紫茎泽兰(Ageratina adenophora Sprengel)为菊科泽兰属多年生丛生型植物，原产于南美洲的墨西哥与哥斯达黎加地区^[1]。紫茎泽兰耐贫瘠，可排挤入侵地植物并引起当地植物物种多样性和生态系统发生改变，具有较强的竞争优势和扩张性^[2]，现已广泛分布于世界热带、亚热带等30多个国家和地区。自20世纪40年代由缅甸传入云南后，在中国西南地区迅速蔓延，现已在云南、贵州、广西等地广泛分布，其所到之处侵占农田、林地，危害牲畜，极大地影响了当地农、林、畜牧业的发展，并造成了严重的经济损失，是具有强危害能力的入侵性杂草^{[1, 3]}。

紫茎泽兰在入侵地表现出的较强的竞争优势与其和当地土壤中丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)建立良好的共生关系有一定的联系^[4-5]。研究表明：AMF侵染宿主植物根部后与植物的根系紧密结合，在根皮层细胞内、外生长形成共生结构，产生的外生菌丝可以扩大根系的吸收范围，从而加快根系对土壤营养物质的吸收和运输，并显著改善植物的营养状况，增加光合作用效率，改变光合产物的分配，提高耐逆境胁迫力^[6-8]；AMF与植物的共生关系还可以决定植物群落的组成、改变植物的种间竞争关系，在植物种群建立与扩展、群落竞争与演替、群落结构格局和植物入侵过程中发挥着重要作用^[9-10]。于文清等^[11]研究表明：紫茎泽兰改变了入侵地土著丛枝菌根真菌群落结构，并在其根围积累了球囊酶属丛枝菌根真菌，促进了其自身的生长，从而增强了其与伴生植物的竞争力；王鹏鹏等^[12]研究表明：接种丛枝菌根真菌与不接种相比可提高紫茎泽兰的光合生理能力；李立青等^[13]研究表明：丛枝菌根真菌可显著促进紫茎泽兰的生长并降低本地植物香茶菜在竞争中对菌根的依赖性，从而提高紫茎泽兰对香茶菜的竞争优势度。

丛枝菌根真菌虽然对共生植物生长有利，但却有一定的限度。已有研究表明：接种菌根真菌较未接种植株可显著提高植株的综合生长指标，当接种量超过最佳水平时，对植物生长的作用效果反而会随之降低^[14-16]。已有研究结果显示：通过施加杀真菌剂处理，也可以显著降低入侵植物紫茎泽兰^[5]、黄顶菊^[17]等的菌根侵染率，同时其植株生长和种间竞争能力也明显降低。另外，关于紫茎泽兰与菌根共生关系的研究多集中于丛枝菌根真菌对紫茎泽兰生长、竞争力、抗胁迫力以及群落结构变化等影响的研究上，而土壤中丛枝菌根真菌的数量对紫茎泽兰的是否有影响，以及影响的程度尚未见报道。因此，本研究采用盆栽接种方法，通过测定分析紫茎泽兰形态分化、生物量等的指标，探索丛枝菌根真菌接种量对紫茎泽兰生长的影响，以期为利用菌根控制技术防治紫茎泽兰的方法提供参考。

1.   材料与方法

1.1   供试材料

供试土壤：土壤采自云南农业大学后山无紫茎泽兰和本地杂草生长的红壤土，土壤自然风干后过2 mm网筛，经高温高压灭菌2次(温度：121 ℃；压力：0.14 MPa；时长：2 h)，7 d后，取部分灭菌后的土壤测定基本理化性质为：全氮、全磷和全钾含量分别为0.34、1.08和5.42 g/kg，碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为41.03、9.34和171.75 mg/kg，有机质含量8.73 g/kg，pH 6.25。另取建筑工地的河沙淘洗干净、烘干后，采用高温高压灭菌2次(温度：121 ℃；压力：0.14 MP；时长：2 h)。灭菌的红壤土与灭菌的河沙2∶1(V/V)混合后作为供试土备用。塑料花盆冲洗后，用75%乙醇溶液浸泡消毒后备用。

