内生真菌侵染对盐胁迫下黑麦草种子萌发的影响

张萍萍，胡龙兴，傅金民

(中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室，中国科学院武汉植物园，湖北 武汉430074)

土壤盐渍化是一个世界性的资源与环境生态问题，全世界有各种类型盐渍土约10亿hm2，约占全球陆地总面积的1/4[1]。土壤中过量的盐分对植物造成离子毒害和渗透胁迫等危害[2]，从而降低种子发芽率，抑制幼苗生长[3]，已成为影响农业生产和生态环境的严重问题。种子萌发是植物生长的关键阶段，也是植物生长过程中最为脆弱的时期，种子在萌发期对逆境的适应性直接关系到成苗后植株的生长状况。因此，提高种子萌发期的耐盐能力至关重要。

内生真菌广泛存在于植物的组织或器官中，与大部分禾草共生，并且可增加宿主的抗逆境能力[4-6]。Swarthout等[7]发现内生真菌可提高苇状羊茅(Festucaarundinacea)的抗旱能力，王正风等[8]发现带内生真菌的野大麦(Hordeumbrevisubulatum)比不带内生真菌的野大麦更耐盐，于汉寿等[9]也发现种子含菌率高的苇状羊茅和多年生黑麦草(Loliumperenne)在幼苗期有更强的抗虫能力。多年生黑麦草是草地生态系统中重要的植物之一，也是一种优良的冷季型草坪草，其优良的抗逆性与其共生的内生真菌有密切关系。已有研究表明，内生真菌侵染多年生黑麦草可以提高宿主的抗病虫、抗旱等能力[9-12]，但内生真菌对多年生黑麦草在盐胁迫下种子萌发的影响研究较少。本研究以NaCl模拟盐胁迫环境，采用自然生长状态下不同内生真菌侵染率的多年生黑麦草品种为材料，通过比较在盐胁迫下的发芽率、活力指数、根长、苗长、根/苗比等指标，探讨内生真菌在多年生黑麦草种子耐盐胁迫中所起的作用，以期找到内生真菌与黑麦草耐盐性的关系，为研究黑麦草-内生真菌共生体关系打下基础，为培育耐盐植物提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料 试验材料为16个多年生黑麦草品种的种子(表1)，参考南志标[13]的方法检测种子内生真菌侵染率，其中8个品种的种子被内生真菌低频率侵染(≤20%)，另外8个品种的种子被内生真菌高频率侵染(≥80%)。

1.2试验方法 试验于温室中进行，室温20～25 ℃，14 h光照。每个品种选取30粒均匀饱满的种子播种于垫有双层滤纸的培养皿内，滤纸分别用蒸馏水配成的不同浓度的NaCl溶液浸透，根据预试验，设定0(对照)、85、170、255 mmol·L-14个NaCl浓度梯度，每个浓度处理4个重复。每天加入适量蒸馏水以保持滤纸的湿度。从种子置床之后的第2天开始观察，以胚根突破种皮为发芽标准，每日统计萌发种子数，至第15天测根长和苗长。

表1 16个多年生黑麦草品种的内生真菌侵染率

1.3相关指标的计算 根据如下公式计算发芽率(GR)、发芽指数(GI)和活力指数(VI)：

式中，DG为逐日发芽数，DT为相应DG的发芽天数。

VI=GI×生长势(胚根长)；

相对发芽率、相对活力指数、相对根长、相对苗长、相对根苗比按照“相对性状指标(%)=各盐浓度处理下的性状测定值/对照的性状测定值”进行计算。

1.4数据处理 所得数据经Microsoft Excel 2003处理分析和图表制作，各相对性状指标采用SAS 9.0进行两因素方差分析和单因素方差分析，两因素方差分析用于比较内生真菌侵染率效应、盐胁迫处理效应以及二者之间可能存在的交互作用。若差异显著，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1盐胁迫下内生真菌对相对发芽率的影响 盐胁迫下高内生真菌侵染率种子和低内生真菌侵染率种子的相对发芽率均有不同程度的下降(图1)。低内生真菌侵染率种子的相对发芽率随着盐浓度的增加而明显下降，而高内生真菌侵染率的种子在中、低浓度(≤170 mmol·L-1NaCl)盐处理下的相对发芽率与对照差别不大，在高浓度盐(255 mmol·L-1NaCl)处理下才显著下降(P<0.05)，且在高盐(255 mmol·L-1NaCl)处理下的相对发芽率显著高于(P<0.05)低内生真菌侵染率种子的相对发芽率。

