醉馬草內生真菌對其伴生種硬質早熟禾和針茅生長的影響

黃璽，李春杰，南志標，楊松，柴青

（農業部草地農業生態系統學重點開放實驗室 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州730020）

醉馬草（Achnatheruminebrians）為禾本科、芨芨草屬的多年生植物，是我國北方天然草原主要的烈性毒草之一。醉馬草具有抗高寒、耐干旱等優勢，加之家畜對其多不食，因此其在退化草地群落種間競爭中具有較大的優勢，面積不斷擴大，特別是在干旱、退化的草地中蔓延日益嚴重，某些?。▍^）醉馬草已成為優勢種群［1，2］。調查發現，我國甘肅、新疆、青海等?。▍^）醉馬草植株的內生真菌帶菌率很高，近乎100%［3］。內生真菌的存在可以提高帶菌（E＋）醉馬草的抗旱性［4－6］、抗蟲性［7，8］、抗病性［9，10］、耐鹽堿性［11］、抵抗線蟲的能力［12］和對營養物質的利用效率［13］等。

植物競爭是目前生態學研究的重要領域，它是研究植物群落形成、發育、生長和種群生產力動態過程及環境因子作用機制的重要手段［14］。植被的生長狀況主要受競爭、壓力和干擾的綜合影響，競爭是決定群落性質最主要因素。不同的植物物種具有不同的競爭策略，包括種間差異、幼苗出土時間、空間分布、鄰體植物大小、競爭期長短、生物因素、地上競爭、地下競爭、土壤營養等，其中生物因素是影響物種競爭能力的重要因素之一，包括真菌和食草動物的影響。內生真菌感染的植株之所以具有更強的競爭能力是由于內生真菌的感染使植株發生了形態和生化上的變化［15］，如生物量增加、分蘗數增多、葉片伸長加快以及改變根系的發育程度等［16］。

有關帶（E＋）與不帶（E－）內生真菌的醉馬草與其他禾草的競爭作用的研究尚屬空白。本研究以我國天然草原廣布的烈性毒草醉馬草和其主要伴生種針茅（Stipacapillata）、硬質早熟禾（Poasphondylodes）為研究對象，探討內生真菌的存在對醉馬草與其他禾草之間競爭作用的影響，進而在草地畜牧業生產中有針對性的采取相應措施，發揮醉馬草積極作用等方面提供理論依據和基礎資料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

醉馬草、針茅和硬質早熟禾種子均于2007年9月采自甘肅省夏河縣?？撇菰４嬗谵r業部牧草與草坪草種子質量監督檢驗測試中心（蘭州）5℃低溫種質資源庫。

1.2 試驗設計

1.2.1 不帶菌（E－）醉馬草種子的獲得 將帶菌（E＋）醉馬草種子在43℃溫水浴中保存15 min后，升溫至57℃溫水浴再保溫25 min［17］。

1.2.2 2種種子同時發芽 隨機選取帶菌（E＋）醉馬草、不帶菌（E－）醉馬草、硬質早熟禾、針茅的種子各50粒。將帶菌醉馬草（E＋）和不帶菌醉馬草（E－）種子分別與其他2種種子按1∶1比例同時均勻擺置于直徑15 cm的培養皿內，每皿鋪1張用去離子水浸濕的濾紙，20℃恒溫培養，第14天統計發芽率，測量胚芽和胚根長。4種種子單獨發芽作為對照（CK），各設3個重復。

1.2.3 2種種子同時播種 2008年3月，隨機選取帶菌（E＋）醉馬草、不帶菌（E－）醉馬草，分別與硬質早熟禾、針茅的種子按1∶1比例同時均勻播種于花盆（20 cm×25 cm）內，每盆內相間等距種植8株，各設6個重復。按同種方法單獨種植以上4種種子作為對照（CK）。發芽后第1周至第8周，每周測量1次株高。

植物生長期間不施肥料并及時澆水保持土壤濕潤，拔除盆中雜草。2008年10月，為了探究影響競爭力的形態特征，收獲前測量針茅、硬質早熟禾以及醉馬草的分蘗數，將供試植物的地上部和地下部放入80℃烘箱中烘干24 h獲得植株的干重（生物量）［18］。

