环境科学研究  2017, Vol. 30 Issue (6): 902-910  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.82

引用本文  

王鹰翔, 张金池, 吴雁雯, 等. 喷播基质中土壤菌施用对紫穗槐幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J]. 环境科学研究, 2017, 30(6): 902-910.
WANG Yingxiang, ZHANG Jinchi, WU Yanwen, et al. Effects of Soil Bacteria Inoculation in Spray Seeding Matrix on Photosynthesis Characteristics and Chlorophyll Fluorescence Parameters of Amorpha fruticose[J]. Research of Environmental Sciences, 2017, 30(6): 902-910.

基金项目

林业公益性行业科研专项(201504406);林业科学技术推广项目([2015]17号);江苏省高等学校林学优势学科建设项目(164010641)

责任作者

张金池(1962-), 男, 山东安丘人, 教授, 博士, 博导, 主要从事林业生态工程, 水土保持与荒漠化防治研究, zhang8811@njfu.edu.cn

作者简介

王鹰翔(1992-), 男, 江苏镇江人, 1573024103@qq.com

文章历史

收稿日期:2016-10-13
修订日期:2017-01-03
喷播基质中土壤菌施用对紫穗槐幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响
王鹰翔 , 张金池 , 吴雁雯 , 王凌剑 , 贾赵辉     
南京林业大学, 江苏省南方现代林业协同创新中心, 江苏省水土保持与生态修复重点实验室, 江苏 南京 210037
摘要:为了揭示喷播基质中土壤菌对植物的影响机制、筛选出优势土壤菌配置模式,以适应性极强的紫穗槐(Amorpha fruticosa)为试验材料,将筛选鉴定的3种土壤菌--细菌苏云金杆菌(nl11,专利号nl-11)、真菌卵形孢球托霉(nl15,专利号nl-15)和放线菌嗜热一氧化碳链霉菌(nl1,专利号nl-1),配制成无菌(CK)、单菌(nl11、nl15、nl1)、两种菌混合(nl11+nl15、nl11+nl1、nl15+nl1)和3种菌混合(nl11+nl15+nl1),共8种配置方式等比例混入基质中进行温室盆栽试验,分别观测其对紫穗槐幼苗的光合色素含量、光合特性以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明:与无菌苗相比,其他7种处理的紫穗槐幼苗w(Chlb)显著高于对照,除nl15+nl1和nl15+nl1+nl11外,其他处理的幼苗w(Chla)和w(Chl)均显著高于对照;除nl15+nl1处理外,其他处理的幼苗w(Car)显著高于对照.相比对照,nl11+nl15处理的幼苗净光合速率(Pn)显著提高123.5%,nl11处理的幼苗净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)和光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学量子产量(Fv/Fm)显著提高148.72%、156.21%和5.74%,nl15处理的幼苗PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)显著提高,nl11+nl15+nl1处理的幼苗净光合速率、光化学淬灭系数(qP)与电子传递速率(ETR)显著提高173.59%、12.58%和5.13%,nl1处理的紫穗槐幼苗初始荧光(Fo)与最大荧光(Fm)显著低于无菌幼苗10.05%和19.86%.通过土壤菌施用,显著促进了紫穗槐幼苗的光合色素的合成,提高气孔导度、水分利用效率、蒸腾速率和净光合速率,降低气孔限制值,增强了植株对有效光的利用,并且防止过剩光能对光合机构的进一步伤害,提高抗逆性和适应性,并以nl11、nl11+nl15和nl11+nl15+nl1这3种配置模式效果最为显著.
关键词土壤菌    紫穗槐    光合特性    叶绿素荧光参数    光合色素    
Effects of Soil Bacteria Inoculation in Spray Seeding Matrix on Photosynthesis Characteristics and Chlorophyll Fluorescence Parameters of Amorpha fruticose
WANG Yingxiang , ZHANG Jinchi , WU Yanwen , WANG Lingjian , JIA Zhaohui     
Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Ecological Restoration in Jiangsu Province, Collaborative Innovation Center of Sustainable Forestry in Southern China of Jiangsu Province, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
Abstract: This study sought to determine the influence of soil bacteria inoculation in spray seeding on plants, and select better configuration modes of soil bacteria. The research took Amorpha fruticose, a shrub with strong adaptability, as the subject of the test. Bacillus thuringiensis (nl-11), Gongronella butleri (nl-15) and Streptomyces thermophilus (nl-1) were mixed and applied to a greenhouse planting experiment. They were configured into eight modes. The group without soil bacteria was the control group, while the experimental groups were one species of soil bacteria, a mix of two species of soil bacteria and a mix of three species of soil