图1 盐胁迫下不同内生真菌侵染率多年生黑麦草种子的相对发芽率

2.2盐胁迫下内生真菌对相对活力指数的影响 各盐度处理降低了低内生真菌侵染率种子的相对活力指数，且随着盐浓度增加，相对活力指数下降程度增加。在高浓度盐(255 mmol·L-1NaCl)处理下活力指数最小，降至对照的16.9%(图2)。与对照相比，高内生真菌侵染率种子的相对活力指数在低浓度(85 mmol·L-1NaCl)盐处理下下降不明显，在中浓度(170 mmol·L-1NaCl)和高浓度(255 mmol·L-1NaCl)盐处理下明显下降，分别降至对照的53.6%和22.5%。在低、中浓度盐处理下，高内生真菌侵染率和低内生真菌侵染率种子的相对活力指数无显著差异，在高浓度盐(255 mmol·L-1NaCl)处理下，高内生真菌侵染率种子的相对活力指数显著高于(P<0.05)低内生真菌侵染率种子。

图2 盐胁迫下内生真菌不同侵染率多年生黑麦草种子的相对活力指数

2.3盐胁迫下内生真菌对相对根长的影响 随着盐浓度的增加，高内生真菌侵染率种子和低内生真菌侵染率种子的相对根长均呈先上升后下降的趋势(图3)。在低浓度盐(85 mmol·L-1NaCl)处理下分别为对照的115.76%和109.97%，在中、高浓度盐(≥175 mmol·L-1NaCl)处理下根长均小于对照。在各盐浓度处理下，高内生真菌侵染率种子和低内生真菌侵染率种子的相对根长差异不显著(P≥0.05)。

图3 盐胁迫下内生真菌不同侵染率多年生黑麦草种子的相对根长

2.4盐胁迫下内生真菌对相对苗长的影响 随着盐浓度的增加，低内生真菌侵染率种子的相对苗长逐渐减小，高内生真菌侵染率种子的相对苗长呈先上升后下降的趋势，且在低浓度盐处理下有最大值，为对照的107.1%(图4)。与对照相比，低内生真菌侵染率种子的苗长在低浓度盐(85 mmol·L-1NaCl)处理下变化不明显，在中、高浓度盐(≥175 mmol·L-1NaCl)处理下显著降低(P<0.05)。在低浓度盐(85 mmol·L-1NaCl)处理下，两组不同内生真菌水平种子的相对苗长差别不大，在中、高浓度盐(≥175 mmol·L-1NaCl)处理下，高内生真菌侵染率种子的相对苗长显著(P<0.05)大于低内生真菌侵染率种子。

图4 盐胁迫下内生真菌不同侵染率多年生黑麦草种子的相对苗长

2.5盐胁迫下内生真菌对相对根苗比的影响 根苗比反映了根和苗生长受盐胁迫程度的差异。与对照相比，在低浓度盐(85 mmol·L-1NaCl)处理下，不同内生真菌侵染率种子的相对根苗比均无明显变化；在中、高浓度盐(≥175 mmol·L-1NaCl)处理下，根苗比均低于对照(图5)。在同等盐浓度处理下，高内生真菌侵染率种子和低内生真菌侵染率种子的相对根苗比差异不显著(P≥0.05)。

