油桐人工林AMF多样性及接种试验研究*

郑科,景跃波，李荣波，卯吉华，向振勇，谷丽萍

(云南省林业和草原科学院 ，云南 昆明 650201)

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae，AM)是土壤真菌与植物根系形成的一种共生体，广泛存在于自然界中。大量研究已证实，AMF对促进植物生长，改善植物品质，增强植物对水分、养分(特别是对磷素)的吸收能力和提高植物的抗逆性等有显著作用[1-3]，油桐(Verniciafordii)的菌根共生已有研究报道[4]，同时还有研究报道丛枝菌根真菌接种对油桐幼苗的营养吸收和生长促进效应[5]，该研究选用4种AMF对油桐苗进行接种试验，得出摩西球囊霉(Glomusmoseae)能够显著促进油桐苗木吸收营养，然而油桐人工林的AM共生状况和AMF群落组成尚未见相关研究报道。为了充分利用AMF资源对油桐生长的促进效应、给予油桐先天生长优势，争取良好的丰产效果，本研究在云南油桐的主要栽培区之一，丘北县选择4 a生和10 a生2种油桐林分，对油桐植株的AM共生状况和AMF群落多样性进行研究，同时开展菌剂接种育苗试验与菌根苗大田初期造林生长指标测定，为菌根接种技术在油桐苗木培育与造林中的应用提供理论支撑和技术依据。

1 材料与方法

1.1 人工林AM共生状况和群落多样性

1.1.1 样品采集与AM真菌鉴定

2018年4月在云南省文山州丘北县，选择2种林龄(4 a生和10 a生)的油桐人工林对土壤进行pH值和营养元素含量的测定。采集油桐根系样品和根际土壤样品，检测根系中AM真菌的侵染率，对根系中AM真菌的染色处理参考杨亚宁等[6]的方法稍作调整，采用碱解离、墨水染色的方法，对处理好的根样进行显微观察，用十字交叉法检测和计算AM真菌的菌丝、菌丝圈、丛枝和泡囊等典型结构在油桐根系中的定殖情况[7]。采用湿筛倾析法[8]分离根际土壤中的AM真菌孢子，将湿筛得到的孢子进行计数，并观查孢子各项指征。AMF种的鉴定根据Schenck & Pérez 的《VA菌根真菌鉴定手册》[9]进行；对有代表性或特征明显的孢子和孢子果进行显微拍照(Olympus BX 53，Japan)。

1.1.2 AMF接种育苗

在探明了云南省文山州丘北县2种林龄油桐人工林中AM真菌的多样性及组成的基础上，开展苗木接种AM真菌的育苗试验，以研究根际土壤中的土著AM真菌对油桐幼苗的生长效应。试验同时采用1种商品化AM真菌菌剂“Endo”参与接种效果比较，该菌剂为美国Mycorrhizal Applications Inc.公司生产，含有4种AMF，分别为根内球囊霉(G.intraradices)、摩西球囊霉、聚丛球囊霉(G.aggregatum)和幼套球囊霉(G.etunicatum)，商品名为“Endo”。试验设有7个处理，分别是接种4 a生林分根际土壤(接种量分别为5 g/株和10 g/株)，10 a生林分根际土壤(接种量分别为5 g/株和10 g/株)，“Endo”菌剂接种(接种量为5 g/株和10 g/株)和不接种的对照(CK)。接种试验2019年4月在云南省林业和草原科学院温室进行，试验用苗为经过催芽后高度5～8 cm的幼苗，每一处理30株苗木。栽培基质为草炭+蛭石+珍珠岩，其体积比3︰2︰1，基质经121 ℃/2 h灭菌2次，灭菌第1次后，隔1～2 d灭菌第2次。所用容器为塑料营养杯，体积约250 mL。

生长3个月后，当年7月测定每株幼苗的苗高和地径。

1.1.3 菌根苗的造林试验

2020年3月初移出温室，在云南省林业和草原科学院后山树木园进行大田造林，之后每月调查生长状况一次，测定苗高和地径，每一个处理中随机抽取13株的数据。每个月月初测定生长指标一次，连定植时的初始数据一共测定4次。

