化感胁迫下杉木内生真菌对宿主生理特征的影响研究

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植物化感作用(Allelopathy)是指植物通过向环境释放化学物质而对自身或其他植物、微生物或昆虫产生直接或间接有利或不利影响的现象,它包括种内的自毒作用及种间的他感作用。化感作用是导致杉木人工林地力衰退的重要原因已被国内学者所证实。为深入了解杉木内生真菌对杉木化感作用的影响,以期为缓解杉木自毒作用提供新的思路和手段,本研究以一年生杉木幼苗为研究材料,应用福建农林大学森林生态研究所筛选的杉木内生真菌(菌株已保存中国科学院微生物菌种保存中心)建立不同的杉木-内生真菌共生体,在三种杉木化感物质胁迫下,研究杉木化感胁迫对接菌和未接菌植株的叶绿素含量、叶绿素荧光特性、质膜透性与保护酶活性、生物量与苗高地径等若干生理过程的影响。主要研究结果如下:1、化感胁迫下接种内生真菌对杉木幼苗叶绿素含量的影响在化感物质L和LR胁迫下,内生真菌在各胁迫条件下并未促使杉木幼苗的叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素a+b含量的增加;在化感物质H胁迫下,内生真菌在一定程度上缓解了化感胁迫对杉木幼苗造成的伤害,表现为:菌株CG2在胁迫后期(60 d)显著促进了叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素a+b含量的升高(P<0.05),但其余接菌植株的与未接菌植株之间差异均不显著(P>0.05)。2、化感胁迫下接种内生真菌对杉木幼苗叶绿素荧光参数的影响在三种化感物质胁迫下,内生真菌对杉木幼苗Fv和Fm升高的促进效应极小,但对杉木幼苗Fo的降低和Fv/Fm和Fv/Fo的提升均产生一定的促进作用。在化感物质L胁迫下,内生真菌对杉木幼苗F。的降低作用主要发生在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d),且菌株aJ4的效果最佳,菌株Ca的效果最弱;此胁迫下三种菌株对杉木幼苗Fv/Fm和Fv/Fo的提升作用均发生在胁迫后期(60 d)的轻度(40 mg.L-1)胁迫条件下,三种菌株的效果表现为:CG2>aJ4>Ca。在化感物质LR胁迫下,菌株CG2和aJ4对杉木幼苗Fo的降低作用均发生在胁迫中期(45 d)的轻度(40 mg·L-1)和重度(120 mg.L-1)胁迫条件下以及胁迫后期的各胁迫条件下,且前者的效果均优于后者,而菌株Ca仅在胁迫后期(60 d)发挥一定的作用;内生真菌在此胁迫下的各时期对杉木幼苗Fv/Fm和Fv/Fo的升高均具有一定的促进作用,菌株aJ4在胁迫中期(45 d)的效果强于菌株CG2,但在胁迫后期(60 d)则反之,菌株Ca在各胁迫期的效果均最差。在化感物质H胁迫下,菌株CG2和aJ4对杉木幼苗F。升高的抑制作用在各胁迫期的中度(80 mg·L-1)和重度(120 mg·L-1)胁迫条件下均较为明显,而菌株Ca仅在胁迫前期(30 d)和胁迫后期(60 d)发挥一定的作用;内生真菌在此胁迫下对杉木幼苗Fv/Fm和Fv/Fo的促进作用相对较弱,菌株CG2和菌株aJ4主要在胁迫前期(30 d)的轻度(40 mg.L-1)和中度(80 mg.L-1)胁迫条件下发挥作用,而菌株Ca不发挥作用。由此可得,在三种杉木化感物质胁迫下,内生真菌对杉木幼苗的光合作用具有一定的促进作用,其中,菌株CG2的效果最佳。3、化感胁迫下接种内生真菌对杉木幼苗质膜透性和保护酶活性的影响(1)叶片相对电导率:在三种化感物质胁迫下,内生真菌对杉木幼苗细胞膜具有类似的保护机制,具体表现为:菌株CG2和aJ4在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d)的各胁迫条件下均能较好地缓解化感胁迫对杉木幼苗细胞膜的伤害,且菌株CG2与菌株aJ4相比能够更加有效地抑制叶片相对电导率的升高,而菌株Ca主要在胁迫中期(45 d)的轻度(40 mg.L-1)和重度(120 mg.L-1)胁迫条件下对杉木幼苗膜系统起到一定的保护作用。