摩西球囊霉对芦笋幼苗生长和矿质营养吸收的影响

孙 超 贺超兴 于贤昌 张志斌 李衍素 闫 妍

（1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2 山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018）

芦笋（Asparagus officinalisL.）别名石刁柏，为百合科天门冬属多年生宿根草本植物。因富含皂甙、芦丁、氨基酸、蛋白质、维生素等营养物质，具有防癌、抗癌、降血压、降血脂、预防心血管疾病等功效，芦笋有“蔬菜之王”的美誉，为“世界十大名菜”之一。目前，我国已成为世界第一芦笋生产大国（乜兰春 等，2006）。芦笋是我国最大的单一加工蔬菜贸易品种，约占世界芦笋贸易的50%（陈光宇，2010）。芦笋在我国各省区均可种植，苗期较长，培育壮苗对于实现芦笋的高产优质栽培具有重要意义。

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）是一类可通过与植物根系共生形成菌根而具有改善作物营养，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）属球囊霉属丛枝菌根真菌，是一类对环境适应力强，应用范围广的丛枝菌根真菌。已有研究表明，对芦笋接种AMF 可增加产笋量、提高芦笋嫩茎中人体必需氨基酸的含量（林先贵 等，1994），增强芦笋幼苗抗温度胁迫的能力和对镰刀菌根腐病、紫纹羽病等土传病害的抗性（Matsubara et al.，2000a，2000b，2001）。前人在番茄（贺超兴 等，2006）、辣椒（王林闯 等，2010；Ortasa et al.，2011）、甜瓜（王锐竹 等，2010）、黄瓜（任志雨 等，2008）等园艺植物上的AMF 菌种筛选试验结果表明，相同条件下GM 对植物生长和矿质元素吸收促进作用最大，为最适接种菌种。接种GM 可以促进芦笋幼苗的生长（林先贵 等，1992；Matsubara et al.，2000b），其原因在于GM 对芦笋幼苗根系的侵染促进了植株对矿质元素的吸收，而接种GM 对芦笋幼苗菌根侵染变化和矿质营养元素吸收变化的研究尚不多见。

本试验通过在播种时对芦笋种子进行GM 接种处理，旨在比较GM1、GM2 两种摩西球囊霉菌对芦笋幼苗生长的效应差异，明确菌根侵染随时间的变化规律和芦笋幼苗地上部、地下部矿质营养的变化，为芦笋GM 菌根苗的生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试芦笋品种为泽西奈特，购自北京市农林科学院。两种供试菌种均为摩西球囊霉，菌剂是经三叶草扩繁的由宿主植物根段、真菌菌丝、孢子、沙土组成的复合物，命名为GM1、GM2。GM1 产自澳大利亚，由青岛农业大学菌根生物技术研究所提供，孢子含量为3.8 个·g-1；GM2产自匈牙利，由匈牙利科学院土壤科学与农业化学研究所提供，孢子含量为11.5 个·g-1。供试基质为草炭、蛭石、鸡粪的混合物，将三者按体积比8∶4∶1 混合均匀，使用前间歇灭菌，即连续2 d 160 ℃烘干2 h 后放凉备用。营养钵规格为底部直径8 cm，上口直径13 cm，高13 cm，使用前用75%酒精擦拭灭菌。

1.2 试验设计

试验于2011年3～5月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验温室进行，设GM1、GM2 两个处理，一个不接种对照（CK），每个处理20 株，重复3 次，共180 株。芦笋种子经质量分数为0.6 %的NaClO 溶液浸泡10 min 后用蒸馏水冲洗干净，浸种催芽。3月5日选取饱满一致、出芽整齐的种子播于装有灭菌基质（约占营养钵体积4/5，预先浇透水）的营养钵中。播种前进行接种处理：在每钵基质的播种孔中施入6 g 菌剂，对照加入等量灭活菌剂（160 ℃烘干2 h）以保证营养物和微生物区系条件一致，播种后在种子上方盖一薄层灭菌基质，营养钵上覆薄膜保湿，待出苗后揭去薄膜，自然温光条件下常规管理。于播种后第3 周起每周统计芦笋幼苗地上茎长度、测定菌根侵染情况。第10 周时进行植株生物量、根系活力、叶绿素含量、组织器官矿质元素含量等指标的测定。

1.3 测定方法

用直尺测量芦笋幼苗地上茎（基质表面到生长点）长度，求和即为地上茎总长度；将芦笋幼苗根系洗净，剪成约1 cm 长的根段置于FAA 溶液（配方为70%酒精∶甲醛∶冰醋酸=90V∶5V∶5V）中固定24 h，采用曲利苯蓝染色法（Phillips & Hayman，1970）检测菌根侵染情况，制片镜检。根据Trouvelot 等（1986）的方法，按下述公式计算相关菌根侵染指标。