bacteria. They were mixed into spray seeding matrix equally under glasshouse conditions with pot experiment. The effects of soil bacteria in spray seeding matrix on photosynthetic pigments, characteristics of photosynthesis and chlorohy ll fluorescence in A. fruticosa were observed. The measured physiological parameters differed greatly in all seven seedings growing from the control group. Compared with the control treatment, the chlorophyll b contents of 7 treatments of seedlings were significantly higher. In addition to nl15+nl1 treatment and nl15+nl1+nl11 treatment, the chlorophyll a content and the total chlorophyll content of other seedlings were significantly higher. The carotenoid content of other seedlings were significantly higher except nl15+nl1 treatment. In addition, leaf net photosynthetic rate (Pn) of seedings treated by nl11+nl15 significantly increased by 123.5%. Pn, water use efficiency (WUE) as well as maximal photochemical efficiency (Fv/Fm) of seedings treated by nl11 increased by 148.72%, 156.21% and 5.74%, respectively. PS Ⅱ actual quantum yield (ΦPSⅡ) of seedings improved significantly, along with Pn, photochemical quenching coefficient (qP) and electron transport ratio (ETR), which increased 173.59%, 12.58% and 5.13%, respectively. However, initial fluorescence (Fo) and maximal fluorescence (Fm) were significantly lower by 10.05% and 19.86%. Through soil bacteria treatment, the synthesis of various seedlings of photosynthetic pigment contents increased obviously, increasing the stomatal conductance, net photosynthetic rate and the openness of PS Ⅱ reaction center, and promoting the efficiency of photosynthetic electron transport and strengthening the PS Ⅱ light energy conversion efficiency. Plus, the seedlings of various water use efficiency and transpiration rate also increased dramatically, while stomatal limitation and leaf temperature were lower. In addition, it further protected the photosynthetic apparatus by higher photochemical and non-photochemical pathway. It could be concluded that the seedlings raised in soil bacteria with spray seeding matrix would better adapt to drought conditions. Among them, bacteria (nl11), bacteria (nl11)+fungi (nl11) and bacteria (nl11)+fungi (nl11)+actinomyces (nl1) had significant effect of seedings. Soil bacteria configuration mode in this study was only limited to the plant photosynthetic physiological characteristics; it will be combined with soil bacteria influence on soil improvement matrix and root growth in later studies, as well as on the weathering of the rock.
Keywords: soil bacteria    Amorpha fruticosa    photosynthetic characteristics    chlorophyll fluoresce parameters    photosynthetic pigments    

伴随经济、社会的不断发展和城市化进程的加快,矿产资源开发和交通等工程建设迅猛发展,同时造成了大量的破坏山体和裸露岩壁,制约了环境、经济和社会效益的统一协调发展.近年来,客土喷播技术被广泛应用到破坏山体生态修复中[1],但由于生长于岩石上部的植物根系仅依靠吸收基质中的有限养分,养分吸收殆尽后,植物将枯死,喷播覆盖层也将从岩体表面脱落,因而客土喷播技术的绿化效果存在难以长期维持的问题[2].有研究[3]表明,喷播基质中加入筛选好的微生物菌种,结合客土喷播技术,可形成适合植物生长的“生育基盘”,有效提高岩壁与喷施基质界面融合性,对岩壁复绿的长期维持具有重要意义.目前国内外关于土壤菌的研究多集中在微生物机理过程[4-5]、微生物的矿化作用[6-7]、土壤过程[8]、根系分泌物和菌根[9-10]等,针对土壤菌对植物生长及生理指标的影响研究相对较少.

