Effects of Piriformospora indica Treatment on Seed Germination and Seedling Growth of Longan Plants
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摘要: 以‘东壁’龙眼为材料，研究印度梨形孢对龙眼种子萌发和幼苗生长的影响。结果显示印度梨形孢处理极显著提高室温贮藏3 d的种子萌发率（P < 0.01）。播种后2个月统计结果显示印度梨形孢处理极显著提高龙眼幼苗侧根数量和地上部高度（P < 0.01），显著提高幼苗侧根、主根、地上部及幼苗总重（P < 0.05），对主根伸长有一定的抑制作用，但效果并不显著，对叶片数影响不大。说明对短期室温贮藏的龙眼种子而言，印度梨形孢处理能有效提高其萌发率，同时印度梨形孢定殖对龙眼幼苗生长有显著的促进作用。Abstract: Effects of Piriformospora indica treatment on seed germination and seedling growth of Dongbi longan (Dimocarpus longan) were investigated. After a treatment with P. indica, the germination rate of the longan seeds stored at room temperature for three days increased significantly at P < 0.01. Two months after sowing, the root count and height of the seedlings significantly increased as well (P < 0.01), and the weights of branched roots, main roots, above-ground and entire plantlet all significantly increased (P < 0.05). The average length of main roots on the treated seedlings was shorter than that on control, but not significantly different. Nor was there any significant difference on leaf count. It appeared that by treating the seeds with P. indica the germination rate and seedling growth of Dongbi longan could be improved.
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Keywords:
- Dimocarpus longan /
- Piriformospora indica /
- seed germination /
- seedling growth
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龙眼，又称桂圆，是重要的南亚热带果树，在我国、泰国、菲律宾和越南等国均有大面积种植[1]。龙眼果实富含氨基酸、蛋白质、类黄酮、多酚等多种物质，营养价值和药用价值极高[2]。
龙眼种子属于顽拗性种子，在通常条件下只有8~10 d的寿命。为保持贮藏种子较高的萌发率，常使用15℃低温或超低温贮藏，但这些贮藏方法需要特定的贮藏设备和低温环境。同时，由于龙眼种子较大，在种子数目较多的情况下，这些贮藏方法的使用成本较高，在实际生产中应用较少，通常采用新鲜种子直接播种或短期室温贮藏播种。然而，经短期室温贮藏的龙眼种子萌发率明显降低，这给龙眼育苗和相关科研工作带来许多困难。
