有机磷和AM真菌对油茶生长、根系形态和光合作用的影响

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（江西农业大学 鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复国家林业局重点实验室，江西 南昌 330045）

油茶Camellia oleifera隶属于山茶科山茶属，在我国种植时间长，主要分布在我国长江流域及南方红壤地区[1]。油茶是木本油料树种之一，是以果实为主要产品的经济树种，其果实经过加工可制成高级保健品等一系列产品[2-3]。植物的生长发育离不开磷。近年来，为了提高产量，在油茶高产高效经营中主要通过施用大量的磷肥来增加土壤磷含量，造成土壤板结、土壤污染等问题，对生态环境产生一定的影响。因此，合理利用磷肥资源，提高作物产量，并减少环境风险，是我国油茶产业可持续发展中面临的突出问题[4-5]。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhizas，AM）真菌，是一类极为古老的土壤真菌，与80%以上的陆地植物形成共生关系。在作物生产过程中，AM真菌在改善植物对土壤中营养元素的吸收、提高作物产量等方面发挥重要作用[6]。土壤中磷元素主要以无机磷和有机磷形式存在，有机磷不易被植物吸收和利用，经转化后才能被吸收[7]。目前，国内外学者已证实AM 真菌能够促进植物对土壤中多种形态有机磷的吸收[8-9]。叶少萍等[10]、任爱天等[11]的研究结果表明，在一定磷水平下，接种AM 真菌可显著提高狗牙根Cynodon dactylon和紫花苜蓿Medicago sativa的株高、根长度等；马坤等[12]经研究发现，在不同干旱胁迫条件下，接菌处理可提高木棉Bombax ceiba体内磷元素的含量；吴晓蕾等[13]经研究发现，在一定的重金属胁迫条件下，接种AM 真菌可以提高黄瓜Cucumis sativus叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。

目前，有关AM 真菌对油茶吸收有机磷影响的研究鲜见报道。本研究中以1年生油茶实生苗为研究对象，探究AM 真菌和有机磷对油茶生长、根系形态、叶片光合参数等的影响，旨在提供有效促进油茶吸收有机磷的途径，为油茶高产高效集约化经营提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油茶植株为1年生实生苗，由江西省林业科学院提供。栽培前将油茶实生苗根部放入10%双氧水中消毒15 s，然后使用蒸馏水反复冲洗干净。AM 真菌菌剂为含有摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae真菌孢子、菌丝和宿主植物根段的砂土，购自长江大学根系生物研究所。

供试基质为河沙与红壤土的混合物（体积比1∶1）。河沙洗至不再浑浊。红壤土取自江西农业大学校园内，pH 为5.6，其有效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮、有机质含量分别为2.90、49.65、1.24、1.16、18.40 mg/kg。基质过2 mm 筛，进行高温（121 ℃）灭菌2 h。将供试基质装入塑料花盆（14.5 cm×15.0 cm），每盆约装1.5 kg。

供试有机磷肥为植酸钙C6H6Ca6O24P6，纯度89.00%，P 含量为20.86%。

1.2 试验设计

2018年4月，在江西农业大学实践基地大棚内进行试验。共设4 个处理：不接种AM 直菌，不施有机磷肥（CK）；接种AM 直菌，不施有机磷肥（A）；接种，施有机磷肥（AP）；不接种AM 直菌，施有机磷肥（P）。每个处理15 盆，共60 盆。在土壤中间挖孔，接种处理每盆加入60 g菌剂，不接种处理每盆加入等量的灭活菌剂。施有机磷肥处理的有机磷肥施用量为50 mg/kg。

油茶生长期间采用自然光照，并充分供水，分别在2018年8月和12月收获油茶植株，收获前测定株高、地径、叶面积、气体交换参数。

1.3 指标测定和统计

1.3.1 菌根侵染率

采用台盼蓝染色法对根系进行染色[14]，在显微镜（200 倍）下观察AM 真菌的结构，用十字交叉法统计AM 真菌侵染率，分别记录丛枝侵染率、泡囊侵染率、菌丝侵染率和总侵染率[15]。AM 真菌总侵染率为被AM 真菌侵染的交叉点数占总交叉点数的百分比，丛枝侵染率为含丛枝的交叉点数占总交叉点数的百分比，泡囊侵染率为含泡囊的交叉点数占总交叉点数的百分比，菌丝侵染率为含菌丝的交叉点数占总交叉点数的百分比。

