盐胁迫下丛枝菌根真菌对蒲公英矿质元素吸收的影响

徐嘉美，周昀晖，高璿濛，杨春雪

（东北林业大学 园林学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

由于土壤盐碱化现今日益加重，已成为全球范围内的土地退化问题，根据联合国教科文组织（UNESCO）和联合国粮农组织（FAO）的不完全统计，我国盐渍土及潜在盐渍化土壤的总面积约占全球盐渍土面积的10.40%，并且盐碱地分布广、类型多，修复极为困难，对我国环境和农业发展等方面都会造成严重危害[1-3]。盐碱土壤中过量积累的盐分会对植物的整个生长过程产生负面影响，在矿质营养方面，盐分会致使植物体内养分失衡或亏缺。因此，利用耐盐植物对盐渍土进行修复具有十分显著的生态意义和经济意义。

随着我国盐碱土治理与绿化事业的发展，应用耐盐碱并具有观赏价值的植物进行盐碱地修复越来越受到重视[4]。国内外都致力于通过生物途径使植物与土壤微生物共生，以达到植物更加适应盐渍环境，提高盐碱地利用率的目的[5]，而丛枝菌根真菌（AMF）被广泛应用其中。众所周知，AMF大量存在于盐碱生境，且能够于90%的植物根系定殖，有促进植物生长、发育，特别是协助植物根系吸收矿质营养元素、提高植物耐盐碱胁迫能力的功能[6-9]。菊科蒲公英属的蒲公英为多年生草本植物，花色亮丽，株型均匀一致，与其他植物布置花坛、花境或缀花草坪都易展现出自然群落的状态，并且蒲公英种植、养护成本低，近年来被逐渐推广于园林中应用[10]。此外，蒲公英能够生长于盐碱土，耐寒、耐旱、耐高温，生态适应性强，分布十分广泛，被认为是一种高耐盐植物[11-12]。

试验已证明，在松嫩草地不同pH 的盐碱生境下蒲公英根系均能够与AMF 形成共生关系，且定殖率达到100%，其中摩西斗管囊霉与蒲公英的亲和性最佳[13]，目前关于蒲公英矿质养分吸收水平对AMF和盐胁迫的响应尚未见报道。

本试验研究了不同浓度的NaCl 溶液处理下AMF 对蒲公英地上部大量和微量矿质营养元素吸收的影响，旨在为进一步利用AMF 提高蒲公英的耐盐性，恢复和改良盐碱化的农林及城市用地提供新思路，使兼具观赏、食用与药用价值的蒲公英得到更广泛的关注。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用蒲公英种子购自黑龙江省哈尔滨市花卉大市场，播种之前用0.3%的KMnO4溶液将蒲公英种子浸泡消毒30 min。供试摩西斗管囊霉菌剂由石河子大学绿洲农作物病害防控重点实验室提供，经检测，菌剂孢子密度为18 个/g。供试培养土为园土、河沙、蛭石以3∶1∶1（体积比）的比例混匀，在使用前将混合基质置于高压蒸汽灭菌锅，以121 ℃条件灭菌2 h 后充分降温以备用。胁迫处理溶液为NaCl溶液。

1.2 试验设计

试验设置接种摩西斗管囊霉处理与对照（不接种），并分别对2种处理施加不同浓度的NaCl胁迫。由前期预试验所得蒲公英对盐胁迫的生理响应值，设置 5 个胁迫梯度，浓度分别为0、100、200、300、400 mmol/L。在接种与对照条件下分别施加5个盐浓度的NaCl 溶液，共10 个处理，每个处理5 次重复，共50盆蒲公英苗。

采用层施法进行摩西斗管囊霉的接种，即先向每个花盆中（15 cm×15 cm）加入400 g 经高温灭菌的土壤，接着在上层平铺等量菌剂（每盆剂量为30 g），对照则加入30 g已灭菌的菌剂。将蒲公英种子播种于菌剂上，放入植物光照培养室中进行培养，每天平均光照时间14 h，培养室内光照强度5 000 lx，昼夜平均温度控制在24 ℃左右。在蒲公英生长60 d 时，检测到AMF 与蒲公英形成稳定共生关系后，对蒲公英进行不同浓度的NaCl胁迫，每隔1 d每盆浇200 mL NaCl溶液或蒸馏水。

