外源鈣與叢枝菌根真菌協(xié)同對連作花生產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

衣婷婷 唐朝輝 王建國 張佳蕾 郭峰 崔利 萬書波

關(guān)鍵詞：外源鈣；叢枝菌根真菌；連作花生；產(chǎn)量；品質(zhì)

花生是我國主要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，在保障我國食用油安全、提高國民身體素質(zhì)等方面具有舉足輕重的作用。近年來，花生需求量增加，然而種植面積有限，很多花生主產(chǎn)區(qū)為追求經(jīng)濟(jì)利益常常大規(guī)模連續(xù)種植花生數(shù)年，連作現(xiàn)象十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影響花生植株的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中分布最廣的一類共生真菌，能夠與約80%的陸生植物形成互惠共生體。AMF與根系形成的菌根共生體通過吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中的礦物營養(yǎng)物質(zhì)為寄主植物提供養(yǎng)分。目前，AMF在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用已被廣泛報道，AMF通過根外菌絲吸收氮、磷、鉀、鈣等礦物質(zhì)營養(yǎng)，并將其轉(zhuǎn)移到植物根系內(nèi)部，顯著增加作物營養(yǎng)元素含量。近年來，大量研究結(jié)果表明，AMF能有效促進(jìn)逆境環(huán)境中宿主植物的碳同化產(chǎn)物積累，并最終促進(jìn)植株生長。另外，AMF能夠增加寄主植物產(chǎn)量，提高果實(shí)品質(zhì)，緩解連作障礙對植株產(chǎn)生的影響等。有研究表明，AMF能夠改善連作花生土壤的理化性質(zhì)，從而促進(jìn)花生生長和產(chǎn)量增加。

另外，鈣是影響花生莢果發(fā)育的重要營養(yǎng)元素，鈣素對于花生莢果形成和產(chǎn)量具有重要作用?；ㄉ切桠}較多的作物，每形成100kg莢果需要吸收的鈣高達(dá)2.0～2.5kg。長期連作花生的土壤容易酸化，從而缺乏植物能夠吸收的有效性鈣，導(dǎo)致花生莢果發(fā)育受阻，造成花生產(chǎn)量和質(zhì)量下降。缺鈣會造成花生莢果小、仁秕、空殼、果實(shí)腐爛等，甚至出現(xiàn)“黑胚芽”等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)。鈣離子作為植物體內(nèi)第二信使廣泛參與植物響應(yīng)的各種生物和非生物脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。目前，關(guān)于外源鈣對花生生長發(fā)育的研究主要集中在以下幾個方面：外源鈣通過緩解光合系統(tǒng)中PSⅡ光抑制來提高花生對高溫強(qiáng)光脅迫的抗性：提高花生植株體內(nèi)保護(hù)酶活性，增加花生產(chǎn)量和品質(zhì)：通過對細(xì)胞膜的保護(hù)來提高花生對干旱和鹽脅迫的抗性等。但是，AMF與鈣元素協(xié)同作用對連作花生整個生長過程中生理指標(biāo)及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響還未見報道。

本試驗(yàn)前期相關(guān)研究證明，20mmol/L外源鈣離子協(xié)同AMF能夠促進(jìn)連作花生苗期的生長。摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）是AMF的一種。為了研究二者協(xié)同作用對連作花生整個生育期生理指標(biāo)及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，本研究進(jìn)一步開展試驗(yàn)，分析摩西斗管囊霉協(xié)同外源鈣對連作花生植株生長指標(biāo)、干物質(zhì)積累、礦物質(zhì)元素吸收及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期找到解決或緩解花生連作障礙的方法，為促進(jìn)連作花生生長發(fā)育和提高其產(chǎn)量品質(zhì)提供實(shí)踐和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)概況

取花生連作5年的0～20cm耕層土壤，經(jīng)鈷60輻照滅菌后室溫放置5d備用。采用盆栽試驗(yàn)，盆口直徑39cm，高30cm，每盆裝土18kg。花生品種為花育22，種子經(jīng)消毒后放入黑暗培養(yǎng)箱，待根長至3～5cm時移人裝有滅菌土的盆中。采用穴播，每盆3穴，每穴兩粒。出苗后每穴保留1株，每盆保留長勢一致的健康苗3株。每處理12盆，重復(fù)3次。為減少外界環(huán)境影響，盆栽試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲馬泉試驗(yàn)基地旱棚內(nèi)進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)設(shè)計

叢枝菌根真菌來自北京農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，編號為BGCHU02，種名摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）。共設(shè)4個處理，分別為：對照組（既不加菌也不加鈣，CK）、加菌組（只加菌不加鈣，AMF）、加鈣組[只加20mmol/LCa（N03）2-4H20，Ca20]、加菌加鈣組[加菌和20mmol/LCa（ N03）2. 4H20，AMF+Ca20]。摩西斗管囊霉按每穴400個孢子（10g含有摩西斗管囊霉孢子及菌絲的沙土）在播種時撒人種子周圍的土壤中。分別于花生苗期（播種后35d）、花針期（播種后50d）和莢果膨大期（播種后75d）施人外源鈣。每盆澆灌1L濃度為20mmol/L的Ca（N03）2·4H20溶液。為平衡硝酸根離子對花生植株生長的影響，未添加Ca（N03）2處理添加20mmol/L的NH4·NO2。

