土生空团菌对宿主植物虎榛子及油松促生作用研究

李慧  ，姚庆智，  铁英  赵慧英 

（¹内蒙古农业大学生命科学学院，内蒙古呼和浩特 010018;

²内蒙古和盛生态科技研究院有限公司，内蒙古呼和浩特 011517)

摘要：【目的】外生菌根（Ectomycorrhiza，ECM）作为生态系统中广泛存在的互惠共生体，在生态系统中的养份循环、土壤修复和生态恢复中起重要生态作用。土生空团菌（Cenococcum geophilum Fr. ）简称Cg，是分布范围非常大，与多种宿主植物形成共生结构，是子囊菌纲中重要的菌根真菌。基于前期野外调查发现，在内蒙古地区虎榛子Cg的菌根感染率远远大于油松。为了验证Cg对不同宿主植物的亲和力和促生能力。【方法】试验采用5种Cg菌株（CgSO1、CgSB2、CgO5、Cg5# 和SPOP2）对油松（Pinus tabulaeformis）及虎榛子（Ostryopsis davidiana）进行了促生作用研究，并对形成的菌根外部形态和解剖结构进行了观察。【结果】结果表明，同一树种中供试菌株除Cg5# 外均与虎榛子形成了生菌根，侵染率达40%～50%；CgSO1和CgSPOP2两菌株与油松形成了菌根结构，侵染率为10.3%和12.4%；对于这两种宿主植物，Cg形成的外生菌根特征（外部形态及解剖结构）无明显差异。各生长指标均反映出虎榛子及油松幼苗接种Cg菌株并形成菌根后，对根系作用明显，苗木地上和地下部分的生长均有增加，尤其菌根化苗木的根冠比显著高于对照，但不同菌株对同一宿主的促生效果有差异。同时主成分分析认为，地茎和根冠比是影响虎榛子和油松苗木生长的主控因子。【结论】这充分证明了Cg不同菌株对宿主植物的亲和力有一定差异，同一菌株对不同宿主植物的亲和力具有较大差异。为进一步应用Cg菌根生物技术为干旱半干旱地区生态恢复提供技术支撑。 

关键词：土生空团菌； 虎榛子；油松；促生作用

Study on Growth-Promoting Effec of Cenococcum geophilum Fr. on Ostryopsis davidiana and Pinus tabulaeformis

Li Hui¹, Yao Qingzhi*^1,2, Tie Ying², Zhao Huiying¹

（¹Life College of Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018;² Inner Mongolia and ecological science and technology research institute Co. Ltd,Huhhot,011517）

Abstract: [Objective] Ectomycorrhiza (ECM) is a kind of reciprocal symbiotic in the ecosystem. It plays an important role in the carbon and nutrient cycling in ecosystem. Cenococcum geophilum Fr. referred to as Cg, there is a very large range of distribution and symbiotic structure with a variety of host plants. Cg is the only ecotomycorrhizal species within the largest fungal class Dothideomycetes. Based on the preliminary field investigation, it was found that the Cg mycorrhizal infection rates of Ostryopsis davidiana were much larger than the mycorrhizal infection rates of Pinus tabulaeformis in Inner Mongolia. In order to confirm the affinity and promoting ability of Cg to different host plants. [Method] O. davidiana and P. tabulaeformis were inoculated by the five strains of Cg (CgSO1, CgSB2, CgO5, SPOP2 and Cg5#). The promote effects on the two host plants seedlings growth and the formation of mycorrhizal external morphology and anatomical structure were observed. [Results] The results showed that the four tested strains formed ECM with O. davidiana in addition to Cg5 #. The infection rates reached 40% ~ 50%. The two strains (CgSO1, CgSPOP2) formed ECM with P. tabulaeformis. The infection rates reached 10.3% and 12.4%. There were no significant differences in the ECM external morphology and anatomical structure of the two host plants. The root-shoot ratios of mycorrhizal seedlings were significantly higher than the control. Cg can promote the growth of aboveground and underground parts of the two host plants seedlings, especially for root effect. [Conclusion] It was proved that there were some differences in the affinity of different strains of Cg to host plants. The affinity of the same Cg strain to different host plants were more different. Further technical support were provided to the application of Cg mycorrhizal biotechnology in ecological restoration in arid and semi-arid areas.

