內生真菌侵染對鹽脅迫下黑麥草種子萌發的影響

張萍萍，胡龍興，傅金民

(中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室，中國科學院武漢植物園，湖北 武漢430074)

土壤鹽漬化是一個世界性的資源與環境生態問題，全世界有各種類型鹽漬土約10億hm2，約占全球陸地總面積的1/4[1]。土壤中過量的鹽分對植物造成離子毒害和滲透脅迫等危害[2]，從而降低種子發芽率，抑制幼苗生長[3]，已成為影響農業生產和生態環境的嚴重問題。種子萌發是植物生長的關鍵階段，也是植物生長過程中最為脆弱的時期，種子在萌發期對逆境的適應性直接關系到成苗后植株的生長狀況。因此，提高種子萌發期的耐鹽能力至關重要。

內生真菌廣泛存在于植物的組織或器官中，與大部分禾草共生，并且可增加宿主的抗逆境能力[4-6]。Swarthout等[7]發現內生真菌可提高葦狀羊茅(Festucaarundinacea)的抗旱能力，王正風等[8]發現帶內生真菌的野大麥(Hordeumbrevisubulatum)比不帶內生真菌的野大麥更耐鹽，于漢壽等[9]也發現種子含菌率高的葦狀羊茅和多年生黑麥草(Loliumperenne)在幼苗期有更強的抗蟲能力。多年生黑麥草是草地生態系統中重要的植物之一，也是一種優良的冷季型草坪草，其優良的抗逆性與其共生的內生真菌有密切關系。已有研究表明，內生真菌侵染多年生黑麥草可以提高宿主的抗病蟲、抗旱等能力[9-12]，但內生真菌對多年生黑麥草在鹽脅迫下種子萌發的影響研究較少。本研究以NaCl模擬鹽脅迫環境，采用自然生長狀態下不同內生真菌侵染率的多年生黑麥草品種為材料，通過比較在鹽脅迫下的發芽率、活力指數、根長、苗長、根/苗比等指標，探討內生真菌在多年生黑麥草種子耐鹽脅迫中所起的作用，以期找到內生真菌與黑麥草耐鹽性的關系，為研究黑麥草-內生真菌共生體關系打下基礎，為培育耐鹽植物提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗材料為16個多年生黑麥草品種的種子(表1)，參考南志標[13]的方法檢測種子內生真菌侵染率，其中8個品種的種子被內生真菌低頻率侵染(≤20%)，另外8個品種的種子被內生真菌高頻率侵染(≥80%)。

1.2試驗方法 試驗于溫室中進行，室溫20～25 ℃，14 h光照。每個品種選取30粒均勻飽滿的種子播種于墊有雙層濾紙的培養皿內，濾紙分別用蒸餾水配成的不同濃度的NaCl溶液浸透，根據預試驗，設定0(對照)、85、170、255 mmol·L-14個NaCl濃度梯度，每個濃度處理4個重復。每天加入適量蒸餾水以保持濾紙的濕度。從種子置床之后的第2天開始觀察，以胚根突破種皮為發芽標準，每日統計萌發種子數，至第15天測根長和苗長。

表1 16個多年生黑麥草品種的內生真菌侵染率

1.3相關指標的計算 根據如下公式計算發芽率(GR)、發芽指數(GI)和活力指數(VI)：

式中，DG為逐日發芽數，DT為相應DG的發芽天數。

VI=GI×生長勢(胚根長)；

相對發芽率、相對活力指數、相對根長、相對苗長、相對根苗比按照“相對性狀指標(%)=各鹽濃度處理下的性狀測定值/對照的性狀測定值”進行計算。

1.4數據處理 所得數據經Microsoft Excel 2003處理分析和圖表制作，各相對性狀指標采用SAS 9.0進行兩因素方差分析和單因素方差分析，兩因素方差分析用于比較內生真菌侵染率效應、鹽脅迫處理效應以及二者之間可能存在的交互作用。若差異顯著，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1鹽脅迫下內生真菌對相對發芽率的影響 鹽脅迫下高內生真菌侵染率種子和低內生真菌侵染率種子的相對發芽率均有不同程度的下降(圖1)。低內生真菌侵染率種子的相對發芽率隨著鹽濃度的增加而明顯下降，而高內生真菌侵染率的種子在中、低濃度(≤170 mmol·L-1NaCl)鹽處理下的相對發芽率與對照差別不大，在高濃度鹽(255 mmol·L-1NaCl)處理下才顯著下降(P<0.05)，且在高鹽(255 mmol·L-1NaCl)處理下的相對發芽率顯著高于(P<0.05)低內生真菌侵染率種子的相對發芽率。

