摘要: 目的：研究接种菌根菌对上海地区松柏类古树生长的影响，为应用菌根菌促生古树生长提供科学依据。方法：以上海地区5种松柏类古树(五针松Pinus parviflora、白皮松Pinus bungeana、黑松Pinus thunbergii、雪松Cedrus deodara、桧柏Sabina chinensis)为材料，采用南京林业大学提供的黄色须腹菌(Rhizopogon luteolus, R1)、多噬伯克霍尔德氏菌(Burkholderia multivorans, FJ9)、美味牛肝菌(Boletus edulis, Be)进行接种。结果：结果表明，接种1年后，各古树的生长量、叶绿素含量、根系活力和根系侵染率均有增加，尤其是根系活力增加明显，接种FJ9能够显著提升松柏古树的叶绿素含量，接种Rl、Be能够显著提升古树的菌根侵染率，每株(树)接种量10 L与15 L并无显著区别。结论：接种菌根菌对于松柏类古树的各项生理指标均有一定程度的促进作用，接种Rl、Be对于松柏类古树地下根系活力和菌根侵染率提升效果较好，接种FJ9对于叶绿素含量提升效果最好，但其中的机制尚需进一步研究。
Abstract:
Objective: To study the effects of inoculation of mycorrhizal fungi on the growth of ancient coniferous trees in Shanghai, and to provide scientific basis for the application of mycorrhizal fungi to promote the growth of ancient trees. Methods: Five kinds of ancient coniferous trees (Pinus parviflora, Pinus bungeana, Pinus thunbergii, Cedrus deodara, and Sabina chinensis) and three mycorrhizal fungi (Rhizopogon luteolus, R1; Burkholderia multivorans, FJ9; Boletus edulis, Be) were used as materials. Results: The results showed that after one year after inoculation, the growth, chlorophyll content, root activity, and root colonization rate of all trees increased, especially the root activity increased significantly. Inoculation of FJ9 could significantly increase the chlorophyll content of ancient coniferous trees, inoculation of Rl and Be could significantly increase the mycorrhizal colonization rate of ancient trees, and there was no significant difference between inoculation amount of 10 L and 15 L. Conclusion: Inoculation of mycorrhizal fungi enhanced the physiological indexes of ancient coniferous trees to a certain extent. Inoculation of Rl and Be has a better effect on the root activity and mycorrhizal infection rate of ancient coniferous trees, while the inoculation of FJ9 has the best effect on the chlorophyll content, but the mechanism needs further study.
1. 引言
古树是指树龄在百年以上的树木，是上海城市绿化与历史文化的重要组成部分，更是城市的重要自然资源，对它的保护是城市绿化建设的重要组成部分。古树多为乡土树种，一个地方的历史越长，其古树也越多，古树的树龄也越长，古树保护的好坏，对提升城市的历史文化内涵起着至关重要的作用 [1] [2] [3] [4] 。目前生长在上海的松柏类古树有白皮松(Pinus bungeana)、五针松(Pinus parviflora)、大王松(Pinus palustris)、黑松(Pinus thunbergii)、雪松(Cedrus deodara)、龙柏(Sabina chinensis)、桧柏(Sabina chinensis)等7个树种320株，占到上海古树总数的20%左右，但是目前生长的松柏古树中许多生长不良，其中还有不少处于濒危临死状态。