Key words: Cenococcum geophilum  Ostryopsis davidiana  Pinus tabulaeformis  ECM

土生空团菌（Cenococcum geophilum Fr.，Cg），隶属于子囊菌亚门（Ascomycotina）、大团囊菌科（Elaphomycetaceae）、空团菌属（Cenococcum），表现为黑色的菌丝，以菌丝体和菌核的无性结构存在，有性结构形成的几率极少^[1]。Cg是森林生态系统中最常见的共生体，是座囊菌纲中唯一的菌根真菌。Martina Peter^[2]等的研究表明：与Cg菌丝体相比，Cg外生菌根内的膜转运蛋白（包括水通道蛋白、糖转运蛋白）和菌根真菌诱导的小分泌蛋白（MiSSPs）显著上调。René Kerner^[3]等再次证明了其中638种独特的蛋白质的抗旱机理。Cg是目前公认的抗旱性极强^[4]的外生菌根真菌，也是内蒙古地区最有开发应用潜力的乡土外生菌根真菌之一。目前对Cg的研究主要在形态特征、分布特征、重金属耐受能力、遗传多样性、遗传结构等方面^[5-9]，但是对其菌根合成技术方面的研究仍没有突破性进展，若在这个方面能够进行全面深入的研究，将外生菌根真菌Cg应用于植树造林有重大意义。

虎榛子（Ostryopsis davidiana）作为大青山地区的原生灌木，大量的分布在大青山石质山地干旱阳坡，而作为主要伴生灌木的油松，其对油松在大青山上的成活和分布有很大的影响。研究发现，在其他植被不断退化的同时，虎榛子的存活却比较稳定^[10]，对其菌根调查研究发现，它的菌根种类极其丰富，与Cg共生现象普遍，即使在极度干旱的阳坡，其菌根感染率也在30%以上。在其他植被不断退化的大青山脆弱生态系统中，虎榛子能够正常生长，可能与菌根共生有重要的联系。因此，对虎榛子菌根合成进行研究为大青山植被的恢复以及油松林的建设有重要意义。

油松（Pinus tabulaeformis）耐旱耐贫瘠^[11]，有防风固沙、保持水土及涵养水源的作用，是内蒙古地区主要栽培树种之一，也是荒山造林的先锋树种，是菌根依赖性极强的树种。[前人研究进展]在外生菌根真菌的调查研究中发现，在大青山极端恶劣的环境下，外生菌根真菌的侵染对油松的生存有着至关重要的作用。那么对油松的人工造林以及大青山的植被恢复，找出最适于油松的优良的外生菌根真菌具有重要意义。

因此，该研究通过室内设计对来源不同的5株Cg对油松和虎榛子的促生作用进行了研究，为植被恢复、荒山造林提供理论依据，也为Cg在内蒙古中西部的菌根生物应用技术奠定基础。

1 试验材料

试验供试树种虎榛子，种子采集于内蒙古大青山；油松，种子由内蒙古种苗站提供。

土生空团菌菌株: CgSO1分离于虎榛子根围土中的Cg 菌核

               CgO5分离于虎榛子菌根组织

               CgSB2 分离于白桦（Betula Platyphylla）根围土中的Cg 菌核

               CgSPOP2 分离于山杨（Populus davidiana）根围土中的Cg 菌核

               Cg5# 从法国引进。

2 试验方法

2.1 幼苗培养

选择颗粒均匀的虎榛子和油松种子在流水下冲洗后，用30 ℃温水中浸泡24 h，用30%H₂0₂消毒10 min后用清水漂洗。然后置于25 ℃培养箱中催芽，待30～40% 种子开始露白时，用于播种。育苗基质选用纯蛭石，用自来水混拌使之含水量为50%。充分混匀后高温高压灭菌60 min。冷却后播入上述露白虎榛子及油松种子，在室内进行光照培养。

2.3 菌剂制作方法

配置液体Pachlewski培养基（简称 Pach）^[12]，高温高压灭菌后分别接入五株Cg菌种，进行发酵培养，培养的菌丝体直接作为液体菌剂使用。

2.4 幼苗接种及培养

幼苗培养45天后，选择生长整齐均匀的幼苗，截掉主根根尖部分，备用。育苗杯底放一勺已灭菌蛭石，将液体菌剂倒于蛭石上，与蛭石混匀，菌剂每杯接种量30 mL。将幼苗放在杯内，避光培养1天后，置于光照培养室培养（23℃～25℃）。每30 d浇一次Hoagland营养液^[13]，每杯每次50 mL，保证幼苗必要的营养。幼苗生长6个月后处理，进行幼苗生长指标的测定和菌根的观察。

