AM真菌在缓解黄瓜连作障碍中的作用研究

肖龙　薛强　何鹏　王倡宪

摘 要：该文采用盆钵培养的方法，于连作土壤上，黄瓜育苗时分别接种Glomus.mosseae与Glomus etunicatum，以明确2种丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhizal，AM）真菌对黄瓜幼苗生长的影响。结果表明，2种AM真菌均可促进黄瓜幼苗的生长，且以G.etunicatum的促生效果明显，与对照相比，接种该AM真菌的幼苗干重增加了36.4%，壮苗指数为对照的1.29倍；且磷吸收量与钾含量分别为对照的1.74倍和1.1倍，显著高于对照，同时，接种G.e处理的硝酸还原酶与净光合分别比对照增加了15.37%与8.72%。接种G.etunicatum处理的幼苗根际脲酶活性与蔗糖酶活性显著高于对照，分别为对照的1.11倍与1.15倍。此外，根际真菌数量低于对照。因此，AM真菌G.etunicatum对“津春3号”黄瓜在连作土壤上的生育障碍有一定的缓减作用。

关键词：黄瓜；连作；AM真菌；生长

中图分类号 S63 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）24-42-04

Abstract：On continuous cropping soil a pot experiment was conducted to study the effect of Glomus mosseae and Glomus etunicatum on cucumber.The results indicated that both AMF improved the growth of cucumber seedlings，but Glomus etunicatum was more efficient.Compared with control，dry weights increased by 36.4% in Glomus etunicatum inoculation plants，and the indexes of seedlings' quality are 1.29 times； meanwhile，P and K uptakes are 1.74 times and 1.1times，and significantly higher than that of control.Nitrate reductase and net photosynthesis of Glomus etunicatum inoculation plants were increased by 15.37% and 8.72% respectively.Moreover，Glomus etunicatum significantly increased activities of urease and sucrase in rhizosphere soil，and the quantity of fungi in rhizosphere decreased.So it is beneficial to relieve obstacles on continuous cropping soil by inoculating cucumber with G.etunicatum.

Key words：Cucumber；Continuous Cropping；AM Fungi；Growth

黄瓜作为我国设施栽培中的主要蔬菜种类之一，连作现象普遍存在并逐年加剧，黄瓜连作后，植株长势娈弱，土壤环境恶化[1-5]。如何经济有效地减轻设施黄瓜连作障碍是一个亟待解决的现实问题[6]。其中，丛枝菌根真菌作为农业生态系统中普遍存在的一类生物资源，已用于缓解西瓜、烟草和大豆等作物的连作障碍，并且在设施蔬菜生产中表现出了良好的开发利用潜力[7-9]。

丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza，AM）是由丛枝菌根真菌侵染包括黄瓜在内的寄主植物根系后形成的一类共生体[10]。共生体建成后，寄主可直接或间接地受益于AM真菌，即AM真菌不仅可以改善寄主的生长及抗逆性，而且对寄主生长的生态环境起到了一定的修复作用[11]。当然，AM真菌的效应还与宿主及AM真菌种类有关[12]。

目前，有关AM真菌对连作土上黄瓜苗期效应的报道相对较少，鉴于此，本研究选取设施生产中的主栽黄瓜品种“津春3号”为寄主，以设施黄瓜连作土为育苗基质，育苗时分别接种2种AM真菌Glomus.mosseae与Glomus etunicatum，研究了在连作土壤上2种AM真菌对黄瓜幼苗生长及土壤酶活性的影响，以探索AM真菌在减轻黄瓜连作障碍中的潜力，为相关机制的深入研究奠定必要的理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 AM菌剂 AM菌剂由北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供，优势种分别为Glomus mosseae与Glomus etunicatum，试验中所用AM菌剂包括AM真菌的孢子、菌丝及侵染根段。

