摩西球囊霉對蘆筍幼苗生長和礦質營養(yǎng)吸收的影響

孫 超 賀超興 于賢昌 張志斌 李衍素 閆 妍

（1 中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2 山東農業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018）

蘆筍（Asparagus officinalisL.）別名石刁柏，為百合科天門冬屬多年生宿根草本植物。因富含皂甙、蘆丁、氨基酸、蛋白質、維生素等營養(yǎng)物質，具有防癌、抗癌、降血壓、降血脂、預防心血管疾病等功效，蘆筍有“蔬菜之王”的美譽，為“世界十大名菜”之一。目前，我國已成為世界第一蘆筍生產大國（乜蘭春 等，2006）。蘆筍是我國最大的單一加工蔬菜貿易品種，約占世界蘆筍貿易的50%（陳光宇，2010）。蘆筍在我國各省區(qū)均可種植，苗期較長，培育壯苗對于實現(xiàn)蘆筍的高產優(yōu)質栽培具有重要意義。

叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）是一類可通過與植物根系共生形成菌根而具有改善作物營養(yǎng)，提高作物抗病性、抗逆性等作用的土壤微生物（Gosling et al.，2006）。摩西球囊霉（Glomus mosseae，GM）屬球囊霉屬叢枝菌根真菌，是一類對環(huán)境適應力強，應用范圍廣的叢枝菌根真菌。已有研究表明，對蘆筍接種AMF 可增加產筍量、提高蘆筍嫩莖中人體必需氨基酸的含量（林先貴 等，1994），增強蘆筍幼苗抗溫度脅迫的能力和對鐮刀菌根腐病、紫紋羽病等土傳病害的抗性（Matsubara et al.，2000a，2000b，2001）。前人在番茄（賀超興 等，2006）、辣椒（王林闖 等，2010；Ortasa et al.，2011）、甜瓜（王銳竹 等，2010）、黃瓜（任志雨 等，2008）等園藝植物上的AMF 菌種篩選試驗結果表明，相同條件下GM 對植物生長和礦質元素吸收促進作用最大，為最適接種菌種。接種GM 可以促進蘆筍幼苗的生長（林先貴 等，1992；Matsubara et al.，2000b），其原因在于GM 對蘆筍幼苗根系的侵染促進了植株對礦質元素的吸收，而接種GM 對蘆筍幼苗菌根侵染變化和礦質營養(yǎng)元素吸收變化的研究尚不多見。

本試驗通過在播種時對蘆筍種子進行GM 接種處理，旨在比較GM1、GM2 兩種摩西球囊霉菌對蘆筍幼苗生長的效應差異，明確菌根侵染隨時間的變化規(guī)律和蘆筍幼苗地上部、地下部礦質營養(yǎng)的變化，為蘆筍GM 菌根苗的生產應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蘆筍品種為澤西奈特，購自北京市農林科學院。兩種供試菌種均為摩西球囊霉，菌劑是經三葉草擴繁的由宿主植物根段、真菌菌絲、孢子、沙土組成的復合物，命名為GM1、GM2。GM1 產自澳大利亞，由青島農業(yè)大學菌根生物技術研究所提供，孢子含量為3.8 個·g-1；GM2產自匈牙利，由匈牙利科學院土壤科學與農業(yè)化學研究所提供，孢子含量為11.5 個·g-1。供試基質為草炭、蛭石、雞糞的混合物，將三者按體積比8∶4∶1 混合均勻，使用前間歇滅菌，即連續(xù)2 d 160 ℃烘干2 h 后放涼備用。營養(yǎng)缽規(guī)格為底部直徑8 cm，上口直徑13 cm，高13 cm，使用前用75%酒精擦拭滅菌。