光合作用是植物生长的生理基础,为植物生长发育提供所需的物质和能量[11-13].周相娟等[14]研究表明,非遮光条件下,接种根瘤菌显著提高大豆的光合能力;余旋等[15]研究发现,接种绿针假单胞菌、荧光假单胞菌和蜡样芽孢杆菌均可显著提高美国山核桃净光合速率;范克胜等[16]在非盐胁迫下接种外生菌均能显著提高杨树植株净光合速率、气孔导度和蒸腾速率;欧静等[17]发现,杜鹃花类菌根真菌可以促进桃叶杜鹃幼苗w(Chla)、w(Chlb)、w(Chl).因此,土壤菌如何影响植株内部的生理活性进而促进光合作用是目前研究的重点.

叶绿素荧光参数可直接反映植物光合系统对光能的吸收和利用情况,土壤菌对光合机构的影响也可通过它体现出来[13]. Barriuso等[18]发现,促生细菌单独接种对拟南芥叶片最大光化学量子产量(Fv/Fm)无显著影响,而促生细菌与生物胁迫或非生物胁迫共同作用时,对拟南芥叶片Fv/Fm值提升显著;王其传等[19]研究结果发现,微生物菌剂提高了辣椒植株光化学淬灭系数和实际光化学效率.

紫穗槐是耐寒、耐旱、耐湿、耐盐碱、抗风沙、抗逆性极强的灌木,在荒山坡、道路旁等均可生长,是常见的边坡复绿树种之一.目前,关于土壤微生物对植物光合作用和叶绿素荧光特性的影响主要集中在作物,而关于土壤菌对紫穗槐光合作用和叶绿素荧光特性的影响研究较少,尤其结合客土喷播技术的研究尚未见报道.该研究以紫穗槐(Amorpha fruticosa)为试验材料,基于室内试验筛选鉴定的3种土壤菌,通过盆栽试验从光合色素含量、光合特性以及叶绿素荧光动力学特征入手,分析土壤菌不同配置模式下紫穗槐幼苗的光合生理特征,以揭示喷播基质中不同配置的土壤菌对紫穗槐光合作用的影响机制,筛选出优势土壤菌配置模式,以期为指导野外喷播实践以及实现岩壁复绿的长期维持提供技术支撑和理论依据.

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验于2015年4月—2016年4月在南京林业大学下蜀林场FYS-8智能人工气候室中进行,空气相对湿度为60%;最大光合有效辐射为1 800 μmol/(m2·s).于每天06:00打开光照、18:00关闭光照.每天06:00采用称重法进行称重补充水分,保证每盆的土壤含水率均达到田间持水量的100%(控制每盆水分条件一致).

1.2 试验材料 1.2.1 基质的配置

按照农田土(92%)、木纤维(0.7%)、有机肥(5%)、泥炭土(2%)和岩石粉(0.3%)的配比进行充分混合,农田土取自野外地,需清除土壤中原有的石砾、根系、枯枝、落叶等.试验用塑料花盆型号为(内径255 mm,外径295 mm,底径175 mm,高195 mm).

1.2.2 土壤菌的制备

土壤菌的发酵:将筛选鉴定的三种土壤菌——细菌苏云金杆菌[20]、真菌卵形孢球托霉[21]和放线菌嗜热一氧化碳链霉菌[22]先接入液体培养基,振荡24 h,再接入发酵罐中发酵,发酵过程中隔一定时间抽取土壤菌测定其湿质量,当变化曲线达到峰值后第一次下降时,将土壤菌接出至已消毒的塑料瓶中,放置于冰箱冷藏.