对于松柏类古树生长来说，除其自身遗传因素外，其植物–微生物共生系统的形成是影响其生长的重要因素。菌根(Mycorrhiza)是土壤中菌根真菌与植物根系形成的互利共生体，菌根真菌能够为宿主植物带来多种有益影响，其在生态系统建立和物质循环过程中都扮演着重要角色 [5] 。世界上约有10%的植物能形成外生菌根，多数为乔木树种，主要有松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)壳斗科(Fagaceae)、桦木科(Betulaceae)、杨柳科(Salicaceae)等34科100余属，广泛分布于全球各类森林生态系统中 [6] 。在对于杉木(Cunninghamia lanceolata)、‘檀桥’板栗(Castanea mollissima ‘Tanqiao’)等林木的一些研究中发现，接种菌根菌具有促进林木的养分吸收与生长、增强苗木抗逆性 等多重功能 [7] [8] [9] 。松柏类树木对于菌根共生系统的依赖性很强，缺少菌根就会造成生长不良甚至死亡 [10] [11] [12] [13] 。早在1978年前后，国内专家童竞新等率先在国内对国外松菌根进行研究，之后由于诸多原因省的松树菌根研究一直处于停滞不前状态。松柏类古树是上海古树的重要组成部分，但是由于生长环境不良及土壤瘠薄等原因，目前生长的松柏古树中许多出现了生长不良现象。因此，接种菌根菌，改善松柏类古树的生长环境，对于进一步保护上海松柏类古树、促进古树健康生长具有重要意义。本研究以上海市生长在不同地点的5类松柏古树为研究对象，进行菌根菌接种，研究接种菌根菌对于松柏古树生长的促生作用。研究结果可为松柏类古树的复壮与促生提供技术依据，并可为今后更大范围内进行松柏类古树的复壮应用提供理论支撑。
2. 试验材料与研究方法
2.1. 试验材料
接种所选的松柏类古树，是按照上海地区松柏类古树的数量、分布状况等因素综合考虑确定的。并于2017年5月对所选5种松柏类古树进行菌根菌接种，接种菌剂采用南京林业大学提供的黄色须腹菌(Rhizopogon luteolus, Rl)、多噬伯克霍尔德氏菌(Burkholderia multivorans, FJ9)和美味牛肝菌(Boletus edulis, Be)，具体接种情况见表1。
在接种前，还对拟接古树的生长量、叶绿素含量、根系菌根侵染率、根系活力进行了测定，并在接种后1年，即2018年5月，对相同指标进行了重复测定，以观察菌根菌接种对古树生长的促进作用。
Table 1. Mycorrhizal inoculation of ancient coniferous trees in Shanghai
表1. 上海松柏类古树的菌根菌接种情况
2.2. 研究方法
菌根菌接种方法：在古树冠幅内的东、南、西、北四方向各挖1条深度约40 cm的浅沟，要求沟深达到古树根系的分布区，将菌剂均匀撒入沟内，用土掩埋。
土壤取样方法：在挖出的4个浅沟内采集土壤样品，土样取回后于室内通风阴凉处风干，磨细过2 mm筛后保存备用。
年生长量测定方法：在古树东南西北4个方位选取15个枝条进行标记，用量尺量取枝条生长量并记录，取平均值。
叶绿素含量测定方法：采用分光光度法进行测定 [14] 。
根系菌根侵染率测定方法：采用染色法进行测定 [9] 。
根系活力测定方法：采用TTC (2, 3, 5-三苯基氯化四氮唑)还原法测定 [14] 。
试验中所有数据间的差异显著性检验都采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)按照Duncans Multiple-Range差异性检验进行分析。所有的统计分析都是用SPSS 13.0软件完成。
3. 结果与分析
3.1. 接种菌根菌对古树根系侵染特征的影响
根系的侵染率可以表征植物与菌根菌的共生状况，植物根系侵染率高，意味着植物与菌根菌共生关系更为紧密，菌根菌对于植物的影响可能就越大。本研究表明，对松柏科古树进行菌根菌接种，能够很好的促进古树与菌根菌的共生关系，古树根系的菌根侵染率均有明显提升。从接种量上看，接种10 L菌剂时，古树根系的菌根侵染率平均提高了84% (p < 0.05)，当接种15 L时，菌根侵染率平均提高了121.8% (p < 0.05) (图1(A))。从菌剂组成上看，接种3种菌根菌后，大部分古树的菌根侵染率都有显著提高，其中接种Be和Rl的处理分别提升了162.3%和146% (p < 0.05)，而接种FJ9对古树根系侵染率的提升效果不显著，只有21.9% (图1(B))。
Figure 1. Mycorrhizal infection rate of ancient trees before and after mycorrhizal inoculation
图1. 菌根菌接种前后古树根系侵染特征变化情况
3.2. 接种菌根菌对古树生长量的影响
如图2所示，在接种菌根菌，除编号为0521、0522的雪松(在根周堆过土)外，接种菌根菌对松柏类古树的生长均有不同程度的促进作用。从接种量来看，不论是接种10 L还是15 L，菌根菌对于古树的生长均有促进作用，生长量分别提高了12.5% (接种10 L)和11.7% (接种15 L)，但不同接种量间无显著差异(p > 0.05；图2(A))。从接种剂组成来看，接种Be、FJ9与Rl对古树生长量均有促进作用(图2(B))，其中以Be的促进效果最好，生长量提高了15.8%，但不同接种剂间无显著差异(p > 0.05)。
