叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

王棟高軍艾琪閆鋒吳亮張雷

（1新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆南疆的大部分地區(qū)草地資源缺乏、退化，隨著本地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，畜產(chǎn)品需求量也逐年提高，致使草畜矛盾日益突出。要解決南疆缺草這一制約南疆畜牧業(yè)健康發(fā)展的重要問(wèn)題，就必須選擇高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)的牧草。紫花苜蓿（Medicago sativaL.）有“牧草之王”之稱(chēng)，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好、適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益好等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-3]，其特點(diǎn)正能滿足南疆地區(qū)對(duì)牧草的要求。在紫花苜蓿等牧草生產(chǎn)中，施肥是獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)牧草的一個(gè)重要栽培措施。但化肥的過(guò)量施用或使用不當(dāng)，不僅使肥料的利用率降低，甚至影響植物生長(zhǎng)，還可能導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力降低、出現(xiàn)土壤污染等問(wèn)題[4]。而應(yīng)用微生物肥料是克服與解決這些問(wèn)題的一把鑰匙，它在土壤肥力的提高與保持、營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化、肥料利用效率的提升，植物生長(zhǎng)的促進(jìn)[5]、土壤的凈化，土壤生態(tài)平衡的維持等方面具有重要作用，合理地使用微生物肥料既可以彌補(bǔ)化肥的不足，又能減少化肥可能帶來(lái)的土壤肥力下降和污染等問(wèn)題[6]。

叢枝菌根真菌可作為一種無(wú)公害的微生物肥料，接種叢枝菌根真菌后對(duì)植物的有益作用與影響已在許多研究中得以證實(shí)和發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根真菌能與90%以上的植物形成叢枝菌根，通過(guò)根外菌絲擴(kuò)大根系的吸收面積，能有效地促進(jìn)共生植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性[7-8]。其中，亦不乏大量有關(guān)接種叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿影響方面的研究。這些研究發(fā)現(xiàn)接種叢枝菌根真菌后有利于提高紫花苜蓿的植物量與生產(chǎn)性能[9-13]，促進(jìn)紫花苜蓿對(duì)土壤養(yǎng)分元素的吸收，在影響一些生理指標(biāo)的同時(shí)提高其宿主植物紫花苜蓿品質(zhì)及某些方面的抗性[14-17]。然而，不同類(lèi)型的叢枝菌根真菌在接種紫花苜蓿后都能否在多方面展示積極影響并不明確，影響不同類(lèi)型的叢枝菌根真菌發(fā)揮作用的機(jī)制也不清晰。本研究在參考前人研究工作基礎(chǔ)上，旨在通過(guò)對(duì)紫花苜蓿接種4類(lèi)叢枝菌根真菌，摸索研究并驗(yàn)證不同類(lèi)型叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收的作用及生理特性的影響，同時(shí)篩選出有利于紫花苜蓿生長(zhǎng)的叢枝菌根真菌類(lèi)型，為本地區(qū)開(kāi)展叢枝菌根真菌微肥開(kāi)發(fā)研制提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試基質(zhì)：將草炭與珍珠巖按體積比（1/1，v/v）混合均勻后經(jīng)2次滅菌（121℃高壓滅菌3小時(shí)）。

試驗(yàn)容器：訂制培養(yǎng)容器規(guī)格為125×85×300（口徑×底徑×高mm），使用前用84消毒液浸泡2次，每次浸泡1小時(shí)后再清洗兩次。

供試植物：紫花苜蓿種子采集于阿克陶縣奧依塔克鎮(zhèn)（E:75°34′10.7″，N:39°04′08.8″，H:1639 m）。

供試菌種：試驗(yàn)中所采用菌種為包括真菌菌絲、孢子和培養(yǎng)基質(zhì)在內(nèi)的全培養(yǎng)物，購(gòu)自北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所“叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)（BGC）”，共計(jì)2種摩西斗管囊霉（Glomus mosseae）和2種幼套近明球囊霉（Glomus etunicatum），其在國(guó)家自然科技共享平臺(tái)中的資源編號(hào)分別為：1511C0001BGCAM0060、1511C0001BGCAM0003、1511C0001BGCAM0027、1511C0001BGCAM0017，分別記作：G.m1、G.m2、G.e1、G.e2。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)置8個(gè)處理，（1）接種G.m1處理；（2）接種G.m1處理的對(duì)照；（3）接種G.m2處理；（4）接種G.m2處理的對(duì)照；（5）接種G.e1處理；（6）接種G.e1處理的對(duì)照；（7）接種G.e2處理；（8）接種G.e2處理的對(duì)照；每個(gè)處理重復(fù)10次。播種前將紫花苜蓿種子用75%酒精浸泡并振蕩2 min進(jìn)行表面消毒，無(wú)菌水漂洗干凈后至于光照培養(yǎng)箱中催芽，種子露白后即可。接種叢枝菌根真菌處理的方法是將5 g菌種均勻撒施在種子下約2 cm處并覆土；不接種對(duì)照加入相同重量的滅菌菌劑。每只培養(yǎng)容器播種3粒，出苗一周后，間苗并保留1株長(zhǎng)勢(shì)較好的幼苗于培養(yǎng)容器中，合計(jì)320只培養(yǎng)容器（4只培養(yǎng)容器/重復(fù)）。在生長(zhǎng)期間適量澆水，生長(zhǎng)30 d后，分別測(cè)定株高、莖粗后，收獲紫花苜蓿葉、莖等地上部分與根系等地下部分，并清洗根系。分光光度法測(cè)定葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量，TTC法測(cè)定根系活力，考馬斯亮染色法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量。然后取根樣測(cè)定菌根侵染率（根段侵染率加權(quán)法）[18]，同時(shí)將相關(guān)樣品剩余部分置于烘箱內(nèi)105℃殺青15 min，再置于65°C恒溫烘干，最后粉碎相關(guān)樣品后測(cè)定其全N（H2SO4-H2O2消煮、奈氏比色法）、全P（H2SO4-H2O2消煮、釩鉬黃比色法）和全K（H2SO4-H2O2消煮、火焰光度計(jì)法）、微量元素（硝酸-高氯酸消解法、等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定 Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn）。注：菌根效應(yīng)（%）=（接種處理-不接種處理）×100/不接種處理[19]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，用SAS9.1進(jìn)行方差分析，并采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)的影響

