不同丛枝菌根真菌种类对生姜生长的影响

汪茜 包涵 张金莲 宋娟 刘增亮 黄京华 陈廷速

摘  要  研究盆栽条件下，接种不同丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi， AMF）种类对生姜不同生育时期农艺性状的影响及其在生姜根内的定殖情况。采用生姜组培苗，于幼苗期分别接种12株AMF进行生姜农艺性状比较试验，在温室盆栽接种后每隔30 d对生姜根系进行取样分析，比较菌根侵染率、侵染强度和丛枝丰度的大小，以觀察不同AMF菌株对生姜苗的侵染动态。结果表明，所有接种AMF组的生姜植株，其生长量均高于空白对照组。结合不同菌株在根系的侵染率，筛选出生姜AMF优势种类为：细凹无梗囊霉（Acaulospora scrobiculata）、网状球囊霉（Glomus reticulatum）、隐形球囊霉（Paraglomus occltum）、摩西球囊霉（Glomus mosseae）。说明苗期接种这4个优势菌种，能够促进生姜生长，是适宜生姜生长的优良AMF菌株。

关键词  生姜;丛枝菌根真菌;农艺性状;侵染率;优势菌株

中图分类号  Q945.12      文献标识码  A

Abstract  An experiment was conducted to analyze the effects of arbuscular mycorrhizal （AM） fungi on the growth of ginger （Zingiber officinale Roscoe） under greenhouse conditions. Ginger plantlets were inoculated with 12 different AM species， and the agronomic characters， the rate of colonization， infection intensity and arbuscular abundance were analyzed in every 30 days after inoculation. The results showed the ginger plantlets inoculated with AM fungi grew better than the ones without AM fungi. The dominant strains of AM fungi were Acaulospora scrobiculata， Glomus reticulatum， Paraglomus occltum and Glomus mosseae according to the growth simulation and infection in roots. It suggests that the inoculation of the four dominant strains improved the growth， yield and quality， and further research is needed to develop dominant strains.

Keywords  ginger （Zingiber officinale Roscoe）; arbuscular mycorrhizal fungi; agronomic characters; infection rate; dominant strains

DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.004

AMF是一类在生物防治土传病害和提高植物抗/耐病性方面极具应用潜力的微生物资源。丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza， AM）是由球囊霉门（Glomeromycota）真菌与植物根系形成的互惠共生体，90 %以上的陆地植物都能形成丛枝菌根，是自然界中最普遍的一种菌根类型。AMF与植物根系共生后，能够影响土壤理化性质和根围微生物区系，并通过菌根帮助宿主植物获取根际的碳、氮养分和水分，从而促进植物的生长，提高植物的耐旱和抗逆能力[1-3]。AMF在植物根际形成的庞大菌丝网络系统，对稳定土壤结构、控制水土流失、增强对土传病害的抑制、保持植物根际土壤生态系统良性发展有重要意义[4-7]。已有研究表明，丛枝菌根真菌能降低真菌、线虫、细菌等病原体对黄瓜（Cucumis sativus）、草莓（Fragaria ananassa）、西红柿（Lycopersicon esculentum）、柑橘（Citrus reticulata）、油橄榄（Olea europaea）、截形苜蓿（Medicago truncatula）、香瓜（Cucumis melo）、玉米（Zea mays）、马铃薯（Solanum tuberosum）、香蕉（Musanana lour）等植物的危害程度，减少农药使用量[8-10]。目前已经证实的可有效控制植物土传病害的AMF超过30种[11]。

生姜种植过程中由于土壤青枯劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）导致的姜瘟病（Ginger Wilt）的危害，严重影响生姜的产量和品质[12]。但是化学防治效果不理想，且会导致农药残留、环境污染、病原菌抗药性等负面影响[13];而生物防治作为综合防治姜瘟病的措施之一，对生态平衡和可持续农业的发展具有特别重要的意义，一直是学者们的研究热点。