供试菌种：试验选用紫茎泽兰入侵点可分离到的丛枝菌根真菌——幼套球囊霉(Glomus etunicatum)^[18]，购自武威市林业综合服务中心，以玉米幼苗纯化、扩繁。

供试植株：紫茎泽兰种子采自云南省昆明市盘龙区茨坝镇，用10% H₂O₂浸泡10 min，再用无菌水冲洗数遍沥干后备用。灭过菌的培养土装至花盆的2/3处，将种子撒播于培养土表面，再均匀覆盖1层1 cm的培养土，苗期每隔2周浇50% Hoagland营养液100 mL。接种试验时选用长势一致、株高约10 cm的紫茎泽兰无菌苗进行移栽，每盆装入培养土1 kg。

1.2   试验方法

1.2.1   试验设计

试验综合耿云芬等^[14]和熊炳全等^[16]的研究，共设置3个丛枝菌根真菌单株接种量，分别为5、10和15 g，每个处理有6个重复，共接种18盆，每盆移栽1株株高、长势一致的紫茎泽兰幼苗。对照为添加5 g灭菌的丛枝菌根真菌菌剂和经微孔无菌滤膜滤除真菌后的土壤细菌群落滤液10 mL，设置6个重复，共6盆，每盆移栽1株紫茎泽兰幼苗。移栽后的植株随机摆放于温室中，每隔1周变化1次位置，并补充100 mL Hoagland营养液，每3 d浇1次无菌水。试验用塑料花盆上口内径13.5 cm、盆底内径9.5 cm、盆高12 cm，整个试验期间使用纱网笼罩，防止虫害。

1.2.2   生长指标的测定

试验时间为2017年7月8日至2017年10月9日。接种后每31 d用直尺测量1次株高并记录，连续记录4次。紫茎泽兰生物量的测定于2017年10月进行，株高测量后从盆中完整地取出紫茎泽兰，洗去根部泥土，尽量减少细根的损失，收获整株。分别取叶、茎和根并测定叶片厚度、叶片数、总叶面积、叶柄长、节间距、地径和根系形态学参数。各指标获取时称重使用电子天平(精确度0.001 g)；叶面积采用扫描像素法测定，即用扫描仪(中晶V700，分辨率100 bpi)扫描叶片后利用Photoshop CS6分析图片计算出叶面积并记录^[19-20]；根系清洗后用根系扫描仪(Epson7500，分辨率600 bpi)对根系进行扫描，扫描后保存图片，采用WinRhizo Program分析根长、平均根直径、根体积、根表面积等形态学参数并记录。各指标获取后在105 ℃下杀青处理5 min，置于70 ℃烘箱(上海一恒DHG-9075A)烘干72 h至恒重，再分别测定叶、茎、根的干重，计算生物量(紫茎泽兰总干重)、根冠比(root mass/crown mass，根干重/地上部干重)、根生物量比(root mass ratio，根重/植株总重)、茎生物量比(stem mass ratio，茎重/植株总重)和叶生物量比(leaf mass ratio，叶重/植株总重)。

1.2.3   菌根真菌侵染率的测定

每个处理随机剪取紫茎泽兰细根根段，用酸性品红染色法染色后^[21]，平铺于划线培养皿中，然后将培养皿放于100倍的解剖镜下观测，使用交叉划线法统计菌根侵染率^[22]。计算公式如下：

1.2.4   菌根依赖性MD测定

菌根依赖性(mycorrhizal dependency，MD)是衡量某种植物对菌根依赖程度大小的指标，也是衡量菌根真菌与植物共生效果及促生作用大小的标志之一，因此，MD数值越大说明植物对菌根的依赖性越强，对植物的促生效果好。MD计算公式为：

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1.3   数据分析与处理

数据采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，图表均采用Microsoft Excel 2016制作。

