叢枝菌根真菌對玉米鋅、磷拮抗作用的影響

王 巖，韓 苗，熊子怡，郭 濤

（西南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，重慶 400716）

鋅是動、植物必需的微量元素，因其參與代謝過程，故缺鋅不利于動、植物的生長和發(fā)育[1-2]，從根本上說人類攝取的所有營養(yǎng)元素都來自土壤-作物體系，而全球主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中均存在不同程度的微量元素缺乏問題，其中土壤有效鋅缺乏現(xiàn)象尤為突出，全球超過50%的耕地存在不同程度的缺鋅[3-4]。眾所周知，鋅、磷之間存在顯著的拮抗作用，磷肥的大量施用及其在土壤中的富集是影響作物鋅營養(yǎng)的關(guān)鍵因素[5]，而且由于高產(chǎn)品種的引入、化肥純度的增加、有機(jī)肥投入減少，特別是近一二十年持續(xù)的磷肥投入使得局部地區(qū)土壤耕層有效磷大量累積，這在中國的中東部地區(qū)尤為明顯[6]。研究表明，我國耕地中平均土壤有效磷含量 (Olsen-P)30年間從原來的7.4 mg/kg已經(jīng)增加至現(xiàn)在的24.7 mg/kg[7]，造成土壤和作物鋅等微量元素營養(yǎng)缺乏有加劇的趨勢。

因此，如何緩解鋅、磷元素之間的拮抗作用，促進(jìn)作物對土壤中鋅養(yǎng)分資源的吸收利用，建立鋅營養(yǎng)強(qiáng)化的農(nóng)業(yè)措施已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

叢枝菌根 (arbuscular mycorrhizal，AM) 真菌是一類可與大多數(shù)陸地植物的根系形成共生體的真菌[8]，可在土壤中形成大量纖細(xì)的菌絲，增大根際吸收范圍和增強(qiáng)宿主植物對養(yǎng)分的吸收[9]。研究顯示，AM真菌也能顯著改善宿主植物的鋅營養(yǎng)狀況[10]。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在低鋅土壤中，植株體內(nèi)高達(dá)24%的鋅是通過菌絲途徑進(jìn)入的[11]。宿主植物與AM真菌形成共生體后，其對鋅的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)能力會加強(qiáng)，減緩高磷對鋅的抑制作用[12]。因此，本試驗(yàn)設(shè)置不同的鋅、磷濃度水平，探究接種AM真菌對鋅、磷拮抗作用的影響，以期為揭示AM真菌緩解磷對鋅拮抗作用的機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物玉米 (Zea mays L.) 品種為‘精科糯2000’。種子用10% H2O2表面消毒10 min，隨后用蒸餾水沖洗，在25℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，種子露白1 cm左右進(jìn)行播種。

供試AM真菌為(Glomus versiforme)，是含有宿主植物根段、AM真菌孢子及根外菌絲體根際土壤(北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所微生物室提供)。接種劑是以河砂和土壤的混合物作為擴(kuò)繁基質(zhì)，以玉米、三葉草盆栽將原種擴(kuò)大繁殖獲得試驗(yàn)所需接種劑，孢子密度為每克20～30個。

供試土壤為重慶市江津區(qū)低磷酸性土。江津區(qū)位于重慶市西南部，地處北緯 28°3l′～29°27′，東經(jīng)105°49′～106°21′，距重慶市主城約 50 km。土壤的基本性狀為pH 4.9、有機(jī)質(zhì)18.51 g/kg、有效磷8.73 mg/kg、有效鋅1.59 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院網(wǎng)室中進(jìn)行，每盆裝土1.5 kg，接種處理每盆施菌劑100 g，對照處理施加同等質(zhì)量的滅活菌劑。試驗(yàn)處理：3個施磷水平 (0、200、400 mg/kg，以P2O5計(jì))，2個施鋅水平 (0、5 mg/kg)，2個接菌水平[接菌 (+AM) 和不接菌 (-AM)]，共12個處理，每個處理4次重復(fù)。所有處理控制氮肥水平為150 mg/kg，控制鉀肥水平為100 mg/kg (以K2O計(jì))。磷肥用普鈣，鋅肥用硫酸鋅，氮肥用硝酸銨，鉀肥用硫酸鉀。試驗(yàn)在人工光照植物培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行，生物鏑燈補(bǔ)充光照 。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

