低镁与丛枝菌根对枳砧‘纽荷尔’脐橙和‘椪柑’矿质营养吸收与分布的影响

杨艳，胡成银，陈强，张晓平，肖家欣

（安徽师范大学生命科学学院，重要生物资源保护与利用研究安徽省省级重点实验室，安徽 芜湖241000）

我国许多柑橘产区的土壤酸性强，有效镁或硼含量不足[1-2]。‘纽荷尔’脐橙[Citrus sinensis(L.)Osbeck cv.Newhall]是我国柑橘产区的主栽品种之一，在其生长发育期内经常表现出严重的叶片黄化和叶脉肿裂等缺镁或缺硼症状[2-3]，然而，其他品种如‘椪柑’（Citrus reticulataBlanco cv. Ponkan）因缺镁或缺硼而表现出的黄化现象并不明显[4]。可见，不同柑橘品种对缺镁或缺硼的敏感性存在差异。丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）是AM真菌与寄主根系形成的互惠互利的共生体，它可通过改善寄主营养状况来抵御生物或非生物逆境的危害[5]。生产上‘纽荷尔’脐橙与‘椪柑’主要以枳[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]为砧木。枳虽然是柑橘产区应用较为普遍的砧木之一，但由于其根毛短或极少，因而主要依赖于AM 真菌来维持其正常生长[6]。我们前期研究表明，在低镁条件下，AM 真菌地表球囊霉（Glomus versiforme）显著促进了枳砧‘纽荷尔’脐橙与‘椪柑’的生长及对镁的吸收与分布，尤以‘纽荷尔’脐橙明显[7]。然而，这2个柑橘品种对低镁处理所表现出的生长及对镁吸收的差异，是否与它们对其他元素吸收差异存在联系，以及在低镁条件下，AM真菌是否也对其他相关元素的吸收具有影响都还不清楚。这2个品种由于对镁与硼、磷、钾和钙之间存在促进或拮抗作用，因此，在低镁条件下，AM 真菌是否也会影响枳砧‘纽荷尔’脐橙与‘椪柑’对相关矿质元素如硼、磷、钾和钙的吸收与分布还值得深入探讨。而关于在低镁条件下柑橘砧穗互作及不同柑橘品种对AM 真菌的差异性反应还鲜见报道。因此，本研究旨在揭示低镁条件下AM真菌对枳砧‘纽荷尔’脐橙与‘椪柑’矿质营养（如硼、磷、钾和钙）吸收与分配的影响，以期为柑橘栽培中通过平衡施肥来克服因缺素而导致的黄化症状提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验基质为V（田园土）∶V（石英砂）∶V（蛭石）=3∶1∶1 的混合物，经0.11 MPa、121 ℃高压蒸汽灭菌2 h后备用。该基质的理化性质如下：pH值6.85，含有机质13.80 g/kg，全氮0.238 g/kg，有效磷10.55 g/kg，有效钾17.18 g/kg，有效钙356.18 g/kg，有效镁11.25 g/kg，有效锌0.32 g/kg，有效铜0.112 g/kg。

供试的AM 真菌菌剂为地表球囊霉（G.versiforme，编号BGC HUN02B），由北京市农林科学院植物营养与资源研究所“中国丛枝菌根真菌种质资源库（BGC）”提供。二年生枳（P. trifoliata）砧‘纽荷尔’脐橙（C.Sinensis）与‘椪柑’（C.reticulata）苗（无菌）由湖北省秭归县良种繁育中心提供。

