EM菌對NaCl脅迫下核桃幼苗生長、光合特性及抗氧化系統的影響

艾爾買克·才卡斯木，鐘海霞，張雯，張付春

(新疆農業科學院園藝作物研究所/農業部新疆地區果樹科學觀測試驗站，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】土壤鹽堿化是綠化過程中常遇到的逆境之一[1]。土壤次生鹽漬化加重直接影響到植物的生長發育。新疆南疆喀什地區存在土壤堿性大和鹽堿地育苗出圃率低的問題，制約了南疆鹽堿地核桃產業的健康發展。提高核桃耐鹽性對南疆鹽堿地改良與培育優良核桃苗木繁育技術研究具有實際意義。【前人研究進展】近年來，通過生物途徑改良鹽漬化環境，提高植物在鹽漬土壤中的生產力已成為改良鹽漬土的新方向[2-3]。生物有機肥是指特定功能微生物與動植物殘體為源并經無害化處理、腐熟的有機物料復合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應的肥料，可提高作物產量和品質，提高土壤肥力和改善土壤理化性狀， 增強土壤酶活性和微生物活性及多樣性，增強作物抗逆性，降低環境污染等[4-5]。目前已在西瓜[6]、 辣椒[7]、芥藍[8]等作物上應用研究。EM(Effective Microorganisms)生物菌肥是近些年研制出來的化肥替代肥料，能增加土壤有益微生物，促進土壤養分轉化，促進植株生長發育，增強植株的抗逆性[9-10]。EM菌是以光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主的10個屬80余個微生物復合而成的一種微生活菌制劑[11]。EM 菌能把氧化的土壤重新恢復為抗氧化狀態，無機元素全部活化，溶解后被根吸收, 能疏松土壤，減少土壤板結[12]。菌絲在土壤里活動，促進團粒結構形成，酸性和堿性土變成中性土，鹽分含量多的能緩解，使土壤中的小動物重新增多，土壤更肥沃[13]。【本研究切入點】有關EM真菌提高植物耐鹽性的作用機制尚需進一步系統研究。目前尚沒有有關EM菌對核桃幼苗生長的影響方面的研究。研究EM菌對在不同鹽濃度下核桃幼苗生長發育及耐鹽性的影響。【擬解決的關鍵問題】采用盆栽試驗，分析不同 NaCl濃度(0、0.4%、0.8%和1.2%)持續脅迫下，接種EM真菌對和田厚皮實生核桃幼苗耐鹽性的影響。為利用菌根制劑培育菌根化核桃苗以減輕土壤鹽堿脅迫提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在新疆農科院安寧區試驗站溫室內進行，供試核桃品種為和田厚皮實生核桃，在綜合性狀表現良好的母樹上采集完全成熟當年生優質厚皮實生核桃種子。共試EM菌(Effective Microorganisms，是以光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主的10個屬80余個微生物復合而成的一種微生活菌制劑)由新疆農業科學院微生物研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 育苗

采用清水對實生核桃種子進行為期7 d的浸泡，到大部分出現裂株苗開為止，每天換水2次。單株單盆栽植，栽植于棕色硬質塑料盆中，盆高40 cm，上口徑25 cm，下口徑20 cm，盆底帶孔，盆下墊有托盤。每盆基質相同且質量為2 kg，始終保持盆內土壤基質田間持水率在70%左右。核桃苗培育分為不接種 EM菌(CK)和接種 EM 真菌2個處理，每個處理60株。

1.2.2 鹽脅迫處理

核桃苗長至4～5片真葉時開始鹽脅迫處理，共設4個處理，對照(自來水，不加NaCl)，0.4%(占每次澆水質量的百分數，下同)，0.8%，1.2%，每個處理重復3次，每個重復5株苗。為防止鹽分流失，每次澆水后將托盤中的水倒回花盆中去。每3 d處理一次，處理后0和15 d各取一次樣，分別測定相關指標。

1.2.3 測定指標

處理15 d時，測量10株幼苗株高相對生長量和葉面積；分別取幼苗地上部和地下部分，用清水沖洗表面雜物，再用去離子水沖洗干凈，擦干水分后，分別稱鮮樣質量，105℃殺青15 min，75℃烘至恒重，稱干樣質量。

膜透性：用電解質外滲法測定相對電導率[14]。丙二醛(MDA)含量的測定：采用硫代巴比妥酸法(TRA法)測定丙二醛含量[14]。SOD、POD酶活性的測定：采用分光光度法，分別在560nm、240 nm和290 nm處比色[14]。

光合速率的測定：處理 15 d 時，10:30～12:30采用Li-6400型便攜式光合儀(LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)測定各處理標記葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(E)、胞間CO2濃度(Ci)。