Figure 2. Growth of ancient trees before and after mycorrhizal inoculation
图2. 菌根菌接种前后古树的生长状况
3.3. 接种菌根菌对古树叶片叶绿素的影响
叶绿素是植物生长必需的主要光合色素，其含量在一定程度上可以反映植株进行光合作用的潜力。本研究发现接种菌根菌后古树叶片的叶绿素含量均有提升(图3)，除根部堆过土的0521、0522号雪松外，其他古树在接种菌根菌后，其叶片叶绿素含量皆有较好的提升效果。接种FJ9能够显著提升古树叶片的叶绿素含量(提升了16.3%，p < 0.05，图3(B))，而接种Rl和Be的古树叶片叶绿素含量也有一定程度的提升，但差异不显著(p > 0.05)。从接种量上来看，接种10 L与接种15 L菌剂对于古树叶片的叶绿素含量均有促进作用，但接种量间并无显著差异(p > 0.05，图3(A))。
Figure 3. Chlorophyll content of ancient trees before and after mycorrhizal inoculation
图3. 菌根菌接种前后古树叶片叶绿素含量的变化
3.4. 接种菌根菌对古树根系活力的影响
根系活力能够间接反映植物根系的生长情况和营养吸收水平，植物根系活力越高，其养分吸收能力越强。接种菌根菌后，古树的根系活力均有不同程度的增强(图4)。从接种量来看，接种10 L菌剂时古树根系活力提高了45.5%，接种15 L时根系活力提高了42.25%，但不同接种量间无显著差异(p > 0.05) (图4(A))。从菌剂组成来看，接种3种菌根菌对于古树根系活力均有提升效果，其中接种Rl的提升效果最好，为48.68% (图4(B)，p < 0.05)。
Figuer 4. Root activity of ancient trees before and after mycorrhizal inoculation
图4. 菌根菌接种前后古树根系活力变化情况
4. 讨论
研究表明，菌根菌接种能对植物的生长发育起到显著的正调控作用 [15] ，松柏类古树作为上海古树的重要组成部分，由于生长环境不佳等原因，许多松柏类古树都生长不良甚至濒临死亡。松柏类树木对于菌根菌的依赖性很强，因此本研究通过菌根菌接种、土壤取样、年生长量测定、叶绿素含量测定、根系菌根侵染率测定、根系活力测定，接种不同的菌根菌，测定松柏类古树接种前后的生长及生理指标，分析和比较了菌根菌接种对松柏类古树生长的促进作用，结果对于古树名木的保护及复壮具有很好的指导意义。
本研究发现，施用菌根菌后能够很好的提高宿主植物的菌根侵染率，表明松柏类古树能够与菌根菌形成很好的共生关系。菌根侵染率越高，表明菌根菌与宿主植物根系形成的共生位点越多，与植物根系进行物质交换的界面就越大，菌根菌的外生菌丝吸收的养分与植物进行交换的速度也越快、效率更高，这是有利于植物生长的 [11] 。在本研究中，添加菌根菌剂后，大部分古树的菌根侵染率都得到了显著提升，其中接种Be、Rl菌剂对于松柏类古树的菌根侵染率提升效果较好。可能是菌根菌具外部菌丝，可以通过延长的菌丝来扩大植物对养分的吸收范围和面积，但在本研究中不同菌种及不同接种量间古树的生长量差异并不显著，可能与古树个体较大，自身生长较慢有关。研究还表明菌根菌接种后能在一定程度上提升树木的光合能力 [8] ，但是这种研究主要是在幼苗或小树上进行的，对于古树的相关研究还鲜见报道。而叶绿素是植物在光合作用过程中进行光能吸收和传递的重要功能物质，是光合作用中最重要和最有效的色素，不仅是吸收和传递光能的载体，同时也是电子传递过程中必不可少的电子传递体，是光合作用的必要条件。其含量在一定程度上能反映植物同化物质的能力，从而影响植物的生长 [16] ，植物进行光合作用的能力直接依赖于绿叶中叶绿素含量的高低。本研究对于接种菌根菌后古树叶片的叶绿素含量进行了分析，发现接种菌根菌的古树叶绿素含量均高于未接种处理，而接种FJ9对于松柏类古树叶绿素含量的提升效果最好。因为古树树体较高大，进行光合测定比较困难，但是叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，其含量水平也能从某种程度上反映树木叶片光合性能的强弱 [17] 。
本研究还发现接种菌根菌能够促进松柏类古树根系活力的提升，其中接种Rl菌剂对于古树的根系活力提升效果最好，与之前的一些研究结果类似 [18] ，可能是由于菌根菌对于古树的促生效果较好，加快了古树地下吸收根的更新，使得根系活力有所提高，由于外生菌丝的存在，提升了古树对于养分的吸收能力 [10] [19] [20] ，较高的养分浓度也间接提升了古树的根系活力。
5. 结论
综上所述，对于松柏类古树接种菌根菌总体上提升了古树地上部分的生长量、叶绿素含量，并增强了古树的根系活力和菌根侵染率。接种Rl、Be菌剂对上海松柏类古树的根系活力和菌根侵染率有较大的提升作用；从实验情况来看，接种量对于古树各项测定指标则无明显差异。