表 1 土壤菌基本信息 Table 1 The basic information of soil bacteria

土壤菌的配置:选取上述3种土壤菌进行配置,在基质中的配置方式有无菌(对照组)、单菌(nl11、nl15、nl1,三者对应专利号分别为nl-11、nl-15、nl-1)、两种菌混合(nl11+nl15、nl11+nl1、nl15+nl1) 和3种菌混合(nl11+nl15+nl1),共8种配置方式,每种配置方式做6个重复,多菌均为等比例混合,每盆菌含量为60 mL(根据预试验的基质土与菌液最佳配比结果确定),分别加到基质土中.

1.2.3 紫穗槐幼苗的培育

将紫穗槐种子放入容器中,边倒60 ℃水边搅拌,坚持5 min搅拌,再加冷水浸泡24 h后,捞出种子用清水冲洗2~3遍,控干种子,将1份种子混3份湿沙(即水捏成团,手松沙散),均匀搅拌,保持种温20 ℃,上面覆盖湿草片,保持适宜湿度,含水量约60%,催芽3~4 d,每天用温水(约30 ℃)喷洒种子,并翻动1~2次,种子发芽后于2015年4月15日播入含有不同土壤菌配置的盆栽基质中.其后按照季节分别于2015年7月、2015年10月、2016年1月和2016年4月测定各指标.

该试验于2015年7月15日(夏季)利用皮尺、游标卡尺和LI-3000C便携式叶面积仪(Li-Cor Inc.,USA)分别测定生长90 d后紫穗槐幼苗期的苗高、地径和叶面积,结果如表 2所示.

表 2 不同土壤菌配置下紫穗槐幼苗的苗高、地径和叶面积 Table 2 The height, ground diameter and leaf area of A. fruticosa under different soil bacteria inoculation
1.3 测定指标与方法 1.3.1 光合特性

于2015年7月14日(晴天)08:00—11:30,随机选取各土壤菌配置下充分受光、叶位一致的连体叶片(每处理3盆,每盆选取上中下位叶各1片),用LI-6400便携式光合仪(Li-Cor Inc.,USA)测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)等光合基本参数,气孔限制值(Ls)根据Farquhar等[23]的方法(Ls=1-Ci/CaCa为空气中CO2浓度)计算.测定时选择红蓝光源叶室,使用开放式气路,光照强度为1 200 μmol/(m2·s)〔紫穗槐为阳生植物,按照光合基本参数的测定方法,光强应设为1 000或者1 200 μmol/(m2·s),并且紫穗槐的光饱和点为1 200 μmol/(m2·s)〕,叶室温度设定为25 ℃,空气相对湿度为60%,大气CO2浓度为360 μmol/(m2·s).

1.3.2 叶绿素荧光参数

采用叶绿素荧光快速成像系统Chlorophyll fluorescence Imager(英国Technologica公司)获得初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv),PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、

光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)和电子传递效率(ETR)数据.其中,Fv=Fm-FoFv/Fm=(Fm-Fo)/FmΦPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′,qP=(Fm′-Fs)/(Fm′ -Fo′),NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′,ETR=0.5×EQY×PAR×0.84[24].测定过程中,每处理3盆,每盆选取上、中、下位叶各1片,于叶夹内充分暗适应30 min后获得暗处理数据,随后选择光强为500 mol/(m2·s),叶片充分光适应5 min后获得光处理数据,测定3次,取平均值.

1.3.3 光合色素含量

采用丙酮、无水乙醇等量混合浸提法[25],选取各盆上部第2片、第3片、第4片完全展开叶测定叶绿素含量,每个处理3盆,取平均值作为该处理的w(Chla)、w(Chlb)、w(Chl)和w(Car).

1.4 数据处理

使用Origin 8.5绘制图件和数据分析,采用SPSS 19.0进行相关的统计与分析,采用单因素分析(One-way ANOVA)和Duncan新复极差法(P<0.05) 进行数据多重比较.

