对水分和养分的吸收[8]。此外，白三叶也用于AMF的繁殖宿主。研究已经证实，接种AMF可促进白三叶生长和其可溶性糖含量增加，也促进柑橘生长和果汁中可溶性糖的含量[9,10]。但是，在生草栽培条件下，AMs—柑橘—白三叶的共生体系中的碳水化合物变化还没有相关研究。

鉴于此，本研究采用选用Rhizoglomusintraradices为AMF材料，白三叶(Trifoliumrepens)为生草植物，分析枳(PoncirustrifoliataL.Raf)实生苗根系、叶片中蔗糖、果糖、葡萄糖含量变化，以为进一步研究柑橘园生草栽培提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

以75%酒精消毒枳种子10min，播种于经高压蒸汽灭菌处理的河沙中，在27/20°C(昼/夜)、740μmol/(m2·s)光量子密度、相对湿度80%的光照培养箱中催芽。选取无菌根的4叶龄枳实生苗移栽于塑料盆(11.5cm×8.5cm×14cm)中。在移栽的时候，Rhizoglomusintraradices的1300孢子与2.0 kg的栽培基质均匀地混合。不接种AMF的处理选用等量灭菌的接种体代替。移栽后3周，在枳实生苗根围播种15粒白三叶种子，1周后间苗至10株白三叶/盆。试验材料摆放在长江大学盆景园玻璃温室内。试验于2014年4月2日开始，2014年8月13日结束。

1.2试验设计

试验采用2×2双因素试验设计：AMF接种处理包括接种R.intraradices(+AMF)和不接种R.intraradices(-AMF)2个处理；白三叶处理分别为栽培白三叶(+WC)和不栽培白三叶(-WC)。试验共4个处理，分别是：(1)不接种AMF，也不栽培白三叶(-AMF-WC)；(2)接种AMF而不栽培白三叶(+AMF-WC)；(3)不接种AMF，但栽培白三叶(-AMF+WC)；(4)接种AMF，也栽培白三叶(+AMF+WC)。每个处理重复4次，共16盆，随机排列。

1.3测定方法

在接种处理133d后结束处理，收获植株。将枳实生苗和白三叶分成地上部和地下部，于75℃烘干48h，然后研磨，过筛(1mm)。叶片和根系的葡萄糖、果糖和蔗糖采用80%的酒精提取，然后按照Wu等[2]描述的方法进行。

根系菌根侵染率采用曲利苯蓝染色法[11]测定。

1.4统计分析

运用SAS(8.1)软件的ANOVA对试验处理间进行差异性测验，采用邓肯新复极差法(P<0.05)进行多重比较分析。

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2结果与分析

2.1白三叶对枳实生苗菌根侵染率的影响

不栽培白三叶的菌根化枳实生苗根系菌根侵染率为(45.0±5.5)%，菌根化根围栽培白三叶后枳根系菌根侵染率达到(64.3±7.4)%，两者间存在显著差异(P<0.05)。说明白三叶显著地促进了AMF对枳根系的侵染。

2.2不同处理对枳实生苗叶片和根系葡萄糖含量的影响

不同字母(a、b、c)表示不同处理之间差异显著。图2、图3同。图1　AMF和白三叶对枳实生苗根系和叶片中葡萄糖含量的影响

图1显示，与-AMF-WC处理相比较，-AMF+WC处理显著地改变根系葡萄糖含量，+AMF+WC处理和+AMF-WC显著地降低了根系葡萄糖含量，分别降低14%和21%。在叶片上，与-AMF-WC处理相比较，-AMF+WC、+AMF-WC和+AMF+WC处理均显著地提高枳叶片葡萄糖含量，分别提高了21%、21%和42%。

2.3不同处理对枳实生苗叶片和根系果糖含量的影响

图2　AMF和白三叶对枳实生苗根系和叶片中果糖含量的影响

图3　AMF和白三叶对枳实生苗根系和叶片中蔗糖含量的影响

各处理的枳根系和叶片果糖含量见图2。与-AMF-WC处理相比较，+AMF+WC处理显著地增加了枳实生苗叶片和根系果糖含量，分别增加17%和96%；-AMF+WC 处理对枳实生苗叶片果糖含量没有显著影响，但显著地增加了根系果糖含量，达55%；+AMF-WC处理对枳实生苗叶片果糖含量也没有显著的影响，但显著地抑制了根系果糖含量，达63%。

2.4不同处理对枳实生苗叶片和根系蔗糖含量的影响

各处理对枳实生苗根系和叶片蔗糖含量的影响见图3。与-AMF-WC处理相比较，+AMF+WC处理显著提高了枳实生苗叶片和根系蔗糖含量，分别增加了67%和82%；-AMF+WC处理也对枳实生苗叶片和根系蔗糖含量有显著地增加效应，分别提高了42%和25%； +AMF-WC处理显著提高了枳实生苗叶片蔗糖含量(22%)，而显著降低枳实生苗根系蔗糖含量(65%)。

不同字母(a、 b、 c)表示两处理间差异显著；不同字母(x、y、 z)表示同一处理间不同碳水化合物含量差异显著。图5同。图4　AMF接种对白三叶叶片碳水化合物含量的影响

