丛枝菌根真菌对茶树抗旱性的影响

许平辉，王飞权，齐玉岗，张 璠，杨 乔，肖 斌

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)



丛枝菌根真菌对茶树抗旱性的影响

许平辉，王飞权，齐玉岗，张 璠，杨 乔，肖 斌

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)

丛枝菌根真菌；水分胁迫；茶树 抗旱性

丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhiza fungi，AMF)是一类能与寄主植物营养根系形成互利共生体——丛枝菌根，且具有非专一性活体营养的共生真菌。AMF能通过提高寄主植物的渗透调节能力，提高细胞吸水或保水能力，从而提高寄主植物的抗旱性。陈婕等[1]研究发现，水分胁迫下接种AMF提高紫穗槐叶片的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的质量分数。孔静等[2]发现在水分胁迫下接种AMF提高紫花苜蓿渗透调节物的积累。孔静[3]研究丛枝菌根真菌对紫花苜蓿、红豆草和白三叶草3种草本植物抗旱性的影响，结果表明，干旱胁迫使植物细胞内渗透调节物质如脯氨酸、可溶性蛋白与可溶性糖不断累积，接种AMF后植株的可溶性蛋白质量分数进一步增加，红豆草和白三叶草植株中的脯氨酸质量分数增加，从而调节细胞渗透压，提高寄主植物对干旱环境的适应。

AMF 的共生能够提高植物抗旱性的结论在许多寄主植物中已经得到证实[8]，然而有关 AMF 对茶树抗旱性影响的研究还比较少。本试验以‘平阳特早’为材料，利用人工模拟干旱的方法，探讨不同AMF对水分胁迫下茶树生长的影响，期待为AMF提高茶树抗旱性的研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

茶树选用健壮且长势一致的‘平阳特早’(Camelliasinensis(L.) O. Kuntze var.‘Pingyang tezao’)1 a生无性系茶苗，取自陕西省汉中市西乡县西北农林科技大学茶叶试验站。

菌种选用的是根内球囊霉(Glomusintraradices，简称G.i)、地表球囊霉(Glomusversiforme，简称G.v)和摩西球囊霉(Glomusmosseae，简称G.m)，由丛枝菌根真菌种质资源库(BGC)提供。

栽培容器是规格为盆口直径25 cm、盆底直径22 cm、盆高20 cm，底部有4个直径为1 cm排水孔的塑料盆，配有托盘，使用前用体积分数75%的酒精擦洗消毒。试验所用栽培基质是西北农林科技大学茶叶试验站的土壤、草炭和河沙以体积比1∶1∶1 的比例混匀。基质在烘箱中于160 ℃灭菌2 h，冷却至室温，然后再用同样条件灭菌2 h后放凉。每盆装干基质4.0 kg。

1.2 试验设计

试验土壤田间持水量为 40.5% ，共设2个水分条件。正常供水(WW)：土壤相对含水量75%；中度干旱胁迫 (DS)：土壤相对含水量35%。每个水分条件下设不接种(CK)和分别接种G.v、G.i和G.m共4个处理。接种处理每盆接种含有约1 800个孢子的菌剂，不接种处理施等量灭菌的菌剂。2016年4月，选取健壮且长势一致的茶苗进行盆栽培养，每盆4株，每处理10盆。通过遮阳网和补光灯控制光照，温度控制在20～28 ℃，空气相对湿度60%～70%，根据情况补充水分。缓苗2周后，每10 d浇1次营养液(小西茂毅营养液，pH调至5.0～5.5)，每盆每次300 mL。11月20日开始进行水分胁迫，最大光强为1 800 μmol/(m2·s)，温度控制在20～37 ℃，空气相对湿度 40%～65%。停止浇水后待土壤含水量自然消耗至设定标准，每天用称量法保持土壤含水量恒定。持续处理3周后取样测定各项指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 AMF侵染测定 用水将茶树根系洗净，称约0.5 g细根，剪成1 cm的根段，根部样品固定于FAA溶液中[V(φ=37%甲醛)∶V(冰醋酸)∶V(φ=50%乙醇)=18∶1∶1]用于测定AMF菌根侵染率。先将根部的固定液清洗干净，然后用w=5% KOH于80 ℃水浴中处理30 min，清水冲洗3次，用φ=2%盐酸酸化10 min，除去酸液后用w=0.12%的乳酸酚台盼蓝于80 ℃水浴中染色30 min，用等体积比的乳酸甘油混合液脱色，制片后在光学显微镜下观察，用网格交叉法测定[9]。