如表1所示，4類(lèi)不同叢枝菌根真菌接種后對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)有不同的影響。其中，與其對(duì)照相比，G.m2顯著地促進(jìn)了苜蓿幼苗生長(zhǎng)，表現(xiàn)為其地上部分、地下部分與株高均分別顯著增加了21.41%、7.47%和24.33%（P＜0.05）；而G.e1較其對(duì)照也在地上部分植物量、株高上顯著地增加了22.87%和22.96%，而其地下部分植物量卻明顯減少了6.60%（P＜0.05）；G.e2在地上部分植物量與株高上均與其對(duì)照無(wú)顯著差異，而地下部分的植物量卻較其對(duì)照提高了8.08%（P＜0.05）；G.m1在地下部分植物量與株高兩方面與其對(duì)照無(wú)顯著差異，但在地上部分植物量上卻較其對(duì)照顯著減少了16.92%，地上部分生長(zhǎng)明顯弱于其對(duì)照（P＜0.05）。接種叢枝菌根真菌后并未對(duì)苜蓿幼苗的莖粗產(chǎn)生顯著影響。4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗的侵染能力依次是：G.m2＞G.m1＞G.e1＞G.e2，在侵染率上，2種摩西斗管囊霉顯著高于2種幼套近明球囊霉（P＜0.05），但同屬間的2種叢枝菌根真菌在侵染率上未表現(xiàn)出明顯差異。

表1 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2 叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗養(yǎng)分吸收的影響

如表2所示，接種叢枝菌根真菌后并未對(duì)紫花苜蓿幼苗地上部分的全N、全P、全K含量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。

表2 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗地上部分N、P、K含量的影響（%）

如表3所示，除接種G.e1后紫花苜蓿根系中全N含量下降之外，其他三類(lèi)菌劑均能不同程度提高紫花苜蓿根系對(duì)N和P的吸收，但未能顯著提高對(duì)K的吸收；其中G.m2、G.e2的作用顯著，G.m2的作用最為明顯，接種該菌種后可使得紫花苜蓿根系中全N、全P含量分別提高了11.63%和29.75%（P＜0.05）。

表3 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗地下部分N、P、K含量的影響（%）

表4 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影響

如表4所示，在接種叢枝菌根真菌后對(duì)紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影響上：接種G.m2、G.e1、G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Ca含量均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），而接種G.m1顯著低于對(duì)照；接種G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量顯著高于對(duì)照，接種G.m1、G.m2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量與對(duì)照無(wú)差異，而接種G.e1的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量明顯低于對(duì)照（P＜0.05）；各接種處理較對(duì)照均不能顯著提高紫花苜蓿幼苗地上部分Mg、Fe、Mn、Zn的含量，即不能顯著提高對(duì)Mg、Mn和Zn的吸收（P＜0.05）。

2.3 叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗根系活力與葉片葉綠素含量的影響

如表5所示，接種G.m2、G.e1、G.e2后紫花苜蓿幼苗的根系活力較對(duì)照顯著提高，且G.m2＞G.e1＞G.e2，而接種G.m1后紫花苜蓿幼苗的根系活力卻低于對(duì)照（P＜0.05）；接種G.m2、G.e1紫花苜蓿幼苗的葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），接種G.m1、G.e2紫花苜蓿幼苗的葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對(duì)照均無(wú)差異；其中接種G.m2或接種G.e1較對(duì)照均能顯著地提高了紫花苜蓿幼苗根系活力，明顯增加了葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量，其中接種G.m2的效果最好，較對(duì)照在紫花苜蓿幼苗根系活力，紫花苜蓿幼苗葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量上，均分別明顯提高了7.13%、37.11%、52.27%和41.84%（P＜0.05）。