1.2 試驗設計

試驗于2011年3～5月在中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所試驗溫室進行，設GM1、GM2 兩個處理，一個不接種對照（CK），每個處理20 株，重復3 次，共180 株。蘆筍種子經質量分數(shù)為0.6 %的NaClO 溶液浸泡10 min 后用蒸餾水沖洗干凈，浸種催芽。3月5日選取飽滿一致、出芽整齊的種子播于裝有滅菌基質（約占營養(yǎng)缽體積4/5，預先澆透水）的營養(yǎng)缽中。播種前進行接種處理：在每缽基質的播種孔中施入6 g 菌劑，對照加入等量滅活菌劑（160 ℃烘干2 h）以保證營養(yǎng)物和微生物區(qū)系條件一致，播種后在種子上方蓋一薄層滅菌基質，營養(yǎng)缽上覆薄膜保濕，待出苗后揭去薄膜，自然溫光條件下常規(guī)管理。于播種后第3 周起每周統(tǒng)計蘆筍幼苗地上莖長度、測定菌根侵染情況。第10 周時進行植株生物量、根系活力、葉綠素含量、組織器官礦質元素含量等指標的測定。

1.3 測定方法

用直尺測量蘆筍幼苗地上莖（基質表面到生長點）長度，求和即為地上莖總長度；將蘆筍幼苗根系洗凈，剪成約1 cm 長的根段置于FAA 溶液（配方為70%酒精∶甲醛∶冰醋酸=90V∶5V∶5V）中固定24 h，采用曲利苯藍染色法（Phillips & Hayman，1970）檢測菌根侵染情況，制片鏡檢。根據(jù)Trouvelot 等（1986）的方法，按下述公式計算相關菌根侵染指標。

菌根侵染率F（%）=有菌根根段數(shù)/總根段數(shù)×100%

菌根侵染強度M（%）=（95×侵染率90%以上根段數(shù)+70×侵染率50%～90%根段數(shù)+30×侵染率10%～50%根段數(shù)+5×侵染率1%～10%根段數(shù)+侵染率1%以下的根段數(shù)）/總根段數(shù)×100%

相對菌根侵染強度m（%）=根系中的菌根侵染強度×總根段數(shù)/有菌根段數(shù)×100%

菌根根段叢枝率a（%）=（100×mA3+50×mA2+10×mA1）/100%

式中，mA3、mA2、mA1 分別是A3、A2、A1 對應的相對菌根侵染強度，A3、A2、A1 分別為叢枝充足、中等頻率、少量。

菌根根系叢枝率A（%）=菌根根段叢枝率×（根系中的菌根侵染強度/100）

第10 周時，將植株從營養(yǎng)缽中小心取出，用蒸餾水洗凈，擦干，105 ℃殺青15 min 后75 ℃烘干至恒重，測干質量。根系活力測定采用TTC 還原法（劉永軍 等，2000），葉綠素含量測定參照彭運生和劉恩（1992）的方法。將植株干樣按吸收根、貯藏根、莖、擬葉分開并粉碎，采用半微量凱氏法（董鳴 等，1996）測定N 元素的含量；樣品經HNO3-H2O2（5V∶1V）消煮后使用等離子電感耦合發(fā)射光譜儀（ICP6000，Thermo Co.USA）測定P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、B 含量。各種元素含量與各部分生物量的乘積即為該部分某元素的吸收量（王曉英 等，2010）。

菌根依賴性（%）=菌根植株干質量/非菌根植株干質量×100%（Menge et al.，1978）

菌根效應（%）=（接種GM 處理元素吸收量-不接種GM 處理元素吸收量）/接種GM 處理元素吸收量×100%

使用Microsoft Excel 軟件作圖，采用DPS 軟件Duncan 新復極差法對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 兩種GM 真菌對蘆筍幼苗生長的影響

如圖1所示，從第6 周起GM 菌根苗的地上莖總長度顯著高于對照；隨著時間的延長，GM1、GM2 菌根苗的生長速率均明顯高于常規(guī)苗。第10 周時，兩者的地上莖總長度與對照相比分別增加了185.62%、184.72%。接種GM顯著增加了蘆筍幼苗總干質量及地上部干質量，降低了根冠比。GM1、GM2 菌根苗地下部干質量較對照有所增加，但差異不顯著（表1）。蘆筍幼苗對GM1、GM2 具有高菌根依賴性，表明接種GM 對蘆筍幼苗的生長有明顯的促進作用。

