醉马草内生真菌对其伴生种硬质早熟禾和针茅生长的影响

黄玺，李春杰，南志标，杨松，柴青

（农业部草地农业生态系统学重点开放实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州730020）

醉马草（Achnatheruminebrians）为禾本科、芨芨草属的多年生植物，是我国北方天然草原主要的烈性毒草之一。醉马草具有抗高寒、耐干旱等优势，加之家畜对其多不食，因此其在退化草地群落种间竞争中具有较大的优势，面积不断扩大，特别是在干旱、退化的草地中蔓延日益严重，某些省（区）醉马草已成为优势种群［1，2］。调查发现，我国甘肃、新疆、青海等省（区）醉马草植株的内生真菌带菌率很高，近乎100%［3］。内生真菌的存在可以提高带菌（E＋）醉马草的抗旱性［4－6］、抗虫性［7，8］、抗病性［9，10］、耐盐碱性［11］、抵抗线虫的能力［12］和对营养物质的利用效率［13］等。

植物竞争是目前生态学研究的重要领域，它是研究植物群落形成、发育、生长和种群生产力动态过程及环境因子作用机制的重要手段［14］。植被的生长状况主要受竞争、压力和干扰的综合影响，竞争是决定群落性质最主要因素。不同的植物物种具有不同的竞争策略，包括种间差异、幼苗出土时间、空间分布、邻体植物大小、竞争期长短、生物因素、地上竞争、地下竞争、土壤营养等，其中生物因素是影响物种竞争能力的重要因素之一，包括真菌和食草动物的影响。内生真菌感染的植株之所以具有更强的竞争能力是由于内生真菌的感染使植株发生了形态和生化上的变化［15］，如生物量增加、分蘖数增多、叶片伸长加快以及改变根系的发育程度等［16］。

有关带（E＋）与不带（E－）内生真菌的醉马草与其他禾草的竞争作用的研究尚属空白。本研究以我国天然草原广布的烈性毒草醉马草和其主要伴生种针茅（Stipacapillata）、硬质早熟禾（Poasphondylodes）为研究对象，探讨内生真菌的存在对醉马草与其他禾草之间竞争作用的影响，进而在草地畜牧业生产中有针对性的采取相应措施，发挥醉马草积极作用等方面提供理论依据和基础资料。

1 材料与方法

1.1 供试材料

醉马草、针茅和硬质早熟禾种子均于2007年9月采自甘肃省夏河县桑科草原，保存于农业部牧草与草坪草种子质量监督检验测试中心（兰州）5℃低温种质资源库。

1.2 试验设计

1.2.1 不带菌（E－）醉马草种子的获得 将带菌（E＋）醉马草种子在43℃温水浴中保存15 min后，升温至57℃温水浴再保温25 min［17］。

1.2.2 2种种子同时发芽 随机选取带菌（E＋）醉马草、不带菌（E－）醉马草、硬质早熟禾、针茅的种子各50粒。将带菌醉马草（E＋）和不带菌醉马草（E－）种子分别与其他2种种子按1∶1比例同时均匀摆置于直径15 cm的培养皿内，每皿铺1张用去离子水浸湿的滤纸，20℃恒温培养，第14天统计发芽率，测量胚芽和胚根长。4种种子单独发芽作为对照（CK），各设3个重复。

1.2.3 2种种子同时播种 2008年3月，随机选取带菌（E＋）醉马草、不带菌（E－）醉马草，分别与硬质早熟禾、针茅的种子按1∶1比例同时均匀播种于花盆（20 cm×25 cm）内，每盆内相间等距种植8株，各设6个重复。按同种方法单独种植以上4种种子作为对照（CK）。发芽后第1周至第8周，每周测量1次株高。

植物生长期间不施肥料并及时浇水保持土壤湿润，拔除盆中杂草。2008年10月，为了探究影响竞争力的形态特征，收获前测量针茅、硬质早熟禾以及醉马草的分蘖数，将供试植物的地上部和地下部放入80℃烘箱中烘干24 h获得植株的干重（生物量）［18］。

1.3 统计分析与作图

所有数据均用Microsoft Excel录入，并作图。采用SPSS 15.0 for windows统计分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 醉马草内生真菌对伴生种种子萌发的影响