3 讨论与结论

盐胁迫是作物生长过程中常遇到的逆境胁迫之一，给农业生产带来严重危害，它通过降低发芽率和活力指数，抑制根、芽生长而影响种子萌发[14-16]。内生真菌的菌丝生长于植物的不同器官、组织细胞和细胞间隙中，分布于叶片、叶鞘、种子、花、茎、根中[17-18]，其存在不可避免地会对宿主种子萌发、幼苗生长等一系列生命活动产生影响。一般感染内生真菌的植物比未感染内生真菌的植物更具生长优势。Clay[19]发现，在良好的萌发条件下，内生真菌侵染的黑麦草和高羊茅种子的发芽率均比相应的未侵染种子高10%左右。南志标[20]也发现内生真菌感染布顿大麦草(Hordeumbodganii)可增加每株的分蘖数及植株生物量。

图5 盐胁迫下内生真菌不同侵染率多年生黑麦草种子的相对根苗比

逆境胁迫下，内生真菌对宿主也起着重要影响。宋梅玲等[21]发现，在温度胁迫和干旱胁迫下，携带内生真菌的野大麦种子的发芽率、发芽指数均高于未携带内生真菌的野大麦种子。任安芝等[22-23]的研究也表明，在高浓度PEG处理下，内生真菌侵染提高了黑麦草种子的发芽率，但在低浓度PEG胁迫下，内生真菌侵染对黑麦草种子的发芽率影响不大。本研究中，内生真菌侵染对盐胁迫下多年生黑麦草种子的萌发和幼苗生长均有明显影响，在正常萌发条件(对照)和低浓度(85 mmol·L-1NaCl)、中浓度(170 mmol·L-1NaCl)盐胁迫下，内生真菌侵染对种子萌发率、活力指数、根长、苗长的影响不大，但在高浓度盐(255 mmol·L-1NaCl)胁迫下，内生真菌起着明显的增益作用，表现在高内生真菌侵染率种子的萌发率、活力指数、苗长等指标的下降程度均小于低内生真菌侵染率种子。

在本研究中，无论是高内生真菌感染率种子还是低内生真菌感染率种子其发芽率、活力指数、根长、苗长等在中高盐胁迫下均受到不同程度地抑制，这与王秀香等[24]、刘萍等[25]的研究结果一致。试验中发现，低浓度盐胁迫下根长增加，而在中、高浓度盐处理下则显著下降，且高侵染率和低侵染率品种之间无显著差异，表明内生真菌对盐胁迫下黑麦草根系的伸长没有明显的增益作用，适度的盐胁迫可促进根系伸长，增强根系的吸收作用，提高耐盐性，这可能是黑麦草耐盐的机制之一。低侵染率品种的苗长随盐浓度增加而降低，但高侵染率品种的苗长在低浓度盐胁迫下增加，在中高浓度盐胁迫下降低，且根/苗随着盐度增加而下降。这说明黑麦草幼苗对盐的敏感程度小于根，内生真菌对盐胁迫下黑麦草幼苗的增益作用明显大于根系。前人也有研究表明醉马草[26](Achnatheruminebrians)和红花[3](Carthamustinctorius)在种子萌发期，根比苗对盐更敏感，这可能是根直接与盐接触，导致受害更严重[27]。

内生真菌也并不总是对逆境中的宿主起增益作用，Cheplick等[28]发现干旱胁迫下，内生真菌减少黑麦草分蘖量，在干旱处理后的恢复期间，增益作用也甚微；任安芝[29]的研究也表明内生真菌并不能有效增强黑麦草的抗盐性。这可能是内生真菌与宿主的相互作用因基因型而异[28，30]，在前人的研究中，多是对某一基因型的感染内生真菌和未感染内生真菌植株进行比较，因而出现不尽相同的结果。在本试验中，内生真菌对宿主在高浓度NaCl胁迫下起着明显的增益作用，说明在自然状况下，内生真菌对提高宿主多年生黑麦草的抗盐能力起着增强作用。

综上所述，盐胁迫抑制了多年生黑麦草种子的萌发，而内生真菌侵染对多年生黑麦草种子在盐胁迫下的萌发具有增益作用，但增益程度与盐胁迫程度有关。在高盐胁迫下，高内生真菌侵染率种子的萌发率、活力指数、苗长等指标的下降程度均小于低内生真菌侵染率种子，说明自然状况下侵染内生真菌的多年生黑麦草在盐胁迫下具有更强的适应性。

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