内生真菌对宽叶雀稗根系生长及生物量的影响

摘要 ［目的］研究内生真菌对宽叶雀稗根系生长及生物量的影响。［方法］测定受内生真菌侵染和未受侵染的宽叶雀稗根系总根长、总表面积、总体积、平均直径和地下部分、地上部分以及全株的鲜重、干重，分析内生真菌侵染对宿主宽叶雀稗根系形态及生物量的影响。［结果］与未受内生真菌侵染的植株相比，受侵染的植株对于宽叶雀稗根系的生长具有不同程度的促进作用。在不同内生真菌处理中，嗜松篮状菌（Talaromyces pinophilus）和安拉阿巴德篮状菌（Talaromyces allahabadensis）侵染后对宽叶雀稗根系形态的影响更为显著。各处理间宽叶雀稗地上部分、地下部分和全株的生物量具有不同程度的变化。嗜松篮状菌和安拉阿巴德篮状菌侵染后对提高宽叶雀稗生物量作用也更为明显。［结论］该研究可为更好地发挥宽叶雀稗的水土保持作用提供技术支持。

关键词 宽叶雀稗；内生真菌；根系生长；生物量

中图分类号 S 184  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）23-0068-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.015

Effects of Endophytic Fungi on Root Growth and Biomass of Paspalum wettsteinii

DENG Hui-hua

（Fujian Soil and Water Conservation Experimental Station， Fuzhou， Fujian 350003）

Abstract ［Objective］ To study the influence of endophytic fungi on root growth and biomass of Paspalum wettsteinii. ［Method］ The root morphology and biomass of Paspalum wettsteinii were analyzed by measuring total root length， total surface area ， total volume and average diameter， fresh weight and dry weight of underground part， aboveground part and the total plant of endophyte-infected and endophyte-free Paspalum wettsteinii. ［Result］ Root growths of the endophyte-infected Paspalum wettsteinii were promoted， compared with the endophyte-free ones. The endophytic fungi of Talaromyces pinophilus and Talaromyces allahabadensis had more significant effect on the root morphology. Infected with the three diffrrent endophytic fungi， the biomass of aboveground part， underground part and the total plant of Paspalum wettsteinii changed in different degrees. The endophytic fungi of Talaromyces pinophilus and Talaromyces allahabadensis also had more significant effect on improving the biomass. ［Conclusion］ This research provides technical support for playing the role of Paspalum wettsteinii in soil and water conservation better.

Key words Talaromyces pinophilus;Endophytic fungi;Root growth;Biomass

作者簡介 邓慧华（1982—），女，福建龙岩人，高级工程师，从事水土保持、森林培育、生态学研究。

收稿日期 2022-11-10

禾草内生真菌是指其部分或全部生命周期完成于禾草体内，而宿主植物外部却不显现任何病害症状的一大类真菌［1］。研究表明，全世界共有80余属300多种禾草含有内生真菌［2］。内生真菌和禾草之间形成互利共生的关系，一方面，内生真菌可从宿主禾草中获得自身生长所需的营养物质（如矿物质、光合产物等）和传播介质；另一方面，内生真菌通过改变宿主形态、生理和生化特性等促进宿主禾草的生长［3］，并增强禾草对生物和非生物胁迫的抗性［4］。前人研究发现，感染内生真菌的植物一般比未感染内生真菌的植物更具生长优势。1993年Clay等［5］研究发现，感染内生真菌的高羊茅植株存活率比未感染的植株高50% 。Rice等［6］研究发现，感染内生真菌的高羊茅植株在每株圆锥花序数量上比未感染的植株高20％；在单株种子数上比未感染的植株高60％。内生真菌还能有助于马尾松产油脂［7-8］，提高松脂产量［9］，促进植物养分积累，提高养分利用能力［10］等。

宽叶雀稗（Paspalum wettsteinii）是多年生禾本科植物，生长速度快，分蘖能力强，产草量高，再生性能好，常被用作牧草及绿肥草种。其抗逆性强、适应性广、对土壤的要求不高，耐酸耐贫瘠，在干旱瘠薄的红、黄壤坡地亦能生长，被广泛运用于水土保持领域，具有较好的生态和经济效益［11］。目前针对宽叶雀稗的研究集中在水土流失治理的应用上，如水土流失区的生态修复［12］、水土保持效应研究［13］、崩岗治理［14］等。另外在宽叶雀稗抗旱性、生理生态研究方面也有相关报道［15-17］，但关于内生真菌和宽叶雀稗共生体的研究甚少。