2.5 菌根感染率及幼苗各项指标的测定

使用直尺、游标卡尺测定苗高和地径，计数植株一级侧根数，并从地茎基部将苗木剪断，分为地上和地下两部分，分别称取鲜重，再置于80℃烘箱中烘干至恒重，分别在电子天平上称其地上干重、地下干重及总干重，计算其根冠比和相对含水量^[14]。

地茎测量方法：使用游标卡尺测量苗干土痕处的直径（精确到0.002 cm）。

苗高测量方法：使用直尺测量地茎处量至顶芽基部（精确到0.1 cm）。

根冠比=植株地下干重/植株地上干重。

植株相对含水量（%）=（样品鲜重－样品干重）/（样品饱和重－样品干重）×100%

数据分析采用SPSS（20.0）及SAS软件进行相关性分析和主成分分析的方法^[15]。

2.6 菌根形态观察

2.6.1 外部形态观察：

利用实体显微镜，观察并记录菌根的颜色、形状、菌索、分叉情况及外延菌丝的有无、菌套的表面质特征，对其形态特征拍照并记录。

2.6.2 解剖结构观察：

新鲜菌根的菌套制片:在实体显微镜下，用镊子和解剖针小心剥下菌套，在干净载玻中央滴半滴乳酸,将剥下的菌套碎片置于玻片的乳酸上，盖上盖玻片,在PM-10AD生物显微镜下观察。记录特征并用电脑照相系统进行拍照。记录的特征包括:菌套各层菌丝的排列图式、菌丝的直径及表面质地、外延菌丝的形状与表面质地，菌丝是否有隔、分叉、锁状联合、菌丝融合。

菌根石蜡切片制作：取FAA固定液中的菌根短根，在常规菌根石蜡切片法^[16]的基础上摸索出适合制作本菌根石蜡切片的最佳时间步骤制作石蜡切片，拍照且记录其结果。记录的特征包括: 菌丝直径、菌套厚度、表面有无附属物及表面质地、排列图式、单宁层厚度、哈蒂氏网排列方式、菌丝进入皮层程度等。

3 试验结果与分析

3.1 虎榛子菌根合成实验结果及分析

3.1.1 虎榛子菌根感染率及形成的菌根形态

观察接种6个月后的虎榛子，发现其中4个Cg菌株CgSO1、CgSB2、CgO5和SPOP2均与虎榛子形成了典型的外生菌根，侵染率分别为45%、46.8%、49.2%和48.1%，均达到了四级侵染率。

由图1-4可知，虎榛子幼苗根均与其中4个菌株形成了较典型的外生菌根真菌，且形成的菌根在解剖结构及外部形态特征上都无明显差异。菌根呈黑色，根尖端明显膨大，大多不分支，少数为二叉分支。菌根因子直径为0.2~ 0.3 mm，长度为1-2 mm，表面均有大量的外延菌丝且菌丝刚硬、深色、有隔，无根状菌索。菌根形态如图（1-4）A所示。

菌套均为排列紧密的拟薄壁组织，菌丝排列呈星状。对形成的外生菌根横切后进行显微观察表明，菌根真菌的菌丝均已侵入幼苗细根的皮层组织，并在皮层组织间扩散形成明显的哈蒂氏网。解剖结构如图（1-4）B、C所示。

图1  CgSO1与虎榛子形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.1  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgSO₁ formed on Ostryopsis davidiana

图2  CgSB2与虎榛子形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.2  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgSB₂ formed on Ostryopsis davidiana

图3  CgO5与虎榛子形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.3  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgO5 formed on Ostryopsis davidiana

图4  CgSPOP2与虎榛子形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.4  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgSPOP2 formed on Ostryopsis davidiana

3.1.2 土生空团菌对虎榛子幼苗生长指标的影响

从表1可以看出，不同处理对虎榛子各项生长指标的影响差异显著。多重均值测验结果说明种接CgSO1、CgO5、CgSB2、SPOP2与接种5#菌株的幼苗生长状况差异显著（P<0.05），而接种5#菌株的幼苗与对照相比，各项指标对幼苗的生长有一定促进作用，但差异不显著（P>0.05）。与CgSO1、CgO5、CgSB2、SPOP2四株Cg形成菌根的虎榛子苗幼的苗高、地茎、侧根数、干重、根冠比等都显著的增加了（P<0.05）。其中，菌根苗比对照苗的苗高分别提高了55%、49.6%、61.2%和65.9%；地茎分别提高了21.9%、19.3%、14.9%和14.9%；一级侧根数分别提高了34.8%、21.7%、26.1%和21.7%；地上干重分别提高了61.3%、51%、69.9%和66%；地下干重分别提高了135.5%、108.1%、119.3%和110.9%；总干重分别提高了88.3%、71.8%、87.9%和82.3%；根冠比分别提高了46%、37.9%、29%和27.1%，相对含水量分别提高了8.5%、6.1%、4.9%和7.3%。