与对照相比，硬质早熟禾、针茅种子与带菌（E＋）醉马草种子同时发芽时，可显著抑制它们的种子萌发及生长，其中发芽率分别下降了17.1%和13.6%，胚芽长分别降低了23.2%和16.3%，而对胚根长没有显著影响（P＞0.05）；与不带菌（E－）醉马草种子同时发芽时，对针茅和硬质早熟禾的发芽率、胚芽长、胚根长虽然有所抑制，但是与对照相比均没有达到显著水平（P＞0.05）。无论醉马草种子是否带菌，与硬质早熟禾、针茅种子同时发芽时，对醉马草的发芽率、胚芽长、胚根长均没有显著影响（P＞0.05）（表1）。

表1 不同处理对供试植物种子萌发的影响Table 1 Effects of different treatment on germination of recipient plants

2.2 醉马草内生真菌对伴生种幼苗生长的影响

在与醉马草混种时，硬质早熟禾在苗期的混种株高都低于单种株高（图1）。与单种硬质早熟禾相比，带菌（E＋）醉马草从发芽后第1周便显著抑制了硬质早熟禾的生长，发芽后前3周对其株高的抑制率从45.0%升至58.5%，到第8周时降到39.3%；与E－混种时，对硬质早熟禾的生长有一定的抑制作用，但与对照的差异没有达到显著水平（P＞0.05）（图1）。

针茅在与醉马草混种时，可以降低它的生长速率，使其在苗期的混种株高都低于单种株高（图2）。与单种针茅相比，带菌（E＋）醉马草从发芽后第1周便显著抑制了针茅的生长，对其株高的抑制率从第1周的11.4%升至第8周的39.6%；与E－混种时，针茅在苗期的株高虽然略有降低，但是与对照相比差异不显著（P＞0.05）。

图1 醉马草对硬质早熟禾苗期生长的影响Fig.1 Effects of A.inebrians on seedling growth of P.sphondylodes

图2 醉马草对针茅苗期生长的影响Fig.2 Effects of A.inebrians on seedling growth of S.capillata

与单种相比，混种条件下硬质早熟禾、针茅对带菌（E＋）醉马草、不带菌（E－）醉马草的苗期株高存在一定的影响，但是降幅较小，差异没有达到显著水平（P＞0.05），并且带菌（E＋）醉马草的生长速率明显高于不带菌（E－）醉马草（图3）。

2.3 醉马草内生真菌对伴生种分蘖与生物量的影响

2.3.1 分蘖数 带菌（E＋）醉马草对针茅、硬质早熟禾的分蘖数产生显著的影响，与单种相比分蘖数分别降低了41.67%和30.00%；与E－混种时，对针茅的分蘖数有一定的抑制作用，仅降低了8.33%，对硬质早熟禾的分蘖数略有促进作用，但是两者均没有达到显著水平（P＜0.05）。反之，硬质早熟禾和针茅对醉马草的分蘖数没有显著的抑制作用（P＜0.05）（表2）。

2.3.2 生物量 针茅和硬质早熟禾的生物量变化与分蘖数相似，与带菌（E＋）醉马草混种的生物量均小于单种生物量，单株总生物量分别下降了64.63%和28.18%；在与不带菌（E－）醉马草混种时，对针茅、硬质早熟禾的单株总生物量没有显著影响（P＞0.05）。醉马草与针茅、硬质早熟禾混种时，对醉马草的单株总生物量分别有一定的促进作用和抑制作用，但是变化不大，与单种时相比没有显著差异（P＞0.05）（表2）。

图3 醉马草在单种和混种条件下的苗期生长曲线Fig.3 Seedling growth of A.inebrians in monoculture and in mixture

表2 不同处理对供试植物生长表现的影响Table 2 Effects of different treatment on growth of recipient plants