1.2 试验设计

选取砧木直径相对一致（1.3～1.4 cm）且生长良好的枳砧‘纽荷尔’脐橙与‘椪柑’苗，参照SHENG 等的方法[8]，重剪地上部（保留接穗茎4～5 cm）和主根（以刺激诱导新根的发育），洗净附土后移栽于装有3.5 kg 试验基质的不透光塑料花盆中，每盆1 株，分别进行丛枝菌根真菌接种和不接种处理。其中：接种处理为在移栽时每盆接种地表球囊霉菌剂50 g（约600 个孢子），未接种处理为加入等量的经灭菌处理的菌剂。根据柑橘果园土壤营养标准[9]可知，试验基质中的有效镁、锌、钾、磷和钙均处于极低量或低量水平。为维持营养供应与平衡，待新梢长至10 cm 时，进行镁适量处理（Mg-rich,MR），用1/2 浓度Hoagland 和Aron 全浓度营养液浇灌（镁质量浓度达24 mg/L）；以浇灌不含镁的营养液作为低镁处理（Mg-poor, MP），为维持离子浓度的平衡和避免硫元素的缺乏，以Na2SO4替代MgSO4·7H2O。每15 d浇灌一次。然后均置于玻璃温室苗床（通风良好，接近自然条件）上进行培养。试验共设置8 个处理，分别为MP+‘纽荷尔’+不接种（接种）、MP+‘椪柑’+不接种（接种）、MR+‘纽荷尔’+不接种（接种）、MR+‘椪柑’+不接种（接种）。每个处理6盆，共48盆，随机区组排列。6个月后取样用于试验分析。

1.3 测定方法

将植株分为根、砧木茎、接穗茎、上部叶（夏秋梢叶）与下部叶（春梢叶）5个部分，洗净后分别置于105 ℃烘箱中杀青15 min，然后置于75 ℃烘箱中烘至恒量，再用电动不锈钢粉碎机粉碎过筛后置于干燥器中保存，备用。

采用V（硝酸）∶V（高氯酸）=4∶1消煮样品，消化液用电感耦合等离子体发射光谱仪（Optimal 2100 DV，美国PekinElmer 公司）测定各部位的硼、磷、钾和钙含量[7]。

1.4 数据统计与分析

试验数据均采用SPSS 20.0 和Excel 2010 软件进行统计分析，采用3因素方差分析中最小显著性差异法（least significant difference,LSD）比较同一指标不同处理间的差异是否达到显著水平（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 AM 真菌对2 个柑橘品种各部位硼含量及硼积累量分布的影响

由图1可知：低镁处理对2个品种上部叶硼含量以及‘椪柑’根部、接穗茎和砧木茎硼含量无显著影响，却显著降低了‘纽荷尔’根部、接穗茎和砧木茎硼含量；与镁适量条件相比，在低镁条件下‘纽荷尔’下部叶硼含量升高，而‘椪柑’下部叶硼含量下降。

在镁适量条件下，AM 真菌接种处理显著提高了‘纽荷尔’上部叶硼含量，而对其他部位的硼含量无显著影响；相反地，AM真菌接种处理对‘椪柑’上部叶硼含量无显著影响，但显著提高了其他部位硼含量。在低镁条件下，AM 真菌接种处理显著提高了2 个品种各部位（‘纽荷尔’上部叶除外）的硼含量（图1）。

图1 低镁条件下AM真菌对‘纽荷尔’和‘椪柑’上部叶（A）、下部叶（B）、接穗茎（C）、砧木茎（D）及根部（E）硼含量的影响Fig.1 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on boron(B)concentration of upper leaves(A),basal leaves(B),scion stems(C),rootstock stems(D)and roots(E)of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

不同部位的硼积累量与总积累量的比例见图2。以叶片（包括上下部叶）占的比例最大，根部次之。低镁处理对‘椪柑’各部位硼分配比例的影响较小，但降低了‘纽荷尔’根部、砧木和接穗茎硼分配比例，提高了上下部叶硼分配比例。不论镁的丰缺状况，AM 真菌接种处理对2 个品种各部位硼分布比例都有影响。在镁适量条件下，与非菌根化的植株相比，菌根化的‘纽荷尔’上部叶硼分布比例上升，其他部位硼分布比例下降，而菌根化的‘椪柑’上部叶硼分布比例下降，其他部位硼分布比例有所上升。在低镁条件下，与非菌根化的植株相比，菌根化的‘纽荷尔’下部叶硼分布比例下降，其他部位硼分布比例上升，而菌根化的‘椪柑’上下部叶硼分布比例下降，其他部位硼分布比例明显上升。

