菌根接种与氮肥处理下木荷抗旱能力差异分析

吴有勤

摘要：为实现木荷科学营林，提升木荷抗旱性，采用菌根接种与施氮方法，探究了干旱胁迫下木荷幼苗生长生理方面的变化。结果表明：与正常75%土壤含水量相比，在40%土壤含水量条件下，苗木遭受明显的干旱胁迫，苗木高度（H）、地径（D）增量显著下降，叶片叶绿素含量（CP）、净光合速率（P_n）、水分利用效率（WUE）、胞间二氧化碳浓度（C_i）减小，蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）增大，相对水分亏缺率（RWD）、丙二醛（MDA）增加，SOD活性及可溶性糖（SS）、游离脯氨酸（Pro）含量降低。与单一性菌根接种、施氮处理相比，菌根+施氮复合性处理下苗木高径生长量最大，P_n、WUE最高。单一性菌根接种、施氮效果受到土壤含水率影响，其中正常水分条件下施氮处理苗木的高径增量及CP、P_n大于菌根处理，而在干旱胁迫下菌根处理苗木的CP、Tr、Gs、RWD低于施氮处理，Ci、SOD活性及SS、Pro含量高于施氮处理。以本試验检测的13个生长生理指标为评价指数进行苗木生长生理表现综合评价，得分表现为：任一土壤水分条件下复合性菌根+施氮处理〉单一性菌根或施氮处理，正常水分条件下施氮处理〉菌根处理，干旱条件下菌根处理〉施氮处理。研究认为，利用菌根接种与施氮交互处理能有效改善木荷幼苗的抗旱性。

关键词：木荷；抗旱性；丛枝菌根；氮素；生长生理

Analysis of differences in drought resistance of Schima superba under mycorrhizal inoculation and nitrogen fertilizer treatment

Wu Youqin

Qingyuan Bijia Mountain Forest Farm Guangdong Qingyuan 511800

Abstract： To achieve scientific afforestation of Schima superba and improve its drought resistance. This experiment used mycorrhizal inoculation and nitrogen application methods to explore the physiological changes in the growth of Schima superba seedlings under drought stress. The results showed that compared with the normal 75% soil moisture content， under the condition of 40% soil moisture content， seedlings suffered from significant drought stress， with a significant decrease in seedling height （H） and ground diameter （D） increment， a decrease in leaf chlorophyll content （CP）， net photosynthetic rate （Pn）， water use efficiency （WUE）， intercellular carbon dioxide concentration （Ci）， an increase in transpiration rate （Tr） and stomatal conductance （Gs）， and a relative water deficit rate （RWD） Malondialdehyde （MDA） increases， SOD activity and soluble sugar （SS） and free proline （Pro） content decrease. Compared with single mycorrhizal inoculation and nitrogen application treatment， the composite treatment of mycorrhizal inoculation and nitrogen application resulted in the highest height and diameter growth of seedlings， as well as the highest Pn and WUE. The effect of single mycorrhizal inoculation and nitrogen application is affected by soil moisture content. Under normal water conditions， the height diameter increment， CP， and Pn of nitrogen treated seedlings are greater than those of mycorrhizal treatment. However， under drought stress， the CP， Tr， Gs， and RWD of mycorrhizal treated seedlings are lower than those of nitrogen treatment， and the activities of Ci， SOD， SS， and Pro are higher than those of nitrogen treatment. The 13 growth physiological indicators detected in this experiment were used as evaluation indices to comprehensively evaluate the physiological performance of seedling growth. The scores were as follows： composite mycorrhizal fungi+nitrogen application treatment under any soil moisture condition>single mycorrhizal fungi or nitrogen application treatment， nitrogen application treatment under normal water conditions>mycorrhizal fungi treatment， mycorrhizal fungi treatment under drought conditions>nitrogen application treatment. Research suggests that the interaction between mycorrhizal inoculation and nitrogen application can effectively improve the drought resistance of Schima superba seedlings.