3 讨论

本研究是带有内生真菌的醉马草对其主要伴生种的竞争作用的首次探讨。在发芽期，带菌（E＋）醉马草对针茅和硬质早熟禾的种子萌发和幼苗生长有显著的抑制作用（P＜0.05）；而不带菌（E－）醉马草对2种供试材料种子的萌发和幼苗生长没有显著的影响（P＞0.05）。相反，针茅和硬质早熟禾对带菌（E＋）、不带菌（E－）醉马草种子的萌发和幼苗生长均没有显著的影响（P＞0.05）。可能是带菌（E＋）醉马草由于内生真菌的存在表现出较强的自毒性之外，还可能释放出化感物质从而引起一定的化感作用。Malinowski和Belesky［19］研究表明，带菌高羊茅（Festucaarundinacea）种子提取液可以抑制三叶草（Trifolium）种子的萌发，产生的黑麦草碱（Loline）对其竞争具有生化他感作用。另外一些研究表明紫茎泽兰（Eupatoriumadenophorum）、豚草（Ambrosiaartemisiifolia）等菊科杂草也能产生化学物质，且化感作用强烈，使它们表现出很强的竞争力［20，21］。

在苗期，带菌（E＋）醉马草对针茅和硬质早熟禾的生长均有显著的抑制作用（P＜0.05），从发芽后第1周便显著抑制了2种供试禾草的生长；而不带菌（E－）醉马草对2种供试材料没有显著的影响（P＞0.05）。由于内生真菌的存在增强了醉马草对营养物质的利用效率，使带菌（E＋）醉马草捕获了更多的资源，从而在增加自身生长的同时抑制了其他禾草的生长。

在与醉马草混种时，带菌（E＋）醉马草对针茅和硬质早熟禾的分蘖数以及单株生物量均有显著的抑制作用（P＜0.05）；而与不带菌（E－）醉马草混种时，并没有对2种供试禾草的分蘖数以及单株生物量产生显著的抑制作用（P＞0.05）。内生真菌感染的植株与无内生真菌感染的植株相比，前者分蘖多［22］、单穗干物质含量高、叶面积大［23］、根生物量高［24］、牧草生长更快［25］。植物大小特征是预测植物相对竞争能力的最好指标，其中生物量是最为重要的参数，它能够反应植物相对竞争能力的64%左右［26］。本研究中带菌（E＋）醉马草生物量显著大于针茅、硬质早熟禾的生物量，在与带菌（E＋）醉马草混种时针茅、硬质早熟禾的单株生物量分别下降了64.63%和28.18%，而带菌（E＋）醉马草没有受到影响（图2），这表明带菌（E＋）醉马草的种间竞争大于种内竞争，而针茅、硬质早熟禾的种间竞争小于种内竞争，说明带菌（E＋）醉马草对针茅、硬质早熟禾具有持续的强竞争作用。另外，由于醉马草具有抗高寒、耐干旱等优势，加之家畜对其多不食，并且抑制了主要伴生种的生长和分蘖数，带菌（E＋）醉马草的快速生长使覆盖度增加从而降低针茅、硬质早熟禾的光合作用，而抑制2种禾草的生长；醉马草、针茅和硬质早熟禾都属于多年生草本植物，其生活史基本重叠，生态位重叠反映种群之间对资源利用的相似程度和竞争关系［27］，这就意味着一旦醉马草种群建立起来，其种群将不会出现空间的空余态位，从而能够可持续地抑制针茅和硬质早熟禾的生长。

［1］李学森，任继生，冯克明，等.醉马草生态控制的研究［J］.草业学报，1996，5（2）：14－17.

［2］史志诚.中国草地重要有毒植物［M］.北京：中国农业出版社，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］李飞.内生真菌对醉马草抗旱性影响的研究［D］.兰州：兰州大学，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］缑小媛.内生真菌对醉马草耐盐性影响的研究［D］.兰州：兰州大学，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］黄东益，黄小龙.禾本科牧草内生真菌的研究与应用［J］.草业学报，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.醉马草－内生真菌共生体生物学与生态学特性的研究［D］.兰州：兰州大学，2005.

［18］赵林，李保平，孟玲.施肥和刈割对紫茎泽兰和黑麦草苗期竞争的研究［J］.草业学报，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，邵华.化感作用的研究意义及发展前景［J］.应用生态学报，2001，12（5）：780－786.

［21］张新跃，唐川江，周俗，等.四川紫茎泽兰监测报告［J］.草业科学，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］王鹤龄，牛俊义，郑华平，等.玛曲高寒沙化草地生态位特征及其施肥改良研究［J］.草业学报，2008，17（6），18－24.