Overcoming Kalmia-Induced Growth Inhibition of Picea mariana by Mycorrhizal Inoculation

Picea mariana 생장(生長)을 억제(抑制)하는 Kalmia angustifolia 에 대한 외생균근(外生菌根)의 영향(影響)

Objective of this study was to select ectomycorrhizal fungi for black spruce(Picea mariana) inoculation to overcome the growth inhibitory effects of Kalmia angustifolia. Nineteen isolates representing 11 species of ectomycorrhizal fungi were tested for their abilities to grow and form mycorrhizae with black spruce seedlings in the presence of water leachate of leaves of Kalmia. Mycelium growth of 9 isolates were inhibited by the leaf leachate. Colony diameter and biomass of the other 10 isolates were either increased or unaffected under the same conditions. Acidic pH of the culture medium(pH 3 and 4) inhibited some of the fungi, but a combination of acidic pH and the leaf leachate was more inhibitory. Thirteen isolates were able to form ectomycorrhizae with black spruce in presence of 25% leaf leachate in pure culture. Four isolates, Paxillus involutus(NF4), Cenococcum geophilum(GB12), Laccaria laccata(GB23), and E-strain(GB45) formed mycorrhizae more successfully than the others in presence of up to 50% Kalmia leaf leachate. Black spruce seedlings pre-inoculated with these fungi were grown with Kalmia leaf leachate and live Kalmia plants during a four month greenhouse experiment. Abundant mycorrhizae(77-91% of root tips) were developed on seedlings pre-inoculated with P. involutus, L. laccata and E-strain but relatively poor mycorrhization(32% of root tips) resulted with C. geophidum. Over 90% of the short root mycorrhizae were attributed to the inoculated fungi although indigenous mycorrhizae also occurred on most seedlings. Persistence of the mycorrhizae was not affected by living Kalmia plants. Over 80% of the mycorrhizae on seedlings inoculated with P. involutus, L. laccata and E-strain and 53% of the mycorrhizae on seedlings inoculated with C. geophilum were attributable to the inoculant fungi. Control seedlings formed about 45% ectomycorrhizal short roots with indigenous fungi. The L. laccata and C. geophilum inoculated seedlings exhibited enhanced mycorrhizae formation in presence of Kalmia leaf leachate. Mycorrhizae formation with inoculant fungi was 4-15% lower at pH 4 than at pH 5, with the greatest inhibition occurring for L. laccata. Seedlings inoculated with P. involutus had the greatest shoot and root growth followed by L. laccata and E-strain inoculated seedlings. The P. involutus and L. laccata inoculated seedlings were significantly taller with more shoot dry biomass than the uninoculated(control) seedlings. E-strain inoculated seedlings had significantly higher shoot dry biomass and significantly lower number of first order lateral roots compared to the control but other growth parameters such as height, root dry weight and number of short root tips were not significantly different from the control. Seedlings inoculated with C. geophilum were not significantly different from the uninoculated seedlings in any of the growth parameters except for the number of first artier lateral roots which was significantly less than the control seedlings.

Picea mariana 생장을 억제하는 Kalmia angustifolia에 영향을 주는 외생근균을 조사 선발하였다. 11개 외생근균중에서 19계통을 선발하여 Kalmia 잎침출물이 들어있는 배지에 P. mariana 치묘와 함께 근균을 접종하여 자라는 형태와 생장양상을 조사하였다. Kalmia 잎추출물을 첨가한 액체배지에서는 균사의 건중량을, 한천배지에서는 코로니의 직경을 측정한 결과 분리된 9개 균주에서는 현저하게 억제되었으나 나머지 10개 균주에서는 반대로 증가되거나 Kalmia의 영향이 나타나지 않았다. 배양배지의 pH가 3-4일 때는 생장을 억제 받는 근균도 있었으나 pH와 잎침출물을 조합한 조건하에서는 더욱 강하게 억제되었다. 분리된 13개 계통은 순수배양에서 Kalmia 잎침출물 25%와 함께 배양한 P. mariana에서 외생근균이 형성되었다. Paxillus involutus(NF4), Cenococcum geophilum(GB12), Laccaria laccata(GB23), E-strain(GB45)계통에서는 Kalmia 잎추출물 50%에서 배양한 결과 다른 계통보다 많은 외생근균이 형성이 되었다. 이러한 근균을 미리 접종한 P. mariana를 Kalmia 잎추출물과 같이 배양한 후 온실 안에서 4개월동안 Kalmia와 갈이 재배하였다. P. involutus, L. laccata 와 E-strain 미리 접종한 치묘에서는 많은 근균(흡수근외 77-91%)이 형성되었으나 C. geophilum를 미리 접종한 치묘에서는 근균이 비교적(흡수근의 32%) 적게 형성되었다. 외생균근이 대부분의 치묘에서 생겼음에도 불구하고 근균의 90% 이상이 접종근균에서 생겨났다. 근균의 지속적인 생장은 살아있는 Kalmia 식물개체에 영향을 받지 않았다. P. involutus, L.laccata와 E-strain과 같이 처리한 치묘 근균의 80% 이상과 C. geophilum을 처리한 치묘 근균의 53%가 접종된 균주의 영향을 받았다. 대조구에서는 토착균주에 의해 약 45%의 짧은 뿌리의 외생근균이 형성되었다. L. laccata와 C. geophidum는 Kalmia잎추출물과 같이 배양한 치묘의 근균행성을 촉진하였다. 균주를 접종한 경우 근균형성율은 pH5보다 pH4에서 4-15% 더 낮았으며 L. laccata를 접종한 경우 심하게 억제되었다. P. involtus에 접종한 치묘는 L. laccata를 E-strain를 접종한 치묘보다 줄기와 뿌리생장이 가장 높게 나타났다. P. involtus와 L. laccata를 접종한 치묘는 대조구의 치묘보다는 건중량이 많고 키가 훨씬 컸다. E-strain에 접종한 치묘는 대조구와 비교해서 1차 측근 수가 매우 작았으며 줄기 건중량은 매우 높게 나타났으나 다른 형질, 예를 들면 흡수근, 뿌리 건중량, 수고 등은 대조구와 크게 다르지 않았으나 C. geophilum에 접종한 치묘는 1차 측근수를 제외한 다른 생장 특징에서는 대조구와 크게 다르지 않았다.