2.   结果与分析

2.1   幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰侵染率的影响

由图1可知：幼套球囊霉对紫茎泽兰的侵染率随接种剂量的增加而增加。对照植株无幼套球囊霉丛枝菌根真菌的侵染；当单株接种量为5 g时，幼套球囊霉的侵染率为47.55%，与对照有显著性差异；当单株接种量为10 g时，幼套球囊霉的侵染率为77.50%，与单株接种5 g处理的植株菌根侵染率有显著性差异；当单株接种量为15 g时，幼套球囊霉的侵染率为80.16%，与单株接种量为10 g的侵染率无显著性差异。

图  1  幼套球囊霉不同接种量下的紫茎泽兰侵染率

注：不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)；下同。

Figure  1.  The infection rates of different inoculum concentrations of G.etunicatum on A. adenophora

Note: Different letters indicate significant difference among treatments (P<0.05); the same as below.

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2.2   幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰茎叶生长的影响

由图2可知：当接种时长为1个月时，与对照相比，试验组的紫茎泽兰生长速率均有增加，但差异均不显著；当接种时长为2个月时，对照组生长速率较第1个月仅有稍微增长，但试验组的生长速率均明显增加，且显著高于对照，其中单株接种量为10 g与15 g的生长速率较单株接种量为5 g的生长速率分别提高35.33%和26.95%；当接种时长为3个月时，对照组与试验组的生长速率均较第2个月明显降低，但试验组各植株的生长速率仍显著高于对照，单株接种量为10 g与15 g的生长速率分别比单株接种量为5 g的生长速率增加26.95%和29.89%，后者与其差异达到显著性水平。由此可见，接种幼套球囊霉真菌可显著提高紫茎泽兰的生长速率(P<0.05)，其作用效果与接种时长和接种量有关，在一定范围内，其生长速率随接种量的增加而加快。

图  2  幼套球囊霉不同接种量处理下的紫茎泽兰生长速率

Figure  2.  The growth rate of A. adenophoraseedlings under different inoculum concentrations of G.etunicatum

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接种幼套球囊霉对紫茎泽兰的茎叶生长具有促进作用(表1)。与对照相比，试验组紫茎泽兰植株各茎叶生长指标均显著增加(P<0.05)；其中，紫茎泽兰的节间距、叶柄长度、叶片厚度和分枝数虽然随着幼套球囊霉接种量的增加而增加，但不同接种量间差异不显著(P>0.05)；当单株接种量为15 g时，紫茎泽兰的株高、叶总面积和叶片数较单株接种量为5 g的植株分别增加了22.63%、61.49%和49.78% (P<0.05)，其地径虽有所增粗，但差异不显著。

表  1  幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰茎叶生长的影响(mean±SE)

Table  1.  Effects of different inoculum concentrations of G.etunicatum on the growth of A. adenophora seedlings

生长指标 growth indexes	单株接种量/g inoculation quantity per plant
	CK	5	10	15
株高/cm height	25.08±1.39 a	39.48±2.30 b	45.00±2.59 bc	48.42±1.91 c
节间距/cm internodal distance	1.95±0.23 a	4.08±0.57 b	5.14±0.43 b	5.30±0.43 b
叶柄长度/cm petiole length	1.68±0.07 a	2.49±0.19 b	2.84±0.14 b	2.84±0.12 b
叶片厚度/mm leaf thickness	0.27±0.02 a	0.45±0.03 b	0.49±0.01 b	0.49±0.02 b
地径/mm ground diameter	2.68±0.08 a	3.65±0.30 b	4.69±0.14 c	4.31±0.34 bc
总叶面积/cm2 total leaf area	117.32±9.94 a	351.27±38.20 b	508.97±37.88 c	567.16±37.70 c
叶片数 leaf numbers	11.67±0.76 a	37.17±6.01 b	39.50±4.46 b	55.67±5.74 c
分支数 tillers	1.00±0.00 a	5.83±1.42 b	6.67±1.09 b	8.17±1.08 b
注：同一行不同小写字母表示不同接种量间差异显著(P<0.05)；下同。 Note: Different letters on the same rows indicate significant difference among treatments (P<0.05); the same as below.