当前，生姜丛枝菌根真菌的研究相关文献相对较少。有研究表明，AMF对生姜某些生理指标具有一定影响。AMF明显增加生姜的株高、根茎产量、分枝数等，并能提高生姜叶片和根中N、P、K 等元素的含量，提高单叶净光合速率[14]。接种AMF可以有效降低姜瘟病的病情指数，对姜瘟病起到抑制作用[15]。本文通过筛选出对生姜生长有益的优势AMF种类，探讨其对生姜生长的促进作用，对减少农业生产中化肥的使用量，改善土壤生态，实现农业可持续发展具有重要意义。

1  材料与方法

1.1  材料

生姜组织培养种苗（品种来自广西柳州市柳江县当地种植品种）。

花盆（盆口直径为15 cm、深度为12.5 cm、花盆用酒精擦拭一遍再用）、营养液（Hogland）、基质（塘泥∶沙=1∶1）。

AMF菌株由广西农业科学院微生物研究所土壤微生物课题组采样分离保藏，具体菌株及编号如表1所示。

生姜根系采集材料：剪刀、封口袋、50%酒精等。

生姜根系染色材料：氢氧化钾（广东省化学试剂工程技术研究开发中心）、30%过氧化氢（天津市致远化学试剂有限公司）、氨水（廉江市爱廉化试剂有限公司）、冰乙酸（成都市科龙化工试剂厂）、墨水（派克）、50 mL离心管、滤网、镊子、移液枪等。

供试菌株（表1）统一扩繁均为含有侵染根段、菌丝、孢子和培养基质混合物，作为AMF接种体菌剂。孢子密度均多于10个/g，接入量为30 g/盆。

试验于2017年6月在广西农业科学院微生物研究所温室进行。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  选取生长健壮、大小一致的生姜组织培养种苗78株，用多菌灵冲洗消毒。将消毒后的生姜种苗移栽至洗净晾干的花盆中，每盆移栽两株生姜苗，并接入30 g/盆AMF菌剂。具体操作如下：花盆内底部垫上和其底部大小一致的圆形塑料纸后，放入约1/3已灭菌的基质;移栽2株生姜种苗，并在其根系附近放入提前准备好的AMF菌剂，且须保证根系与AMF菌剂相接触;继续往花盆倒入已灭菌的基质至花盆3/4，保证基质没过生姜根系、茎块;每盆按菌剂编号贴好标签。同时设置不接种的空白对照（用于扩繁AMF的灭菌培养基质30 g/盆），每个处理3个重复，共39盆。

将盆栽放置于25 ℃恒温玻璃温室内，定期观察，每隔1 d适量浇水，每周浇一次营养液。

1.2.2  生姜根系的采集  生姜栽种90 d后，进行生姜根系采集，采集方法如下：用剪刀剪下约1/3根系，用于观察AMF侵染情况，分别记录根内菌丝、根外菌丝、泡囊的数量，计算侵染率，对比不同AMF侵染根系的能力。采集根系样品时尽量采集老、嫩、粗、细各级根段，使样品更具代表性。根系样品用自来水清洗干净根系上附着的基质后用去离子水清洗数次，随后将其浸泡于50%酒精中保存，并写上编号。

1.2.3  根系染色处理及侵染率测定  生姜根系的染色主要参考汪茜等[16]的方法，菌根侵染率的测定参考王幼珊等[17]的方法。

1.2.4  测定项目与方法  接种后每隔30 d取样1次，共3次。每次每处理取3株幼苗，每株幼苗随机选取鲜根30条，剪成1 cm根段，取一定样品，用墨水醋染色[16]、网格交叉法[17]测定根系侵染率。

