叢枝菌根真菌對茶樹抗旱性的影響

許平輝，王飛權，齊玉崗，張 璠，楊 喬，肖 斌

(西北農林科技大學 園藝學院，陜西楊凌 712100)

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叢枝菌根真菌對茶樹抗旱性的影響

許平輝，王飛權，齊玉崗，張 璠，楊 喬，肖 斌

(西北農林科技大學 園藝學院，陜西楊凌 712100)

叢枝菌根真菌；水分脅迫；茶樹 抗旱性

叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhiza fungi，AMF)是一類能與寄主植物營養根系形成互利共生體——叢枝菌根，且具有非專一性活體營養的共生真菌。AMF能通過提高寄主植物的滲透調節能力，提高細胞吸水或保水能力，從而提高寄主植物的抗旱性。陳婕等[1]研究發現，水分脅迫下接種AMF提高紫穗槐葉片的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的質量分數。孔靜等[2]發現在水分脅迫下接種AMF提高紫花苜蓿滲透調節物的積累。孔靜[3]研究叢枝菌根真菌對紫花苜蓿、紅豆草和白三葉草3種草本植物抗旱性的影響，結果表明，干旱脅迫使植物細胞內滲透調節物質如脯氨酸、可溶性蛋白與可溶性糖不斷累積，接種AMF后植株的可溶性蛋白質量分數進一步增加，紅豆草和白三葉草植株中的脯氨酸質量分數增加，從而調節細胞滲透壓，提高寄主植物對干旱環境的適應。

AMF 的共生能夠提高植物抗旱性的結論在許多寄主植物中已經得到證實[8]，然而有關 AMF 對茶樹抗旱性影響的研究還比較少。本試驗以‘平陽特早’為材料，利用人工模擬干旱的方法，探討不同AMF對水分脅迫下茶樹生長的影響，期待為AMF提高茶樹抗旱性的研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

茶樹選用健壯且長勢一致的‘平陽特早’(Camelliasinensis(L.) O. Kuntze var.‘Pingyang tezao’)1 a生無性系茶苗，取自陜西省漢中市西鄉縣西北農林科技大學茶葉試驗站。

菌種選用的是根內球囊霉(Glomusintraradices，簡稱G.i)、地表球囊霉(Glomusversiforme，簡稱G.v)和摩西球囊霉(Glomusmosseae，簡稱G.m)，由叢枝菌根真菌種質資源庫(BGC)提供。

栽培容器是規格為盆口直徑25 cm、盆底直徑22 cm、盆高20 cm，底部有4個直徑為1 cm排水孔的塑料盆，配有托盤，使用前用體積分數75%的酒精擦洗消毒。試驗所用栽培基質是西北農林科技大學茶葉試驗站的土壤、草炭和河沙以體積比1∶1∶1 的比例混勻。基質在烘箱中于160 ℃滅菌2 h，冷卻至室溫，然后再用同樣條件滅菌2 h后放涼。每盆裝干基質4.0 kg。

1.2 試驗設計

試驗土壤田間持水量為 40.5% ，共設2個水分條件。正常供水(WW)：土壤相對含水量75%；中度干旱脅迫 (DS)：土壤相對含水量35%。每個水分條件下設不接種(CK)和分別接種G.v、G.i和G.m共4個處理。接種處理每盆接種含有約1 800個孢子的菌劑，不接種處理施等量滅菌的菌劑。2016年4月，選取健壯且長勢一致的茶苗進行盆栽培養，每盆4株，每處理10盆。通過遮陽網和補光燈控制光照，溫度控制在20～28 ℃，空氣相對濕度60%～70%，根據情況補充水分。緩苗2周后，每10 d澆1次營養液(小西茂毅營養液，pH調至5.0～5.5)，每盆每次300 mL。11月20日開始進行水分脅迫，最大光強為1 800 μmol/(m2·s)，溫度控制在20～37 ℃，空氣相對濕度 40%～65%。停止澆水后待土壤含水量自然消耗至設定標準，每天用稱量法保持土壤含水量恒定。持續處理3周后取樣測定各項指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 AMF侵染測定 用水將茶樹根系洗凈，稱約0.5 g細根，剪成1 cm的根段，根部樣品固定于FAA溶液中[V(φ=37%甲醛)∶V(冰醋酸)∶V(φ=50%乙醇)=18∶1∶1]用于測定AMF菌根侵染率。先將根部的固定液清洗干凈，然后用w=5% KOH于80 ℃水浴中處理30 min，清水沖洗3次，用φ=2%鹽酸酸化10 min，除去酸液后用w=0.12%的乳酸酚臺盼藍于80 ℃水浴中染色30 min，用等體積比的乳酸甘油混合液脫色，制片后在光學顯微鏡下觀察，用網格交叉法測定[9]。