1.3 测定项目及方法

NaCl溶液或蒸馏水处理10 d后，收获蒲公英植株。采用碱解离-Trypan blue染色法测定AMF的侵染情况[14]。选取不同盐浓度处理下长势基本一致的3株蒲公英，洗净后置于烘箱中，先以105 ℃杀青30 min，后通过70 ℃烘48 h至恒质量。将烘干后的蒲公英地上部进行粉碎，过0.15 mm筛。称取过筛后的样品0.1 g，加入硝酸-高氯酸（4∶1（V/V））在电热板150～180 ℃条件下使蒲公英样品消解完全，接着用超纯水将消解后的溶液定容到50 mL容量瓶，最后使用ICP-AES分析仪进行矿质元素含量的测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2019对数据进行统计处理并绘图；采用SPSS 22.0对数据进行独立样本T检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 蒲公英根系AMF的侵染情况

在接种处理60 d 后，镜检发现，AMF 与蒲公英形成了良好的共生关系，如图1箭头所指分别为接种后形成的菌丝与泡囊结构。盐胁迫处理结束后测定AMF 在蒲公英根系的侵染率，发现未接种处理的蒲公英植株没有AMF 侵染，而接种处理的植株在不同盐浓度条件下侵染率达到了54.2%～71.3%，侵染状况较好。

2.2 盐胁迫下AMF 对蒲公英体内K、Ca、Mg 含量的影响

从图2可以看出，无论是否进行接种处理，K在蒲公英地上部的含量随浇灌NaCl 溶液浓度的上升呈现先增后减的趋势。未接种处理时，K 含量在200 mmol/L 浓度下达到最大值；而接种处理时K含量最大值出现在100 mmol/L，并且浓度达到400 mmol/L 时，K 含量在2 种处理的蒲公英体内都为最低值。在NaCl浓度为0、100 mmol/L时，与CK相比，AMF增加了蒲公英体内的K含量，且100 mmol/L NaCl 处理使K 含量显著增加了23.57%（P＜0.05）；而在其他浓度下，AMF降低了K含量，与CK相比分别降低了24.74%、4.38%、26.92%。

由图3可知，不管是否进行接种处理，4种水平的盐胁迫均不同程度地增加了蒲公英地上部的Ca含量，对照的Ca 含量在盐浓度为300 mmol/L 时最高，较未胁迫处理增加了32.40%；而接种处理时Ca含量在盐浓度为400 mmol/L时最高，较未胁迫处理增加了42.22%。在100、400 mmol/L NaCl 浓度下，接菌处理时蒲公英地上部的Ca含量与不接菌相比分别增加了6.41%、8.76%；而在0、200、300 mmol/L NaCl 浓度下，接种丛枝菌根真菌使蒲公英体内的Ca含量降低，分别减少了10.36%、14.04%、22.32%，且在 200、300 mmol/L 浓度下，CK 与 AMF 处理间差异显著（P＜0.05）。

由图4 可知，无论是否进行盐分胁迫，摩西斗管囊霉的接种都能够提高蒲公英体内的Mg 含量。在5个盐分水平下，接种处理使Mg含量与对照相比分别提高了9.80%、14.31%、15.68%、2.93%、33.22%，并且在100、400 mmol/L盐胁迫时，未接种和接种摩西斗管囊霉处理之间呈现显著差异（P＜0.05）。无论是否接种摩西斗管囊霉，100、200 mmol/L的NaCl胁迫降低了蒲公英地上部分的Mg 含量，而NaCl 溶液浓度为300 mmol/L时，Mg含量开始略微增加。

2.3 盐胁迫下AMF 对蒲公英体内Fe、Cu、Zn、Mn含量的影响

从图5可以看出，未接种丛枝菌根真菌的蒲公英体内Fe含量随着所施加盐浓度的升高呈现先减少后增加的趋势，在盐浓度为200 mmol/L 时，Fe含量最少。在没有施加NaCl溶液和NaCl 溶液浓度为400 mmol/L 的处理条件下，接种AMF 降低了蒲公英体内Fe 含量，分别降低了20.40%、8.44%。在100、200、300 mmol/L 浓度的 NaCl 溶液处理下，摩西斗管囊霉不同程度地增加了蒲公英体内的Fe含量，分别较CK增加了10.27%、8.57%、34.19%，且在300 mmol/L浓度下，较未接种摩西斗管囊霉的处理差异显著（P＜0.05）。