1.2 数据处理与分析

数据采用SPSS软件分析。

2 结果与分析

2.1 不同年龄油桐人工林的AM共生状况和群落多样性

从表1中数据可见，4 a生油桐幼林的土壤呈酸性，而10 a生油桐林的土壤为中性稍微偏碱性。有机质、水解性氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾等土壤营养成分含量都是4 a生幼林的高于10 a生林分。特别是有机质和速效氮磷钾，4 a生的显著高于10 a生。表明4 a生油桐林幼林的土壤营养状况优于10 a生的。而交换性钙镁的情况则相反，10 a生油桐林分的高于4 a生幼林。

表1 两种油桐林分的土壤化学性质

对从云南丘北采集的两种不同年龄油桐植株分析发现，丛枝菌根真菌在油桐根系内普遍定殖，树龄大(10 a)的油桐具有更高的AMF定殖程度。10 a生的油桐，其根内4种AM真菌典型结构即菌丝、菌丝圈、丛枝和泡囊的定殖率分别为73.74%、33.39 %、67.34 % 和13.00%，显著高于4 a生的油桐幼树(表2)，该结果一方面表明随着树龄的增大，根系与AM真菌的共生程度更高，另一方面则可能是因为10 a生的油桐林分由于无施肥等土壤管理措施，土壤中的有机质、有效氮、有效磷等营养元素含量显著低于4 a生林分，因而宿主植物油桐需要更多的AMF侵染，以促进其对营养元素的吸收利用。油桐根样中AMF定殖的显微观察见图1。

表2 两种不同林龄油桐根系中AMF的定殖率及根际土中的AMF孢子密度

图1 油桐根系皮层细胞中共生的AMF菌丝及丛枝结构Fig.1 AMF hyphae and arbuscular structures in root corticalcells of V.fordii

孢子密度的情况则与根系中AMF侵染程度相反，4 a生油桐根际土壤中AMF孢子密度达1 388个/20g风干土，而10 a生油桐根际土的AMF孢子密度为742个/20g风干土。孢子作为一种抗逆性的结构，在相对幼龄的油桐根际含量高，可能是幼林营建的时间不长，整地造林等扰动促进了土壤中AMF孢子的大量产生而导致。两种林龄的油桐林分根际土壤中AMF的群落组成见表3。

表3 不同林龄油桐林分根际土壤中AMF孢子的种类数量及相对多度

从4 a生人工林和10 a生人工林中分别分离鉴定到AM真菌8种和5种。大果球囊霉(Glomusmacrocarpum)、地斗管囊霉(Funneliformisgeosporum)、微丛球囊霉(G.microaggregatum)和悬钩子硬囊霉(Sclerocystisrubiformis)为两种林分的共有种。4 a生油桐林分中，悬钩子硬囊霉为最优势的种类，相对多度达34.93%，其次是地斗管囊霉，相对多度为29.04%，第三是小果球囊霉(G.microcarpum)，相对多度为21.86 %。在10 a生的油桐林分中，大果球囊霉为最优势的种类，相对多度高达56.02%，其次是微丛球囊霉，相对多度16.85%，第三是悬钩子硬囊霉，相对多度为12.85 %。由以上研究数据可知，油桐林分在不同的林龄阶段，其系统中AMF的种类存在显著的差异，表现在所含有种类的不同，以及优势种也各异。然而，出现这样的差异应该与土壤pH和营养元素含量的各不相同有关，因为AM真菌的多样性同时受到宿主植物和土壤气候等因子的综合影响。本研究鉴定得出的部分油桐根际AM真菌孢子的显微观察见图2。

图2 油桐植株根际土中分离到的AMF孢子注：标尺长度为20 μmFig.2 Microscopic observation of AMF spores from rhizosphere soil of Vernicia fordii

2.2 油桐幼苗接种AM真菌的效应

接种土著菌种的处理，AM真菌对苗木高径生长的效应高于接种商品菌剂“Endo”，苗期表明油桐幼苗对土著菌种的响应更好，接种后幼苗生长指标基本优于对照。

油桐苗木培养3个月后，接种处理的苗木根系观察到了AMF的侵染(图3)。接种试验结果列入表4。结果表明AMF对油桐幼苗的生长具有较好的促进效应，今后在油桐苗木培育，特别是轻基质育苗中可以进一步加以应用。

图3 油桐幼苗接种处理后根系显微观察注：1、2为接种AM真菌处理的，可见根皮层细胞中AM真菌的定殖；3为不接种的对照。Fig.3 The microscopic observation on roots of Vernicia fordiitree seedlings after inoculation

