大豆根瘤菌與菌根真菌的協(xié)作對盆栽大豆生長的影響

摘要 以大豆為原材料，通過盆栽試驗，設(shè)置單接菌根真菌、單接大豆根瘤菌和同時接種菌根真菌和大豆根瘤菌處理，以都不接為對照。研究不同接種對植株株高、莖粗、根長、結(jié)瘤數(shù)量等的影響。結(jié)果表明，土壤滅菌的發(fā)芽率高于未滅菌的發(fā)芽率。大豆根瘤菌的每盆中大豆苗的株數(shù)最多，所結(jié)根瘤數(shù)量最多，說明大豆根瘤菌能夠促進大豆苗的生長，菌根真菌與大豆根瘤菌混合處理植株莖粗最高，所結(jié)的根瘤單個重量為0.007 g，添加菌根真菌的處理，植株葉片的葉綠素含量及氮含量最低，大豆的發(fā)芽率最低，但單株所結(jié)根瘤數(shù)最多，說明菌根真菌與大豆根瘤菌混合施用可以促進根瘤的形成和發(fā)育。

關(guān)鍵詞 菌根真菌；大豆根瘤菌；盆栽

中圖分類號 S565.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）18-0133-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.028

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Effect of Collaboration Between Soybean Rhizobia and Mycorrhizal Fungi on the Growth of Soybean Potted Plants

YAN Chen-dong，WU Shu-feng， ZHANG Xin-peng et al

（Beijing Century Ames Biotechnology Co.， Ltd.， Beijing 100000）

Abstract Using soybeans as raw materials， pot experiments were conducted to set up treatments with single inoculation of mycorrhizal fungi， single inoculation of soybean rhizobia， and simultaneous inoculation of mycorrhizal fungi and soybean rhizobia， with no inoculation as the control. The effects of different vaccinations on plant height， stem thickness， root length， and nodule number were studied. The results showed that the germination rate of sterilized soil was higher than that of unsterilized soil. The number of soybean seedlings and the number of nodules formed by soybean rhizobia were the highest in each pot， indicating that soybean rhizobia could promote the growth of soybean seedlings. The mixed treatment of mycorrhizal fungi and soybean rhizobia had the highest stem thickness and a single nodule weight of 0.007 g. The treatment with added mycorrhizal fungi had the lowest chlorophyll and nitrogen content in plant leaves and the lowest germination rate of soybeans， but the number of nodules formed by a single plant was the highest， indicating that the mixed application of mycorrhizal fungi and soybean rhizobia could promote the formation and development of nodules.

Key words Mycorrhizal fungi;Soybean rhizobia;Pot

作者簡介 顏塵棟（1995—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，從事根瘤菌工業(yè)化生產(chǎn)研究。

收稿日期 2023-09-07

大豆是一年生草本植物，我國各地均有栽培，亦廣泛栽培于世界各地，是世界上最重要的豆類。大豆是我國重要糧食作物之一，大豆最常用來做各種豆制品、榨取豆油、釀造醬油和提取蛋白質(zhì)［1］。菌根真菌和大豆根瘤菌既能單獨生存于宿主植物根部，也能共同協(xié)作形成二菌一宿主的三重共生體系［2］。研究發(fā)現(xiàn)，宿主植物對土壤中存在的菌根真菌可以自動識別，接納菌根真菌，為其提供生長所需營養(yǎng)；同時菌根真菌可以幫助宿主吸收土壤中的養(yǎng)分，特別是難以移動、難以溶于水的礦物質(zhì)，如磷等，從而形成一種共生互助的形式［3］。大豆根瘤菌能侵染豆科植物形成根瘤進行生物固氮。菌根真菌對豆科植物有較好的共生性能［4］，促進豆科植物生長及根瘤固氮作用的發(fā)揮。楊何寶等［5］研究表明接種根瘤菌可以提高紫花苜蓿株高、根長、地上鮮重、根鮮重、總生物量和瘤鮮重。豆科植物雙接菌根真菌和大豆根瘤菌的優(yōu)越性一般高于單接種［6］。Adhokya等［7］研究表明雙接種使豆科植物根部的根瘤數(shù)增加。菌根真菌可以為植株提供磷素的吸收用以彌補大豆根瘤菌在固氮時對磷吸收的短板，菌根真菌亦可促進植物的光合作用，為土壤中的微生物提供更多的碳水化合物，促進大豆根瘤菌固氮作用的發(fā)揮［8-9］。目前國內(nèi)對于單獨使用的大豆根瘤菌與菌根真菌有較多的實例，但對于兩者共同使用的報道非常有限，在兩者共同使用的情況下，對于大豆植株而言，可以形成菌根真菌-豆科植物-大豆根瘤菌三重共生體［10］。Jia等［11］通過meta分析發(fā)現(xiàn)，菌根真菌和大豆根瘤菌雙接種并未對宿主植物的生長產(chǎn)生顯著的加和效應(yīng)，主要受到環(huán)境養(yǎng)分、宿主植物的生長階段等因素的影響，因此，筆者研究單接與混合對大豆生長的影響，以期為菌根真菌與大豆根瘤菌的協(xié)作提供相應(yīng)的理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆根瘤菌由北京世紀阿姆斯公司進行篩選和保存，編號為LX。菌根真菌由中國農(nóng)業(yè)大學提供，菌沙中菌根真菌孢子含量為8～10個/g。大豆種子由北京世紀阿姆斯公司提供。供試土壤為北京世紀阿姆斯外土地0～30 cm 表層土。對于土壤的處理分為2種：第一種正常土壤，用大花盆（頂部直徑25.0 cm、底部直徑17.5 cm、深20.0 cm）；第二種是經(jīng)過160 ℃、8 h的滅菌處理，用小花盆（頂部直徑15.5 cm、底部直徑11.5 cm、深15.0 cm）。在大花盆中每盆種20顆種子；小盆中每盆種6顆種子。