从图6 可以看出，在未接种组中，200、300、400 mmol/L 盐胁迫处理使蒲公英地上部的Cu元素含量与未受盐胁迫相比表现出不同程度的下降；在接种组中，蒲公英地上部的Cu 元素含量随着盐胁迫程度的增加而呈现出逐渐降低的趋势，且在400 mmol/L 盐胁迫条件下Cu 含量达到最低值，与未受到胁迫相比降低了28.06%。在不同盐浓度条件下，接种处理均不同程度地提高了蒲公英地上部分的Cu 含量，且在 0、200、300 mmol/L 盐浓度时达到显著水平，与对照组相比Cu 元素含量分别显著提高了22.33%、43.99%和28.48%（P＜0.05）。

由图7 可知，无论接种与否，蒲公英地上部Zn元素的含量随着盐浓度增加均表现为先减少后增加，且在300 mmol/L 浓度下含量最低，在接菌和未接菌的蒲公英地上部Zn 元素含量分别为31.67、24.83 mg/kg。不管是否进行接种处理，经过NaCl胁迫后，蒲公英植株体内Zn 含量始终低于没有进行NaCl 处理的植株，NaCl 胁迫降低了蒲公英的Zn 含量。接种摩西斗管囊霉菌剂提高了在不同NaCl 水平下蒲公英地上部的Zn 含量，并且在盐浓度为200、300、400 mmol/L 时接种组与未接种组的 Zn 含量间差异达到显著水平（P＜0.05），与未接种植株相比分别增加了22.38%、27.55%、21.04%。

从图8可以看出，随着生长基质中盐浓度的升高，对照组以及经AMF 侵染的蒲公英植株体内Mn元素的含量都表现为先减少后增加的趋势，在200 mmol/L时达到最低值，但各个水平的盐胁迫对其影响并不明显。除100 mmol/L浓度外，其他NaCl浓度下接种处理的蒲公英体内Mn含量略低于未接种的植株，并且独立样本T 检验（P＜0.05）结果显示，当施加盐胁迫水平相同时，接种组与未接种组的蒲公英地上部Mn元素含量间未发现显著差异。

3 讨论

丛枝菌根真菌是普遍存在于不同生态系统中的一类寄生真菌，能与大多数陆生植物根系形成互惠共生关系[15]。AMF 与植物共生后表现出一定的侵染率是其发挥自身功能的基础。本试验结果显示，接种处理60 d 后，在蒲公英根系检测到明显的菌根结构，这与前期试验中[13]摩西斗管囊霉与蒲公英存在亲和性的结果相一致；在盐胁迫处理结束后，AMF 在蒲公英根系的侵染率达到了50%以上，说明蒲公英与AMF能够形成较好的共生关系。

矿质元素是植物生长发育过程中必不可少的物质基础，在盐渍土壤中，组成植物结构或参与植物新陈代谢的矿质元素与盐离子之间具有竞争关系，大量的Na+和Cl-等进入植物细胞会对其他营养元素的正常吸收、运输或分配产生阻碍[16-19]。尽管盐分对AMF 的定殖有负面效应，但在盐胁迫下AMF 能够改善植物生长状况[19]。孙子欣等[20]总结大量研究后发现，一方面，AMF 可通过提高植株吸水效率、扩展根系、分泌某些螯合物等途径对寄主植物吸收土壤矿质元素产生直接影响；另一方面，AMF 还可以通过提高植株生物量、增强抗胁迫能力、改善植物光合作用、调节土壤中植株根系群落的组成等途径对植物吸收与转运矿质元素产生间接影响。研究表明，接种AMF 有益于黄岑[21]、芦笋[22]对不同矿质元素的吸收。然而也有试验表明，AMF 在盐渍化土壤中对芦苇的矿质营养吸收没有显著影响，在非盐渍化土壤中能够表现出更好的菌根效应[23]。由此可见，在盐分胁迫下AMF对植物吸收矿质元素的影响具有多样性，可能取决于宿主植物种类、菌种或基质的盐浓度等多种因素的差异。

3.1 盐胁迫下AMF对蒲公英体内大量元素含量的影响

植物体内K含量与植物耐盐性呈正相关，在受到盐胁迫时，钾元素能够调控细胞内的离子平衡与细胞膨压，而在钠离子大量聚集的条件下，钾离子可以通过竞争性的抑制过多钠离子进入植物体来缓解钠离子对植株正常生长造成的渗透胁迫与离子毒害[24-25]。在一些盐生植物中，中浓度（100～200 mmol/L）的盐处理会提高K+的吸收率，以维持正常的K+/Na+[26]，这与本试验中浓度为100 mmol/L时的结果一致。曹岩坡等[27]通过探究盐胁迫对芦苇幼苗体内离子状况的影响发现，AMF可在一定程度上促进植株根系吸收转移K+、Ca2+、Mg2+，同时抑制Na+的吸收转移，这与本研究结果有所差异。因此推测，这可能是AMF提高蒲公英耐盐性的机制，通过选择性吸收养分来维持盐胁迫下营养元素之间的平衡，或者是AMF 定殖影响了根部细胞膜上转运相关酶的活性，也存在AMF 与宿主植物进行养分竞争的可能性，还需深入研究。