1.3測定項(xiàng)目及方法

1.3.1植株性狀每個處理分別于花針期、結(jié)莢期和成熟期選取12株花生植株取樣，室內(nèi)考察主莖高、側(cè)枝長、分枝數(shù)。同時，將各個時期花生植株的根、莖、葉分離，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重，計算各個時期花生不同器官的干物質(zhì)量。

1.3.2植株養(yǎng)分將花針期和成熟期的花生根系和葉片干樣分別粉碎，采用凱氏定氮法測定全氮含量．采用酸溶一鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用氫氧化鈉熔融一火焰分光光度計法測定全鉀含量，采用原子吸收分光光度計法測定全鈣含量。

1.3.3單株產(chǎn)量構(gòu)成成熟期各處理分別選取20盆（60株），考察單株莢果數(shù)、飽果數(shù)、莢果重、飽果重。

1.3.4莢果品質(zhì)利用多功能谷物近紅外分析儀（DA7250 Perten，Hagersten，Sweden）對各處理花生籽仁的蛋白質(zhì)、脂肪酸、總氨基酸、油酸、亞油酸進(jìn)行測定，計算油酸和亞油酸比值（O/L）。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪圖，采用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析及顯著性差異分析（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1外源鈣與AMF協(xié)同對連作花生植株性狀的影響

由表1可以看出，與對照相比，鈣與AMF相關(guān)處理對連作花生花針期和結(jié)莢期的主莖高都無顯著影響；成熟期，AMF、Ca20和AMF+Ca20處理的主莖高均顯著增加。鈣與AMF相關(guān)處理對側(cè)枝長的影響與主莖高相同，不同處理成熟期的側(cè)枝長均顯著高于對照。對于分枝數(shù)而言，AMF+Ca20處理花針期和成熟期的分枝數(shù)顯著高于對照，分別增加6.1%、10.6%；而不同時期AMF和Ca20處理的分枝數(shù)與對照均無顯著差異。

2.3外源鈣與AMF協(xié)同對連作花生養(yǎng)分吸收的影響

由圖1A可知，與對照相比，AMF處理顯著提高連作花生花針期和成熟期的根系全氮含量，分別增加17.0%、10.7%；AMF+Ca20處理僅顯著提高成熟期花生根系全氮含量，提高了43.4%。由圖1B可知，與對照相比．AMF+Ca20處理顯著提高花針期花生葉片全氮含量；AMF、Ca20、AMF+Ca20處理均顯著提高成熟期花生葉片全氮含量，分別提高13.4%、5.9%、9.5%。

由圖IC、D可知，與對照相比，AMF+Ca20處理顯著提高成熟期花生根系和葉片全磷含量，分別提高65.7%、25.4%；顯著提高花針期花生根系全磷含量，提高31.0%。AMF處理顯著提高花針期花生根系和葉片全磷含量，分別提高9.8%、23.1%；顯著提高成熟期葉片全磷含量，提高19.2%。綜上，AMF+Ca20處理顯著提高連作花生根系和葉片全磷含量。

由圖1E、F可知，與對照相比，Ca20、AMF+Ca20處理顯著提高花針期和成熟期花生根系和葉片全鉀含量．Ca20處理花針期、成熟期的根系、葉片全鉀含量分別較對照提高38.5%、19.4%和79.7%、38.9%，AMF+Ca20分別提高50.4%、31.7%和112.2%、58.3%；AMF處理顯著提高成熟期花生葉片、根系和花針期葉片的全鉀含量，分別提高24.3%、51.0%和17.3%。綜上，AMF+Ca20處理能夠顯著提高花針期、成熟期花生根、葉的全鉀含量。

由圖1G、H可知，與對照相比，AMF和Ca20處理顯著提高成熟期花生根系和花針期花生葉片全鈣含量，AMF處理成熟期花生根系、花針期花生葉片的全鈣含量較對照分別顯著提高了31.4%、28.1%，Ca20處理分別顯著提高了30.3%、18.5%，AMF與Ca20處理間無顯著差異：AMF+Ca20處理不同生育時期的根、葉全鈣含量均最高，不同時期根系中的含量顯著高于其他處理，葉片的全鈣含量，花針期顯著高于CK、Ca20處理，成熟期顯著高于CK、AMF處理。說明AMF+Ca20處理能夠顯著促進(jìn)連作花生吸收鈣的能力。