表5 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗根系活力與葉綠素含量的影響

2.4 叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

如圖1所示，接種4類(lèi)叢枝菌根真菌后，紫花苜蓿幼苗葉片與根系中的可溶性蛋白質(zhì)含量與對(duì)照均無(wú)顯著差異，且各接種處理之間紫花苜蓿幼苗葉片與根系中的可溶性蛋白質(zhì)含量亦無(wú)差異，這說(shuō)明接種叢枝菌根真菌后未對(duì)其葉片與根系中的可溶性蛋白質(zhì)含量產(chǎn)生明顯影響。

圖1 接種4類(lèi)叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗葉片和根系可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

3 討論

不同種類(lèi)的叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)的影響不盡相同，同時(shí)其侵染率也不同。有研究表明不同種類(lèi)的叢枝菌根真菌對(duì)同一紫花苜蓿宿主的促進(jìn)作用不一致[20]，本研究發(fā)現(xiàn)了具有開(kāi)發(fā)為紫花苜蓿菌根菌劑潛力的叢枝菌根真菌類(lèi)型G.m2，同時(shí)也排除掉一些接種后對(duì)紫花苜蓿影響較差或不明顯的叢枝菌根真菌種類(lèi)。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)接種G.m2對(duì)紫花苜蓿的促生作用較好，對(duì)紫花苜蓿幼苗有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，這或許與其侵染率最高、或因其原寄主為同為豆科的沙打旺有一定關(guān)系。另外，接種叢枝菌根真菌到紫花苜蓿后，亦有可能出現(xiàn)負(fù)面或抑制作用的情況發(fā)生，如本研究中的叢枝菌根真菌G.m1對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)的影響就是如此。

接種某些種類(lèi)的叢枝菌根真菌有助于提高紫花苜蓿根系活力[21]，進(jìn)而有益于養(yǎng)分吸收，促進(jìn)紫花苜蓿對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素和離子的吸收利用[22]。有研究結(jié)果表明[23-24]接種叢枝菌根真菌可促進(jìn)對(duì)P的吸收，但對(duì)紫花苜蓿植株不同部位的影響不同。同樣，也有研究結(jié)果顯示接種叢枝菌根真菌后促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)和N吸收[25]。另有研究[26]發(fā)現(xiàn)接種叢枝菌根真菌后地下部分Zn含量會(huì)增加，而地上部Zn的含量會(huì)減小，并認(rèn)為這樣可以減弱Zn由根部向地上部分的運(yùn)移，從而減輕了對(duì)紫花苜蓿地上部產(chǎn)生毒害。本研究結(jié)果表明接種G.m2可以明顯提高根系對(duì)于N、P這兩種大量元素吸收，并提高地上部分Ca元素的含量；同時(shí)還能明顯提高紫花苜蓿幼苗的根系活力，明顯增加葉片中葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量。而提高葉綠素含量或許會(huì)提高紫花苜蓿幼苗的光合作用，從而進(jìn)一步促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)。這一結(jié)論與林子然等[15，27-28]的研究結(jié)論一致，即接種叢枝菌根真菌可對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)及相關(guān)的生理指標(biāo)起到改善或促進(jìn)的作用。本研究中發(fā)現(xiàn)接種G.m1、G.e1并未明顯提高地下部分植物量，而接種G.m2、G.e2卻均顯著提高了地下部分植物量，這或許與接種G.m1、G.e1實(shí)際并未影響到紫花苜蓿幼苗地下部分的氮、磷含量，而接種G.m2、G.e2均能明顯提高紫花苜蓿幼苗地下部分氮、磷的含量相關(guān)。

由此推斷認(rèn)為：對(duì)紫花苜蓿有促生作用的叢枝菌根真菌或許因提高紫花苜蓿根系活力，進(jìn)而提高其地下部分的氮、磷吸收量，從而增加地下部分植物量，再進(jìn)一步通過(guò)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的利用與再分配提高地上部分植物量與株高，所以叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)的作用或許主要通過(guò)影響其根系養(yǎng)分吸收得以實(shí)現(xiàn)。因此，今后應(yīng)更深入開(kāi)展叢枝菌根真菌對(duì)紫花苜蓿根系及地下部分營(yíng)養(yǎng)利用與轉(zhuǎn)化方面的研究。

4 結(jié)論

不同類(lèi)型的叢枝菌根真菌接種后對(duì)紫花苜蓿幼苗的影響作用不同，只有G.m2對(duì)紫花苜蓿幼苗表現(xiàn)出良好的促進(jìn)作用。接種G.m2后，紫花苜蓿幼苗在根系活力，葉片中葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量上，明顯比對(duì)照提高了7.13%、37.11%、52.27%、41.84%（P＜0.05）。G.m2通過(guò)提高根系活力與葉綠素含量等生理指標(biāo)，進(jìn)而一定程度改善地下部分營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用與提高地上部分的光合作用，從而在研究結(jié)果中展現(xiàn)出:相比對(duì)照，接種G.m2后使紫花苜蓿幼苗地上部分植物量、地下部分植物量、株高、根系中N、P元素的含量，明顯增加21.41%、7.47%、24.33%、11.63%、29.75%，且明顯提高了地上部分Ca的含量（P＜0.05）等積極影響。