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2.3   幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰根系生长的影响

由表2可知：接种不同量幼套球囊霉的紫茎泽兰总根长、根系表面积、根系体积以及根尖数均随着幼套球囊霉接种量的增加而增加，且与对照的差异达到显著性水平(P<0.05)，根直径均与对照基本一致，无显著差异。试验组中，单株接种量为15 g的紫茎泽兰植株总根长、根系表面积、根系体积与单株接种量为10 g的相应指标差异不显著，但与单株接种量为5 g的植株相应指标分别显著地增加了27.44%，30.38%，33.65%。不同接种量的紫茎泽兰根尖数虽逐次递增，但差异不显著(P>0.05)。

表  2  不同接种量处理的紫茎泽兰根系生长状况

Table  2.  The growth of A. adenophora root under different inoculum concentrations of G.etunicatum

根系 root system	单株接种量/g inoculum concentration per plant
	CK	5	10	15
总根长/cm total root length	6 582.13±315.13 a	10 535.46±594.47 b	11 974.65±724.01 bc	13 426.72±1 071.82 c
根系表面积/cm2 root area	635.73±24.51 a	1 005.40±59.00 b	1 172.05±74.34 bc	1 310.00±62.69 c
根系体积/cm3 root volume	4.90±0.15 a	7.69±0.49 b	9.27±0.64 bc	10.27±0.89 c
根直径/mm root diameter	0.31±0.00 a	0.30±0.00 a	0.31±0.01 a	0.31±0.00 a
根尖数 tips	34 856.67±1 980.32 a	58 938.83±3 844.29 b	66 661.83±5 440.01 b	77 386.50±12 023.74 b

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2.4   幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰生物量及分配的影响

由表3可知：与对照相比，接种幼套球囊霉可以显著增加紫茎泽兰的各生物量指标(P<0.05)。与单株接种量为5 g的紫茎泽兰相比，当单株接种量为10 g和15 g时，其地上生物量、地下生物量和总生物量分别显著增加了63.40%和88.69%、20.38%和45.08%、49.03%和74.13%。

表  3  不同接种量处理的紫茎泽兰植株生物量及生物量分配状况

Table  3.  Effects of different inoculum concentrations of G.etunicatum on the biomass and its distribution in A. adenophora seedlings

生物量/g biomass	单株接种量/g inoculum concentration per plant
	CK	5	10	15
地上生物量/g shoot biomass	0.73±0.04 a	2.17±0.31 b	3.54±0.28 c	4.09±0.22 c
地下生物量/g root biomass	0.38±0.02 a	1.09±0.09 b	1.31±0.18 bc	1.58±0.17 c
总生物量/g total biomass	1.11±0.04 a	3.25±0.37 b	4.85±0.39 c	5.66±0.37 c
根冠比root to crown ratio	0.533±0.04 a	0.534±0.06 a	0.372±0.04 b	0.383±0.03 b
叶生物量比 leaf mass ratio	0.339±0.023 a	0.276±0.018 b	0.270±0.016 b	0.285±0.005 b
根生物量比 root mass ratio	0.345±0.020 a	0.343±0.025 a	0.267±0.023 b	0.275±0.016 b
茎生物量比 stem mass ratio	0.32±0.02 a	0.38±0.02 b	0.46±0.01 c	0.44±0.01 c
菌根依赖性/% mycorrhizal dependency	—	293.01±33.69 a	436.68±35.27 b	510.21±33.58 b

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但接种幼套球囊霉对紫茎泽兰生物量分配比的影响则各有不同。与对照相比，接种幼套球囊霉后紫茎泽兰植株的根冠比、叶生物量比、根生物量比均有所降低，而茎生物量比则显著上升，当单株接种量为15 g时其下降或上升的趋势与单株接种量为10 g的植株相比稍有缓和但与对照之间仍有显著性差异。单株接种量为5 g的紫茎泽兰根冠比和根生物量比与对照无显著性差异，但显著高于单株接种量为10 g与15 g，其中，根冠比分别显著高了43.66%、39.48%；根生物量比分别显著高了28.40%、24.78%。单株接种量为5 g的紫茎泽兰叶生物量比与对照相比显著降低(P<0.05)。当单株接种量为10 g时紫茎泽兰的茎生物量比最高，较对照和单株接种量为5 g分别显著增加了46.36%和21.52% (P<0.05)，而与单株接种量为15 g之间差异不显著(P>0.05)。