1.3.2 生物量的測定 鮮質量：從盆中取茶樹植株，注意保證根部的完整性，然后將植株用清水沖洗干凈，再用去離子水沖洗凈，擦干后，分別稱量地上部和地下部，即為鮮質量。

干質量：將茶樹植株的地上部和地下部分別裝入牛皮紙袋中，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘至恒量，分別稱量地上部和地下部，即為干質量[10]。

1.3.3 電解質滲透率 選取相同葉位且大小較一致的葉片，用直徑0.5 cm的打孔器取樣10片圓葉于試管中，加入10 mL去離子水，封口，在25 ℃下浸泡處理12 h，用電導率儀測定電導率(R1)，然后沸水浴加熱15 min，冷卻后搖勻，再次測定電導率(R2)，電解質滲透率=R1/R2[11]。

1.3.4 滲透調節物質質量分數和MDA質量摩爾濃度測定 脯氨酸、可溶性蛋白、MDA分別采用酸性茚三酮法、考馬斯藍染色法[11]、硫代巴比妥酸法[11]測定。

1.4 數據處理

用Excel 2007對數據進行統計并制做相關圖表，用SPSS 19.0統計軟件對數據進行方差分析，以Duncan’s多重比較法(α=0.05)進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 AMF對水分脅迫下茶樹生物量的影響

由表1可見，無論是正常水分還是水分脅迫下，未接種處理的鮮質量和干質量始終為4個處理中的最低水平。正常水分下G.v處理茶樹地上部、地下部和植株的鮮質量、干質量顯著高于CK、 G.m、G.i處理，而G.m、G.i處理與CK之間差異不顯著(P>0.05)。水分脅迫下接種AMF的茶樹的地下部和植株的鮮質量、干質量較CK都有顯著增加(P<0.05)。水分脅迫下G.v 處理植株的干質量較CK增加最高，增加20.5%；其次是G.m處理，增加16.8%。不同AMF對茶樹根系的侵染率有顯著差異(P<0.05)，而且菌根侵染率在水分脅迫下顯著提高。

表1 AMF對水分脅迫下茶樹生物量的影響Table 1 Effect of AMF on biomass of tea plant under water stress

注：同列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)。
Note：Different letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

2.2 AMF對水分脅迫下茶樹滲透調節物質的影響

植物在水分脅迫下通過調節細胞內的滲透調節物質增強對逆境的適應，脯氨酸和可溶性蛋白是植物體內2種重要的滲透調節物質。水分脅迫下接種AMF的茶樹，其體內的脯氨酸和可溶性蛋白質量分數的變化如圖1所示。由圖1可知，正常水分條件下接種AMF的茶樹葉片脯氨酸質量分數顯著高于未接種處理，且G.v處理顯著高于其他處理；而可溶性蛋白質量分數無顯著差異(P>0.05)。水分脅迫下，接種AMF的茶樹的脯氨酸和可溶性蛋白質量分數都顯著高于未接種的處理(P<0.05)；脯氨酸和可溶性蛋白質量分數較CK分別高6.6%～24.6%和17.9%～23.8%。水分脅迫下，G.v處理的脯氨酸和可溶性蛋白質量分數都高于其他處理，但與G.m處理差異不顯著(P>0.05)。脯氨酸質量分數和可溶性蛋白質量分數在植物遭受水分脅迫時變化趨勢基本一致。

每個圖中不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同 Different letters in each table mean significant difference(P<0.05)，the same below
圖1 AMF對水分脅迫下茶樹脯氨酸質量分數和可溶性蛋白質量分數的影響
Fig.1 Effect of AMF on proline and soluble protein mass fraction of tea plant under water stress

2.3 AMF對水分脅迫下茶樹細胞膜透性的影響

MDA的產生還能加劇植物細胞膜的損傷，細胞膜的透性增大，電解質外滲，電解滲透率增大。由圖2可知，正常水分條件下接種AMF處理的茶樹MDA質量摩爾濃度顯著低于未接種處理，電解滲透率無顯著差異(P>0.05)。水分脅迫下，茶樹MDA質量摩爾濃度和電解質滲透率都顯著增高，分別增高78%和183%，說明水分脅迫對茶樹細胞膜系統造成較大損傷。水分脅迫下，接種AMF的茶樹的MDA質量摩爾濃度和電解滲透率都顯著低于未接種的處理(P<0.05)；MDA質量摩爾濃度和電解滲透率較CK分別降低 23.8%～33.2.6%和27.0%～36.8%。水分脅迫下，G.v處理MDA質量摩爾濃度低于其他2個接種處理；而3個接種處理間相對電導率無顯著差異(P>0.05)。

圖2 AMF對水分脅迫下茶樹MDA質量摩爾濃度和電解質滲透率的影響Fig.2 Effects of AMF on MDA molality and electrolyte leakage of tea plant under water stress