1.2 試驗方法

試驗在北京世紀阿姆斯大棚中進行。采用盆栽的形式，在將土壤處理完畢后，按照大花盆6 kg、小花盆2 kg的量分裝土壤。大豆種子提前稱好重量，菌根真菌菌沙按照每顆種子1 g菌沙的接種量進行穴施，大豆根瘤菌使用菌液對大豆種子進行拌種，依照10 mL/kg的菌液進行拌種，先加菌沙再種入大豆種子，保證在發(fā)根之后能第一時間接觸到菌根真菌。

土壤滅菌：單接種大豆根瘤菌LX（ML）；菌根真菌與大豆根瘤菌雙接種（ML+AMF）。

土壤不滅菌：不接種任何微生物（CK）；單接種菌根真菌（AMF）；單接種大豆根瘤菌LX（L）；菌根真菌與大豆根瘤菌雙接種（L+AMF）。

以蒸餾水處理作為不接種對照，大豆盆栽需28 d。每個處理進行3次重復(fù)試驗。

大盆每盆播種20株大豆，小盆每盆播種6株大豆?？紤]種子有損傷的情況，共計需要400顆大豆種子。依據(jù)種子數(shù)量，共需菌沙360 g，根據(jù)大豆種子的重量，需大豆根瘤菌菌液1.25 mL進行拌種。

1.3 測定項目與方法

在盆栽生長40 d時對植株進行發(fā)芽率、株高、莖粗、根長、根干重、每盆株數(shù)、根瘤個數(shù)、根瘤重量、單個根瘤重、每株根瘤數(shù)、葉綠素、氮含量的測量。

發(fā)芽率=發(fā)芽株數(shù)總播種數(shù)×100%

株高、莖粗、根長用游標卡尺進行測量，3個重復(fù)取平均數(shù)。將根上的根瘤取下，進行單個根瘤及總根瘤重的測量，將取下根瘤的根烘干至恒重后測量其干重取平均值。將取下的根瘤進行計數(shù)、稱重、保存。

采用葉綠素儀測量葉片中葉綠素及氮素含量，3個重復(fù)，取平均數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對大豆發(fā)芽率的影響

由表1可知，發(fā)芽率表現(xiàn)為ML>ML+AMF>L>CK>L+AMF>AMF。滅菌土壤中的大豆發(fā)芽率高于未滅菌的土壤。對土壤進行滅菌，土壤較為純凈，不會有其他草籽、微生物等對大豆種子產(chǎn)生干擾，能讓大豆種子更好地獲得土壤中的養(yǎng)分。而滅菌土壤中只接大豆根瘤菌的發(fā)芽率高于混合施用，說明根瘤菌在無菌條件下對植株的生長更有益處。

有菌根真菌加入比沒有菌根真菌的發(fā)芽率低，菌根真菌和大豆根瘤菌的發(fā)芽率高于單獨接種菌根真菌，但低于對照組的發(fā)芽率，原因可能是植株前期對營養(yǎng)的需求量不大，菌根真菌無法提供幫助，同時菌根真菌為了生長會與種子爭取土壤中的營養(yǎng)成分，使得大豆發(fā)芽率下降。菌根真菌與大豆根瘤菌混合的處理發(fā)芽率遠高于只接種菌根真菌的處理，說明大豆根瘤菌的存在可能會減弱這種競爭。