同时，紫茎泽兰对幼套球囊霉不同接种量均表现一定的依赖性。随着接种量的增加，其菌根依赖性增强，当单株接种量为15 g时菌根依赖性高达510.21%。

3.   讨论

紫茎泽兰属于菌根依赖性植株，本研究结果表明：幼套球囊霉对紫茎泽兰的侵染率随着接种量的增加而增大。当单株接种量为15 g时，侵染率达到最高为80.16%。在本研究中，接种幼套球囊霉显著提高了紫茎泽兰的生长速率，在一定范围内，其生长速率随接种量的增加而加快。有研究表明：紫茎泽兰生长较快的时期是在每年的6—8月，进入9月后紫茎泽兰的株高生长降低^[25-26]。本研究也显示：接种第2个月时(8月)的生长速率最快，进入第3个月(9月)其生长速率下降。这可能与紫茎泽兰的生长周期有关，也可能与外界气温下降导致幼套球囊霉的活性降低以至于作用效果下降有关，其具体原因还有待进一步研究。

本研究表明：与对照相比，接种幼套球囊霉可以显著提高紫茎泽兰茎、叶、根的各生长指标，这说明接种丛枝菌根真菌可以促进紫茎泽兰的生长，该结论与王鹏鹏等^[12]的研究结果一致，而本研究通过施加不同剂量的幼套球囊霉，进一步研究了土壤中初始丛枝菌根真菌含量对紫茎泽兰生长的影响。研究结果显示：丛枝菌根真菌的促进作用随着幼套球囊霉接种量的增加而增大。当单株接种量为15 g时，紫茎泽兰的株高、叶总面积、分支数、根系体积等分别达到了48.42 cm、567.16 cm²、8.17个、10.27 cm³等，与对照相比差异显著。但接种幼套球囊霉对紫茎泽兰生物量分配比的影响则各有不同，与对照相比，接种幼套球囊霉后紫茎泽兰植株的根冠比、叶生物量比、根生物量比均呈整体下降趋势，而茎生物量比则显著增加。该结果与王进^[27]、甄莉娜等^[28]的研究结果相似。幼套球囊霉不同接种量对紫茎泽兰生物量分配有一定的影响。低单株接种量(5 g)时，紫茎泽兰植株与对照一样仍需将较多的生物量分配到根系以获取营养；当单株接种量增加后(10 g或15 g)，紫茎泽兰植株就可以将更多的生物量用来增加分支数及茎的生长。这说明紫茎泽兰在不同菌种量的生境下表现出了不同的生长状况，这可能与紫茎泽兰具有较强的表型可塑性有关^[29]。表型可塑性是同一基因不同环境条件下产生不同表型的特性，表型可塑性强的植物能通过改变其形态、生长、生物量分配和生理特性增加对各种资源的获得、占据多样的生境^[26]。不同菌种量对紫茎泽兰表现型的作用机制及接种量与其表型可塑性的相关性如何则有待进一步研究。

紫茎泽兰与菌根真菌拥有良好的共生关系，进而能够通过改变入侵地的土壤微生物群落结构以增加土壤中丛枝菌根真菌的含量^{[4, 11, 18]}，从而促进其根茎的发育及分枝，有助于其竞争、排除或取代原生植被，构建自己的群落结构^[1]。本试验侧面反映了土壤中菌根真菌及其含量对紫茎泽兰的生长、形态分化及生物量积累有显著的影响，土壤中菌根真菌的含量与紫茎泽兰各生物量比的相关性研究具有重要意义，其相关程度与作用效应还有待深入探究。由此推测，通过使用真菌杀菌剂降低土壤中丛枝菌根真菌含量，可以达到降低紫茎泽兰的生长和竞争力的目的^[5]，因此，杀菌剂处理对紫茎泽兰生长和竞争力的影响如何也具有研究的理论和实践意义。