图2 低镁条件下AM真菌对‘纽荷尔’和‘椪柑’上部叶、下部叶、接穗茎、砧木茎及根部硼积累量占整株积累量的影响Fig.2 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on percentage of total B content partitioned in the upper leaves, basal leaves, scion stems, rootstock stems and roots of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

2.2 AM 真菌对2 个柑橘品种各部位磷、钾和钙含量的影响

从图3可以看出，低镁处理对2个品种根部、接穗茎和砧木茎磷含量影响较小，却提高了‘纽荷尔’下部叶磷含量，降低了‘椪柑’上下部叶的磷含量，而对‘纽荷尔’上部叶磷含量无显著影响。在镁适量条件下，AM 真菌接种处理显著提高了‘纽荷尔’接穗茎和砧木茎的磷含量、‘椪柑’下部叶和根部的磷含量，对其他部位磷含量无显著影响。在低镁条件下，AM 真菌接种处理显著提高了2 个品种各部位（‘纽荷尔’下部叶除外）的磷含量。

图3 低镁条件下AM真菌对‘纽荷尔’和‘椪柑’上部叶（A）、下部叶（B）、接穗茎（C）、砧木茎（D）及根部（E）磷含量的影响Fig.3 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on phosphorus (P) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C),rootstock stems(D)and roots(E)of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

低镁处理提高了‘椪柑’根部、接穗茎和砧木茎钾含量及‘纽荷尔’上部叶钾含量，而降低了‘纽荷尔’接穗茎钾含量及‘椪柑’上部叶钾含量，对其他部位钾含量无显著影响。在镁适量条件下，AM 真菌接种处理显著提高了‘椪柑’各部位钾含量及‘纽荷尔’下部叶钾含量，而对‘纽荷尔’其他各部位钾含量无显著影响。在低镁条件下，AM 真菌接种处理显著提高了2个品种各部位（‘椪柑’下部叶除外）的钾含量（图4）。

图4 低镁条件下AM真菌对‘纽荷尔’和‘椪柑’上部叶（A）、下部叶（B）、接穗茎（C）、砧木茎（D）及根部（E）钾含量的影响Fig.4 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on potassium (K) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C), rootstock stems (D) and roots (E) of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

图5 显示，低镁处理降低了‘椪柑’各部位钙含量及‘纽荷尔’砧木茎钙含量，却提高了‘纽荷尔’上部叶钙含量，对‘纽荷尔’其他各部位钙含量无显著影响。在镁适量条件下，AM 真菌接种处理显著提高了‘椪柑’上下部叶和根部钙含量及‘纽荷尔’下部叶、接穗茎和砧木茎钙含量，对其他部位钙含量无显著影响。在低镁条件下，AM 真菌接种处理显著提高了2 个品种各部位（‘椪柑’根部除外）的钙含量。

图5 低镁条件下AM真菌对‘纽荷尔’和‘椪柑’上部叶（A）、下部叶（B）、接穗茎（C）、砧木茎（D）及根部（E）钙含量的影响Fig.5 Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on calcium (Ca) concentration of upper leaves (A), basal leaves (B), scion stems(C), rootstock stems (D) and roots (E) of‘Newhall’navel orange and‘Ponkan’tangerine seedlings under Mg-poor condition