圖1 鹽脅迫下不同內生真菌侵染率多年生黑麥草種子的相對發芽率

2.2鹽脅迫下內生真菌對相對活力指數的影響 各鹽度處理降低了低內生真菌侵染率種子的相對活力指數，且隨著鹽濃度增加，相對活力指數下降程度增加。在高濃度鹽(255 mmol·L-1NaCl)處理下活力指數最小，降至對照的16.9%(圖2)。與對照相比，高內生真菌侵染率種子的相對活力指數在低濃度(85 mmol·L-1NaCl)鹽處理下下降不明顯，在中濃度(170 mmol·L-1NaCl)和高濃度(255 mmol·L-1NaCl)鹽處理下明顯下降，分別降至對照的53.6%和22.5%。在低、中濃度鹽處理下，高內生真菌侵染率和低內生真菌侵染率種子的相對活力指數無顯著差異，在高濃度鹽(255 mmol·L-1NaCl)處理下，高內生真菌侵染率種子的相對活力指數顯著高于(P<0.05)低內生真菌侵染率種子。

圖2 鹽脅迫下內生真菌不同侵染率多年生黑麥草種子的相對活力指數

2.3鹽脅迫下內生真菌對相對根長的影響 隨著鹽濃度的增加，高內生真菌侵染率種子和低內生真菌侵染率種子的相對根長均呈先上升后下降的趨勢(圖3)。在低濃度鹽(85 mmol·L-1NaCl)處理下分別為對照的115.76%和109.97%，在中、高濃度鹽(≥175 mmol·L-1NaCl)處理下根長均小于對照。在各鹽濃度處理下，高內生真菌侵染率種子和低內生真菌侵染率種子的相對根長差異不顯著(P≥0.05)。

圖3 鹽脅迫下內生真菌不同侵染率多年生黑麥草種子的相對根長

2.4鹽脅迫下內生真菌對相對苗長的影響 隨著鹽濃度的增加，低內生真菌侵染率種子的相對苗長逐漸減小，高內生真菌侵染率種子的相對苗長呈先上升后下降的趨勢，且在低濃度鹽處理下有最大值，為對照的107.1%(圖4)。與對照相比，低內生真菌侵染率種子的苗長在低濃度鹽(85 mmol·L-1NaCl)處理下變化不明顯，在中、高濃度鹽(≥175 mmol·L-1NaCl)處理下顯著降低(P<0.05)。在低濃度鹽(85 mmol·L-1NaCl)處理下，兩組不同內生真菌水平種子的相對苗長差別不大，在中、高濃度鹽(≥175 mmol·L-1NaCl)處理下，高內生真菌侵染率種子的相對苗長顯著(P<0.05)大于低內生真菌侵染率種子。

圖4 鹽脅迫下內生真菌不同侵染率多年生黑麥草種子的相對苗長

2.5鹽脅迫下內生真菌對相對根苗比的影響 根苗比反映了根和苗生長受鹽脅迫程度的差異。與對照相比，在低濃度鹽(85 mmol·L-1NaCl)處理下，不同內生真菌侵染率種子的相對根苗比均無明顯變化；在中、高濃度鹽(≥175 mmol·L-1NaCl)處理下，根苗比均低于對照(圖5)。在同等鹽濃度處理下，高內生真菌侵染率種子和低內生真菌侵染率種子的相對根苗比差異不顯著(P≥0.05)。