植株生長50 d后收獲，地上部和根系分開收獲。根系用去離子水洗凈，剪成1 cm左右的根段，混勻后隨機(jī)取約1 g測定AM真菌侵染率，剩余樣品105℃ 殺青30 min后70℃烘干，用于生物量與鋅磷含量測定。AM真菌侵染率按照方格交叉法測定[13-14]；植株鋅磷含量的測定參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS 18.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三因素或單因素統(tǒng)計(jì)分析，5%水平下LSD多重比較檢驗(yàn)各處理平均值之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種AM真菌對玉米生長的影響

表1結(jié)果表明，玉米生長受到施磷和接菌的顯著影響，但施鋅的影響不顯著。不施鋅條件下，與不施磷處理相比，施磷200、400 mg/kg時植株地上部生物量分別增加6.17、9.30倍，地下部生物量分別增加5.86、6.67倍；施鋅5 mg/kg條件下，施磷對玉米植株生物量的影響也有相同趨勢。

不施磷條件下，施鋅0、5 mg/kg時，接種AM真菌處理植株地下部生物量分別提高2.05、1.46倍；但隨著施磷水平增加，接菌的促生效應(yīng)逐漸降低，施磷400 mg/kg時，接菌影響已不顯著。接菌對植株地上部生長的影響有相同的趨勢，同時也受到供磷水平的影響。

2.2 接種AM真菌對玉米鋅吸收量和鋅含量的影響

表2結(jié)果表明，玉米植株的鋅營養(yǎng)狀況受到施鋅、施磷與接菌的顯著影響。施鋅顯著增加玉米植株地上部、地下部的鋅含量與地上部鋅吸收量，而地下部的增加幅度要高于地上部。隨著施磷水平的增加，地上部鋅含量有下降趨勢：施鋅5 mg/kg條件下，施磷200 mg/kg、400 mg/kg處理與不施磷處理相比，鋅含量分別降低了24%、29%。但地上部吸鋅量隨著供磷水平的增加有增加趨勢，這是由于植株地上部生物量隨著供磷水平增加而增加造成的；供磷水平對地下部鋅含量的影響不顯著，吸鋅量隨供磷水平呈增加的趨勢也主要與生物量增加有關(guān)。不施鋅條件下，供磷0、200 mg/kg時，接種AM真菌處理的植株地上部鋅含量分別是未接菌對照的3.90倍與5.94倍，而提高施鋅水平后，接菌對植株地上部鋅含量的影響不顯著，說明AM對宿主植物鋅營養(yǎng)狀況的影響受到土壤鋅含量的影響。值得注意的是，整體上AM真菌對植株地下部鋅含量的影響趨勢與地上部相反，施鋅條件下，三種施磷水平接種AM真菌均顯著增加地下部鋅含量；而不施鋅條件下，接種AM與否差異不顯著。這說明接種AM真菌對作物鋅營養(yǎng)狀況的作用除受土壤鋅營養(yǎng)狀況的影響外，也受其他因素影響。與不接菌處理相比，接種AM真菌提高了植株地上部、地下部的鋅吸收量，這主要與植株生物量的提高有關(guān)。

表1 不同處理下玉米植株生物量、侵染率、根冠比Table 1 Dry biomass, root colonized percentage and root/shoot ratio of maize under different treatments

表2 不同鋅磷水平下接種菌根真菌對玉米植株鋅吸收量和鋅含量的影響Table 2 Effects of the AM inoculation on Zn uptakes and Zn contents of maize under different Zn and P levels