2 结果与分析 2.1 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗光合色素含量的影响

光合色素含量水平是反映植物营养状况和生长发育进程的重要指标[13].由图 1可见,7种不同土壤菌配置的处理能不同程度地提高紫穗槐幼苗的光合色素含量.土壤菌处理的幼苗w(Chlb)均显著高于无菌幼苗(P<0.05);除nl15+nl1和nl15+nl1+nl11处理外,其他处理的幼苗w(Chla)和w(Chl)均显著高于无菌幼苗(P<0.05);除nl15+nl1处理外,其他处理的幼苗类w(Car)显著高于无菌幼苗(P<0.05),对于Chla/Chlb〔w(Chla)/w(Chlb)〕,只有nl11+nl15与无菌幼苗有显著差异(P<0.05).

注:数据为平均值±标准差,n=3. 图 1 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗光合色素的影响 Figure 1 Effects of different soil bacteria inoculation on photosynthetic pigment contents of A. fruticosa
2.2 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗光合气体交换参数的影响

土壤菌处理的紫穗槐幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)均高于无菌幼苗,气孔限制值(Ls)均低于无菌幼苗(见表 3). Pn平均为8.05 μmol/(m2·s)(以CO2计,下同),平均增加量为106.30%. nl11、nl11+nl15和nl1+nl11+nl15处理的幼苗Pn显著高于无菌幼苗148.72%、123.5%和173.59%(P<0.05). Gs平均为288.90 mmol/(m2·s) (以CO2计,下同),平均增加量为56.44%;Tr平均为3.22 mmol/(m2·s)(以H2O计,下同),平均增加量为38.07%;nl11+nl15+nl1处理的幼苗Tr最高,为6.03 mmol/(m2·s),增加量为158.80%;nl11最低,为2.43 mmol/(m2·s),增加量为4.29%. nl1+nl11处理的幼苗Ci最高,增加量为21.19%;nl15+nl1最低,增加量为9.05%.处理后的Ls平均为0.17%,平均减少量为34.07%;nl11+nl1处理的幼苗Ls最低,减少量为57.69%;nl11最高,减少量为19.23%.处理后的WUE平均为2.90 μmol/mmol,平均增加量为71.34%;nl11处理的幼苗WUE显著增加了156.21%;nl11+nl1最低,增加量为20.12%.

表 3 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗气体交换参数的影响 Table 3 Effects of different soil bacteria inoculation on gas exchange parameters of A. fruticosa
2.3 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗叶绿素荧光动力学参数的影响 2.3.1 最大光化学效率

表 4可见,nl1处理的紫穗槐幼苗初始荧光(Fo)显著低于无菌幼苗10.05%(P<0.05),nl15、nl11+nl15、nl15+nl1和nl11+nl15+nl1处理的幼苗均低于无菌幼苗,nl11处理和nl11+nl1处理的幼苗分别高于无菌幼苗4.46%和3.95%;nl1处理的幼苗最大荧光Fm显著低于无菌幼苗(P<0.05),nl11+nl1处理的幼苗Fm高于无菌幼苗6.14%,其他均小于无菌幼苗;nl11+nl15处理的幼苗可变荧光产量(Fv)高于无菌幼苗2.82%,其他均小于无菌幼苗,但是未达到差异性水平(P<0.05).

nl11、nl1和nl11+nl1处理的紫穗槐幼苗PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)高于无菌幼苗7.09%、5.99%和26.08%,其他均小于无菌幼苗;nl11处理的幼苗PS Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)显著高于无菌幼苗5.74%(P<0.05),nl15和nl1处理的幼苗分别高于无菌幼苗3.36%和1.27%,其余处理的幼苗低于无菌幼苗,差异均不显著(P>0.05).

表 4 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗叶绿素荧光参数的影响 Table 4 Effects of different soil bacteria inoculation on chlorophyll fluorescence parameters of A. fruticosa
2.3.2 荧光淬灭动力学参数

表 5可见,7种土壤菌紫穗槐幼苗的光化学淬灭系数(qP)均高于无菌幼苗,nl11+nl15+nl1处理幼苗的qP显著高于无菌幼苗12.58%(P<0.05),其他均不显著(P>0.05);7种土壤菌处理的幼苗非光化学猝灭系数(NPQ)均高于无菌幼苗,差异不显著(P>0.05);除了nl11处理的幼苗PSⅡ有效光化学量子产量(EQY)高于无菌幼苗,其他处理的幼苗均低于无菌幼苗;nl11+nl15+nl1处理的幼苗电子传递效率(ETR)显著高于无菌幼苗5.13%(P<0.05),除了nl1处理低于无菌幼苗,其他均高于无菌幼苗;7种处理的幼苗ΦPSⅡ均高于无菌幼苗,仅nl15处理与无菌幼苗相比差异显著(P>0.05).