圖1 兩種摩西球囊霉對蘆筍地上莖總長度的影響

2.2 兩種GM真菌對蘆筍幼苗根系的侵染情況

圖2 表明，GM1、GM2 對蘆筍幼苗的侵染呈現(xiàn)“S”型變化趨勢，分為緩慢侵染期（第3、4 周）、快速侵染期（第5、6 周）、相對穩(wěn)定期（第7 周后）。第10 周時，GM1、GM2 菌根侵染率分別為91.11%和88.89%，較多蘆筍根系都被GM 真菌侵染；兩者的菌根侵染強度約為40%，侵染狀況較好。第5 周起形成叢枝，叢枝數(shù)量分別在第5、6 周和第8、9 周快速增加。第10 周時GM1、GM2 根系叢枝率分別為24.52%、20.32%，菌根根段叢枝率分別為64.32%、47.05%，較多的侵染根段形成了叢枝。

表1 兩種摩西球囊霉對蘆筍幼苗干質量和菌根依賴性的影響

圖2 兩種摩西球囊霉對蘆筍根系的侵染動態(tài)

2.3 兩種GM真菌對蘆筍幼苗根系活力和葉綠素含量的影響

由圖3 可知，接種GM 顯著提高了蘆筍幼苗的根系活力，增加了葉綠素含量。與對照相比，GM1、GM2 的根系活力分別提高了225.03%和233.98%，葉綠素含量分別增加了71.46%和93.50%，可見接種GM 后對蘆筍幼苗生長有明顯促進效果，不同菌種差異不大。

2.4 兩種GM真菌對蘆筍幼苗礦質營養(yǎng)元素吸收的影響

對不同處理植株9 種營養(yǎng)元素的測定結果表明（表2），除了GM2 對地上部Cu 吸收量有輕微抑制作用外，接種GM 處理顯著增加了蘆筍幼苗地上部、地下部、全株對9 種礦質營養(yǎng)元素的吸收量，且地上部礦質營養(yǎng)元素吸收量的增加程度大于地下部，表明了接種GM 的菌根苗與對照相比不但吸收了更多的礦質營養(yǎng)，并且具有極高的營養(yǎng)轉運效率。雖然GM1 菌劑孢子含量低于GM2，但其菌根效應即對蘆筍幼苗單株礦質營養(yǎng)元素吸收的增加程度卻略大于GM2（除GM1 對B 吸收的貢獻作用略低于GM2 外）（表3），說明GM1 促進植物營養(yǎng)吸收的有效性高于GM2，這種差異產生的原因可能在于菌系之間的差別使GM1 較GM2 形成了更多的叢枝。菌根效應是一定條件下GM 對植物元素吸收促進效應的大小，反映了GM 對蘆筍幼苗元素吸收量改善的程度。GM1、GM2 對P 吸收的促進作用最大，其次為Mg、B、K、N、Ca。

圖3 兩種摩西球囊霉對蘆筍幼苗根系活力和葉綠素含量的影響

表2 兩種摩西球囊霉對蘆筍幼苗礦質元素吸收量的影響

表3 兩種摩西球囊霉對蘆筍幼苗的菌根效應

3 結論與討論

干物質量反映了生物量的積累情況，接種GM 后蘆筍幼苗積累了更多的生物量；根冠比降低說明植株地下部分因接種而增加的量不如地上部分明顯（林先貴 等，1992）。陳雙臣等（2008）認為番茄接種GM 后根冠比增加，這可能是GM 真菌與植株親和程度不同或栽培條件不同造成的。蘆筍對GM1、GM2 具有很高的菌根依賴性，這與前人的研究（林先貴和郝文英，1989）一致，說明GM 對蘆筍幼苗的生長有明顯的促進效應。