1.1.2 宿主 黄瓜（品种为“津春3号”，天津市农科院黄瓜研究所），将吸胀的种子用10%H2O2进行表面消毒5min，然后用灭菌蒸馏水冲洗干凈，最后将其放在铺有湿润滤纸的培养皿里28℃黑暗催芽。

1.1.3 育苗基质 出苗前采用的育苗基质为河沙（过3mm筛，121℃湿热灭菌30min），出苗后的育苗基质为连作3a黄瓜的大棚土，土壤基本理化性质如下：有机质含量37.2g/kg，碱解氮102.15mg/kg，速效磷91.82mg/kg，速效钾215.06mg/kg，pH7.92。

1.1.4 育苗容器 营养钵（上口径10cm，下口径6cm，高12cm），将盆钵用70%的酒精表面消毒备用。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验共设3个处理，处理1：黄瓜育苗时接种G.mosseae（+G.m）；处理2：黄瓜育苗时接种G.etunicatum（+G.e）；处理3：不接种的对照（ck），其中“+”表示接种处理，每处理15盆，共计45盆。

1.2.2 植物培养 先将灭菌河沙与AM菌剂按质量比为1∶2混合均匀，然后装入64孔育苗盘，并调节至适宜水分含量，将筛选出的芽长近1cm的均一种子播于其中，每孔播种2颗，出苗后留1株。未接种处理以等量灭菌的AM菌剂代替，同时浇灌10mL菌剂滤液，以保证AM菌剂中其它微生物种类的一致性。7d后将子叶完全展开的幼苗连同混有AM菌剂的河沙一起移入后装有连作土的营养钵，幼苗生长35d后收获。

1.2.3 植物收获及指标测定 收获前利用LI-6400光合仪测定幼苗功能叶净光合，后取根系测定菌根侵染率，菌根侵染率采用根段法测定[13]。同时测定幼苗基本生长参数（株高，茎粗、叶面积、干重），并计算壮苗指数，[壮苗指数=茎粗株高×叶面积×幼苗干物质量][14]。取叶片测定硝酸还原酶活性与叶绿素含量[15]。幼苗收获后采集幼苗根际土，放入4℃保存用于测定土壤酶活性。地上部全氮与全磷含量测定采用H2SO4-H2O2消煮，纳氏比色与钒钼黄比色[16]。

[菌根吸收贡献比率%=菌根植株养分吸收量-对照植株养分吸收量菌根植株养分吸收量×100]

1.2.4 土壤酶活性测定 土壤脲酶采用比色法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶采用KMnO4滴定法；多酚氧化酶活性采用邻苯三酚显色法[17]。

1.2.5 试验数据统计 试验数据应用SPSS19.0统计软件的单因素方差分析处理，应用LSD方法进行多重比较，显著水平取0.05（p≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 AM真菌对连作土壤上黄瓜幼苗生长的影响 株高、茎粗、叶面积、干重均是用于度量植株长势的基本参数，其中，干重可反映植株生物量的积累状况，壮苗指数可用来衡量幼苗的质量高低。本研究中，2种AM真菌对连作土壤上黄瓜幼苗生长的影响见表1，由表1可知，与未接种的对照相比，育苗时接种G.m或G.e可显著促进幼苗生长，表现为菌根化幼苗的全株干重显著高于对照，且2种AM真菌中，接种G.e处理的幼苗干重显著高于接种G.m处理。但是，就壮苗指数这一指标而言，3个处理中以接种G.e处理的壮苗指数最大，菌根化处理间差异不显著，接种G.m处理的壮苗指数与对照间差异不显著。育苗时接种G.m或G.e的幼苗干重分别为对照的1.20倍和1.36倍，壮苗指数分别为对照的1.21倍和1.29倍。

2.2 AM真菌对黄瓜幼苗磷、钾养分吸收的影响 表2的结果说明，育苗时接种G.e可显著促进幼苗对土壤中磷的吸收（表2），与对照相比，接种G.e处理的磷吸收量为对照的1.74倍，而接种G.m处理与对照间差异未达到显著水平。此外，G.e对幼苗体内钾素营养也表现出明显的改善作用，育苗时接种G.e处理的钾含量是对照的1.1倍。从幼苗地上部的磷含量来看，对照与接种G.e处理间差异不显著，结合接种处理的幼苗长势，认为这是由于接种处理的幼苗长势较好，导致吸收到体内的磷被稀释。