表 5 不同土壤菌配置对紫穗槐幼苗qP、NPQ、EQY、ETR和ΦPSⅡ的影响 Table 5 Effects of different soil bacteria inoculation on qP、NPQ、EQY、ETR and ΦPSⅡ of A. fruticosa
3 讨论 3.1 不同土壤菌配置对光合色素含量的影响

叶绿素含量作为光合作用的光敏催化剂,直接关系到光合作用的光能转化.结果表明,7种不同土壤菌配置的处理均可不同程度地提高紫穗槐幼苗的光合色素含量,增加紫穗槐幼苗的有效光合面积,促进碳氧同化能力,从而促进光合作用,这与欧静等[17, 26]的研究结果相同.叶绿素a和叶绿素b是叶绿素中两个主要成分,7种处理的幼苗w(Chlb)均显著高于无菌幼苗,除了nl15+nl1和nl15+nl1+nl11,其他处理的幼苗w(Chla)和w(Chl)均显著高于无菌幼苗,并且,Chla/Chlb有所升高,说明w(Chla)增幅相对较大,表明土壤菌处理的幼苗均能促进叶片对光的吸收和利用,而吸收利用红光的能力更强;类胡萝卜素在光合作用中具有吸收和传递光能的作用,不直接参与光化学反应,但是可以通过叶黄素循环,吸收并耗散多余的光能,防止强光对叶绿素的破坏[27],除了nl15+nl1,其他处理的幼苗w(Car)显著高于无菌幼苗,w(Car)的增加,表明土壤菌处理能促进幼苗的活性氧的猝灭,改善叶绿体膜结构,从而促进光能转换、利用和传递[28].总体上,nl11和nl11+nl15处理对于幼苗的光合色素合成有更强的促进作用.

3.2 不同土壤菌配置对光合气体交换参数的影响

光合作用是植物最重要的基础生理活动,反映植株的生长势和抗逆性[29].土壤菌处理的紫穗槐幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)均高于无菌幼苗. nl11、nl11+nl15和nl1+nl11+nl15处理的幼苗Pn显著高于无菌幼苗,这与周文杰等[30]关于根际优势细菌对甜樱桃幼树的研究结果一致.究其原因:① 气孔导度的增加和植物蒸腾作用的增强,能够适当降低叶片温度,保护幼苗不受高温损害,更能适应高温环境;② 气孔导度升高和气孔限制值降低,能够促进光合作用所需的CO2向叶肉细胞运输,净光合速率的升高,从而进一步促进光合作用.该研究中nl11处理的幼苗WUE显著高于无菌幼苗156.21%,表明土壤菌处理后的幼苗对水分的利用水平更高,更能适应干旱的环境.总体上,nl11、nl11+nl15和nl11+nl15+nl1处理的幼苗能够明显促进光合作用,提高适应高温干旱环境的能力.