2.4外源鈣與AMF協(xié)同對連作花生產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

從表3中可以看出，不同處理下連作花生莢果產(chǎn)量性狀存在差異。AMF+Ca20處理的莢果數(shù)量最高，顯著高于其他處理，較對照提高33.9%；Ca20處理的莢果數(shù)量也顯著高于對照，但與AMF處理差異不顯著。飽果率的變化趨勢與莢果數(shù)量一致，亦表現(xiàn)為Ca20+AMF處理表現(xiàn)最優(yōu)，顯著高于其他處理。莢果重和飽果重的變化趨勢一致，AMF+Ca20處理顯著高于其他處理，而AMF、Ca20、CK間無顯著差異。

由表4看出，不同處理下連作花生的籽仁品質(zhì)存在差異。與對照相比，Ca20、AMF+Ca20處理顯著增加花生籽仁蛋白質(zhì)、總氨基酸含量，且二者差異顯著，AMF+Ca20較Ca20處理提高8.7%、16.5%：AMF處理的籽仁脂肪酸含量較對照顯著增加7.3%，但油酸和亞油酸含量無顯著變化；AMF+Ca20處理籽仁脂肪酸、油酸含量顯著提高，較對照都提高9.4%，亞油酸含量較對照顯著降低，達(dá)12.9%；不同處理的油酸／亞油酸值均顯著高于對照，且AMF+Ca20處理最高，較對照顯著增長25.4%。

3討論與結(jié)論

長期連作嚴(yán)重影響花生植株的正常生長發(fā)育，葉片中抗氧化物酶活性下降，光合作用減弱，從而導(dǎo)致生物量和產(chǎn)量降低。AMF不僅能提高植物對營養(yǎng)元素的吸收，而且能提高寄主植株對逆境脅迫的抗性，增加寄主抵抗病原菌侵染的能力。同時，外源鈣不僅作為營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)植物生長發(fā)育，也能作為信號物質(zhì)提高植物對環(huán)境脅迫的抗性。研究發(fā)現(xiàn)，AMF協(xié)同外源鈣能夠促進(jìn)連作花生的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累，這可能是因?yàn)槎邊f(xié)同作用增加了連作花生對礦物質(zhì)元素的吸收，從而積累更多干物質(zhì)。

本研究結(jié)果表明，AMF協(xié)同外源鈣顯著提高連作花生植株對氮素的吸收能力，這與黃志的研究結(jié)果一致，15N的標(biāo)記示蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AMF菌絲能夠從寄主根系以外幾厘米到十幾厘米的地方吸收NH轉(zhuǎn)運(yùn)到寄主體內(nèi)，增加寄主氮的含量。本研究發(fā)現(xiàn)AMF協(xié)同外源鈣促進(jìn)連作花生吸收磷元素，這可能是因?yàn)閰仓婢淖冎参锔H土壤的酸堿度，活化土壤中的難溶性磷酸鹽，增加了根系吸收的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)到植物體內(nèi)的量，從而提高植物對磷素的吸收與利用能力。另外，本研究結(jié)果表明，AMF侵染的連作花生植株體內(nèi)的鉀離子含量較高，在玉米根系．萵苣葉片、小麥莖稈中都有類似發(fā)現(xiàn)。Scheloske等利用X射線評估AMF侵染的寄主根系，發(fā)現(xiàn)與未被侵染的根系相比，受AMF侵染的根系中含有較高的鉀離子。另外，AMF協(xié)同外源鈣進(jìn)一步提高植株體內(nèi)鈣離子的含量。本研究結(jié)果得出，AMF協(xié)同外源鈣對連作花生干物質(zhì)積累和營養(yǎng)元素吸收的促進(jìn)作用更大。這可能是因?yàn)椋珼ELLA（叢枝菌根形成的關(guān)鍵調(diào)控因子）蛋白在叢枝菌根共生體激活的不同信號傳導(dǎo)途徑中起著核心連接作用，并且在菌根共生體形成中起到正調(diào)控作用：在叢枝菌根共生體建立過程中，外源鈣離子的應(yīng)用上調(diào)了編碼DELLA蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本，表明鈣離子的應(yīng)用可能促進(jìn)叢枝菌根共生體中各種信號的連接，有利于菌根共生體的建立和功能的發(fā)揮，從而更好地提高菌根共生體吸收營養(yǎng)元素的能力。因此，適當(dāng)?shù)耐庠粹}能提高菌根共生體對植物生長的促進(jìn)作用。AMF能夠提高蔬菜作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，AMF與外源鈣離子結(jié)合（AMF+Ca20）可以更好地提高連作花生的產(chǎn)量和品質(zhì)，這可能與二者協(xié)同引起植物次生代謝物的改變有關(guān)。

綜上，AMF與外源鈣協(xié)同能夠提高連作花生根、葉礦物質(zhì)元素含量，促進(jìn)干物質(zhì)積累，從而增加連作花生的產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究結(jié)果可為緩解花生連作障礙提供實(shí)踐參考和理論依據(jù)。