(2)可溶性蛋白含量:在三种化感物质胁迫下,与未接菌植株相比,接菌植株能够抵御更高浓度的化感胁迫,且其对化感胁迫的敏感性更强;综合分析接菌与未接菌杉木幼苗的可溶性蛋白含量,可知内生真菌能够有效地避免杉木幼苗正常蛋白合成受阻进而提高其抵抗化感胁迫的能力,具体表现为:菌株CG2在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d)的各胁迫条件下均有效地促进了杉木幼苗可溶性蛋白含量的升高,菌株aJ4主要在胁迫后期(60 d)的轻度(40 mg.L-1)和中度(80 mg.L-1)胁迫条件下缓解胁迫对杉木幼苗的伤害,菌株Ca在化感物质L和LR胁迫下对杉木幼苗具有一定的保护作用。(3)丙二醛(MDA)含量:三种化感物质胁迫下接菌与未接菌植株的MDA含量均随着胁迫强度的增大而呈现不断上升的趋势,但在胁迫前期(30d)内生真菌均在一定程度缓解了化感胁迫对杉木幼苗细胞膜造成的伤害,三种菌株的效果表现为:CG2>aJ4>Ca,综合分析三种接菌植株MDA含量的变化趋势可得相对菌株aJ4和Ca,菌株CG2作用下杉木幼苗的MDA含量能在更长时间内和更高浓度下保持较为稳定的水平。(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性:在化感物质L胁迫下,菌株CG2在各胁迫期均显著提高了杉木幼苗的SOD活性(P<0.05),在胁迫后期(60 d)此种促进效果最佳,菌株aJ4主要在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d)提升杉木幼苗对活性氧的清除能力,且在轻度(40 mg.L-1)和重度(120 mg.L-1)胁迫条件下效果较好,菌株Ca主要在胁迫后期(60 d)的轻度(40 mg.L-1)和重度(120 mg.L-1)胁迫条件下发挥一定的功效;在化感物质LR胁迫下,菌株CG2在各胁迫期的不同胁迫条件下均有效地缓解胁迫对杉木幼苗细胞膜的损坏,菌株aJ4和Ca主要在胁迫后期(60 d)发挥作用,且前者的效果强于后者;在化感物质H胁迫下,菌株CG2和aJ4在各胁迫时期的不同胁迫条件下均能显著增强杉木幼苗的SOD活性(P<0.05),而菌株Ca仅在胁迫后期(60 d)表现较为良好,其余胁迫阶段作用均不显著(P>0.05)。综合分析可得内生真菌对化感胁迫下杉木幼苗的SOD活性具有一定的促进作用,三株内生真菌的效果表现为:CG2>aJ4>Ca。(5)过氧化物酶(POD)活性:在化感物质L胁迫下,菌株CG2在各胁迫时期的不同胁迫条件下均能显著提升杉木幼苗的POD活性(P<0.05),菌株aJ4主要在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d)的中度(80 mg.L-1)和重度(120 mg.L-1)胁迫条件下发挥其对杉木幼苗的保护作用,而菌株Ca仅在胁迫后期(60 d)的重度(120 mg.L-1)胁迫条件下表现出对杉木幼苗POD活性的促进作用;在化感物质LR胁迫下,菌株aJ4和Ca主要在各胁迫期的轻度(40 mg.L-1)胁迫条件下缓解化感胁迫对杉木幼苗细胞膜结构的破坏,而菌株CG2在各胁迫期的不同胁迫条件下均能较有效地提升杉木幼苗的POD活性,且在胁迫后期(60 d)此种效果更为突出;在化感物质H胁迫下,胁迫前期(30 d)的各胁迫条件下菌株CG2对杉木幼苗均发挥了较强的保护作用,菌株aJ4只在此时期的轻度(40 mg.L-1)胁迫条件下发挥一定的作用,而菌株Ca在此时期并未促使杉木幼苗POD活性的增强;但在胁迫中期(45 d)和胁迫后期(60 d)的各胁迫条件下,三株内生真菌均有效地缓解了胁迫对杉木幼苗膜系统造成的伤害,效果强弱均表现为:CG2>aJ4>Ca。综上所述可得内生真菌可增强杉木幼苗的POD活性进而提升其对自毒作用的抵抗能力,但不同内生真菌之间存在一定的差异。4、化感胁迫下接种内生真菌对杉木幼苗苗高地径及生物量的影响在三种化感物质胁迫下,内生真菌在一定程度上促进了杉木幼苗的生长及生物量的蓄积,其中,菌株CG2的效果最佳,而菌株Ca的效果最弱。
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