2.3 AM真菌对黄瓜幼苗硝酸还原酶与净光合的影响 叶绿素是影响幼苗光合性能的重要参数之一，而幼苗的光合性能是通过净光合速率直接体现的。硝酸还原酶通过调节幼苗体内NO3-的还原，进而影响氮素代谢，此外，氮也是叶绿素的重要组成成分。与对照相比，育苗时接种G.e可显著提高幼苗的硝酸还原酶活性与净光合，接种G.e处理的硝酸还原酶与净光合分别比对照增加了15.37%与8.72%。同时，2种AM真菌均可在一定程度上改善幼苗叶绿素及氮营养水平，但改善作用不明显（表3）。根据接种AM真菌与对照间N、P、K吸收总量计算的菌根吸收贡献比率可知，2种AM真菌中，接种G.e处理的氮和磷菌根吸收贡献比率都大于30%，即大于30%的氮磷吸收量归因于AM真菌的接种效应。

2.4 AM真菌对黄瓜幼苗根际土酶活性的影响 从表4可以看出，接种G.e处理的黄瓜幼苗根际脲酶与蔗糖酶活性显著高于对照，分别为对照的1.11倍与1.15倍，而过氧化氢酶活性却显著低于对照。就根际土多酚氧化酶而言，接种AM真菌处理略低于对照，但差异不显著。此外，接种G.e处理的幼苗根际细菌数量较对照有所增加，而真菌数量有所减少。

3 讨论与结论

育苗是设施黄瓜栽培中的一个重要环节，幼苗的生长发育直接关系到黄瓜后期的产量和品质。本研究中，“津春3号”黄瓜幼苗与G.m或G.e都能建成菌根共生体，且2种真菌对幼苗体内氮、磷营养水平及幼苗生长均表现出了一定的改善作用，但是2种AM真菌对该黄瓜品种的效应不同。通常，AM真菌的效应可用菌根效应来衡量，菌根效应是指在一定条件下，AM真菌对植物生长促进效应的大小，用该指标可预测某个菌种或菌株在该植物上的应用潜力。江龙等[18]在研究AM真菌对烟苗生长及某些生理指标的影响中证实，AM真菌的菌根效应取决于真菌、宿主、土壤生态条件、真菌与寄主之间的协调性等，其中真菌和宿主的因素尤为重要。真菌与寄主之间的协调性也称为生理皆容性，且寄主与AM间的皆容性强弱与菌根侵染率及养分的转运效率有关[19-20]。通常，生理皆容性强表现为AM真菌对寄主有较高的侵染率与较显著的生长促进作用[21]。结合本研究，接种G.e处理的菌根侵染率已超过30%，且接种G.e可显著促进黄瓜幼苗的生长，表现为显著高于对照的生物量与壮苗指数。

AM真菌的显著促生作用是以幼苗体内包括氮、磷、钾三素在内的矿质营养水平改善为基础的。氮作为植物生长的限制营养元素，其在植物体内的同化主要依赖于硝酸还原酶活性，因为植物吸收的硝酸盐需在硝酸还原酶及亚硝酸还原酶作用下首先还原为NH-3，进而才能逐步轉化为氨基酸。因此，硝酸还原酶活性的高低对植物光合碳代谢，生长发育、产量形成都会产生重要影响。本研究中，接种G.e处理的幼苗氮含量与对照间差异不显著，但硝酸还原酶与净光合均显著高于对照。研究发现，AM真菌可提高宿主对不同形态氮的吸收，且AM真菌的这一作用主要依赖于从AM真菌中分离到的氮素转运、代谢相关的蛋白基因[22-26]。磷在植物体内不仅参与光合过程中碳水化合物的代谢，同时，光合产物的运输也离不开磷。贫磷土壤上，AM真菌对寄主体内磷营养水平的改善已为国际社会所公认。本研究中的育苗基质为连作土壤，且该土壤磷水平较高，接种G.e处理的幼苗磷吸收量显著高于对照，这主要与该处理条件下幼苗的生物量较高有关。植物体内的钾与植物的抗逆能力息息相关。连作土壤在某种程度上其实也是一种更特殊的“生长逆境”，在该逆境条件下寄主对钾吸收量的显著增加对于黄瓜幼苗抵抗生物（病原菌）或非生物（土壤环境恶化）胁迫有更重要的意义。

