铝(Al)，地壳中最丰富的金属元素，现在被认为是生物圈中的一种严重危害因子。由于酸雨导致土壤酸性的增加，造成可溶性Al的增加(Rogers et al., 2001)。许多自然酸性土壤，尤其是下层土中具有高水平的可溶性Al(Ritchie, 1995)。Al可以延缓根部的生长，限制根际营养的获得，影响植物对营养的吸收和转移(Roy et al., 1988)。丛枝菌根在酸性土壤中广泛分布，植物根部感染丛枝菌根真菌通常可以改善幼苗的存活，并且促进植物在酸性土壤上的生长(Clark, 1997)。

中国是世界三大酸雨区之一，三峡库区又是我国酸雨频率较高、酸雨程度极为严重的区域之一(李静等，2004)。本区大部分土壤属于中亚热带湿润地区常绿阔叶林黄壤地带，黄壤淋洗强烈，含活性Fe、Al较多(冯宗炜，1993)。樟树(Cinnamomum camphora )，常绿乔木，具有重要的商业价值，也是优良的绿化树种(熊济华等，2005)。Oda等(2002)的研究表明：Al胁迫抑制了樟树幼苗的生长。此外，笔者对重庆缙云山酸性黄壤上樟树幼苗生长的实地调查也证实了这一点。

本研究旨在探讨接种丛枝菌根真菌是否促进樟树幼苗生长及其机理；接种丛枝菌根真菌的樟树幼苗是否具有抗Al胁迫的能力及其机理；同时为三峡库区的绿化造林和经济建设提供理论和技术依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

幼套球囊霉(Glomus etunicatum)，编号BGCXJ04B，北京市农林科学院提供，1 448个孢子·(20 g)^-1菌剂。将樟树种子(西南大学校园内收集)置于体积分数为10%的H₂O₂中浸泡20 min，超纯水漂洗3次，置于光照培养箱中的湿润滤纸上催芽，昼夜时间和温度分别设定为12 h、25 ℃和14 h、10 ℃。生长基质为重庆缙云山的林地黄壤与河沙的混合物(体积比为3:1)。经高压蒸汽灭菌法(压力0.14 MPa，温度124 ℃，持续1 h)灭菌后，装入规格为24 cm×16 cm×20 cm的塑料花盆内备用，每盆基质3 kg。

1.2 试验方法

采用完全随机区组试验设计。设定2个因素：菌根和Al胁迫。菌根有2个水平：接种和不接种；Al胁迫有4个水平：Al³⁺浓度分别为0，0.5，8和15 mmol^-1·L^-1的pH=4.0的酸性Al溶液。接种时间为2005年3月1日，接种处理每盆放入接种物25 g，不接种处理每盆放入经高压灭菌的接种物25 g，在生长基质中央挖1个3 cm深的小穴，加入12.5 g接种物，放入8粒种子，在种子上覆盖12.5 g接种物，再用生长基质覆盖。播种后放入培养室，待樟树出苗后，每盆选留生长一致的幼苗3株，移至塑料薄膜棚下遮雨。每处理5盆为1组，接种和不接种各20盆，共计40盆，120株。待幼苗株高9 cm时，使用超纯水和H₂SO₄配制的pH=4.0的Al溶液进行处理，把Al³⁺以Al₂(SO₄)₃·18H₂O的形式添加到酸性溶液中来模拟酸性土壤中Al³⁺的释放(Matzner et al., 1995; Radka et al., 1999)，每周喷施Al溶液3次，每次每盆75 mL。Al胁迫处理10周后进行各项生理指标的测定，各处理随机抽取3株(不同组的3盆内)，重复3次。

1.2.1 菌根侵染率的测定

酸性品红染色，然后用感染长度计算法测定菌根侵染率(Smith et al., 1997)。

1.2.2 形态指标、生物量和P的测定

用游标卡尺测量高度、基茎和叶柄长度；计数叶片数；用LI-3000A便携式叶面积仪(LiCor Inc., US)测量叶面积；用WinRHIZO根系分析系统(RegentInstruments Inc., Quebec, Canada)测量根长；生物量分别称取根、茎和叶的鲜质量，然后于65 ℃烘干至恒定质量，再分别称取干质量；用钼蓝法(Murphy et al., 1962)测定叶和根的P含量。比叶面积＝叶面积/叶干质量，比根长＝根长/根干质量。

1.2.3 植物叶和根内源激素含量的测定

试剂盒购自中国农业大学，使用酶联免疫法(ELISA)测定植物激素的含量(Xie et al., 2003)，包括叶和根的生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)含量。