表4 油桐幼苗接种AM真菌后的生长指标比较

2.3 油桐菌根苗造林效果

由表5结果可看出，7个处理中，生长4个月后，幼树高生长量从高到低依次为： “Endo”菌剂接种10 g/株>“Endo”菌剂5 g/株>10 a接种10 g/株>4 a接种10 g/株>不接种的对照>4 a接种5 g/株>10 a接种5g/株。除土著4 a接种5 g/株以及10 a生5 g/株外，其余4个接种处理，幼树的高生长均高于不接种的对照。

表5 不同处理对油桐幼树高度生长的影响Tab.5 The height growth of seedlings under differenttreatments in field cm

地径生长量从高到低的处理依次为：“Endo”菌剂接种10 g/株、10 a接种10 g/株、10 a接种5 g/株、4 a接种10 g/株、4 a接种5 g/株、不接种的对照、“Endo”菌剂5 g/株。其中“Endo”菌剂10 g/株和10 a接种10 g/株这两个处理的幼树的地径生长量显著高于不接种的对照。从以上结果可看出，AMF促进幼树生长的效应不但与接种菌种有关，而且与菌剂施用量有一定关系，菌剂在基质中的浓度越高，其效果越好。

表6 不同处理对油桐幼树地径生长的影响Tab.6 The ground diameter growth of seedlings withdifferent treatments in field mm

与苗期接种试验的结果稍有不同，在幼树期， “Endo”对油桐植株的促进生长效应较为显著，反映出商品化菌剂中的AMF菌株，可能在土壤环境中具有较强的适应能力，能够增殖形成更多的孢子，发挥出显著的效应。从以上结果可知，相同的AMF菌种，在苗期和幼树期的促生效应表现存在一定差异，但总的来说，AMF接种，在油桐根系中定殖和共生能够显著促进植株的高、径生长(图4)。

图4 各处理油桐苗大田种植初期生长指标

3 讨论与结论

(1)菌根是自然界中普遍存在的一种植物共生现象，它是土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养器官——根系形成的一种联合体。共生真菌从植株体内获取必要的碳水化合物及其他营养物质，而植物也从真菌那里得到所需的营养及水分等，从而达到一种互利互助、互通有无的高度统一。它既具有一般植物根系的特征，也具有专性真菌的特性。

(2)对从云南丘北采集的两种不同年龄油桐植株的分析发现，AMF在油桐根系内普遍定殖，树龄大的油桐具有更高的AMF定殖程度。孢子密度与根系中AMF定殖程度相反，4 a生油桐根际土壤中AMF孢子密度大于10 a生的。油桐林分在不同的年龄，其根系中AMF的种类存在显著的差异，表现在所含有种类的不同，以及优势种也各异。

(3)接种土著菌种的处理，对油桐苗木高径生长的效应高于接种从美国购买的商品菌剂，苗木培育期接种AMF试验结果表明，油桐对土著菌种的响应更好，接种后各处理的苗木长势基本优于对照。与苗期接种试验的结果稍有不同，在幼树生长期，商品菌剂对油桐幼树生长的促进效果较为显著，反映出商品菌剂中的AMF菌株，可能在土壤环境中具有较强的适应能力，能够发挥出显著的效应。菌根促进生长应该与菌剂浓度有一定关系，菌剂在基质中浓度越大，发挥作用越好。

丛枝菌根真菌接种对林木生长的促进效应已被证实[10-11]，但油桐上仅见个别的苗期接种试验报道[3]，且土著AMF的效应研究此前尚未见报道。本研究结果显示AM真菌(土著及商品等)对促进油桐植株前期生长的效应明显，今后大力开展油桐菌根化育苗研究，油桐菌根化育苗可以快速育出壮苗，有利于苗木大田种植后期植株的生长，得到更健壮的树体达到促进林木丰产栽培目的，进而促进油桐原料林的高效集约化培育。

(4)本试验仅研究了AM真菌接种在油桐育苗期以及幼树初期对其营养生长指标有促进效应，尚缺乏油桐生长后期的试验数据，下一步将继续观察接种对油桐生长的影响并尝试在成年林中实施接种商品菌剂试验，以期形成完整的AM接种油桐、促进其生长乃至丰产的技术。