Ca 是细胞代谢的总调节者，对其他矿质元素的吸收也有重要的调节作用，并且Ca2+可以加强AMF 的定殖与孢子的形成；Mg 是组成叶绿素的成分中唯一的金属元素，植物体中Mg 的缺乏会阻碍叶绿素的合成[28]。在本试验中，无论是否接种AMF，盐胁迫均不同程度地增加了蒲公英地上部的Ca含量，这与张晓晖[29]的研究结论相符。冯固等[30]用泡囊-丛枝状菌根菌侵染无芒雀麦（Bromus inermis），虽改善了盐胁迫下植株对K元素的吸收，但对Ca含量影响不显著，并降低了Mg的含量。本研究结果表明，接种AMF 提高了蒲公英地上部分在不同盐浓度下的Mg 含量；而在200、300 mmol/L NaCl 溶液处理后，与对照植株比较，AMF显著降低了蒲公英对Ca 的吸收量，笔者认为这可能是由于菌根根际产生的草酸盐使土壤中有效的Ca2+转化为沉淀而无法被吸收，或者受到Ca2+、Mg2+之间竞争作用的影响，使二者中某一元素的有效性被降低。

3.2 盐胁迫下AMF对蒲公英体内微量元素含量的影响

虽然植物生长发育对微量元素的需求少，且微量元素在土壤中的含量甚微，但土壤微生物以及肥力的形成、土壤pH 值等与之联系紧密[31]。土壤pH升高会使Fe、Cu、Zn 和Mn 以氧化物或者氢氧化物的状态存在，元素的溶解度与有效性会由此降低，从而影响植物对营养元素的摄取。相关学者表示，AMF不仅能显著提高植物体内大量元素的含量，还有助于植物摄取微量矿质营养，特别是铜和锌[32]。在本研究中，NaCl 胁迫使蒲公英体内的Fe、Cu、Zn元素含量不同程度地降低，而接种摩西斗管囊霉提高了植株对Cu 和Zn 的吸收，也促进了蒲公英在一定浓度（100、200、300 mmol/L）盐胁迫下对Fe 的吸收。丛枝菌根真菌的这种作用在番茄[33]、小麦[19]上也有体现，这可能得益于AMF 与植物共生后形成的菌丝网深入到植物根系难以触及的土壤孔隙，同时AMF 定殖扩大了植物根系接触土壤的有效面积，使土壤中的微量元素更易被吸收[34]。

相关研究表明，AMF 在改善小麦[35]、西伯利亚白刺幼苗[36]对Mn2+吸收中的作用并不明显，这与本研究结果相一致。分析认为，这可能与蒲公英自身在逆境中的调节能力有关，蒲公英根系从土壤转运的Mn2+将缓解植物的营养亏缺状况，调节体内的氧化还原反应，促进蒲公英根尖细胞的分裂、伸长，并与Mg、Cu、Zn 等营养元素协同作用，使蒲公英在盐胁迫下维持一定的光合能力。总体来看，盐胁迫时AMF 对蒲公英地上部 Mn、Fe、Zn 元素的吸收呈现高—低—高的趋势，由高变低一方面可能是因为低浓度激发了植物自身对盐胁迫的应答，导致植物不能有效吸收矿质元素，另一方面也可能与土壤pH升高影响元素的溶解度有关；而在高浓度时蒲公英对几种元素的吸收开始增加很可能是因为AMF促进了植物某些耐盐基因的表达[37]，从而利于植物吸收所需营养元素。

4 结论

本研究结果表明，盐胁迫对蒲公英矿质元素的吸收有一定的抑制作用，而接种摩西斗管囊霉不同程度地提高了植物体内Mg、Cu、Zn、K、Fe 的含量，从而缓解了一定浓度的盐分对蒲公英造成的有害影响。研究结果为AMF-蒲公英共生体在盐渍化地区的推广种植提供了一定理论依据，也为利用生物措施改良盐碱土地以及盐碱化城市的园林绿化提供了新的方法。