Keywords： Schima superba; Drought resistance; Arbuscular mycorrhizal fungi; Nitrogen; Growth Physiology

水是一切生命活动的基础。然而受到人类活动的影响，水资源日益减少。加之温室效应，全球气候变暖，干旱问题已成为当前最为严重的自然灾害问题^[1-3]。根据植物遭受胁迫时间与胁迫程度，干旱造成的伤害可分为弹性胁变和塑性胁变，前者属可逆伤害，后者则为不可逆的。但在一定胁迫范围内，植物通过不断进行生态适应性机制调整是能忍受这种伤害的。通常植物遭受干旱胁迫时，主要表现为生长发育受到抑制，生长量下降，减产明显^[4]。氮素作为三大主要矿质元素之一，直接影响着植物生长发育^[5-6]。水是植物体内一切代谢活动的重要载体，水分匮乏将导致植物养分吸收、运输养分能力减弱^[7]。研究表明，施氮能显著改善植物在干旱胁迫下的生长情况，但树种不同，遭受的胁迫程度不同，施氮量也不同^[8-9]。近年来，菌根技术在提升植物对养分吸收能力方面较为广泛。但在逆境胁迫下，探究菌根与施氮在提升植物抗逆能力方面的差异性与协同性的研究仍鲜少见^[10-11]。

木荷（Schima superba）作为我国南亚热带地区的重要造林树种，其干形优美、木材质地坚硬、鞣质含量高，具有较高利用价值和广阔应用前景^[12]。从木荷生长习性来看，属强阳性树种，对环境适应性较强，但调查发现，相较贫瘠、干旱地区，在土层深厚、肥沃、湿润的生境条件下生长表现最佳^[13-14]。与农业用地相比，林地立地质量普遍较差，极易受到环境胁迫方面的影响。为此，为提升木荷林分质量，推动产业发展，本试验以木荷幼苗为试验材料，通过菌根接种与施氮处理探究干旱胁迫下苗木生长生理方面的变化，旨在揭示菌根与施氮在提升木荷抗旱能力方面的应用潜力，为木荷人工林高效培育提供参考。

1.材料与方法

1.1 试验材料

通过采种育苗的方式，在木荷人工林中选择形质优良的单株进行采种。按常规方法在自然条件下苗圃中进行育苗，待苗木长至25 cm左右高时，将长势一致、生长健壮无病虫害的苗木移至装有按等体积比混匀的高温消毒过的珍珠岩、河沙、蛭石塑料盆（直径：18 cm，高28 cm）中备用。

1.2 试验方法

1.2.1 菌根苗培育

采用混合丛枝菌根化真菌地表球囊霉和摩西球囊霉为混合菌剂，将50 g菌剂（约含1000个摩西球囊霉孢子和300个地表球囊霉孢子）混入1.1育苗基质中。接种菌剂1个月后，利用醋酸墨水染色进行菌根浸染情况分析^[11]。

1.2.2 试验处理

以未接种菌根苗木为参照（C），接种菌根成功的苗木（M）為研究对象，采用称重法设置75%（C）和40%（W）两种土壤含水量，以分析纯硝酸铵试剂为氮源，采用根外追肥的方法，按每盆每株一次性施放8 g施用量进行施氮处理（N）。共8个处理，即：CC（75%含水量+未接种菌根）、CM（75%含水量+接种菌根）、CN（75%含水量+施氮）、CMN（75%含水量+接种菌根+施氮）、WC（40%含水量+未接种菌根）、WM（40%含水量+接种菌根）、WN（40%含水量+施氮）、WMN（40%含水量+接种菌根+施氮）。每处理4重复，每重复30盆苗。试验在透光性好、避雨的塑料大棚中进行，试验处理周期1个月。

1.2.3 指标分析

苗高、地径增量：在试验处理前与处理30 d时，分别用卷尺、游标卡尺进行苗高、地径测定，再计算出苗高增量和地径增量。

叶绿素含量：试验处理结束时，采用便携式叶绿素速测仪进行各处理植株中上部功能叶片叶绿素含量测定，每处理重复测定4次。

光合作用参数：试验处理30 d时，在晴好天气采用Li-6400光合作用仪进行活体植株叶片净光合速率（P_n，μmol·m²·s^-1）、蒸腾速率（T_r，mol/m²s）、水分利用效率（WUE，μmol ·mmol^-1）气孔导度（G_s，mmol·m²·s^-1）及胞间二氧化碳浓度（C_i，μmol·mol）测定，每处理进行4次重复测定。

相对水分亏缺（RWD）：试验处理结束时，将各处理新鲜叶称质量（F₁）后用去离水浸泡8 h，称量后获得饱和鲜质量（F₂），杀青后于80℃下烘至恒干质量（F₃）。RWD计算公式为：RWD（%）=（F₂-F₁）/（F₂-F₃）×100。

丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法进行测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑比色法行测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法测定。