1.3 數據處理

所有數據采用Excel 2010和 SPSS 16.0 軟件進行處理，顯著水平P<0.05。

2 結果與分析

2.1 AM真菌對NaCl脅迫下核桃幼苗生物量的影響

研究表明，根鮮重、根干重、冠莖鮮重、冠莖干重、相對株高生長量和葉面積隨著NaCl 鹽濃度的增加呈下降趨勢，與NaCl 濃度成反比。相反，根冠比隨NaCl 鹽濃度升高而升高，兩者之間成正比。隨著脅迫濃度的升高，核桃幼苗生物量化越大。NaCl 質量分數達到1.2%時，相對根鮮重、相對根干重、相對冠莖鮮重、相對冠莖干重、相對株高生長量、葉面積只有對照的 74%、52%、61%、59%、76%、75%。

雖然EM菌處理過的幼苗生物量也下降，但EM菌處理起到明顯的緩沖作用，整個實驗過程中，EM菌處理過的幼苗生物量顯著高于未處理過的幼苗。與對照相比，EM菌處理后，相對根鮮重、相對根干重、相對冠莖鮮重、相對冠莖干重、相對株高生長量、葉面積分別增加12%、14%、11%、17%、17%和29%，EM菌處理顯著增加幼苗的耐鹽性。表1

表1 AM真菌在不同NaCl脅迫下核桃幼苗生物量變化

Table 1 Effects of EM fungi on phytomass of walnut seedlings under NaCl stress

處理濃度EM真菌地下部地上部鮮重干重鮮重干重相對株高生長葉面積自來水CK31.51b15.53b20.54b12.27b21.55b35.80bEM菌35.42a17.68a22.87a14.38a25.26a46.28b0.4%NaClCK29.34b13.87b17.28b10.91b15.87b33.20bEM菌34.17a17.15a21.63a13.57a20.38a44.44b0.8%NaClCK26.57b10.25b15.35b8.36b10.93b29.78bEM菌31.75a15.31a19.72a11.25a16.44a43.32a1.2%NaClCK23.35b8.13b12.47b7.21b8.74b26.70bEM菌29.22a12.37a16.71a9.28a11.25a40.61b

2.2 EM菌對NaCl脅迫下核桃幼苗光合特性的影響

研究表明，在受到鹽脅迫的第15 d，無論是低鹽脅迫或高鹽脅迫，幼苗葉片的凈光合速率和氣孔導度都明顯下降。凈光合速率和氣孔導度下降的幅度隨鹽濃度的增加而增大。NaCl 質量分數達到1.2%時，葉片凈光合速率、氣孔導度只有對照的56%和61%，核桃葉片凈光合速率和氣孔導度對鹽脅迫較敏感。整個脅迫過程中，葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率變化幅度不是很大，NaCl 質量分數達到1.2%時，葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率分別占對照的83%和83%，說明，核桃葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率對鹽脅迫不是很敏感。EM菌處理顯著提高核桃幼苗光合能力，接種EM菌的核桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率顯著高于未接種的核桃幼苗。與對照相比，分別提高15%、13%、11%和25%。即使是在重度鹽脅迫條件下，接種EM菌的核桃幼苗凈光合速率和氣孔導度仍相對較高，分別占對照的71%和77%。圖1

圖1 EM菌對不同NaCl脅迫下核桃幼苗光合特性變化

Fig.1 Effects of EM fungi on photosynthetic characteristics of walnut seedlings under NaCl stress

2.3 EM真菌對NaCl脅迫下核桃幼苗葉片抗氧化系統的影響

隨著脅迫濃度的升高，各處理葉片相對電導率、MAD含量、SOD和POD酶活性總體呈上升趨勢，且上升的幅度隨鹽濃度的增加而增大。未接種EM菌的幼苗葉片相對電導率和MAD含量顯著高于接種EM菌的幼苗。與自來水處理相比，未接種EM菌的幼苗葉片相對電導率和MAD含量分別提高了19%、33%、56%和16%、26%、44%；接種EM菌的幼苗葉片相對電導率和MAD含量分別提高了13%、31%、50%和9%、26%、38%。鹽脅迫后沒有接種EM菌的幼苗葉片細胞質膜透性發生了嚴重損害。與之相反，EM菌處理顯著提高核桃幼苗抗氧化酶活性，低鹽脅迫和高鹽脅迫接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD活性顯著高于未接種EM菌的幼苗。與自來水處理相比，未接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD酶活性分別提高了64%、157%、230%和13%、31%、42%，接種EM菌的幼苗葉片SOD和POD酶活性分別提高了49%、101%、162%和15%、26%、45%。