植物措施是水土流失治理的重要手段。而根系是植被的重要组成部分，是植物吸收土壤中水分和养分的重要器官，也是植物地上部分赖以生存的基础。植物根系与土壤直接接触，通过对土壤的穿插、缠绕、固结以及根系分泌物与土壤的相互作用，提高土壤的抗剪强度［14］，从而增加土壤的抗分离能力，在稳定土壤结构，增加土壤蓄水能力，防治土壤流失与侵蚀等方面发挥着重要的作用［18］。发达的植物根系也有助于植物生长，提高植物持水量，以增强植物抗旱能力，适应水土流失区恶劣的生境。

前期笔者曾对宽叶雀稗内生真菌进行分离和鉴定［19］，并研究内生真菌对宽叶雀稗根际土壤通气持水性能的影响［20］。该研究进一步开展内生真菌对宽叶雀稗根系生长及生物量的影响研究，以更好地发挥宽叶雀稗的水土保持作用，为生态环境修复提供技术支持。

1 材料与方法

供试宽叶雀稗样品采自福建长汀、厦门和福州的天然草地、人工草皮和绿化带。采样时挑选生长形状良好、无病虫害的健康植株幼苗。

采用苯胺蓝染色法进行内生真菌检测，将带有内生真菌的样品归类并进行18SrDNA检测，在样品茎叶部位检测到棘壳孢属（Neopyrenochaeta sp.）、篮状菌属Talaromyces sp.［（嗜松篮状菌Talaromyces pinophilus、安拉阿巴德篮状菌Talaromyces allahabadensis）］和小皮伞属（Marasmius sp.）内生真菌。

将未受侵染以及分别受上述内生真菌侵染的根系完整、生长相近的宽叶雀稗移栽至福建省水土保持试验站田间试验地。以未受内生真菌侵染的宽叶雀稗为对照（CK），其余4个处理分别为：EI1，新棘壳孢属处理；EI2，嗜松篮状菌处理；EI3，安拉阿巴德篮状菌处理；EI4，小皮伞属处理。每处理组5株幼苗，重复3次。

移栽8个月后，对宽叶雀稗根系形态和生物量进行测定。将根系与地上部分分离，采用Epson 数字化扫描仪（Expression 10000XL）对根系进行扫描，采用WinRHIZO（Pro 2009c）根系图像软件进行根系形态特征分析。根系指标包括根系总根长、总根表面积、总根体积和平均直径。

对宽叶雀稗地下部分、地上部分以及全株进行称重，测定其鲜重。在 80 ℃ 的烘箱中烘干至恒质量称量。计算宽叶雀稗含水量：（鲜重-干重）/鲜重×100%。

2 结果与分析

2.1 宽叶雀稗内生真菌对根系形态的影响

对宽叶雀稗根系进行扫描，结果如图1～4，不同处理的宽叶雀稗根系形态特征呈现差异性。

图1表明，EI2、EI3和EI4处理的宽叶雀稗总根长较对照有显著增长，其中EI3作用最明显。EI1处理的宽叶雀稗根系总根长与对照间无显著差异。

图2表明，EI3处理的宽叶雀稗根系的平均直径最大，达到0.83 cm，显著高于其他处理和对照。而EI1处理的宽叶雀稗平均直径增长不明显，EI2和EI4处理宽叶雀稗平均直径比对照略有下降，但差异不显著。

图3表明，EI2和EI3处理的宽叶雀稗总根表面积显著高于其他处理和对照。EI2处理的野外试验样地生长环境的宽叶雀稗总根表面积最大。EI1和EI4处理的宽叶雀稗总根表面积较对照无显著差异。