1.3 統計分析與作圖

所有數據均用Microsoft Excel錄入，并作圖。采用SPSS 15.0 for windows統計分析軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 醉馬草內生真菌對伴生種種子萌發的影響

與對照相比，硬質早熟禾、針茅種子與帶菌（E＋）醉馬草種子同時發芽時，可顯著抑制它們的種子萌發及生長，其中發芽率分別下降了17.1%和13.6%，胚芽長分別降低了23.2%和16.3%，而對胚根長沒有顯著影響（P＞0.05）；與不帶菌（E－）醉馬草種子同時發芽時，對針茅和硬質早熟禾的發芽率、胚芽長、胚根長雖然有所抑制，但是與對照相比均沒有達到顯著水平（P＞0.05）。無論醉馬草種子是否帶菌，與硬質早熟禾、針茅種子同時發芽時，對醉馬草的發芽率、胚芽長、胚根長均沒有顯著影響（P＞0.05）（表1）。

表1 不同處理對供試植物種子萌發的影響Table 1 Effects of different treatment on germination of recipient plants

2.2 醉馬草內生真菌對伴生種幼苗生長的影響

在與醉馬草混種時，硬質早熟禾在苗期的混種株高都低于單種株高（圖1）。與單種硬質早熟禾相比，帶菌（E＋）醉馬草從發芽后第1周便顯著抑制了硬質早熟禾的生長，發芽后前3周對其株高的抑制率從45.0%升至58.5%，到第8周時降到39.3%；與E－混種時，對硬質早熟禾的生長有一定的抑制作用，但與對照的差異沒有達到顯著水平（P＞0.05）（圖1）。

針茅在與醉馬草混種時，可以降低它的生長速率，使其在苗期的混種株高都低于單種株高（圖2）。與單種針茅相比，帶菌（E＋）醉馬草從發芽后第1周便顯著抑制了針茅的生長，對其株高的抑制率從第1周的11.4%升至第8周的39.6%；與E－混種時，針茅在苗期的株高雖然略有降低，但是與對照相比差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 醉馬草對硬質早熟禾苗期生長的影響Fig.1 Effects of A.inebrians on seedling growth of P.sphondylodes

圖2 醉馬草對針茅苗期生長的影響Fig.2 Effects of A.inebrians on seedling growth of S.capillata

與單種相比，混種條件下硬質早熟禾、針茅對帶菌（E＋）醉馬草、不帶菌（E－）醉馬草的苗期株高存在一定的影響，但是降幅較小，差異沒有達到顯著水平（P＞0.05），并且帶菌（E＋）醉馬草的生長速率明顯高于不帶菌（E－）醉馬草（圖3）。

2.3 醉馬草內生真菌對伴生種分蘗與生物量的影響

2.3.1 分蘗數 帶菌（E＋）醉馬草對針茅、硬質早熟禾的分蘗數產生顯著的影響，與單種相比分蘗數分別降低了41.67%和30.00%；與E－混種時，對針茅的分蘗數有一定的抑制作用，僅降低了8.33%，對硬質早熟禾的分蘗數略有促進作用，但是兩者均沒有達到顯著水平（P＜0.05）。反之，硬質早熟禾和針茅對醉馬草的分蘗數沒有顯著的抑制作用（P＜0.05）（表2）。

2.3.2 生物量 針茅和硬質早熟禾的生物量變化與分蘗數相似，與帶菌（E＋）醉馬草混種的生物量均小于單種生物量，單株總生物量分別下降了64.63%和28.18%；在與不帶菌（E－）醉馬草混種時，對針茅、硬質早熟禾的單株總生物量沒有顯著影響（P＞0.05）。醉馬草與針茅、硬質早熟禾混種時，對醉馬草的單株總生物量分別有一定的促進作用和抑制作用，但是變化不大，與單種時相比沒有顯著差異（P＞0.05）（表2）。

圖3 醉馬草在單種和混種條件下的苗期生長曲線Fig.3 Seedling growth of A.inebrians in monoculture and in mixture

表2 不同處理對供試植物生長表現的影響Table 2 Effects of different treatment on growth of recipient plants