3 讨论

本研究结果显示，低镁处理提高了‘纽荷尔’下部叶硼含量及上下部位叶硼分配比例，却降低了‘椪柑’下部叶硼含量。类似地，低镁处理提高了‘纽荷尔’下部叶磷及上部叶钾、钙含量，却降低了‘椪柑’上部叶钾及上下部叶磷、钙含量。这表明低镁处理可能有利于硼、磷、钾和钙在‘纽荷尔’叶片中的积累，而‘椪柑’则相反，低镁抑制了硼、磷、钾和钙向其叶片转运与积累。先前的研究结果表明，低镁抑制了枳砧‘纽荷尔’和‘椪柑’下部叶镁含量，尤以‘纽荷尔’明显[7]。可见，在低镁条件下，枳砧‘纽荷尔’和‘椪柑’对包括镁在内的矿质元素的吸收与转运状况存在明显差异。有报道表明，不同砧木对缺镁反应存在差异，其中红橘具有较强的抗缺镁特性，崇义野橘次之，枳和香橙稍逊[10]。缺镁处理还明显降低了酸橙对硼的相对吸收率，而对枳、红橘、枳橙和香橙等砧木对硼的吸收并无显著影响[11]。GONCALVES 等[12]发现，甜樱桃砧木茎中的木质部导管和管胞的变化能够明显影响到不同砧穗组合植株的导水率。植物导水率变化与嫁接部位组织结构的改变密切相关，而植株对矿质营养的吸收转运又与导水率密不可分。因而，砧穗组合的形态特征差异可能是导致矿质营养的运输与分布差异的重要原因之一。‘纽荷尔’和‘椪柑’虽然均以枳为砧木，但由于砧穗相互作用可能会导致根和茎中木质部的结构与功能存在差异，进而引起低镁条件下二者对硼、磷、钾和钙的吸收、运输和积累差异。

从本研究结果可知，AM真菌接种处理有利于2个柑橘品种对硼、磷、钾和钙的吸收与转运，尤以低镁条件下的‘纽荷尔’明显。类似地，盐胁迫和高CO2条件下，AM真菌接种处理提高了小麦植株体内碳、氮、钾、钙、镁和钠的积累[13]。NAVARRO 等[14]报道显示，盐胁迫下AM 侵染的柑橘砧木‘cleopatra’体内的磷、钾、铁和锌水平明显高于AM侵染的砧木‘Alemow’，说明不同砧木的菌根效应存在明显差异。本研究中‘纽荷尔’和‘椪柑’嫁接在同一砧木枳上，引起其菌根效应差异的主要原因可能在根中，说明低镁条件下地上部接穗对地下部的砧木根系的影响较大，存在明显的砧穗互作。一方面，砧木对地上部栽培品种的生长及矿质营养的吸收与分布会产生较大的影响，这主要决定于根系的生理特性如垂直根系与须根系的分布等。另一方面，接穗本身也会对地上部营养产生影响。砧木和接穗对砧穗组合体矿质元素吸收与分布的影响还依赖于元素和环境条件[15]。通常，嫁接部位维管组织容易引起砧木和接穗之间的信息与物质交流受阻，如水分与矿质元素的向上运输和地上部光合产物向下运输受阻等，最终会抑制植株的生长[15]。然而，AM真菌既可通过对根系的形态与生理变化的影响来促进寄主对营养的吸收[16]，还可以通过对土壤理化性状[17]、营养循环[18]和微生物群体[19]等方式的影响来提高土壤营养的有效性，进而促进寄主对矿质元素的吸收。AZNARTE-MELLADO 等[20]报道显示，AM 真菌接种处理使阿月浑子嫁接亲和力与成活率明显提高，主要得益于钙、铁、镁和氮等矿质元素吸收得到了明显改善。可见，AM 真菌接种处理可能间接影响到嫁接部位维管组织结构的改变，而这些组织解剖结构的改变，又与生长素吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）在这些部位的运输和积累进而影响这些组织的生长有关[21]。IAA是嫁接结合部位维管组织再分化的起始因子，能够调控形成层木质部细胞的分化和分裂。因此，低镁条件下2个品种的菌根效应差异还可能是因为低镁和丛枝菌根真菌影响了其激素的代谢与运输，进而影响了嫁接部位维管组织的细胞分化，从而影响植株对硼、磷、钾和钙等矿质营养的吸收和转运。