1.3.2 生长指标和磷含量

使用直尺测量油茶植株高度，使用游标卡尺测量油茶地径，使用YMJ-B 叶面积仪测量油茶展开叶片面积。将油茶地上部分和地下部分分开，105 ℃条件下杀青15 min，70 ℃条件下烘干至恒质量，计算根冠比（根干质量/地上部分干质量）。采用EPSON PERFECTION V700 PHOTO 型扫描仪及WinRHIZO（Pro2012）根系分析软件测定根系构型。采用H2SO4-H2O2消煮法测定植株磷含量[16]。

1.3.3 光合指标

选择收获前晴天的9:00—11:00，以油茶生长点下第3 ～5 片展开叶为材料，使用LI-6400 便捷式光合仪（LI-COR 公司，美国）测定净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。测定时，CO2浓度定为400 μmol/(m2·s)，叶室温度设为26 ℃，光照强度为1 000 μmol/(m2·s)[17-18]。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 20.0 软 件进行数据处理和分析[19]，采用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法中的邓肯检验（Duncan’s test）进行显著性分析和处理间均值的比较，采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）方法检测接种处理、施磷处理间的交互作用。

2 结果与分析

2.1 有机磷对AM 真菌侵染油茶的影响

在2 个收获期，对照处理和仅施有机磷处理中未发现AM 真菌侵染。A 处理和AP 处理下油茶的菌根侵染情况如图1所示。由图1可见，与8月收获油茶植株相比，12月收获油茶植株根系AM 真菌的总侵染率均有所提高。A 处理和AP 处理下，8月收获油茶植株根系的总侵染率分别为49.67%、33.33%，主要为菌丝侵染，菌丝侵染率分别为41.33%、31.33%。A 处理和AP 处理下，12月收获油茶植株根系的总侵染率分别为57.67%、67.00%，主要为泡囊侵染，泡囊侵染率分别为27.67%、31.00%。油茶根系AM 真菌侵染情况可能与油茶的生长状况有关。

图1 不同处理下油茶的菌根侵染率Fig.1 Mycorrhizal infection rate of C.oleifera under different treatments

2.2 AM 真菌和有机磷对油茶生长和生理生化指标的影响

2.2.1 对油茶各生长指标的影响

不同处理下油茶的各生长指标见表1，其方差分析结果（P值）见表2。由表2可知，接种AM真菌（A 处理）对8月待收获油茶植株的叶面积和根冠比无显著影响，其余均有显著积极作用。接种AM 真菌（A 处理）显著影响到12月待收获油茶植株的生长；接种AM 真菌和施有机磷（AP处理）对其地径的影响存在交互作用。由表1可知，在2 个收获时间，接种AM 真菌明显提高了油茶的株高、地径和叶面积，A 处理的这些指标在8月收获前与对照相比分别提高了17.54%、8.75%、6.43%，在12月收获前与对照相比分别提高了17.64%、25.89%、41.63%。仅施有机磷对油茶植株的生长无显著影响。接种AM 真菌降低了油茶根系根冠比，A 处理的根冠比在8月和12月收获前与对照相比分别降低了18.25%、23.58%。结果表明，接种AM 真菌降低了油茶的根冠比，提高了油茶的株高、地径、叶面积，有利于植物的生长。

表1 不同处理下油茶各生长指标†Table 1 Biomass growth index of C.oleifera under different treatments

表2 不同处理下油茶各生长指标的方差分析结果（P 值）†Table 2 The results of variance analysis (P value) of various growth indexes of C.oleifera under different treatments