3 討論

本研究是帶有內生真菌的醉馬草對其主要伴生種的競爭作用的首次探討。在發芽期，帶菌（E＋）醉馬草對針茅和硬質早熟禾的種子萌發和幼苗生長有顯著的抑制作用（P＜0.05）；而不帶菌（E－）醉馬草對2種供試材料種子的萌發和幼苗生長沒有顯著的影響（P＞0.05）。相反，針茅和硬質早熟禾對帶菌（E＋）、不帶菌（E－）醉馬草種子的萌發和幼苗生長均沒有顯著的影響（P＞0.05）。可能是帶菌（E＋）醉馬草由于內生真菌的存在表現出較強的自毒性之外，還可能釋放出化感物質從而引起一定的化感作用。Malinowski和Belesky［19］研究表明，帶菌高羊茅（Festucaarundinacea）種子提取液可以抑制三葉草（Trifolium）種子的萌發，產生的黑麥草堿（Loline）對其競爭具有生化他感作用。另外一些研究表明紫莖澤蘭（Eupatoriumadenophorum）、豚草（Ambrosiaartemisiifolia）等菊科雜草也能產生化學物質，且化感作用強烈，使它們表現出很強的競爭力［20，21］。

在苗期，帶菌（E＋）醉馬草對針茅和硬質早熟禾的生長均有顯著的抑制作用（P＜0.05），從發芽后第1周便顯著抑制了2種供試禾草的生長；而不帶菌（E－）醉馬草對2種供試材料沒有顯著的影響（P＞0.05）。由于內生真菌的存在增強了醉馬草對營養物質的利用效率，使帶菌（E＋）醉馬草捕獲了更多的資源，從而在增加自身生長的同時抑制了其他禾草的生長。

在與醉馬草混種時，帶菌（E＋）醉馬草對針茅和硬質早熟禾的分蘗數以及單株生物量均有顯著的抑制作用（P＜0.05）；而與不帶菌（E－）醉馬草混種時，并沒有對2種供試禾草的分蘗數以及單株生物量產生顯著的抑制作用（P＞0.05）。內生真菌感染的植株與無內生真菌感染的植株相比，前者分蘗多［22］、單穗干物質含量高、葉面積大［23］、根生物量高［24］、牧草生長更快［25］。植物大小特征是預測植物相對競爭能力的最好指標，其中生物量是最為重要的參數，它能夠反應植物相對競爭能力的64%左右［26］。本研究中帶菌（E＋）醉馬草生物量顯著大于針茅、硬質早熟禾的生物量，在與帶菌（E＋）醉馬草混種時針茅、硬質早熟禾的單株生物量分別下降了64.63%和28.18%，而帶菌（E＋）醉馬草沒有受到影響（圖2），這表明帶菌（E＋）醉馬草的種間競爭大于種內競爭，而針茅、硬質早熟禾的種間競爭小于種內競爭，說明帶菌（E＋）醉馬草對針茅、硬質早熟禾具有持續的強競爭作用。另外，由于醉馬草具有抗高寒、耐干旱等優勢，加之家畜對其多不食，并且抑制了主要伴生種的生長和分蘗數，帶菌（E＋）醉馬草的快速生長使覆蓋度增加從而降低針茅、硬質早熟禾的光合作用，而抑制2種禾草的生長；醉馬草、針茅和硬質早熟禾都屬于多年生草本植物，其生活史基本重疊，生態位重疊反映種群之間對資源利用的相似程度和競爭關系［27］，這就意味著一旦醉馬草種群建立起來，其種群將不會出現空間的空余態位，從而能夠可持續地抑制針茅和硬質早熟禾的生長。

［1］李學森，任繼生，馮克明，等.醉馬草生態控制的研究［J］.草業學報，1996，5（2）：14－17.

［2］史志誠.中國草地重要有毒植物［M］.北京：中國農業出版社，1997：166－176.

［3］Li C J，Nan Z B，Gao J H，etal.Detection and distribution ofNeotyphodium－Achnatheruminebriansassociation in China［A］.In：Kallenbach R，Rosenkrans C，Locked R.Proceedings of 5th International Neotyphodium／Grass Interactions Symposium［C］.Arkansas.USA，2004：24－27.

［4］West C P，Gwinn K D.Role of Acremonium in drought，pest and disease tolerances of grasses［A］.In：Hume D E，Latch G C M，Easton H S，etal.Proceeding of the 2nd International Symposium on Acremonium／Grass Interactions：Plenary Papers［C］.Palmerston North，New Zealand，1993：11－30.