1.2.4 统计分析

所有试验数据均使用SPSS(11.5)统计软件进行统计分析。使用一般线形模型(GLM)的方差分析(ANOVA)和邓肯多重比较(Duncan’s multiple range test)来检验和分析不同处理所造成的差异。

2 结果与分析 2.1 菌根真菌和Al对樟树幼苗形态和生物量的影响

Al胁迫处理10周后的植株形态指标见表 2。菌根和Al对植株高度和叶面积有交互作用。接种植株的株高、基茎、叶柄长和叶面积在Al³⁺浓度为0、0.5 mmol·L^-1时显著大于不接种植株；而浓度为8 mmol·L^-1时，虽然也大于不接种植株，但差异不显著；在Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1时，二者没有差异。所有处理水平下，接种植株的叶片数和比叶面积均大于不接种植株，但均无显著差异，说明菌根显著促进Al³⁺浓度为0、0.5 mmol·L^-1时的植株生长，对Al³⁺浓度为8 mmol·L^-1时的植株生长有一定促进，而对Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1时的植株生长没有促进。即随着Al³⁺浓度的增大，接种菌根真菌的植株对Al毒的抗性有减弱的趋势。

生物量也同样体现出菌根对不同水平Al毒的抗性(表 3)。菌根和Al对植株地上和地下部分生物量以及根冠比有交互作用。Al³⁺浓度为0.5 mmol·L^-1时，接种植株的地下部和地上部生物量最大，其平均生物量分别达到不接种植株的4.51和2.31倍；在Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时接种植株地上部和地下部的生物量都显著大于不接种的植株；Al³⁺浓度为8 mmol·L^-1时，虽然也有类似规律，但二者差异不显著；浓度为15 mmol·L^-1时，接种和不接种植株没有差异。在Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时，接种植株的根冠比都大于不接种植株，且差异显著；而Al³⁺浓度为8和15 mmol·L^-1时的根冠比则无显著差异。说明菌根在一定程度上具有缓解植株遭受Al胁迫的能力，而当胁迫严重时，缓解作用有限。

2.2 菌根真菌和Al对樟树幼苗菌根侵染率、根长、比根长、叶和根P含量的影响

生长末期的植株根系以及叶P和根P含量的变化情况如表 4。菌根和Al对植株根长有交互作用。在Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时，接种植株的根长和菌根侵染率显著大于不接种植株；Al³⁺浓度为0时叶P和根P最大；不接种植株的比根长在Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时大于接种植株，但差异不显著。说明菌根对于缓解中度胁迫(Al³⁺浓度为8 mmol·L^-1)时根部所遭受的毒害有一定作用，而对重度胁迫(Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1)下的Al毒对根部的伤害则作用有限；同时菌根可以增加轻度和中度Al胁迫时植株叶P和根P的吸收。

2.3 菌根真菌和Al对樟树幼苗叶片和根部植物激素含量的影响

不同浓度的Al溶液处理显著影响植株叶片内源激素的含量(图 1)。在所有Al水平上，接种植株叶片的IAA含量和不接种植株都没有显著差异。在Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1时不接种植株的叶片ABA含量最高；Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时接种植株的叶片ABA含量显著小于不接种植株。而叶片ZR含量显著大于不接种植株，而Al³⁺浓度为8 mmol·L^-1时接种植株的叶片ZR含量大于不接种植株，但却不显著。Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1时接种和不接种植株叶片的ZR含量没有差异。说明菌根显著增加轻度和中度Al胁迫下植株叶片ZR含量，降低叶片ABA含量。相对于不接种植株，接种植株的这种变化增强了植株对一定程度的Al胁迫的抗性。

不同浓度Al溶液处理对植物根部植物激素含量也有显著影响(图 2)。在Al³⁺ 浓度为0和0.5 mmol·L^-1时，接种植株的根部IAA和ZR含量显著大于不接种植株，而在Al³⁺浓度为8和15 mmol·L^-1时，接种植株和不接种植株相比，根部ZR含量没有显著差异。接种和不接种植株中，Al³⁺浓度15 mmol·L^-1时根部ABA含量最高，在Al³⁺浓度为0和0.5 mmol·L^-1时的接种植株中，根部ABA含量显著低于不接种植株；而在Al³⁺浓度为8和15 mmol·L^-1时，接种和不接种植株的差异不显著。说明接种显著增加植株根部IAA和ZR含量，降低ABA的含量。增加的根部IAA和ZR含量，可以缓解轻度(Al³⁺浓度为0 mmol·L^-1)或中度(Al³⁺浓度为8 mmol·L^-1)时Al对根的毒害，而当重度Al(Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1)胁迫时，菌根缓解Al的毒害作用有限。