就根系总根体积而言，各內生真菌处理对宽叶雀稗根系总根体积的影响不明显（图4）。

2.2 内生真菌对宽叶雀稗生物量的影响

由图5和图6可知，宽叶雀稗地下部分、地上部分、全株总生物量在不同处理间存在差异。其中EI2和EI3的作用较为明显。EI2处理下，宽叶雀稗的地下、地上部分和总鲜重较对照分别提高了39.29%、13.04%和27.45%；地下、地上部分和总干重较对照分别提高了27.14%、23.29%和25.02%。EI3处理下，宽叶雀稗的地下、地上部分和总鲜重较对照分别提高了32.14%、39.13%和35.29%；地下、地上部分和总干重较对照分别提高了17.84%、39.12%和29.54%。EI2处理对地下部分的促进作用更明显，而EI3对地上部分的促进作用更明显。

根据宽叶雀稗不同部位鲜重和干重数据可得出，不同处理宽叶雀稗地上部分的含水率在68.85%～71.44%，根系部分的含水率在80.30%～82.86%，植株含水率在75.21%～77.57%。尽管不同内生真菌处理对宽叶雀稗器官鲜重和干重方面存在不同程度的影响，总体而言宽叶雀稗根系部分含水率高于地上部分。

3 结论与讨论

试验结果表明，与未受内生真菌侵染的植株相比，受侵染的植株对于宽叶雀稗根系的生长具有不同程度的促进作用。在不同内生真菌处理中，嗜松篮状菌和安拉阿巴德篮状菌侵染后对于宽叶雀稗根系形态的影响更为显著。各处理间宽叶雀稗地下、地上和全株生物量具有不同程度的变化。嗜松篮状菌和安拉阿巴德篮状菌侵染后对于宽叶雀稗生物量的促进作用同样更为明显。相较于地上部分，各内生真菌处理对宽叶雀稗地下部分的影响更大，且宽叶雀稗根系部分含水率高于地上部分。

内生真菌促进植物生长的生理生化机制主要包括2个方面。一方面，内生真菌影响感染植物体内的物质代谢，能够提高植物的资源利用率；另一方面，内生真菌可以产生生长素等激素类物质，促进植物的生长［21］。内生真菌可影响寄主植物地上部分和根系的酶表达，从而影响植物的氮代谢水平［22-23］。一些内生真菌与植株共生后能分泌多种胞外酶，为提高宿主植物对养分的潜在利用能力创造条件，促进植物的生长［24］。内生真菌有可能改变了植物体内碳水化合物源库关系，从而减少或阻止植物对光合作用的反馈抑制，促进光合作用［25-26］。White等［27］认为，内生真菌产生的生长素和有相似功能的生物碱分泌到植物分生组织，影响光合产物在植物地上部和根系的分配，或者内生真菌通过改变植物内源激素水平，促进植物生长。内生真菌促进根系生长可能是因为内生真菌能够产生促进植物生长的激素［28］，在不同程度产生植物生长调节剂，有助于促进根系生长，扩大根系吸收面积，增加根量和根系活力，促进植物的生长发育。

该研究发现，嗜松篮状菌和安拉阿巴德篮状菌侵染后对于促进宽叶雀稗根系生长和提高生物量较其他菌作用均更为明显。可对其进行开发利用，运用于水土保持实践中。内生真菌对宽叶雀稗根系生长和生物量的影响可能与养分及其分配有关，其作用机制及多种内生真菌的复合作用有待进一步研究。

参考文献

［1］ SCHARDL C L，LEUCHTMANN A，SPIERING M J.Symbioses of grasses with seedborne fungal endophytes［J］.Annu Rev of Plant Biol，2004，55：315-340.

［2］ CLAY K.Fungal endophytes of grasses：A defensive mutualism between plants and fungi［J］.Ecology，1988，69（1）：10-16.

［3］ CAMPBELL M A，TAPPER B A，SIMPSON W R，et al.Epichlo hybrida，sp.nov.，an emerging model system for investigating fungal allopolyploidy［J］.Mycologia，2017，109：715-729.

［4］ 李川，任安芝，高玉葆．内生真菌感染对宿主植物高羊茅锌耐受性的影响［J］．生态学报，2010，30（7）：1684-1690.

［5］ CLAY K.The ecology and evolution of endophytes［J］.Agric Ecosyst Environ，1993，44（1/2/3/4）：39-64.

［6］ RICE J S，PINKERTON B W，STINGER W C，et al.Seed production in tall feseue as affected by fungal endophyets［J］.Crop Sci，1990，30：1303-1305.

［7］ 邓慧华，洪滔，吴承祯，等.马尾松（Pinus massoniana）内生真菌的产油脂效果［J］.应用与环境生物学报，2014，20（3）：377-381.