［5］Malinowski D P.Adaptation of endophyte－infected cool－season grasses to enviroment stresses：Mechanisms of drought and mineral stress tolerance［J］.Crop Science，2000，40（4）：923－940.

［6］李飛.內生真菌對醉馬草抗旱性影響的研究［D］.蘭州：蘭州大學，2007.

［7］Bacon C W，Richardson M D，White J F.Modification and uses of endophyte－enhanced turfrass：A role for molecular technology［J］.Crop Science，1997，37（5）：1415－1425.

［8］Li C J，Zhang X X，Li F，etal.Christopher.Disease and pests resistance of endophyte infected and non－infected drunken horse grass［A］.In：Popay A，Thom E R.Proceedings of the 6th International Symposium on Fungal Endophytes of Grasses［C］.Dunedin，New Zealand：New Zealand Grassland Association，2007：111－114.

［9］Moy M，Belanger F，Duncan R，etal.Identification of epiphyllous mycelial nets on leaves of grass infected by Clavicip itaceous endophytes［J］.Symbiosis，2000，20：291－302.

［10］Li C J，Gao J H，Nan Z B.Interactions ofNeotyphodiumgansuense，Achnatheruminebriansand plant－pathogenic fungi［J］.Mycological Research，2007，111（10）：1220－1227.

［11］緱小媛.內生真菌對醉馬草耐鹽性影響的研究［D］.蘭州：蘭州大學，2007.

［12］Latch G C M.Physiological interactions of endophytic fungi and hosts biotic stress tolerence imparted to grasses by endophytes［J］.Agricuture，Ecosystems and Enviroment，1993，44：143－156.

［13］Malinowski D P，Brauer D K，Belesky D P.Neotyphodiumcoenophialum －endophyte affects root morphology of tall fedcue grown under phosphorus deficiency［J］.Journal of Agronamy and Crop Science，1999，183：53－60.

［14］Grace J B，Tilman D.Perspectives on Plant Competition［M］.London：Academic Press，1990.

［15］黃東益，黃小龍.禾本科牧草內生真菌的研究與應用［J］.草業學報，2008，17（3）：128－136.

［16］Malinowski D P，Leuchtmann A，Schmidt D，etal.Growth and water status in meadow fescue is affected byNeotyphodiumandPhialophoraspecies endophytes［J］.Agronomy Journal，1997，89：673－678.

［17］李春杰.醉馬草－內生真菌共生體生物學與生態學特性的研究［D］.蘭州：蘭州大學，2005.

［18］趙林，李保平，孟玲.施肥和刈割對紫莖澤蘭和黑麥草苗期競爭的研究［J］.草業學報，2008，17（3）：151－155.

［19］Malinowski D P，Belesky D P.Adaptation of endophyte－infected cool－season grasses to environment stresses：Mechanisms of drought and mineral stress tolerance［J］.Crop Science，2000，40（4）：923－940.

［20］彭少麟，邵華.化感作用的研究意義及發展前景［J］.應用生態學報，2001，12（5）：780－786.

［21］張新躍，唐川江，周俗，等.四川紫莖澤蘭監測報告［J］.草業科學，2008，25（7）：91－98.

［22］De Battista J P，Bacon C W，Severson R，etal.Indole acetic acid production by the fungal endophyte of tall fescue［J］.Agronomy Journal，1990，82：878.

［23］Hill N S，Stringer W C，Rottinghaus G E，etal.Growth，morphological，and chemical component response of tall fescue toAcremoniumcoenophialum［J］.Crop Science，1990，30：156－161.

［24］De Battista J P，Bouton J H，Bacon C W，etal.Rhizome and herbage production of endophyte removed tall fescue clones and populations［J］.Agronomy Journal，1990，82：651－654.

［25］Arechevaleta M，Bacon C W，Hoveland C S，etal.Effect of the tall fescue endophyte on plant response to environmental stress［J］.Agronomy Journal，1989，81：83－90.

［26］Keddy P，Nielsen K，Weiher E，etal.Relative competitive performance of 63 species of terrestrial herbaceous plants［J］.Journal of Vegetation Science，2002，13：5－16.

［27］王鶴齡，?？×x，鄭華平，等.瑪曲高寒沙化草地生態位特征及其施肥改良研究［J］.草業學報，2008，17（6），18－24.