1.3 数据处理

数据采用SPSS19.0进行单因素差异性分析和主成分分析。处理间多重比较采用LSD法，两个处理间差异分析采用t-test法进行比较。

2 结果与分析

2.1 幼苗生长变化

由图1可知，与正常75%土壤含水率对照相比，在土壤含水率为40%时，木荷苗高、地径增量均显著下降，这说明在该土壤水分条件下，供试幼苗遭受了明显的干旱胁迫。从菌根、施氮处理效果来看，在单一性的菌根接种、施氮或菌根+施氮复合处理下，任一土壤含水率条件下的苗木高度、地径均以菌根+施氮复合处理下的生长量最大。从干旱胁迫下，菌根、施氮的作用来看，无论单一性或复合性菌根、施氮处理，苗木高径增量均低于正常土壤含水量处理，但与40%土壤含水量时未接菌根和施氮的对照相比，苗高增量、地径增量均明显增大。这反映了，菌根接种、施氮处理均能有效改善幼苗遭受的干旱胁迫伤害，且整体上以二者复合性使用效果最佳。

图中不同小写、大写字母分别表示同一土壤含水量不同处理及同一处理两个土壤含水量间差异显著（P<0.05）。

2.2 幼苗生理指标变化

表型生长表现受到生理指标变化的影响^[2]。为进一步分析菌根、施氮作用机制，对木荷幼苗叶片在光合特性、水分含量、膜脂过氧化及渗透调节物质方面进行了研究。表1试验结果表明，在40%土壤含水量条件下，叶片叶绿素含量下降，净光合速率（P_n）、水分利用效率（WUE）、胞间二氧化碳浓度（C_i）减小，蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）增大，相对水分亏缺率（RWD）、丙二醛（MDA）增加，SOD活性及可溶性糖、游离脯氨酸含量降低。从菌根、施氮作用效果来看，在土壤含水量正常时，菌根与施氮交互作用导致叶片叶绿素含量、Pn、WUE、Ci 显著增加，而在土壤含水量降至40%时，菌根与施氮交互作用引起叶绿素含量、Pn、WUE增大，Tr、Gs、RWD、MDA含量减小，SOD活性与可溶性糖、游离脯氨酸含量增大。从同一菌根、施氮处理下两种土壤含水量间幼苗叶片生理指标差异来看，除施氮处理下两种土壤含水量间叶片可溶性糖与游离脯氨酸含量无显著性差异外，其余指标在两种土壤含水量间均差异显著。这说明，干旱胁迫导致木荷幼苗光合能力下降，叶片水分亏缺，膜脂过氧化明显，抗氧化及渗透调节能力下降，而菌根与施氮交互处理减轻了幼苗受到的生理胁迫伤害，但整体上仍受到干旱胁迫的影响。

2.3 生长生理表现综合评价

从本试验生长生理指标变化结果可知，处理不同，指标不同，变化趋势也不同。为科学、直观地对菌根、施氮作用效果进行分析，以苗高（H）、地径（D）增量及叶绿素含量（CP）、Pn、Tr、WUE、Gs、Ci、RWD、MDA含量（MDA）、SOD活性（SOD）、可溶性糖含量（SS）、游离脯氨酸含量（Pro）等13個指标为评价指数，利用主成分分析法对各处理幼苗的生长生理表现进行综合评价。

根据表2分析结果，成分1和成分2的初始特征值大于1，且其累积贡献率大于85%，达90.78%。结合图2A中碎石图可以看出，成分1和2特征值较大，从成分3开始特征值明显减小，变化趋于平缓，因此分别以成分1和成分2作为因子1（F1）和因子2（F2）进行主成分分析。

从图2B中可以看出，生长生理指标间存在明显的关联性。其中，Gs、Tr、RWD、MDA在X轴负半轴，代表这几个指标与幼苗抗旱能力负相关，即Gs、Tr、RWD、MDA值越大，幼苗受到的干旱胁迫伤害越大，抗旱能力越差；H、D、CP、WUE、Ci、Pro在X轴正半轴，则表明这几个指标值越大，幼苗受到胁迫伤害程度越低，抗旱能力越强；SOD、SS、Pro在Y轴正半轴上，则说明这几个指标变化存在双重性，反映在干旱胁迫下幼苗的自我调节能力。这表明，指标不同，其变化趋势不同，反映的结果也不同，进行指标综合评价是很有必要的。

A：碎石图；B：空间组件图

经SPSS19.0统计分析软件可计算出各处理幼苗综合得分。由表3综合评分结果得知，在同一土壤含水量条件下，均以菌根与施氮交互处理下幼苗综合生长生理表现最佳。其中，在40%土壤含水量条件下，通过菌根与施氮复合处理（WMN），幼苗综合得分（0.52）甚至