圖3 AMF對水分脅迫下茶樹超氧陰離子和過氧化氫質量分數的影響Fig.3 Effects of AMF on and H2O2 mass fraction of tea plant under water stress

2.5 AMF對水分脅迫下茶樹SOD和POD活性的影響

由圖4可知，水分脅迫使茶樹葉片中的SOD和POD活性顯著增高(P<0.05)。無論正常、水分脅迫下接種AMF處理茶樹的SOD和POD活性顯著高于未接種處理(P<0.05)。水分脅迫下，接種AMF處理茶樹的SOD和POD活性顯著增高(P<0.05)，分別比CK增高5.7%～25.4%和20.3%～40.2%；G.v與G.m處理的SOD和POD活性顯著高于G.i處理和CK，而G.v處理的SOD活性最高，G.m處理的POD活性最高，但兩處理間差異不顯著(P>0.05)。

圖4 AMF對水分脅迫下茶樹氧化物歧化酶和過氧化物酶活性的影響Fig.4 Effects of AMF on SOD and POD activities of tea plant under water stress

2.6 AMF對水分脅迫下茶樹CAT活性和GSH質量分數的影響

由圖5可知，正常水分下接種AMF處理茶樹的CAT活性與CK無顯著性差異。水分脅迫使茶樹葉片中的CAT活性顯著提高(P<0.05)；接種AMF處理茶樹的CAT活性顯著高于CK，其中G.v處理的CAT活性顯著高于其他3個處理(P<0.05)，其CAT活性比CK高38.7%。

GSH是·OH的清除劑，對自由基具有間接或直接的清除作用，從而解除自由基毒害。由圖5可知，無論正常、水分脅迫下接種AMF處理茶樹的GSH質量分數顯著高于未接種處理。水分脅迫使GSH的質量分數顯著降低，接種AMF處理能夠顯著提高GSH的質量分數。水分脅迫下接種AMF處理茶樹的GSH質量分數顯著高于CK，其中G.v處理的GSH質量分數顯著高于其他3個處理，其GSH質量分數是CK的1.28倍。

圖5 AMF對水分脅迫下茶樹CAT活性和GSH質量分數的影響Fig.5 Effect of AMF on CAT activities and GSH mass fraction of tea plant under water stress

3 結論與討論

AMF侵染植物后形成叢枝菌根，通過外生菌絲擴大根系吸收面，增加對原根毛吸收范圍外的水分和礦質元素的吸收能力[4,13]，促進植物的生長發育。該研究表明，水分脅迫顯著抑制茶樹的生長，而接種AMF可以顯著緩解水分脅迫對茶樹生長的抑制，提高茶樹的生物量。水分脅迫下菌根侵染率較正常水分下高，說明水分脅迫促進AMF的侵染，這與前人結果一致[14]。不同菌種對水分脅迫的響應有顯著差異，表明不同菌種的抗逆性存在差異性[15]。

水分脅迫下，植物通過增加細胞中各種有機或無機物質的積累來進行滲透調節[16]。本試驗中，水分脅迫下接種AMF茶樹的脯氨酸和可溶性蛋白質量分數都顯著高于未接種處理，說明接種AMF提高茶樹滲透調節物質的質量分數。在水分脅迫下，滲透調節物質的積累提高細胞液濃度，降低滲透勢，提高細胞吸水或保水能力，維持植物光合作用、呼吸代謝和物質運輸等一系列生理過程[17]，從而適應水分脅迫環境。

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(責任編輯：郭柏壽 Responsible editor:GUO Baishou)

Effect of Arbuscular Mycorrhiza Fungi on Drought Resistance in Tea Plant(Camelliasinensis).

XU Pinghui, WANG Feiquan, QI Yugang, ZHANG Fan, YANG Qiao and XIAO Bin

(College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling Shaanxi 712100,China)

Arbuscular mycorrhizal fungi( AMF) ; Water stress; Tea plant; Drought resistance

2017-04-29 Returned 2017-06-08

Shaanxi Construction Project for Tea Industry Technology System (No.K3330215131)；Shaanxi Bidding Project of Key Project of Technology Co-ordination(No. 2013KTZB-02-02).

XU Pinghui, male, master student. Research area:tea plant physiology and ecology.E-mail:xupinghui1221@163.com

XIAO Bin, male, professor. Research area:tea plant physiology and ecology.E-mail:xiaobin2093@sohu.com

日期：2017-06-29

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170629.1108.022.html

2017-04-29

2017-06-08

陜西省茶葉產業技術體系(K3330215131)；陜西省技術統籌重點難題招標項目(2013KTZB-02-02)。

許平輝，男，碩士研究生，從事茶樹生理生態研究。E-mail：xupinghui1221@163.com 通信作者：肖 斌，男，教授，主要從事茶樹生理生態研究。E-mail：xiaobin2093@sohu.com

S571.1

A

1004-1389(2017)07-1033-08