3.3 不同土壤菌配置对叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光参数是研究叶片功能的灵敏探针[31-33]. nl1和nl11+nl15处理的紫穗槐幼苗Fo增幅较小,对幼苗PSⅡ有较轻的破坏,光合色素吸收的能量仍主要进行光化学反应;其他处理有所下降,其中,nl11+nl1处理的幼苗Fo显著低于无菌幼苗.最大可变荧光Fv能够反映出开放状态的PSⅡ反应中心捕获激发能的效率,以及光合作用中PSⅡ原初电子受体QA的氧化还原状态和其他可能耗散能量的途径,nl11+nl1处理的幼苗FvFm增幅为2.82%和6.14%,表明nl11+nl1处理能增加PSⅡ反应中心QA的氧化态数量,使QA-QB传递电子的能力增强. PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)反映PSⅡ反应中心的原初光能转化效率[31],在不受光抑制的情况下,Fv/Fm一般介于0.75~0.85之间[34],且不受生长条件的影响.该研究显示,土壤菌处理的幼苗Fv/Fm均处于正常范围,说明紫穗槐幼苗并未受到明显的光胁迫. nl11、nl1和nl11+nl1处理的Fv/FoFv/Fm与无菌幼苗相比均升高,表明该土壤菌配置能促进光合电子传递,促进同化力(NADPH、ATP)的合成,进而促进暗反应阶段CO2的同化与固定[35].其他土壤菌处理的幼苗Fv/FmFv/Fo降幅较小,表明该土壤菌处理有利于维持幼苗PSⅡ较高的光化学活性以及光合电子传递的正常进行.

叶绿素荧光猝灭有光化学猝灭和非光化学猝灭两个过程,光化学猝灭与PSⅡ电子传递和初始电子受体QA的氧化还原有关[36]. PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)可反映PSⅡ反应中心的开放程度[37].光化学淬灭系数(qP)反映了色素天线吸收的光能用于光合电子传递的变化[38]. 7种处理的紫穗槐幼苗ΦPSⅡ均高于无菌幼苗,表明土壤菌处理导致幼苗PSⅡ反应中心的开放程度增加,这与王其传等[19]关于微生物菌剂对日光温室辣椒研究结果一致;并且光化学淬灭系数(qP)和PSⅡ有效光化学量子产量(ETR)也有所上升,这与欧静等[17]关于杜鹃花类菌根真菌对桃叶杜鹃幼苗的研究结果一致.说明土壤菌处理提高了幼苗光合电子的传递效率,使PSⅡ光能转换效率增强,从而促进光合速率的增加[39-40].非光化学猝灭系数(NPQ)是衡量过剩激发能耗散的指标[41],土壤菌处理后的幼苗NPQ均不同程度的上升,说明PSⅡ将过剩光能以热能形式耗散,防止过剩光能对光合机构进一步造成伤害[42].

综上,7种土壤菌配置均不同程度促进紫穗槐光合作用和植物生长,增强其抗逆性和适应性.已有研究[20-22]表明,筛选出的3种菌株能降低喷播基质容重,增强喷播基质的抗冲性和抗剪性.究其原因:① 土壤菌的施用增加基质中微生物的数量及活性,通过微生物活动改善土壤基质团粒结构;② 土壤菌通过促进植物根系生长改善基质结构[3],喷播基质容重降低,有利于基质透水通气等性能,并且土壤菌能长期维持土壤养分,促进植物生长.此外土壤菌可促使pH向中性或弱酸性方向发展,改善基质孔隙结构,增强基质土体稳定性,为植物适应逆境条件提供保障[3].基质土壤、根系和植物三者相互作用,因此之后将深入研究土壤菌对基质土壤和根系的影响,进一步筛选出土壤菌在喷播基质中的最佳配置.

4 结论

a)喷播基质中7种土壤菌配置模式可显著促进紫穗槐幼苗光合色素的合成;提高气孔导度和净光合速率,平均增加量分别为56.44%和106.30%;增加PSⅡ反应中心的开放度,促进光合电子传递效率,增强PSⅡ光能转换效率,促进暗反应阶段CO2的同化与固定,从而促进光合作用.

b)喷播基质中7种土壤菌配置模式可显著提高紫穗槐幼苗水分利用效率和蒸腾速率,平均增加量分别为71.34%和38.07%,从而防止过剩光能对光合机构造成进一步伤害,使紫穗槐更能适应高温、干旱的环境,提高抗逆性和适应性.

c) 7种土壤菌配置模式中,nl11(细菌)、nl11+nl15(细菌真菌)和nl11+nl15+nl1(细菌+真菌+放线菌)这3种配置模式对紫穗槐光合系统的促进作用显著.

参考文献
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