图5　AMF接种对白三叶根系碳水化合物含量的影响

2.5AMF接种对白三叶碳水化合物含量的影响

4个处理中，只有+AMF+WC和-AMF+WC处理中有白三叶栽培，其他2个处理没有定植白三叶。因此，白三叶碳水化合物含量只测定了+AMF+WC和-AMF+WC处理的植物。结果显示，AMF接种对白三叶叶片葡萄糖、果糖和蔗糖含量没有显著的影响(图4)，但显著地增加了白三叶根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量(图5)。

3讨论

本研究结果表明，白三叶对枳实生苗叶片和根系碳水化合物含量有一定的促进作用，这与吴强盛等[9]的研究结果一致。原因可能是白三叶为豆科作物，具有固氮作用，对枳实生苗碳水化合物具有一定促进作用。此外，白三叶也刺激了枳根系菌根侵染，导致了枳实生苗自身能够更多地从根围吸收水分和养分，从而更有利于宿主植物枳碳水化合物的合成。本研究结果还表明，+AMF-WC处理可明显地促进枳实生苗叶片葡萄糖、果糖、蔗糖含量的积累，但这种促进效应在根系中消失，表现为抑制作用，这与邹英宁等[12]的研究结果相似，可能是根系中存在着一个“菌根碳库”，AMF的自身发育需要从根系中吸收碳水化合物，导致许多的根系碳水化合物被分解，供AMF吸收，从而降低了根系碳水化合物含量。在这个过程中，AMF主要吸收根系的葡萄糖，然而宿主植物为了维持其正常的葡萄糖浓度，将促使宿主植物根系蔗糖分解为葡萄糖[13]，导致本研究中+AMF-WC处理对枳根系蔗糖含量的降低效应要更高于根系葡萄糖。在本研究中，+AMF+WC处理对枳实生苗根系和叶片葡萄糖、果糖和蔗糖含量具有显著的促进作用，其根系蔗糖含量比-AMF-WC处理的大约增加了1倍。这可能是由于接种AMF和栽培白三叶促进了枳实生苗根系生长，提高了叶片的光合作用，从而使得宿主植物碳水化合物通过长距离运输转运到根部。另一方面可能是由于菌根菌丝网络的作用，它能够同时消耗枳实生苗和白三叶的根部碳水化合物，从而导致枳实生苗根系碳水化合物维持一个较高的水平。

本研究结果表明，AMF接种对白三叶叶片葡萄糖、果糖和蔗糖含量没有显著地影响，但显著地增加了根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量。前人研究结果表明，AMF诱导的菌根菌丝网络参与了植物间碳的转运[3]。因此，更高的白三叶根系碳水化合物含量将有利于菌根菌丝网络在白三叶和枳实生苗之间进行碳的转移。。

总之，在柑橘园进行AMF接种和白三叶生草有利于柑橘树的菌根侵染，且可以促进柑橘根系碳水化合物含量的积累，并存在白三叶根部碳水化合物经过菌根菌丝网络转移到柑橘树根系中的可能性。

[参考文献]

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[2] Wu Q S,Srivastava A K,Li Y.Effect of mycorrhizal symbiosis on growth behavior and carbohdyrate metabolism of trifoliate orange under different substrate P levels [J].Journal of Plant Growth Regulation,2015,34:495～508.

[3] Zhang Z Z,Lou Y G,Deng D J,etal.Effects of common mycorrhizal network on plant carbohydrates and soil properties in trifoliate orange-white clover association [J].PLoS ONE,2015,10:e0142371.

[4] Voets L,De La Providencia I E,Declerck S.GlomeraceaeandGigasporaceaediffer in their ability to form mycelium networks [J].New Phytologist,2006,172:185～188.

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[9]吴强盛，袁芳英，费永俊，等.丛枝菌根真菌对白三叶根系构型和糖活性的影响[J].草业学报，2014，23(1):199～204.

[10] 姚青，李道高，石井孝昭.VA菌根真菌对柑橘果汁成分和果皮着色的影响[J].果树科学，1999,16(1):38～42.

[11] Phillips J M,Hayman D S.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection [J].Trans Br Mycol Soc,1970,55:158～161.

[12] 邹英宁，吴强盛，李艳，等.丛枝菌根真菌对枳根系形态和蔗糖、葡萄糖含量的影响[J].应用生态学报，2014，25(4):1125～1129.

[13] Wu Q S,Lou Y G,Li Y.Plant growth and tissue sucrose metabolism in the system of trifoliate orange and arbuscular mycorrhizal fungi [J].Scientia Horticulturae,2015,181:189～193.

[收稿日期]2016-01-07

[基金项目]长江大学根系生物学研究所开放基金项目(R201401)。

[作者简介]向嫘(1987-)，女，硕士生，研究方向为菌根生理。通信作者：吴强盛，wuqiangsh@163.com。

[中图分类号]S666

[文献标识码]A

[文章编号]1673-1409(2016)15-0049-04

[引著格式]向嫘，陈新，刘春艳，等.菌根真菌和白三叶对枳碳水化合物积累的影响[J].长江大学学报(自科版) ，2016，13(15)：49～52,68.