高于正常土壤含水量条件下仅接种菌根处理（CM，0.31）和对照处理（CC，0.14）。这说明，通过菌根接种+施氮处理能显著提升木荷幼苗的抗旱能力。

3. 结论与讨论

本试验研究表明，木荷属干旱敏感型树种。在40%土壤含水量处理1个月，幼苗的高径生长量显著减少。与单一性的施氮、接种菌根相比，菌根+施氮的复合处理能更有效地改善苗木生长，这反映了菌根与施氮间存在加效性。微生物作为自然界广泛存在的一种生物，与植物间的协同性、共生性是被普遍认可的。丛枝菌根作为一种内生性真菌，在提高植物环境适应性方面已有大量报道^[15-16]。本试验首次发现，在干旱胁迫条件下，通过与施氮措施联合处理，大幅提升了木荷的抗旱能力，说明以后在木荷营林过程中，可通过培育菌根化苗木与补充氮肥方法改善缺水生境条件下的林木生长情况。此外笔者发现，单一性菌根接种或施氮效果依赖于土壤含水量。其中，在正常土壤含水量条件下，施氮处理下的苗木生长量大于菌根处理，菌根处理下苗木生长量与对照处理无显著差异，而在40%土壤含水量下，菌根化苗木生长量〉施氮处理〉对照。这表明，菌根在干旱胁迫条件下的处理效果优于正常生长条件，暗示了今后在立地质量较差的林地可加强菌根苗的推广应用，而在立地指数较高的林地可通过加强氮肥施用即可。

叶片的净光合速率（P_n）是影响植物生长量的重要生理指标^[17]。菌根、施氮处理显著影响了木荷幼苗叶片的P_n，整体上均以菌根+施氮处理下的P_n最大。植物P_n与叶片叶绿素含量与气孔导度（G_s）密切相关，一般叶绿素含量越高、叶绿体活性越强，气孔导度越大，二氧化碳流通速率越高，P_n越大^[17-18]。从施氮、菌根对与P_n关联性较强的叶绿素含量与G_s的影响来看，任一土壤含水量条件下，施氮处理下的叶绿素含量均显著高于菌根处理，Gs在正常含水量时不受菌根或施氮处理的影响，但在土壤含水量为40%时，G_s大小表现为：菌根处理〈施氮处理〈对照。研究表明，G_s不仅与进出细胞二氧化碳量有关，也与蒸腾速率（T_r）密切相关^[19]。笔者注意到，在干旱条件下，与施氮处理相比，菌根处理下的T_r减小，水分利用效率（WUE）虽未显著变化，但叶片相对水分亏率（RWD）显著下降，同时SOD活性、可溶性糖与游离脯氨酸含量显著升高。这反映了，施氮通过增加叶绿素含量来提升植物的光合能力，从而改善植物生长，而菌根主要是通过增强干旱胁迫下植株抗氧化与渗透调节能力来降低水分亏缺，减轻干旱诱导的生理胁变，从而实现对植株抗旱能力提升，这揭示了施氮与菌根处理下木荷幼苗的干旱适应机制是完全不同的。

抗氧化酶活性与渗调物质是干旱胁迫下评价植物生理响应的重要指标^[20-21]。在本试验研究中，SOD活性与可溶性糖、游离脯氨酸含量的变化受到土壤含水量和干旱缓解措施的影响，即是说土壤含水量不同，施氮、菌根处理下3个指标的变化趋势也不同。其中，在75%土壤含水量条件下，施氮、菌根处理对SOD活性与可溶性糖、游离脯氨酸含量均无显著影响，而在40%土壤含水量下，各处理间三个指标大小均表现为：菌根+施氮〉菌根〉施氮〉对照处理，这与上述干旱胁迫下各处理生长表现趋势是一致的，结合受施氮、菌根处理的影响，两种土壤含水量间3个指标的不同变化趋势，说明SOD活性、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量对干旱胁迫下菌根、施氮处理响应极为灵敏，可作为判断木荷幼苗抗旱性的可靠指标。

植物抗性评价是筛选抗性种质，提升林分质量的重要前提与保障^[22]。笔者利用主成分分析的数学手段，进行了不同土壤水分条件下菌根接种、施氮处理后木荷幼苗生长生理表现综合评价。从得分结果来看，菌根+施氮复合处理得分高于单一性处理，而就单一性处理而言，正常生长条件下施氮处理高于菌根处理，干旱条件下菌根处理则高于施氮处理，这与各处理条件下的生长表现是一致的，说明该评价结果是可靠的。但值得注意的是，干旱胁迫条件下菌根+施氮处理综合评分高于正常生長条件下的对照及菌根处理，这与实际是略有不符的。这可能与本试验处理周期较短（1个月）有关，表明在短期内干旱胁迫下，利用菌根与施氮措施能有效增强木荷干旱适应性，但干旱时间延长，或在土壤含水量低于40%的高强度干旱条件下，是否仍能获得理想的干旱缓解效果需要进一步通过完善试验方案来进行验证。