2.3 接種AM真菌對玉米磷吸收量和磷含量的影響

由表3可知，施鋅對玉米植株地上部、地下部磷含量的影響均不顯著，但顯著影響植株的磷吸收量。不施磷條件下，施鋅處理植株地上部與地下部的磷吸收量較不施鋅處理分別降低了23%與5%。整體上，玉米植株地上部的磷含量隨施磷水平的增加有升高的趨勢，地上部與地下部的磷吸收量也均隨施磷水平的增加而升高。

接種AM真菌顯著提高玉米植株地上部的磷吸收量與含量，即便是施磷400 mg/kg條件下，植株地上部磷吸收量和含量在不施鋅時較不接菌處理分別提高了75%、28%，在施鋅為5 mg/kg時分別提高了200%、92%。植株地下部磷含量與吸收量也呈相同的增加趨勢。

表3 不同處理對玉米植株磷吸收量和磷含量的影響Table 3 Effects of different treatments on P uptakes and P contents of maize plants

3 討論與結(jié)論

由于供試土壤的有效磷含量較低，且鋅、磷拮抗作用會隨著供磷水平的提高而增強(qiáng)[16]，故本試驗(yàn)設(shè)置了較高的磷水平。試驗(yàn)結(jié)果表明，接種AM真菌顯著促進(jìn)了宿主植物玉米的生長，即便是高磷 (400 mg/kg) 條件下，也能顯著增加玉米地上部生物量(表1)，這與其他研究呈現(xiàn)類似的結(jié)果[17]，也顯示了AM真菌在集約化高投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的利用潛力[18]。眾所周知，接種AM真菌能夠改善宿主植物的磷營養(yǎng)狀況[19]。本試驗(yàn)中，在供磷 200 mg/kg的條件下，接種AM真菌顯著提高了玉米的磷吸收量和含量，但在高磷 (400 mg/kg) 條件下，接菌對地下部的磷吸收量和含量影響均不顯著，這可能是因?yàn)橥寥乐辛缀窟^高會抑制AM真菌的發(fā)育，進(jìn)而降低AM真菌對植物根系的侵染[20]。

隨著施磷水平的不斷提高，玉米植株的鋅含量會逐漸下降，且地上部尤為顯著 (表2)。玉米植株鋅吸收量和含量的降低，表明磷對鋅有拮抗作用，即土壤中磷含量的增加會影響作物對鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[21-23]。在同等鋅、磷條件下，接種AM真菌處理玉米植株鋅含量和吸收量會顯著提高，這與前人的研究結(jié)果相似[19]。在不施鋅條件下，施磷200 mg/kg玉米植株地上部鋅含量比不施磷時降低36%，與之相反，接種AM真菌后地上部鋅含量增加35%，這說明AM真菌可以緩解鋅、磷拮抗作用，提高植株對鋅的吸收。這可能是由于AM真菌與作物根系形成的共生體增加了額外的運(yùn)輸介質(zhì)[24]，增加了植株對鋅磷的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)位點(diǎn)[21]。接種AM真菌后植物整體生理活性提高[25]，根系吸收能力的整體提高使得宿主植物能夠吸收更多的鋅[26]，這也說明當(dāng)前條件下接菌緩解鋅磷拮抗作用主要源于能增加吸收土壤中鋅營養(yǎng)成分，對于是否能提高土壤中鋅的有效性則有待于進(jìn)一步的探究。值得注意的是，接種AM真菌雖然在施磷為0、200 mg/kg的條件下顯著提高了玉米植株地上部鋅吸收量，但在施磷400 mg/kg時影響不顯著，說明AM真菌對鋅磷拮抗作用的減緩還受到土壤供磷水平的影響。

綜上所述，接種AM真菌能促進(jìn)玉米植株的生長，且在一定條件下能有效緩解鋅、磷之間的拮抗作用，改善植株的鋅磷營養(yǎng)狀況。但對AM真菌影響鋅磷拮抗作用的機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究，隨著分子生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展與交叉，可為我們探求其機(jī)理提供一些新的研究思路。

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