2.2.2 对油茶根系各形态指标的影响

不同处理下油茶根系的各形态指标见表3，其方差分析结果（P值）见表4。由表4可知，接种AM 真菌（A 处理）对8月收获油茶植株的根冠比无显著影响，其余均有显著积极作用；接种AM 真菌和施有机磷（AP 处理）对其根系长度、表面积和平均直径的影响存在交互作用。接种AM真菌（A 处理）显著影响到12月收获油茶植株的根系结构；接种AM 真菌和施有机磷（AP 处理）对其根系长度、表面积和体积的影响存在交互作用。由表3可知，不同处理对油茶根系各项形态指标有着不同程度的影响。在2 个收获期，接种AM 真菌对油茶根系生长有积极作用。与施有机磷相比，接种AM 真菌提高了油茶根系长度、根系投影面积、根系表面积、根系平均直径、根系体积，A 处理的各根系形态指标在8月收获前与对照相比分别提高了23.36%、6.51%、1.16%、5.3%、12.5%，在12月收获前与对照相比分别提高了37.13%、23.32%、7.76%、13.10%、13.04%。结果表明，接种AM 真菌后油茶根系的吸收范围扩大，为植物吸收营养元素提供了更多的场所，促进了植物的生长发育。

表3 不同处理下油茶根系各形态指标Table 3 Morphological indexes of C.oleifera root system under different treatments

表4 不同处理下油茶根系各形态指标的方差分析结果（P 值）Table 4 The variance analysis results of each morphological index of C.oleifera root system under different treatments (P value)

2.2.3 对油茶植株磷含量的影响

不同处理下油茶植株磷含量如图2所示，其方差分析结果（P值）见表5。由表5可知，接种AM 真菌（A 处理）对8月收获油茶植株地上部和根系磷含量均有显著积极作用；接种AM 真菌和施有机磷（AP 处理）对其根系磷含量的影响存在交互作用。接种AM 真菌（A 处理）显著影响到12月收获油茶植株磷含量的变化。由图2可见，接种AM 真菌后油茶植株的地上部和根系磷含量明显提高。接种AM 真菌（A 处理）、施有机磷（P 处理）、接种AM 真菌且施有机磷（AP 处理）后，8月收获油茶植株地上部磷含量分别比对照增加了101.80%、308.11%、156.76%，其根系磷含量分别增加了54.21%、127.81%、31.74%。接种AM 真菌（A 处理）、施有机磷（P 处理）、接种AM 真菌和施有机磷（AP 处理）后，12月收获油茶植株地上部磷含量分别比对照增加了61.98%、197.65%、43.66%，其根系磷含量分别增加了30.32%、78.34%、14.44%。结果表明，接种AM真菌能够提高油茶植株对磷元素的获取能力，间接改善其对有机磷的利用，在体内形成一定的磷储存，有利于油茶植株的生长。

图2 不同处理下油茶植株磷含量Fig.2 Phosphorus contents in C.oleifera under different treatments

表5 不同处理下油茶植株磷含量的方差分析结果（P 值）Table 5 The variance analysis results of phosphorus contents in C.oleifera under different treatments (P value)

2.2.4 对油茶叶片光合指标的影响

不同处理下油茶叶片各光合指标如图3所示，其方差分析结果（P值）见表6。由表6可知，接种AM 真菌（A 处理）对8月待收获油茶植株的各光合指标均有显著积极作用。接种AM 真菌（A处理）显著影响到12月待收获油茶植株叶片的光合作用。由图3可见，AM 真菌和有机磷2 个因素在不同程度上影响着油茶叶片的光合指标。与12月待收获油茶植株相比，8月待收获油茶植株叶片的光合指标均较高，可能与夏季温度高有关。按8月待收获油茶植株的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率由大到小排列，各处理依次为AP、A、P、CK，接种AM 真菌且施有机磷处理的各指标显著高于其他处理；按其胞间CO2浓度由大到小排列，各处理依次为CK、P、A、AP。12月待收获油茶植株的4 个光合指标的变化趋势基本与8月待收获油茶植株保持一致。结果表明，AM 真菌可以提升油茶叶片的气体交换能力，通过提高气孔导度，提高植株叶片的净光合速率和蒸腾速率。