1.3.2 生物量的测定 鲜质量：从盆中取茶树植株，注意保证根部的完整性，然后将植株用清水冲洗干净，再用去离子水冲洗净，擦干后，分别称量地上部和地下部，即为鲜质量。

干质量：将茶树植株的地上部和地下部分别装入牛皮纸袋中，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘至恒量，分别称量地上部和地下部，即为干质量[10]。

1.3.3 电解质渗透率 选取相同叶位且大小较一致的叶片，用直径0.5 cm的打孔器取样10片圆叶于试管中，加入10 mL去离子水，封口，在25 ℃下浸泡处理12 h，用电导率仪测定电导率(R1)，然后沸水浴加热15 min，冷却后摇匀，再次测定电导率(R2)，电解质渗透率=R1/R2[11]。

1.3.4 渗透调节物质质量分数和MDA质量摩尔浓度测定 脯氨酸、可溶性蛋白、MDA分别采用酸性茚三酮法、考马斯蓝染色法[11]、硫代巴比妥酸法[11]测定。

1.4 数据处理

用Excel 2007对数据进行统计并制做相关图表，用SPSS 19.0统计软件对数据进行方差分析，以Duncan’s多重比较法(α=0.05)进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 AMF对水分胁迫下茶树生物量的影响

由表1可见，无论是正常水分还是水分胁迫下，未接种处理的鲜质量和干质量始终为4个处理中的最低水平。正常水分下G.v处理茶树地上部、地下部和植株的鲜质量、干质量显著高于CK、 G.m、G.i处理，而G.m、G.i处理与CK之间差异不显著(P>0.05)。水分胁迫下接种AMF的茶树的地下部和植株的鲜质量、干质量较CK都有显著增加(P<0.05)。水分胁迫下G.v 处理植株的干质量较CK增加最高，增加20.5%；其次是G.m处理，增加16.8%。不同AMF对茶树根系的侵染率有显著差异(P<0.05)，而且菌根侵染率在水分胁迫下显著提高。

表1 AMF对水分胁迫下茶树生物量的影响Table 1 Effect of AMF on biomass of tea plant under water stress

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

2.2 AMF对水分胁迫下茶树渗透调节物质的影响

植物在水分胁迫下通过调节细胞内的渗透调节物质增强对逆境的适应，脯氨酸和可溶性蛋白是植物体内2种重要的渗透调节物质。水分胁迫下接种AMF的茶树，其体内的脯氨酸和可溶性蛋白质量分数的变化如图1所示。由图1可知，正常水分条件下接种AMF的茶树叶片脯氨酸质量分数显著高于未接种处理，且G.v处理显著高于其他处理；而可溶性蛋白质量分数无显著差异(P>0.05)。水分胁迫下，接种AMF的茶树的脯氨酸和可溶性蛋白质量分数都显著高于未接种的处理(P<0.05)；脯氨酸和可溶性蛋白质量分数较CK分别高6.6%～24.6%和17.9%～23.8%。水分胁迫下，G.v处理的脯氨酸和可溶性蛋白质量分数都高于其他处理，但与G.m处理差异不显著(P>0.05)。脯氨酸质量分数和可溶性蛋白质量分数在植物遭受水分胁迫时变化趋势基本一致。

每个图中不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同 Different letters in each table mean significant difference(P<0.05)，the same below
图1 AMF对水分胁迫下茶树脯氨酸质量分数和可溶性蛋白质量分数的影响
Fig.1 Effect of AMF on proline and soluble protein mass fraction of tea plant under water stress

2.3 AMF对水分胁迫下茶树细胞膜透性的影响

MDA的产生还能加剧植物细胞膜的损伤，细胞膜的透性增大，电解质外渗，电解渗透率增大。由图2可知，正常水分条件下接种AMF处理的茶树MDA质量摩尔浓度显著低于未接种处理，电解渗透率无显著差异(P>0.05)。水分胁迫下，茶树MDA质量摩尔浓度和电解质渗透率都显著增高，分别增高78%和183%，说明水分胁迫对茶树细胞膜系统造成较大损伤。水分胁迫下，接种AMF的茶树的MDA质量摩尔浓度和电解渗透率都显著低于未接种的处理(P<0.05)；MDA质量摩尔浓度和电解渗透率较CK分别降低 23.8%～33.2.6%和27.0%～36.8%。水分胁迫下，G.v处理MDA质量摩尔浓度低于其他2个接种处理；而3个接种处理间相对电导率无显著差异(P>0.05)。