印度梨形孢Piriformospora indica是一种能进行纯培养的类菌根真菌[3]，和丛枝菌根真菌一样，对大多数寄主植物均起到促生增抗作用[4-5]。与丛枝菌根真菌不同的是：它可以进行纯培养，寄主范围更广、特异性更低，这为其在生产中的推广应用提供条件。Verma等[6]通过研究印度梨形孢处理对甘蓝等12种绿叶蔬菜种子在高海拔、低温条件下的萌发情况，发现无印度梨形孢定殖的蔬菜种子不能萌发或萌发率极低，而印度梨形孢处理定殖的甘蓝、菊苣、瑞士甜菜、萝卜和洋葱等的发芽率萌发率为100%，胡萝卜和花椰菜的萌发率提高了84%，甜菜、豌豆和雪豆的萌发率也分别提高了80%、60%和48%，3个月后卷心菜、花菜和甜菜生长量相对于对照也显著增加，说明印度梨形孢对种子萌发和植株生物量积累具有显著的促进作用[6]。众多研究也指出印度梨形孢对植物根系生长和生根数、植物地上部伸长和生物量的增加具有促进作用，是一种应用前景极大的真菌[7-11]。但目前仍未见印度梨形孢在龙眼种子萌发方面的应用报道。鉴于印度梨形孢对一些植物种子在逆境条件下萌发和生长的促进作用，推断利用印度梨形孢处理短期室温贮藏的龙眼种子，可提高其萌发率和促进幼苗生长。本研究以福建省龙眼主栽品种‘东壁’为材料，研究印度梨形孢对室温贮藏的龙眼种子萌发率和幼苗生长的影响，以期为印度梨形孢在龙眼上的应用奠定基础。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
试验用‘东壁’龙眼果实于2017年8月17日采自福建省泉州市农业科学研究所龙眼种质资源圃。将种子用清水冲洗干净后沥干，室温保存备用。
1.2 印度梨形孢发酵液的制备
参照林觅[4]和齐全[5]的方法制备印度梨形孢发酵液，具体步骤如下：(1)挑取菌落边缘菌丝接种于PDA固体培养基上，28℃暗培养5 d；(2)用直径为5 mm的打孔器在菌落上打孔，将菌块接种于PDA液体培养基，在转速为200 r·min-1的28℃恒温摇床内培养2 d；(3)三层纱布过滤后收集滤液，血球计数板法测定孢子浓度，加水调整终含量至2×105个孢子·mL-1，获得印度梨形孢发酵液。
1.3 印度梨形孢发酵液处理
将‘东壁’龙眼种子在室温条件下贮藏3 d后分成2组，一组在含量为2×105个孢子·mL-1的印度梨形孢发酵液中浸泡3 h(处理组)，一组不做处理，作为对照组，每组40~50粒种子，重复3次。将‘东壁’龙眼种子播种于长×宽×高为4 cm×4 cm×4 cm的穴盘中，向穴盘中加入2/3体积的营养土，浇透水后将种子置于基质上，之后覆上约1 cm厚的营养土，浇透水后置于(25±2)℃温室内培养，播种后第2周统计种子萌发率，播种后2个月，统计测定侧根数目、主根长度、地上部高度、叶片数、侧根重量、主根重量、地上部重量等指标。
1.4 数据统计与分析
使用SPSS软件进行数据统计学分析，使用Excel进行作图。
2. 结果与分析
2.1 印度梨形孢对龙眼种子萌发率的影响
于播种后第2周统计种子萌发率(表 1)，结果显示：对照组种子萌发率为(54.2±13.0)%，而印度梨形孢处理组萌发率高达(95.8±3.6)%，差异达极显著水平(表 1)。说明‘东壁’龙眼种子室温贮藏3 d后萌发率快速降低，而使用印度梨形孢处理则可以显著提高其萌发率。从图 1可以看出，处理组‘东壁’龙眼幼苗长势显著优于对照组。
表 1 印度梨形孢对龙眼种子萌发和幼苗生长的影响Table 1. Effects of P. indica treatment on seed germination and seedling growth of Dongbi longan测定指标 对照组 处理组 种子萌发率/% 54.2±13.0 95.8±3.6** 叶片数 9.50±0.91 10.20±0.63 地上部高度/cm 7.42±1.766 10.10±1.437** 主根长/cm 15.83±2.25 12.83±1.61 侧根数目 10.00±3.46 34.33±4.93** 地上部重量/g 0.86±0.07 1.06±0.10* 侧根重量/g 0.09±0.02 0.14±0.01* 主根重量/g 0.37±0.02 0.41±0.01* 总重量/g 1.32±0.05 0.60±0.10* 注：与对照组比较*P < 0.05(差异显著)，**P < 0.01(差异极显著)。 ![]()
图 1 印度梨形孢对‘东壁’龙眼种子萌发和幼苗生长的影响促进效果注：A为对照组；B为印度梨形孢处理组。Figure 1. Enhancement on seed germination and seedling growth of Dongbi longan by P. indica treatment2.2 印度梨形孢对龙眼幼苗生长的影响
2.2.1 印度梨形孢对龙眼幼苗根系发育和生物量的影响