全生育期3次采样，依次为：幼苗期，发根期，块茎膨大期。每次每处理取3株幼苗。農艺性状测定有效叶数、叶长、叶宽和株高。

生姜收获期将生姜地上部用自来水冲洗后再用去离子水洗净，于105 ℃杀菌30 min后再置70 ℃烘干、称重;株高及茎粗采用直接测量法。

1.3  数据处理

采用Excel软件和DPS统计软件对实验数据进行分析，置信水平为95%（P<0.05）。

2  结果与分析

2.1  接种不同AMF菌株的生姜根系侵染情况

不同AMF菌株对生姜根系侵染情况如表2所示。GZ-10根外菌丝侵染率最高，其侵染率平均值为31%，其次为GZ-1，其根外菌丝侵染率的平均值为22.5%，再次为LC39-10，其根外菌丝平均侵染率为22%。根内菌丝侵染率排名前三的为GZ-10、GZ-1、LC39-10，其中，GZ-10根内菌丝侵染率平均值为49%，GZ-1根内菌丝侵染率平均值为35%，LC39-10根内菌丝侵染率平均值为29%。泡囊侵染率相对较高的为LC58，其泡囊平均侵染率为2.5%，其次为FS-1-74，其泡囊的平均侵染率为1%。FC-1-2、YN-2-7、GZ-10、LC39-10、E26-46中均未出现泡囊结构。如表2所示，对照组CK均未观察到根外菌丝、根内菌丝和泡囊结构。根内菌丝、根外菌丝、泡囊结构及CK根段的染色图像如图1所示。

2.2  不同AMF菌株对生姜幼苗生长的影响

3  讨论

AMF在自然界中广泛分布，同一种AMF可以和不同的宿主植物形成共生关系，同一种植物根系也可以和多种不同的AMF形成共生关系[18]。不同的AMF对同一种植物所表现的效果不同，宿主植物和AMF之间存在相互选择性[19]。AMF和宿主植物相互选择后，对宿主植物的生长发育产生促进作用的AMF，可以作为该植物的优势种[20]。本试验中，细凹无梗囊霉（Acaulospora scrobiculata）， 网状球囊霉（Glomus reticulatum）， 隐形球囊霉（Paraglomus occltum）3种AMF均有效的促进了生姜的生长，可以选为生姜生长的优势种。另一方面，由于AMF对宿主植物具有一定的选择性，同一种宿主植物，不同的AMF的侵染率会有所不同，其原因可能是宿主植物和不同的AMF的亲和性有所不同，相对较高侵染率的AMF，说明其和宿主植物的亲和性相对较强[21]。试验中，对比12种不同AMF在生姜根系的侵染率，摩西球囊霉（Glomus mosseae）的侵染率最高，说明该AMF和生姜根系的亲和度较高，两者能更有效的互相识别，故该菌株也可以作为优势菌株。

研究结果表明，所有12个菌株均能侵染生姜根系，而对照组的株高最为矮小、茎块质量最轻，且染色后没有检测到菌根特有结构。说明施用AMF后对生姜的促生起到一定作用。其中，促生作用较为明显的优势菌株为细凹无梗囊霉（Acaulospora scrobiculata）， 网状球囊霉（Glomus reticulatum）和隐形球囊霉（Paraglomus occltum），在生姜根系的定殖率试验中发现，其侵染率虽不是12种菌剂中最高，但均排在前列。而摩西球囊霉（Glomus mosseae）的供试菌株对生姜根系的侵染率最高，但其株高、茎块重等生长量并不是最优，说明该菌株虽然具有高侵染率，但其对生姜体现的并不是促生作用。有研究表明，AMF与宿主植物形成共生后，通过改变宿主植物根系结构，与病原微生物竞争获取所需的营养、诱导宿主植物抗病防御体系的形成等方式来实现抗病[22]。目前，还不能判断AMF对植物的促生和抗病能力能百分之百同时体现，而摩西球囊霉（Glomus mosseae）菌株与生姜在具有高亲和性的前提下，可在土壤中形成大量菌丝网，有可能在提高生姜的抗病能力方面发挥一定的作用，故选其作为优势种，其抗病性的效果还需要在今后做进一步的研究。且生姜根系很不发达，根毛退化严重，对菌根的依赖性较高。因此，应加强在大田条件下对生姜菌根的研究，并且使菌根生物肥料能够应用于生姜生产。

4  结论

接种AMF后，生姜株高、叶片数、地上部分干重、地上部分湿重、茎块重均优于未接种AMF的对照组。对比不同AMF对生姜的促生效果，细凹无梗囊霉（Acaulospora scrobiculata），网状球囊霉（Glomus reticulatum），隐形球囊霉（Paraglomus occltum）可选为优势AMF。对比不同AMF菌剂侵染生姜根系的侵染率，摩西球囊霉（Glomus mosseae）可选为优势种。

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