［8］ 邓慧华，洪伟，吴承祯，等.马尾松内生真菌产油脂菌株的分离、筛选和鉴定［J］.植物资源与环境学报，2014，23（2）：27-33.

［9］ DENG H H，HONG T，WU C Z，et al.Application of endophytic fungi isolated from Pinus massoniana Lamb. in resin tapping［J］.Bangladesh J Bot，2015，44（5）：753-758.

［10］ 欧阳玉莹，洪滔，洪陈洁，等.不同内生真菌对缺磷条件下千年桐幼苗生长及Ｃ、Ｎ、Ｐ和Ｋ含量的影响［J］.植物资源与环境学报，2017，26（4）：32-44.

［11］ 赵鑫，王文娟，王普昶，等.不同钙浓度对宽叶雀稗幼苗的生长和抗性生理的影响［J］.植物生态学报，2019，43（10）：909-920.

［12］ 练冬梅，姚运法，张树河，等.长汀稀土矿区乔灌草绿化模式生态修复效果研究［J］.亚热带水土保持，2016，28（2）：1-4.

［13］ 左长清，马良.几个草种的水土保持效应研究［J］.江西农业大学学报，2004，26（4）：619-623.

［14］ 蒋芳市，何恺文，李慧，等.2种草本植物根系对崩岗洪积扇土壤分离的影响［J］.水土保持学报，2018，32（6）：112-117.

［15］ 王文娟，赵丽丽，王普昶，等.氮素水平对宽叶雀稗生理生态的影响［J］.草业科学，2019，36（3）：744-753.

［16］ 文竹梅，冯玉超，刘青青，等.3种草本植物种子萌发及幼苗生长生理对干旱胁迫的响应［J］.福建农林大学学报（自然科学版），2022，51（4）：562-569.

［17］ 赵雅曼，陈顺钰，张韵，等.酸、Cd胁迫对宽叶雀稗种子萌发、幼苗生长及亚细胞结构的影响［J］.农业环境科学学报，2019，38（1）：60-69.

［18］ 何恺文，黄炎和，蒋芳市，等.2种草本植物根系对长汀县崩岗洪积扇土壤水分状况的影响［J］.中国水土保持科学，2017，15（4）：25-34.

［19］ 邓慧华，史文妍，陈锐琼，等.水土保持草种宽叶雀稗内生真菌的分离和鉴定［J］.亚热带水土保持，2020，32（4）：19-21，29.

［20］ 邓慧华.内生真菌对宽叶雀稗根际土壤通气持水性能的影响［J］.安徽农业科学，2022，50（1）：76-78.

［21］ 陈世苹，高玉葆.内生真菌与禾本科植物之间的关系及其生态学意义［J］.生态学杂志，2000，19（5）：52-57.

［22］ 杨波，陈晏，李霞，等.植物内生菌促进宿主氮吸收与代谢研究进展［J］.生态学报，2013，33（9）：2656-2664.

［23］ 陳薇，刘慧，姜楠，等.不同 CO2 浓度和氮素处理下内生真菌感染对高羊茅的生理生态影响［J］.南开大学学报（自然科学版），2015，48（4）：43-52.

［24］ UPSON R，READ D J，NEWSHAM K K.Nitrogen form influences the response of Deschampsia antarctica to dark septate root endophytes［J］.Mycorrhiza，2009，20（1）：1-11.

［25］ SMITH K T，BACON C W，LUTTRELL E S.Reciprocal translocation of carbohydrates between host and fungus in bahia grass infected with Myriogenospora atramentosea［J］.Phytopathology，1985，75：407-411.

［26］ THROWER L B，LEWIS D H.Uptake of sugars by Epichloe typhina（Pers.ex Fr.） in culture and from its host，Agrostis stolonifera L.［J］.New Phytol，1973，72：501-508.

［27］ WHITE J F，BELANGER F，MEYER W，et al.Clavicipitalean fungal epibionts and endophytes-Development of symbiotic interactions with plants［J］.Symbiosis，2002，33（3）：201-213.

［28］ 张集慧，王春兰，郭顺星，等.兰科药用植物的5种内生真菌产生的植物激素［J］.中国医学科学院学报，1999，21（6）：460-465.