表1接种Cg对虎榛子幼苗生长的影响

Table1 Effects of Cg on the growth of Ostryopsis davidiana Seedling

注：不同字母表示差异性显著（P<0.05）

3.2 油松菌根合成实验结果及分析

3.2.1 油松菌根感染率及形成的菌根形态

对接种6个月后的油松进行了观察，发现只有CgSO1和SPOP2两个Cg菌株与油松幼苗形成了菌根，但侵染率都只有10.3 %和12.4 %，其它菌株未发现与油松形成菌根。

由图5-6得知，SPOP 2和CgSO1两个菌株与油松幼苗根形成了较典型的外生菌根，且形成的菌根在外部形态及解剖结构特征上都无明显差异，与Cg和虎榛子形成的菌根也无显著差异。其呈黑色，根尖端明显膨大，大多不分支而少数为二叉分支，菌根因子直径为0.3-0.4mm，长度为2-3mm，表面均有大量的外延菌丝且菌丝刚硬、深色、有隔，没有发现根状菌索。菌根形态如图（5-6）A所示。

菌丝排列呈星状，菌套均为排列紧密的拟薄壁组织。对形成的外生菌根横切后进行显微观察表明，菌根真菌的菌丝均已侵入幼苗细根的皮层组织，并在皮层组织间扩散形成明显的哈蒂氏网。解剖结构如图（5-6）B、C所示。

图5 CgSO1与油松形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.5  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgSO1 formed on Pinus taebulaeformis

图6 CgSPOP2与油松形成的菌根外部形态和解剖结构图

Fig.6  Morphological and anatomical structure of ectomycorrhizal of CgSPOP2 formed on Pinus taebulaeformis

3.2.2 土生空团菌对油松幼苗生长指标的影响

由表2可知，与对照相比，接种五株Cg对油松幼苗的各项指标都有不同程度的促进作用，但只有与CgSO1和CgSPOP2形成菌根的油松苗幼的苗高、地茎、侧根数、干重、根冠比与对照相比差异显著。其中，接种CgSO1和CgSPOP2形成的菌根苗比对照苗的苗高分别提高了8.6%和7.6%；地茎分别提高了10.5%和11.8%；一级侧根数分别提高了12.5%和18.8%；地下干重分别提高了31.8%和32.9%；总干重分别提高了16.6%和16.8%；根冠比分别提高了20.7%和22%；菌根苗与对照苗的地上干重和相对含水量差异不显著（P>0.05）。

表2 接种Cg对油松苗生长的影响

Table 2 Effects of Cg on the growth of Pinus taebulaeformis Seedling

指标	苗高 (cm)	地茎 (mm)	一级侧根（根）	地上干重（g）	地下干重（g）	总干重（g）	根冠比	相对 含水量	感染率
CgSO1	8.6A	1.88A	18A	0.399A	0.232A	0.631A	0.582A	97%A	10.3%
CgSB2	7.9B	1.66B	16B	0.377A	0.194B	0.571B	0.513A	95%A	0
CgO5	8.1B	1.68B	16B	0.368A	0.177B	0.545B	0.482A	96%A	0
CgSPOP2	8.5A	1.90A	19A 备案信息 举报中心 举报中心 行业协会 网络110 互联网协会 举报热线 首都协会 本站持《出版物经营许可证》 仅从事《中国劳动》杂志的网上订阅工作,非任何杂志官网,并不涉及杂志社的出版等事务,特此声明！ 工信部备案：湘ICP备2025122662号-1，营业执照统一社会信用代码：91430721MAEHMRR7OE， 出版物经营许可证号：新安新出发证字第2025002号 特别声明:本站资料均源于网上的共享期刊资源，请特别注意，勿做其他非法用途。 如有侵犯您的版权或其他有损您利益的行为，请联系指出，期刊咨询服务平台会立即进行改正或删除相关内容! 扫码添加微信咨询 QQ客服：1663286777 电话：137-1883-9017 收到信息将及时回复