2.4 樟树幼苗的生长与植株叶和根的植物激素和P含量的相关性

相关性分析结果(表 5)显示：植株的生长指标和菌根的侵染率与叶和根的IAA、ABA、ZR和P含量相关，说明菌根造成接种植株与不接种植株不同部位的植物激素和P含量不同。随着的Al胁迫的增强，对植株造成的危害程度有所增加，而接种可以在某种程度上改变植物体内不同部位激素的浓度，增加P的吸收，进而缓解Al毒对植物造成的伤害。

3 结论与讨论

本研究证实了Koslowsky等(1989)关于Al对植物生长和菌根感染造成不利影响的报道。Kochian(1995)认为：Al可能是通过抑制细胞分裂素的合成及其向地上部分生组织的运输，降低了地上部正常生长发育所需的内源细胞分裂素水平，来影响植物生长。用玉米(Zea mays)、大麦(Hordeum vulgare)和豌豆(Lathyrus pratensis)的铝敏感和耐性品种进行铝处理，敏感品种根中ABA含量比耐性品种相应增加340%、351%和475%；Al处理也同时降低了水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)植株对P的吸收(赵福庚, 2004)。本研究的结果显示：随着Al胁迫浓度的增加，根和叶的脱落酸含量也随之增加(P＜0.05)(图 1、2)，与此相反，根和叶的细胞分裂素含量却相应地减少(P＜0.05)(图 1、2)。而叶P和根P的含量同时也减少(P＜0.05)(表 4)。

本研究的结果还显示：虽然在重度胁迫(Al³⁺浓度为15 mmol·L^-1)下，接种和不接种樟树幼苗的生长和生物量指标几乎没有差异，但是在轻、中度的Al胁迫下，菌根联合体缓解了Al对宿主植物的生长和生物量积累以及P吸收的影响(表 2、3和4)。说明丛枝菌根真菌感染赋予宿主植物一定的抗Al毒特性，这一点已被其他几种试验的植物所证实(Medeiros et al., 1994)。丛枝菌根真菌可以在缺P的土壤中通过真菌菌丝促进P的吸收，一直是菌根刺激生长的主要响应机制。然而，菌根侵染率和那些由于侵染而引起的生长的变化，也同样被认为是由于宿主植物体内改变的激素平衡所致(Hirsch et al., 1997)。Al胁迫时，菌根真菌可能通过增加植物激素尤其是细胞分裂素的含量来增强宿主植物对Al的抗性(Jentschke et al., 2000)。丛枝菌根真菌产生生长素、细胞分裂素和赤霉素已经有所报道(Allen et al., 1980)。宿主和丛枝菌根真菌联合体导致不同植物器官中脱落酸、细胞分裂素或者赤霉素类物质的含量升高(Marschner, 1995)。本研究的结果表明：菌根侵染率的增加，植株不同器官的激素含量也发生了相应变化，这种激素水平的生理变化促进了宿主植物的生长。菌根真菌和P相对增加了根部IAA水平，最简单的解释是P营养水平的改善，在植物根部产生了光合作用的库，并且因此增加了从进行光合作用的枝叶向根部的IAA运输。同时，本研究也显示：在Al的各个浓度上，AM真菌感染的植物叶片和根中的ABA倾向于减少，而ZR水平有所升高，这和Allen等(1982)的研究结果相一致。菌根联合体中根和叶的细胞分裂素水平升高也许和如下因素有关：1)真菌产生的和随后分配到植物各部分的细胞分裂素；2)真菌或者植物产生的化合物抑制细胞分裂素的降解；3)由于营养条件的改善或者真菌发出的信号刺激植物细胞分裂素的产生(Vosátka et al., 1999)。此外，也有研究显示：植物的抗Al特性也许还和根际pH的改变、有机酸的释放或者根部PO₄^3-的流出有关(Delhaize et al., 1993)。

本试验的结果表明：丛枝菌根确实在某种程度上可以缓解Al对樟树幼苗生长的胁迫，这一点也和许多关于Al胁迫对接种菌根植物产生影响的报道相一致(Vosátka et al., 1999; Schulze, 1989; Matsumoto et al., 1996)。丛枝菌根真菌拮抗Al毒的机制可能是因为接种促进宿主植物对P的吸收，改变植物激素在体内的分配，从而促进宿主植物的生长。同时，低浓度的Al(Al³⁺浓度为0.5 mmol·L^-1)似乎对樟树幼苗的生长有促进作用，这可能和不同植物的耐Al性的遗传基础有关。因此，从某种意义上来说，具有抗Al毒特性的丛枝菌根和植物根部形成的菌根联合体，对于正在遭受酸沉降的三峡库区植物的健康生长而言，是至关重要的。