2.2 不同處理對大豆地上部生長的影響

由表2可知，株高表現(xiàn)為L>L+AMF>CK>AMF>ML>ML+AMF；莖粗表現(xiàn)為L+AMF>L>AMF>ML>CK>ML+AMF；葉綠素含量表現(xiàn)為L+AMF>L>CK>ML>ML+AMF>AMF；氮含量表現(xiàn)為L+AMF>L>CK>ML>ML+AMF>AMF。

在莖粗、葉綠素和氮含量方面，L+AMF均最高，株高與只接種大豆根瘤菌的處理組相近，同時只接種菌根真菌的處理組株高低于對照組，說明菌根真菌對植株的地上部分生長起到一定的抑制作用，莖粗比只接種根瘤菌處理高0.18 mm，表明菌根真菌和根瘤菌混合可使植株吸收營養(yǎng)的能力變強。L+AMF處理葉綠素含量多于根瘤菌處理3.5，葉綠素含量多光合作用越強。同時葉綠素含量與Zn、Cu等植物必需元素以及一些微量元素有較大關(guān)系，葉綠素含量上升也意味著這些元素含量上升。L+AMF處理氮含量高于根瘤菌處理1.1 mg/g。說明菌根真菌和大豆根瘤菌混合可以促進植株的生長發(fā)育，同時提高植株對氮素的吸收。

滅菌土壤與未滅菌土壤地上部各數(shù)值相似，并未因盆小而出現(xiàn)長勢不好的情況，說明大豆種子在滅菌的土壤生長更好，同時只接種根瘤菌的處理各指標都優(yōu)于混合施用，因此可以推測根瘤菌適合在無菌環(huán)境下促進植物生長，而菌根真菌想要發(fā)揮更大的作用，要周圍的環(huán)境中存在一定量的逆環(huán)境。

2.3 不同處理對大豆根系結(jié)瘤的影響

由表3可知，根長表現(xiàn)為L+AMF>AMF>CK>L>ML>ML+AMF；根干重表現(xiàn)為CK>L>L+AMF>ML>ML+AMF>AMF；根瘤個數(shù)表現(xiàn)為L>CK>L+AMF>AMF>ML>ML+AMF；根瘤重量表現(xiàn)為L>L+AMF>CK>ML>AMF>ML+AMF；單個根瘤重表現(xiàn)為L+AMF=ML+AMF>CK>L=ML>AMF；單株根瘤數(shù)表現(xiàn)為L+AMF>L>CK>AMF>ML>ML+AMF。

菌根真菌與大豆根瘤菌混合處理的根長最長，有菌根真菌加入的處理組，根長都較長，說明菌根真菌可以極大地促進植物根的生長，比對照組的根長多120 mm。單個根瘤重量最大，結(jié)瘤方面，所結(jié)根瘤較大，雖然未出現(xiàn)超級結(jié)瘤的現(xiàn)象，但根瘤比只接種根瘤菌的處理重0.002 g。每株所結(jié)根瘤數(shù)比只接根瘤菌處理組多7個。但由于發(fā)芽率較低，植株數(shù)量是僅接根瘤菌處理的50%，使得根瘤數(shù)量、根瘤總重量、根干重較低。

土壤滅菌的處理大豆根瘤菌少了競爭對象，長勢非常好，其各項指標遠高于混合施用，只有單個根瘤重小于菌根真菌與大豆根瘤菌混合處理，說明菌根真菌和根瘤菌結(jié)合，可以有效地增大根瘤，雖然數(shù)量上并未出現(xiàn)超級結(jié)瘤的情況，但兩者結(jié)合也有一定的好處。結(jié)合表1、2，對土壤進行滅菌會對菌根真菌的生長產(chǎn)生影響，使得混合處理的盆栽中各項數(shù)值較低，均低于只接大豆根瘤菌的處理。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