土壤酶作为土壤质量的活性指标，在一定程度上可反映土壤养分转化的快慢。叶协锋等[27]认为，土壤脲酶、蔗糖酶与过氧化氢酶活性高有利于土壤中营养元素的矿化与养分循环，多酚氧化酶则相反。连作土壤上接种G.e后，黄瓜幼苗根际土脲酶与蔗糖酶活性显著高于对照，且接种该AM真菌后可显著促进幼苗的生长，而幼苗较强的生长势是以较高的土壤肥力为基础的，鉴于此，可以认为，黄瓜育苗时接种G.e对于连作土壤中可利用养分的转化是有益的，且养分的有效化过程似乎与脲酶与蔗糖酶的关系较为密切，而与过氧化氢酶无关。

菌根共生体的形成会使土壤中微生物群落在数量、性质及空间分布上发生变异[28-29]。本研究中，接种G.e后根际真菌数量有所减少，而真菌数量的下降对于减轻设施条件下由真菌引发的蔬菜土传病害尤为重要。本研究中没有对根围细菌与真菌种类进行鉴定，所以，利用平板稀释法分离、培养的细菌与真菌对幼苗生长的影响及其与G.e的互作有待进一步研究。

连作障碍已成为黄瓜生产中的一个重要瓶颈，面对黄瓜栽培中的“生长逆境”，应结合黄瓜生产中育苗这一重要环节，在连作土上育苗时，可先通过筛选得到适宜的共生体组合，利用AM真菌对幼苗生长及养分吸收的改善作用培育壮苗，同时，充分发挥AM真菌对土壤養分转化的促进作用，以缓减设施黄瓜生产中的连作障碍。由本研究表明，连作土壤上，“津春3号”与G.e是较理想的共生体组合，共生体的建成对于黄瓜幼苗的生长、氮磷养分的吸收、土壤肥力水平的提高及发病几率的降低都是有益的。

参考文献

[1]吴凤芝，王学征.设施黄瓜连作和轮作中土壤微生物群落多样性的变化及其与产量品质的关系[J].中国农业科学，2007，40（10）：2274-2280.

[2]贺丽娜，梁银丽，熊亚梅，等.不同前茬对设施黄瓜产量和品质及土壤酶活性的影响[J].中国生态农业学报，2009，17（1）：24-28.

[3]李珍珍，吴珏，杨银娟，等.土壤改良剂对设施黄瓜生长及土壤状况的影响[J].上海农业学报，2011，27（2）：87-91.

[4]倪宏正，孙兴祥，尤春，等.设施栽培连作障碍成因及综合治理技术研究[J].中国园艺文摘，2011（8）：108-110.

[5]杨祥田，周翠，何贤彪.设施栽培土壤连作障碍与调控技术[J].中国园艺文摘，2011（1）：129-130.

[6]喻景权.“十一五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望[J].中国蔬菜，2011（2）：11-23.

[7]韩亚楠，毕美光，刘润进，等.AM真菌对连作西瓜生长及其枯萎病的影响[J].北方园艺，2013（13）：150-153.

[8]马通，李桂舫，刘润进，等.AM真菌对连作西瓜根内和根围土壤酚酸类物质和黄酮含量的影响[J].北方园艺，2014（08）：1-4.