3 討論與結論

鹽脅迫是作物生長過程中常遇到的逆境脅迫之一，給農業生產帶來嚴重危害，它通過降低發芽率和活力指數，抑制根、芽生長而影響種子萌發[14-16]。內生真菌的菌絲生長于植物的不同器官、組織細胞和細胞間隙中，分布于葉片、葉鞘、種子、花、莖、根中[17-18]，其存在不可避免地會對宿主種子萌發、幼苗生長等一系列生命活動產生影響。一般感染內生真菌的植物比未感染內生真菌的植物更具生長優勢。Clay[19]發現，在良好的萌發條件下，內生真菌侵染的黑麥草和高羊茅種子的發芽率均比相應的未侵染種子高10%左右。南志標[20]也發現內生真菌感染布頓大麥草(Hordeumbodganii)可增加每株的分蘗數及植株生物量。

圖5 鹽脅迫下內生真菌不同侵染率多年生黑麥草種子的相對根苗比

逆境脅迫下，內生真菌對宿主也起著重要影響。宋梅玲等[21]發現，在溫度脅迫和干旱脅迫下，攜帶內生真菌的野大麥種子的發芽率、發芽指數均高于未攜帶內生真菌的野大麥種子。任安芝等[22-23]的研究也表明，在高濃度PEG處理下，內生真菌侵染提高了黑麥草種子的發芽率，但在低濃度PEG脅迫下，內生真菌侵染對黑麥草種子的發芽率影響不大。本研究中，內生真菌侵染對鹽脅迫下多年生黑麥草種子的萌發和幼苗生長均有明顯影響，在正常萌發條件(對照)和低濃度(85 mmol·L-1NaCl)、中濃度(170 mmol·L-1NaCl)鹽脅迫下，內生真菌侵染對種子萌發率、活力指數、根長、苗長的影響不大，但在高濃度鹽(255 mmol·L-1NaCl)脅迫下，內生真菌起著明顯的增益作用，表現在高內生真菌侵染率種子的萌發率、活力指數、苗長等指標的下降程度均小于低內生真菌侵染率種子。

在本研究中，無論是高內生真菌感染率種子還是低內生真菌感染率種子其發芽率、活力指數、根長、苗長等在中高鹽脅迫下均受到不同程度地抑制，這與王秀香等[24]、劉萍等[25]的研究結果一致。試驗中發現，低濃度鹽脅迫下根長增加，而在中、高濃度鹽處理下則顯著下降，且高侵染率和低侵染率品種之間無顯著差異，表明內生真菌對鹽脅迫下黑麥草根系的伸長沒有明顯的增益作用，適度的鹽脅迫可促進根系伸長，增強根系的吸收作用，提高耐鹽性，這可能是黑麥草耐鹽的機制之一。低侵染率品種的苗長隨鹽濃度增加而降低，但高侵染率品種的苗長在低濃度鹽脅迫下增加，在中高濃度鹽脅迫下降低，且根/苗隨著鹽度增加而下降。這說明黑麥草幼苗對鹽的敏感程度小于根，內生真菌對鹽脅迫下黑麥草幼苗的增益作用明顯大于根系。前人也有研究表明醉馬草[26](Achnatheruminebrians)和紅花[3](Carthamustinctorius)在種子萌發期，根比苗對鹽更敏感，這可能是根直接與鹽接觸，導致受害更嚴重[27]。

內生真菌也并不總是對逆境中的宿主起增益作用，Cheplick等[28]發現干旱脅迫下，內生真菌減少黑麥草分蘗量，在干旱處理后的恢復期間，增益作用也甚微；任安芝[29]的研究也表明內生真菌并不能有效增強黑麥草的抗鹽性。這可能是內生真菌與宿主的相互作用因基因型而異[28，30]，在前人的研究中，多是對某一基因型的感染內生真菌和未感染內生真菌植株進行比較，因而出現不盡相同的結果。在本試驗中，內生真菌對宿主在高濃度NaCl脅迫下起著明顯的增益作用，說明在自然狀況下，內生真菌對提高宿主多年生黑麥草的抗鹽能力起著增強作用。

綜上所述，鹽脅迫抑制了多年生黑麥草種子的萌發，而內生真菌侵染對多年生黑麥草種子在鹽脅迫下的萌發具有增益作用，但增益程度與鹽脅迫程度有關。在高鹽脅迫下，高內生真菌侵染率種子的萌發率、活力指數、苗長等指標的下降程度均小于低內生真菌侵染率種子，說明自然狀況下侵染內生真菌的多年生黑麥草在鹽脅迫下具有更強的適應性。

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