從盆栽結(jié)果看，菌根真菌和根瘤菌結(jié)合可以提高植株的生長情況，這與謝開云等［12］的研究結(jié)果一致，但菌根真菌會影響植株前期生長發(fā)育，出芽率低，單接根瘤菌就可以滿足其前期生長發(fā)育，這與程桂蓀［13］的研究結(jié)果一致，從地上部生長情況來看，菌根真菌和根瘤菌混合處理中的各項數(shù)據(jù)都優(yōu)于單接微生物的處理組，這與李建華等［14］的研究結(jié)果一致，其中莖粗、株高L+AMF與L處理相差不大，這與王宏信等［15］的結(jié)果相同。單株根瘤重量1.41 g，高于其試驗結(jié)果0.045 g，菌根真菌和根瘤菌混合對植株根系生長及結(jié)瘤有較大的影響，混合處理的根長47 cm，高于馬玉一［16］的24.47 cm。曾曙才等［17］研究發(fā)現(xiàn)菌根真菌可以增加Zn、Cu等元素含量?；旌鲜┯玫娜~綠素含量最高，說明B、Zn等微量元素含量和Mg元素含量上升，這與Tarafdar［18］在白三葉莖中發(fā)現(xiàn)Zn元素含量上升的結(jié)果一致，與Al-Karaki等［19］對2種小麥體內(nèi)的各元素含量均高于對照的結(jié)果一致。單獨使用菌根真菌對氮素的吸收量不大，AMF對氮的吸收與有機質(zhì)含量密切相關(guān)。AMF可在有機質(zhì)斑塊中快速擴增，使有機質(zhì)降解加快，吸收其中的氮供自身生長所需，并傳遞其中的一小部分氮給植物［20］。Reynolds等［21］提出，只有在缺氮條件下菌根對植物氮的吸收才有意義。Hodge等［22］和丁效東等［23］提出，.AMF真菌所含氮素比植物本身的氮濃度高3.7倍，說明AM真菌對氮營養(yǎng)有較高需求，AMF真菌可能被根瘤中較高濃度的氮營養(yǎng)所吸引。因此并不能確定接種AMF是否會對植株內(nèi)氮素產(chǎn)生影響。

3.2 結(jié)論

根瘤菌與菌根真菌的協(xié)作雖未出現(xiàn)超級結(jié)瘤的現(xiàn)象，但所結(jié)根瘤較大，單個根瘤重量最大，地上部生長發(fā)育最好，植株莖粗、株高、葉綠素和氮元素含量都最高，說明其對植株的生長發(fā)育有很好的促進作用，但其與種子的競爭作用使得大豆種子發(fā)芽率較低僅為40%，單獨接種菌根真菌的處理組發(fā)芽率僅為16.7%，對種子影響較大。

在對根系的生長中，混合施用處理的根長最長，達470 mm，但須根量較小，因此根重較低，但每株中所結(jié)的根瘤數(shù)量最多，達每株33個，遠高于只接根瘤菌的每株26個，單個根瘤重量最大，為0.007 g，也高于其他處理，但由于其發(fā)芽率太低，因此統(tǒng)計的總量低于只接根瘤菌的處理，所結(jié)根瘤總重量也少于單獨接種根瘤菌的處理，

3.3 展望

菌根真菌在生態(tài)系統(tǒng)中的存在具有廣泛性和多樣性。因此，想讓我國的菌根真菌研究得到更好的發(fā)展，必須全面了解菌根真菌在整個生態(tài)系統(tǒng)中的作用，直擊當下的熱點，發(fā)揮研究優(yōu)勢，才能取得更進一步的發(fā)展［24］。

目前，國內(nèi)外學者在探索菌根真菌的理論和應(yīng)用方面取得了顯著進展，在復(fù)雜的AMF系統(tǒng)研究方面取得了很大進展。但由于AMF純培養(yǎng)技術(shù)仍存在較大問題，無法實現(xiàn)，部分外源菌根真菌不能獲得純培養(yǎng)菌株，相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用條件不成熟，接種物的工業(yè)生產(chǎn)非常昂貴，導(dǎo)致對菌根真菌的生理生化，特別是分子遺傳學的了解非常有限，這無疑成為菌根真菌研究的一大阻礙［25］。針對目前我國菌根真菌研究的現(xiàn)狀，建議加強菌根真菌的理論研究，完善菌根真菌對植物作用的機理、共生效應(yīng)以及與土壤中其他微生物之間相互影響和作用的研究。目前，有關(guān)菌根真菌在自然界促進植物對磷、氮、鐵等礦質(zhì)元素的吸收，提高植物抗逆性的研究很多，但有關(guān)菌根真菌作用機理的研究相對較少。在植物種群與群落水平上，有關(guān)菌根對植物生長、競爭以及對群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的研究已成為熱點問題［26］。加強對外生菌根食用或藥用價值的研究，并深入研究外生菌根真菌的抗病機制［27］。建立適合我國國情的菌根菌劑生產(chǎn)線及其應(yīng)用配套技術(shù)。當前我國菌根菌劑方面的研究雖然已經(jīng)取得一定成果，但由于許多菌根真菌與植物之間的共生具有一定的特異性，因此應(yīng)該加大對我國土著菌根真菌的研究［28］。

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