菌根侵染率F（%）=有菌根根段数/总根段数×100%

菌根侵染强度M（%）=（95×侵染率90%以上根段数+70×侵染率50%～90%根段数+30×侵染率10%～50%根段数+5×侵染率1%～10%根段数+侵染率1%以下的根段数）/总根段数×100%

相对菌根侵染强度m（%）=根系中的菌根侵染强度×总根段数/有菌根段数×100%

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

式中，mA3、mA2、mA1 分别是A3、A2、A1 对应的相对菌根侵染强度，A3、A2、A1 分别为丛枝充足、中等频率、少量。

菌根根系丛枝率A（%）=菌根根段丛枝率×（根系中的菌根侵染强度/100）

第10 周时，将植株从营养钵中小心取出，用蒸馏水洗净，擦干，105 ℃杀青15 min 后75 ℃烘干至恒重，测干质量。根系活力测定采用TTC 还原法（刘永军 等，2000），叶绿素含量测定参照彭运生和刘恩（1992）的方法。将植株干样按吸收根、贮藏根、茎、拟叶分开并粉碎，采用半微量凯氏法（董鸣 等，1996）测定N 元素的含量；样品经HNO3-H2O2（5V∶1V）消煮后使用等离子电感耦合发射光谱仪（ICP6000，Thermo Co.USA）测定P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、B 含量。各种元素含量与各部分生物量的乘积即为该部分某元素的吸收量（王晓英 等，2010）。

菌根依赖性（%）=菌根植株干质量/非菌根植株干质量×100%（Menge et al.，1978）

菌根效应（%）=（接种GM 处理元素吸收量-不接种GM 处理元素吸收量）/接种GM 处理元素吸收量×100%

使用Microsoft Excel 软件作图，采用DPS 软件Duncan 新复极差法对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 两种GM 真菌对芦笋幼苗生长的影响

如图1所示，从第6 周起GM 菌根苗的地上茎总长度显著高于对照；随着时间的延长，GM1、GM2 菌根苗的生长速率均明显高于常规苗。第10 周时，两者的地上茎总长度与对照相比分别增加了185.62%、184.72%。接种GM显著增加了芦笋幼苗总干质量及地上部干质量，降低了根冠比。GM1、GM2 菌根苗地下部干质量较对照有所增加，但差异不显著（表1）。芦笋幼苗对GM1、GM2 具有高菌根依赖性，表明接种GM 对芦笋幼苗的生长有明显的促进作用。

图1 两种摩西球囊霉对芦笋地上茎总长度的影响

2.2 两种GM真菌对芦笋幼苗根系的侵染情况

图2 表明，GM1、GM2 对芦笋幼苗的侵染呈现“S”型变化趋势，分为缓慢侵染期（第3、4 周）、快速侵染期（第5、6 周）、相对稳定期（第7 周后）。第10 周时，GM1、GM2 菌根侵染率分别为91.11%和88.89%，较多芦笋根系都被GM 真菌侵染；两者的菌根侵染强度约为40%，侵染状况较好。第5 周起形成丛枝，丛枝数量分别在第5、6 周和第8、9 周快速增加。第10 周时GM1、GM2 根系丛枝率分别为24.52%、20.32%，菌根根段丛枝率分别为64.32%、47.05%，较多的侵染根段形成了丛枝。

表1 两种摩西球囊霉对芦笋幼苗干质量和菌根依赖性的影响

图2 两种摩西球囊霉对芦笋根系的侵染动态

2.3 两种GM真菌对芦笋幼苗根系活力和叶绿素含量的影响

由图3 可知，接种GM 显著提高了芦笋幼苗的根系活力，增加了叶绿素含量。与对照相比，GM1、GM2 的根系活力分别提高了225.03%和233.98%，叶绿素含量分别增加了71.46%和93.50%，可见接种GM 后对芦笋幼苗生长有明显促进效果，不同菌种差异不大。

2.4 两种GM真菌对芦笋幼苗矿质营养元素吸收的影响

对不同处理植株9 种营养元素的测定结果表明（表2），除了GM2 对地上部Cu 吸收量有轻微抑制作用外，接种GM 处理显著增加了芦笋幼苗地上部、地下部、全株对9 种矿质营养元素的吸收量，且地上部矿质营养元素吸收量的增加程度大于地下部，表明了接种GM 的菌根苗与对照相比不但吸收了更多的矿质营养，并且具有极高的营养转运效率。虽然GM1 菌剂孢子含量低于GM2，但其菌根效应即对芦笋幼苗单株矿质营养元素吸收的增加程度却略大于GM2（除GM1 对B 吸收的贡献作用略低于GM2 外）（表3），说明GM1 促进植物营养吸收的有效性高于GM2，这种差异产生的原因可能在于菌系之间的差别使GM1 较GM2 形成了更多的丛枝。菌根效应是一定条件下GM 对植物元素吸收促进效应的大小，反映了GM 对芦笋幼苗元素吸收量改善的程度。GM1、GM2 对P 吸收的促进作用最大，其次为Mg、B、K、N、Ca。