印度梨形孢处理组龙眼幼苗叶片数略高于对照组，但未达到显著水平。而印度梨形孢处理组地上部高度极显著高于处理组(P < 0.01)(表 1)。说明印度梨形孢定殖可以显著促进龙眼幼苗地上部的生长。
2.2.2 印度梨形孢对龙眼幼苗根系发育和生物量的影响
由表 1可以看出，印度梨形孢处理组侧根数目极显著高于对照组(P < 0.01)，是对照组的3倍多。说明印度梨形孢定殖可以显著促进龙眼幼苗侧根形成。而印度梨形孢处理组主根长度平均值甚至略低于对照组(表 1)，这可能与较多的侧根形成抑制了主根生长有关。印度梨形孢处理组侧根重量、主根重量、地上部重量和总重均显著高于对照组(P < 0.05)(表 1)。其中，印度梨形孢处理组侧根重量约为对照组的1.1倍，主根重量约为对照组的1.1倍，地上部重量约为对照组的1.2倍，总重量约为对照组的1.2倍，说明印度梨形孢定殖可以显著促进龙眼幼苗生物量的积累。其促进效果见图 1。
3. 讨论与结论
有关印度梨形孢促进植物生长发育的报道已有很多[12-16]，而且这些研究大多发现印度梨形孢可以显著提高这些植物在自然环境下的存活率和产量以及其他生长指标。本研究首次将印度梨形孢应用于龙眼，发现印度梨形孢可以显著提高短期室温贮藏的龙眼种子的萌发率，并对龙眼幼苗生长具有促进作用。
3.1 印度梨形孢可以显著提高短期室温贮藏的龙眼种子的萌发率
龙眼种子属于顽拗性种子，不耐贮藏、寿命较短。本研究发现室温贮藏3 d后‘东壁’龙眼种子萌发率下降接近一半，而印度梨形孢处理后萌发率则高达95%，说明印度梨形孢对短期室温贮藏的龙眼种子的萌发具有显著的促进作用。Schäfer等[17]的研究指出赤霉素是印度梨形孢与大麦根系互作过程中的一个重要因子，有印度梨形孢定殖的大麦根系中赤霉素的含量高于对照。Ye等[18]通过研究印度梨形孢定殖对兰花miRNA表达的影响发现靶定赤霉素代谢相关基因的miR159差异表达显著，暗示印度梨形孢可以通过调控兰花赤霉素代谢进而影响其兰花生长发育。赤霉素对植物种子萌发具有重要的促进作用[19]，由此推测印度梨形孢对短期室温贮藏的龙眼种子萌发率的促进作用可能与印度梨形孢的定殖提高了种子中赤霉素含量的提高有关。
3.2 印度梨形孢可以促进龙眼幼苗生长
本研究发现印度梨形孢处理可以极显著提高龙眼侧根数目并显著提高侧根重量。有研究指出印度梨形孢通过分泌生长素类似物使得拟南芥侧根的数量增多[13-15]、根系面积增大进而扩大根系与土壤的接触面积[20]。此外，印度梨形孢可以通过与植物根系互作，形成菌根，进而促进植物根系对营养元素的吸收，促进植株生长[21-23]。本研究发现印度梨形孢处理组的龙眼，除侧根更为发达外，地上部分高度、重量也均显著优于对照组，这与在番茄、大麦等植物上的报道一致[16, 24-25]。
综上，可以看出印度梨形孢可以促进龙眼种子萌发和幼苗生长，在龙眼砧木繁育以及栽培、育种等相关研究方面具有一定的应用前景。
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图 1 印度梨形孢对‘东壁’龙眼种子萌发和幼苗生长的影响促进效果
注：A为对照组；B为印度梨形孢处理组。
Figure 1. Enhancement on seed germination and seedling growth of Dongbi longan by P. indica treatment
表 1 印度梨形孢对龙眼种子萌发和幼苗生长的影响
Table 1 Effects of P. indica treatment on seed germination and seedling growth of Dongbi longan
测定指标 对照组 处理组 种子萌发率/% 54.2±13.0 95.8±3.6** 叶片数 9.50±0.91 10.20±0.63 地上部高度/cm 7.42±1.766 10.10±1.437** 主根长/cm 15.83±2.25 12.83±1.61 侧根数目 10.00±3.46 34.33±4.93** 地上部重量/g 0.86±0.07 1.06±0.10* 侧根重量/g 0.09±0.02 0.14±0.01* 主根重量/g 0.37±0.02 0.41±0.01* 总重量/g 1.32±0.05 0.60±0.10* 注：与对照组比较*P < 0.05(差异显著)，**P < 0.01(差异极显著)。 
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