[9]崔佳琦，魏丽娜，蔡柏岩.接种摩西管柄囊霉（Funneliformis mosseae）对连作大豆异黄酮及脂肪酸含量的影响[J].农学学报，2015，5（4）：31-35.

[10]Kubota，M.，T.P.McGonigle，M.Hyakumachi.Co-occurrence of Arum- and Paris-type morphologies of arbuscular mycorrhizae in cucumber and tomato[J].Mycorrhiza，2005，15：73-77.

[11]Siddiqui Zaki Anwar，Akhtar Mohd Sayeed，Futai Kazuyoshi.Mycorrhizae： sustainable agriculture and Forestry[J].Netherlands： Springer，2008.

[12]Smith S E，Read D J.Mycorrhizal Symbiosis.The third edition[M].New York： Academic Press，2008.

[13]Phillips J M，Hayman D S.Improved procedures for cleaning and staining parasitic and vesicular arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection[J].Transactions of the British Mycological Society，1970，55：158-160.

[14]吕桂云，陈贵林，齐国辉.黄瓜菌根化育苗基质的研究[J].中国蔬菜，2002（4）：9-12.

[15]李合生.植物生理生化实验原理与技术指导[M].北京：高等教育出版社，2000.

[16]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业大学出版社，2002.

[17]关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京：农业出版社，1986.

[18]江龙，李竹枚，黄建国，等.AM真菌对烟苗生长及某些生理指标的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：156-161.

[19]Toussaint JP，St-Arnaud M，Charest C.Nitrogen transfer and assimilation between the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices Schenck & Smith and Ri T-DNA roots of Daucus carota L.，in an in vitro compartmented system[J].Canadian Journal of Microbiology，2004，50（4）： 251-260.

[20]Govindarajulu M，Pfeffer P E，Jin HR，et al.Nitrogen transfer in the arbuscular mycorrhizal symbiosis[J].Nature，2005，435（7043）： 819-823.

[21]Jin H，Pfeffer P E，Douds DD，et al.The uptake，metabolism，transport and transfer of nitrogen in an arbuscular mycorrhizal symbiosis[J].New Phytologist，2005，168（3）： 687-696.

[22]Tanaka Y，Yano K.Nitrogen delivery to maize via mycorrhizal hyphae depends on the form of N supplied[J].Plant，Cell and Environment，2005，28（10）： 1247-1254.

[23]López-Pedrosa A，González-Guerrero M，Valderas A，et al.GintAMT1 encodes a functional high-affinity ammonium transporter that is expressed in the extraradical mycelium of Glomus intraradices[J].Fungal Genetics and Biology，2006，43（2）： 102-110.

[24]Tian CJ，Kasiborski B，Koul R，et al.Regulation of the nitrogen transfer pathway in the arbuscular mycorrhizal symbiosis： gene characterization and the coordination of expression with nitrogen flux[J].Plant Physiology，2010，153（3）： 1175-1187.

[25]Pérez-Tienda J，Testillano PS，Balestrini R，et al.GintAMT2，a new member of the ammonium transporter family in the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices[J].Fungal Genetics and Biology，2011，48（11）： 1044-1055.

[26]李元敬，劉智蕾，何兴元.丛枝菌根共生体的氮代谢运输及其生态作用[J].应用生态学报，2013，24（3）：861-868.

[27]叶协锋，杨超，李正，等.绿肥对植烟土壤酶活性及土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报，2013，19（2）：445-454.

[28]Linderman RG，Paulitz TC.Mycorrhizal-rhizobacterial interactions//David H，Cook R J.Biological Control of Soil-borne Plant Pathogens[J].CAB International，Wallingford，UK，1990：261-283.

[29]Azcón-Aguilar C，Barea JM.Interactions between mycorrhizal fungi and other rhizosphere microorganisms//Michael F A.Mycorrhizal Functioning：an Integrative Plant-fungal Process[J].New York： Chapman and Hall，1992：163-198. （责编：张宏民）