图3 不同处理下油茶叶片各光合指标Fig.3 Photosynthetic indexes of C.oleifera leaves under different treatments

表6 不同处理下油茶叶片各光合指标的方差分析结果（P 值）Table 6 The variance analysis results of various photosynthetic indexes of C.oleifera leaves under different treatments (P value)

3 结论与讨论

AM 真菌的寄主范围广泛，其生活史与寄主植物息息相关。本试验中油茶AM 真菌侵染率为33.33%～67.00%，表明油茶是菌根植物，与AM真菌之间具有一定的亲和力，与王东雪等[20]的研究结果基本一致。冯欣欣[21]和刘永俊等[22]的研究结果表明，在黄土高原地区狼牙刺Sophora davidii和柠条Caragana korshinskii的AM 真菌侵染率的变化与宿主植物的物候有关。本试验中12月收获油茶植株根系的总侵染率高于8月收获油茶植株，可能是在2 个收获期油茶的生长状况不同，造成AM 真菌共生体的形成情况不同。植物各项生理生长指标之间关联紧密，生长量是植物生长状况的重要体现[23]。王东雪等[20]在试验中发现，接种AM 真菌可提高油茶的株高、地径等；舒波[24]在研究中发现，植酸钙和AM 真菌的协同作用显著提高了枳Poncirus trifoliate的株高和磷浓度。本研究结果表明，接种AM 真菌和施有机磷显著提高了8月和12月收获油茶植株的高、地径和叶面积。其原因可能是有机磷为AM 真菌的生长繁殖提供了更多的磷源，AM 真菌在油茶根系定殖后，能与植株形成根系-菌丝体结构，菌丝促进根系对矿质营养元素的吸收，提高了根系的获取能力，从而提高了油茶的生物量[25]。

植物根系吸收养分和水分的能力主要取决于根系形态[26-27]。韦竹立[28]的试验结果表明，接种不同AM 真菌均能显著增加玉米Zea mays的根系长度、根表面积等；陆爽等[29]的研究结果表明，在盐胁迫下菌根化紫花苜蓿根系表面积高于非菌根化植株。本研究中，接种处理显著提高了油茶根系长度、根系表面积、根系体积等，与前人研究结果一致。AM 真菌能诱导油茶根系产生更多的生长素，促进侧根的生长，从而改善油茶根系的形态，使菌根能在土壤中形成菌丝网格，为植物提供更多的吸收场所[30-31]。

植物叶片光合作用的能力间接影响着植物的生长。已有研究结果表明，AM 真菌对植物的光合作用有积极影响[32]。邹慧等[33]经研究发现，土著AM 真菌显著提高了西南桦Betula alonoides的光合参数，促进了其对磷的吸收。本试验中，8月收获油茶植株的光合能力比12月收获植株强，施有机磷条件下接种AM 真菌后，油茶植株叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均明显增加，胞间CO2浓度降低，表明外界温度会影响植物叶片的光合作用，AM 真菌能够提高油茶叶片的光合能力，增加气孔导度，使更多的外界CO2进入叶肉细胞，为光合作用提供更充足的原料[34]。

AM 真菌能进一步矿化土壤有机磷，有效提高根际土壤磷的利用率[35]。有研究者发现AM 真菌能够提高玉米[36]、高粱Sorghum bicolor[37]等寄主植物的磷含量。本试验中，施有机磷条件下接种AM 真菌后，油茶植株的磷含量显著高于非菌根油茶，而仅施有机磷对油茶植株的磷吸收影响不大，这与Ciereszko 等[38]的相关研究结果一致。其原因是AM 真菌可从土壤中吸收无机磷，扩大了植物根系吸收磷的范围，同时AM 真菌的菌丝能分泌特定物质改变其周围土壤的性质，以间接的方式影响植物的磷含量。

综上所述，油茶与AM 真菌形成共生关系，在施有机磷条件下，接种AM 真菌能够改善油茶植株根系的形态结构，提高油茶对磷等营养元素的吸收和利用，增强光合作用，促进植株生长。而AM 真菌促进油茶利用有机磷的作用机制尚未明确，有待进一步深入研究。