鹽脅迫后，未接種EM菌的幼苗葉片相對電導率、MAD含量、SOD和POD酶活性變化幅度明顯大于接種EM菌的幼苗。EM菌處理提高幼苗葉片抗氧化能力，未接種EM菌的幼苗葉片受脅迫程度重于接種EM菌的幼苗。圖2

圖2 EM菌對NaCl脅迫下核桃幼苗抗氧化系統變化

Fig.2 Effects of EM fungi on antioxidant system of walnut seedlings under NaCl stress

3 討 論

生物量的改變是植物對鹽脅迫的綜合反映，也是評估植物鹽脅迫程度和植物抗鹽能力的比較可靠的標準[15-16]。研究結果表明，NaCl濃度為0.4%時，核桃幼苗生物量就開始下降，并且下降的幅度隨鹽濃度的增加而增大。NaCl濃度達到1.2%時，幼苗生長緩慢，相對根鮮重、相對根干重、相對冠莖鮮重、相對冠莖干重、相對株高生長量、葉面積占對照的 74%、52%、61%、59%、76%、75%，這表明核桃幼苗對鹽脅迫比較敏感。當植物受到鹽脅迫時，植物往往改變自身的細胞膜透性、氣孔大小、葉片中色素含量等，來減輕或避免對自身的傷害。研究結果表明，鹽脅迫條件，EM菌根化植株體內的生物量顯著高于非菌根植物。雖然EM菌根化的幼苗生物量也隨著鹽脅迫濃度的增加而下降，但EM菌明顯提高了幼苗的耐鹽性，起到明顯的緩沖作用。這可能是因為EM中的光合菌以植物根部的分泌物、土壤中的有機物等為基質，合成有利于植物生長的生理活性物質，提高土壤活力, 從而促進幼苗的生長[17]。

通常認為植物在脅迫條件下光合作用降低的原因包括兩個方面：其一是氣孔導度降低，進入氣孔的CO2減少，不能滿足光合作用的要求，稱為光合作用的氣孔限制，用氣孔限制值Ls表示；另一方面由于葉片溫度的增高，葉綠體活性與Rubiso活性降低、RuBP羧化酶再生能力降低，導致葉片光合作用能力降低，稱為光合作用的非氣孔限制[18-19]。研究發現，鹽脅迫降低了核桃幼苗光合能力。在NaCl質量分數小于等于0.4%時，實生核桃苗可正常生長；當 NaCl質量分數超過0.4%時，NaCl對幼苗生長及光合生理具有明顯的抑制作用，且隨著 NaCl質量分數的增大其抑制越明顯。當NaCl質量分數大于0.4%時，Ls隨NaCl質量分數增大而升高(數據未列出)。光合速率降低主要是受氣孔限制。接種EM菌的核桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率顯著高于未接種的核桃幼苗。即便是在重度鹽脅迫條件下，EM菌根化幼苗的光合能力也維持在較高水平。EM菌參與調節植物的光合作用，緩解鹽脅迫對核桃幼苗葉片光合作用的破壞，這可能是因為EM菌中的放線菌群從光合細菌中獲取氨基酸、氮素等作為基質，產生出各種抗生物質、各種維生素、各種生化酶、促生長因子，提高果樹的免疫功能。

植物受到鹽脅迫后，主動調動保護系統來調節細胞內活性氧的產生速率和MDA的形成，從而減輕細胞膜脂過氧化的傷害[20-21]。SOD和 POD活性越高，消除氧自由基的能力越強，植物的抗鹽能力越強。研究鹽脅迫下，幼苗葉片相對電導率電導率、丙二醛含量、SOD和POD酶活性明顯升高，這說明葉片細胞膜的通透性受到損傷，加速了 MDA 的積累，細胞自身的活性氧清除系統遭受破壞。 鹽脅迫后EM菌根化植株的SOD和POD活性顯著高于非菌根化植株，而作為生物在逆境條件下膜脂過氧化的終產物的丙二醛(MDA)含量和電導率則顯著低于非菌根化植株。EM菌處理降低了核桃幼苗葉片的活性氧水平，減少了膜脂過氧化產物 MDA 的積累。采用培育菌根化核桃苗進行育苗移栽可減輕鹽堿脅迫對核桃植株造成的傷害并有效促進核桃產量，實際應用中能否發揮抗鹽和促進生物量增加的作用，還需要進一步開展相關研究。

4 結 論

核桃苗接種EM菌根真菌后地上部鮮/干重、地上部鮮/干重、株高生長量和葉面積分別增加12%、14%、11%、17%、17%和29%。與對照相比，重鹽脅迫下，接種EM菌根真菌的幼苗葉片MDA 的積累降低15.7%；SOD、POD酶的活性分別提高44% 和23.2%；葉片凈光合速率和氣孔導讀分別提高26.6%和26.3%。