图2 AMF对水分胁迫下茶树MDA质量摩尔浓度和电解质渗透率的影响Fig.2 Effects of AMF on MDA molality and electrolyte leakage of tea plant under water stress

图3 AMF对水分胁迫下茶树超氧阴离子和过氧化氢质量分数的影响Fig.3 Effects of AMF on and H2O2 mass fraction of tea plant under water stress

2.5 AMF对水分胁迫下茶树SOD和POD活性的影响

由图4可知，水分胁迫使茶树叶片中的SOD和POD活性显著增高(P<0.05)。无论正常、水分胁迫下接种AMF处理茶树的SOD和POD活性显著高于未接种处理(P<0.05)。水分胁迫下，接种AMF处理茶树的SOD和POD活性显著增高(P<0.05)，分别比CK增高5.7%～25.4%和20.3%～40.2%；G.v与G.m处理的SOD和POD活性显著高于G.i处理和CK，而G.v处理的SOD活性最高，G.m处理的POD活性最高，但两处理间差异不显著(P>0.05)。

图4 AMF对水分胁迫下茶树氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的影响Fig.4 Effects of AMF on SOD and POD activities of tea plant under water stress

2.6 AMF对水分胁迫下茶树CAT活性和GSH质量分数的影响

由图5可知，正常水分下接种AMF处理茶树的CAT活性与CK无显著性差异。水分胁迫使茶树叶片中的CAT活性显著提高(P<0.05)；接种AMF处理茶树的CAT活性显著高于CK，其中G.v处理的CAT活性显著高于其他3个处理(P<0.05)，其CAT活性比CK高38.7%。

GSH是·OH的清除剂，对自由基具有间接或直接的清除作用，从而解除自由基毒害。由图5可知，无论正常、水分胁迫下接种AMF处理茶树的GSH质量分数显著高于未接种处理。水分胁迫使GSH的质量分数显著降低，接种AMF处理能够显著提高GSH的质量分数。水分胁迫下接种AMF处理茶树的GSH质量分数显著高于CK，其中G.v处理的GSH质量分数显著高于其他3个处理，其GSH质量分数是CK的1.28倍。

图5 AMF对水分胁迫下茶树CAT活性和GSH质量分数的影响Fig.5 Effect of AMF on CAT activities and GSH mass fraction of tea plant under water stress

3 结论与讨论

AMF侵染植物后形成丛枝菌根，通过外生菌丝扩大根系吸收面，增加对原根毛吸收范围外的水分和矿质元素的吸收能力[4,13]，促进植物的生长发育。该研究表明，水分胁迫显著抑制茶树的生长，而接种AMF可以显著缓解水分胁迫对茶树生长的抑制，提高茶树的生物量。水分胁迫下菌根侵染率较正常水分下高，说明水分胁迫促进AMF的侵染，这与前人结果一致[14]。不同菌种对水分胁迫的响应有显著差异，表明不同菌种的抗逆性存在差异性[15]。

水分胁迫下，植物通过增加细胞中各种有机或无机物质的积累来进行渗透调节[16]。本试验中，水分胁迫下接种AMF茶树的脯氨酸和可溶性蛋白质量分数都显著高于未接种处理，说明接种AMF提高茶树渗透调节物质的质量分数。在水分胁迫下，渗透调节物质的积累提高细胞液浓度，降低渗透势，提高细胞吸水或保水能力，维持植物光合作用、呼吸代谢和物质运输等一系列生理过程[17]，从而适应水分胁迫环境。

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(责任编辑：郭柏寿 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

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

2017-04-29

2017-06-08

陕西省茶叶产业技术体系(K3330215131)；陕西省技术统筹重点难题招标项目(2013KTZB-02-02)。

许平辉，男，硕士研究生，从事茶树生理生态研究。E-mail：xupinghui1221@163.com 通信作者：肖 斌，男，教授，主要从事茶树生理生态研究。E-mail：xiaobin2093@sohu.com

S571.1

A

1004-1389(2017)07-1033-08