菌根真菌對植物根系的侵染是改善宿主植物礦質營養(yǎng)的先決條件（李曉林和姚青，2000）。侵染率是表示真菌與宿主之間親和力的重要指標，用來衡量其生態(tài)適應性（王曉英 等，2010）。高侵染率和侵染強度表明GM 對蘆筍幼苗親和力極高，具有較強的生態(tài)適應性，這是GM 改善蘆筍幼苗礦質營養(yǎng)的前提。從植物到真菌的糖類物質以及從真菌到植物的磷酸鹽、銨鹽的轉運是共生關系的中心（Fitter et al.，2011），叢枝是真菌與植物之間的營養(yǎng)交換器官，較高的叢枝率保證了GM 與蘆筍幼苗根系的營養(yǎng)交換，維持了真菌和植物之間的共生關系。

根部是植物生長的基礎，與對照植株相比，菌根苗的根系不僅在長度、密度、質量方面有所增加，而且根系的建筑學特性也得到改良（Schreiner，2007；Yao et al.，2009）。根系活力反映了植物的生長狀況和根系生理特性的改變，葉綠素含量的高低則體現(xiàn)了植物光合作用的強弱。姜德鋒等（1998）的研究表明接種GM 顯著提高了玉米的根系活力，胡志宏等（2010）發(fā)現(xiàn)接種GM 后玉米、小麥、油菜、水稻的葉綠素含量均有所增加。根系活力和葉綠素含量的改善說明接種GM 顯著增強了蘆筍幼苗的吸收能力、同化能力。

接種GM 顯著促進了蘆筍幼苗根系對礦質元素的吸收，這是菌根通過擴大根系吸收范圍、提高親和力、降低吸收臨界濃度、增加吸收面積、縮短擴散距離等（劉潤進和李曉林，2000）一系列作用來實現(xiàn)的。P 是植物最難以獲得的大量元素之一（Smith et al.，2011），GM 對P 吸收的促進程度最大，機制在于外生菌絲對P 的高效吸收與利用，包括擴大根系養(yǎng)分吸收空間、活化難溶性無機磷酸鹽和有機磷等（李曉林和姚青，2000）?，F(xiàn)已明確AM 途徑在植物P 吸收過程中起關鍵作用（Smith et al.，2011），因此接種GM 可以提高P 素利用效率，減少磷肥的施用，減輕土壤和地下水污染。Zn 和Cu 被認為是除P 以外菌根貢獻較大的元素（Schreiner，2007），本試驗中發(fā)現(xiàn)GM 對Mg 的貢獻程度僅次于P，這可能是不同植物間元素需求有所差別或者元素間存在離子吸收拮抗作用導致的。接種GM 顯著增加了蘆筍幼苗單株元素吸收量，并且對地上部元素吸收量增加的程度大于地下部，表明菌根苗具有極高的養(yǎng)分利用效率和營養(yǎng)轉運效率。本試驗中觀察到，與常規(guī)苗相比，GM 菌根苗地下部礦質營養(yǎng)元素含量顯著提高，地上部P、Mg含量也明顯增加，但地上部其他元素含量卻降低或變化不大。因此筆者認為接種GM 后地上部P、Mg 吸收量增加是由生物量和元素含量增加的雙重作用引起的，外在表現(xiàn)為GM 對P、Mg 貢獻較大，地上部其他元素吸收量增加的原因主要在于地上部的生物量的增加，并因此產生的“稀釋效應”降低了部分元素的含量，而地下部元素吸收量增加的主要原因在于GM 侵染使根系對礦質元素的吸收量顯著增加。

Azcón 等（2003）將叢枝菌根真菌的有效性定義為AM 接種物對植物營養(yǎng)吸收和生長的增加程度，GM1、GM2 均顯著促進了蘆筍幼苗的營養(yǎng)吸收和生長，具有高效性，相對而言GM1 的作用效果優(yōu)于GM2，表明不同菌種對不同作物可能有不同的菌根效應，只有應用高效菌種才能減少菌劑用量，且獲得較好的菌根效應?？傊臃NGM 作為一種生物技術，應用于蘆筍栽培可培育壯苗，縮短苗期，節(jié)省肥料，提高有機基質的養(yǎng)分利用率。菌根功能的多樣性體現(xiàn)在基因表達、磷素營養(yǎng)以及共生效率上（Feddermann et al.，2010），接種GM 后與P、Mg 吸收、轉運、利用機制相關基因表達的變化有待進一步研究。

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