图3 两种摩西球囊霉对芦笋幼苗根系活力和叶绿素含量的影响

表2 两种摩西球囊霉对芦笋幼苗矿质元素吸收量的影响

表3 两种摩西球囊霉对芦笋幼苗的菌根效应

3 结论与讨论

干物质量反映了生物量的积累情况，接种GM 后芦笋幼苗积累了更多的生物量；根冠比降低说明植株地下部分因接种而增加的量不如地上部分明显（林先贵 等，1992）。陈双臣等（2008）认为番茄接种GM 后根冠比增加，这可能是GM 真菌与植株亲和程度不同或栽培条件不同造成的。芦笋对GM1、GM2 具有很高的菌根依赖性，这与前人的研究（林先贵和郝文英，1989）一致，说明GM 对芦笋幼苗的生长有明显的促进效应。

菌根真菌对植物根系的侵染是改善宿主植物矿质营养的先决条件（李晓林和姚青，2000）。侵染率是表示真菌与宿主之间亲和力的重要指标，用来衡量其生态适应性（王晓英 等，2010）。高侵染率和侵染强度表明GM 对芦笋幼苗亲和力极高，具有较强的生态适应性，这是GM 改善芦笋幼苗矿质营养的前提。从植物到真菌的糖类物质以及从真菌到植物的磷酸盐、铵盐的转运是共生关系的中心（Fitter et al.，2011），丛枝是真菌与植物之间的营养交换器官，较高的丛枝率保证了GM 与芦笋幼苗根系的营养交换，维持了真菌和植物之间的共生关系。

根部是植物生长的基础，与对照植株相比，菌根苗的根系不仅在长度、密度、质量方面有所增加，而且根系的建筑学特性也得到改良（Schreiner，2007；Yao et al.，2009）。根系活力反映了植物的生长状况和根系生理特性的改变，叶绿素含量的高低则体现了植物光合作用的强弱。姜德锋等（1998）的研究表明接种GM 显著提高了玉米的根系活力，胡志宏等（2010）发现接种GM 后玉米、小麦、油菜、水稻的叶绿素含量均有所增加。根系活力和叶绿素含量的改善说明接种GM 显著增强了芦笋幼苗的吸收能力、同化能力。

接种GM 显著促进了芦笋幼苗根系对矿质元素的吸收，这是菌根通过扩大根系吸收范围、提高亲和力、降低吸收临界浓度、增加吸收面积、缩短扩散距离等（刘润进和李晓林，2000）一系列作用来实现的。P 是植物最难以获得的大量元素之一（Smith et al.，2011），GM 对P 吸收的促进程度最大，机制在于外生菌丝对P 的高效吸收与利用，包括扩大根系养分吸收空间、活化难溶性无机磷酸盐和有机磷等（李晓林和姚青，2000）。现已明确AM 途径在植物P 吸收过程中起关键作用（Smith et al.，2011），因此接种GM 可以提高P 素利用效率，减少磷肥的施用，减轻土壤和地下水污染。Zn 和Cu 被认为是除P 以外菌根贡献较大的元素（Schreiner，2007），本试验中发现GM 对Mg 的贡献程度仅次于P，这可能是不同植物间元素需求有所差别或者元素间存在离子吸收拮抗作用导致的。接种GM 显著增加了芦笋幼苗单株元素吸收量，并且对地上部元素吸收量增加的程度大于地下部，表明菌根苗具有极高的养分利用效率和营养转运效率。本试验中观察到，与常规苗相比，GM 菌根苗地下部矿质营养元素含量显著提高，地上部P、Mg含量也明显增加，但地上部其他元素含量却降低或变化不大。因此笔者认为接种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双重作用引起的，外在表现为GM 对P、Mg 贡献较大，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，并因此产生的“稀释效应”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 侵染使根系对矿质元素的吸收量显著增加。

Azcón 等（2003）将丛枝菌根真菌的有效性定义为AM 接种物对植物营养吸收和生长的增加程度，GM1、GM2 均显著促进了芦笋幼苗的营养吸收和生长，具有高效性，相对而言GM1 的作用效果优于GM2，表明不同菌种对不同作物可能有不同的菌根效应，只有应用高效菌种才能减少菌剂用量，且获得较好的菌根效应。总之，接种GM 作为一种生物技术，应用于芦笋栽培可培育壮苗，缩短苗期，节省肥料，提高有机基质的养分利用率。菌根功能的多样性体现在基因表达、磷素营养以及共生效率上（Feddermann et al.，2010），接种GM 后与P、Mg 吸收、转运、利用机制相关基因表达的变化有待进一步研究。

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