参考文献：

• Zhao C Q， Chen M， Hou X C， et al. Effects of drought stress on the growth and physiological characteristics of switch grass [J]. Journal of Arid Land Resources and Environment， 2015， 29（3）： 126-130.
• 杨云， 周宇， 班秀文， 等. 干旱胁迫对薏苡幼苗形态和生理特征的影响[J/OL]. 分子植物育种，（2023-07-07）[2023-08-01] http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20230706.1405.006.html.
• 韩芬， 何倩， 靳雪琴， 等. PEG-6000模拟干旱胁迫对食叶草种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 现代农业科技， 2023（2）： 184-187.
• 张士功，刘国栋，刘更另. 植物营养与作物抗旱性[J]. 植物学通报， 2001， 18（1）： 64-69， 63.
• 李玉静， 冯雨晴， 赵园园， 等. 不同形态氮素吸收利用及其对植物生理代谢影响的综述[J]. 中国农业科技导报， 2023， 25（2）： 128-139.
• Selvam R， Santhi R，Maragatham S， et al. Effect of initial soil fertility and integrated plant nutrition system on yield and NPK uptake by barnyard millet[J]. International Journal of Plant & Soil Science， 2022，
• 孙哲， 范维娟， 刘桂玲，等. 干旱胁迫下外源ABA对甘薯苗期叶片光合特性及相关生理指标的影响[J]. 植物生理学报， 2017， 53（5）： 873-880.
• 蒲璇， 王凌晖. 施氮水平对4个景观树种光合特性及抗旱性影响[J]. 西部林业科学， 2023， 52（5）： 146-154.
• 尉秋实， 赵明， 李昌龙， 等. 不同土壤水分胁迫下沙漠藏的生长及生物量的分配特征[J]. 生态学杂志， 2006， 25（l）： 7-12.
• 李元敬， 刘智蕾， 何兴元， 等. 丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系[J]. 应用生态学报， 2014， 25（3）： 903-910.
• 吴子龙， 赵昕. 丛枝菌根真菌不同接种时期对喜树幼苗光合特性的影响[J]. 北方园艺， 2014（13）： 65-68.
• 倪健. 中国木荷及木荷林的地理分布与气候的关系[J]. 植物资源与环境学报， 1996（3）： 28-34。
• 刘其文. 木荷人工林经营效果分析[J]. 福建林业科技， 2008， 35（4）： 24-28。
• 李可见， 白青松， 尧俊， 等. 我国木荷培育和利用研究进展[J]. 林业与环境科学， 2021， 37（6）： 188-195。
• 毕银丽， 薛子可. 丛枝菌根真菌提高植物高温胁迫抗逆性及在矿区生态修复应用展望[J]. 中国科学基金， 2021， 35（6）： 933-939。
• 陈亮， 蔡咏欣， 雷惠敏，等. 亚热带丛枝菌根与外生菌根森林对土壤氮循环的影响[J]. 生态学杂， 2022， 41（2）： 218-226。
• 南吉斌， 旦增尼玛， 单增罗布，等. 西藏8种灌木光合特性研究[J]. 西部林业科学， 2022， 51（3）： 125-132.
• 王立冬， 梁海燕， 王燕茹， 等. 不同氮素形态与配比对杉木和木荷幼苗光合特性及生长的影响[J]. 四川农业大学学报， 2023， 41（2）： 217-224.
• 姜星星， 邹安龙， 王媛媛， 等. 我国东部典型森林木本植物的气孔特征及其对氮添加的响应[J]. 北京大学学报（自然科学版）， 2018， 54（4）： 839-847.
• 张淑红， 张恩平， 司龙亭， 等. 盐胁迫对黄瓜幼苗渗透调节物质含量的影响[J]. 中国蔬菜， 2005（12）： 30-31.
• 王尚堃. 多胺及其合成抑制剂对干旱胁迫下李苗叶片SOD、POD和CAT活性的影响[J]. 山东农业大学学报（自然科学版）， 2019， 50（3）： 388-392.
• 李小玉， 田宏先， 王瑞霞. 灰色关联度分析和主成分分析在油菜抗旱育种中的应用[J]. 种子， 2021， 40（9）： 92-97.