AM菌絲在2種培養基質中的生長狀況比較

李 俠，杜世杰，戎婷婷，白 靜，韓志平

（1.山西大同大學生命科學學院，山西 大同 037009；2.中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；3.山西大同市城區投資促進局，山西 大同 037009）

叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是土壤中廣泛存在的一類重要微生物，能與陸地約80%的植物共生，促進植物吸收養分尤其是磷，增強植物抗逆性并改善土壤結構，影響植物群落結構和生產力［1-5］。然而，由于AM真菌是嚴格的專性共生生物，脫離了宿主植物即無法正常生長發育和完成其生命過程。雖然研究者試圖探明宿主植物與菌根真菌間的信息和物質交換過程，但至今仍無法建立AM真菌的離體培養，成為相關研究以及叢枝菌根廣泛應用的主要障礙。目前AM真菌培養均在共生條件下進行，通常采用的基質為土壤，但從土壤中去除孢子表面的污染十分困難，同時也難以獲得足夠量的純凈菌絲體［6］。胡蘿卜根系質粒離體培養菌絲法（Ri T-DNA transformed carrot roots）雖然可以得到純凈的菌絲體和孢子，但這種培養體系的建立十分繁瑣，而且難于操作。玻璃珠分室培養將AM真菌的傳統基質培養與無土培養結合起來，利用這種培養技術可以培養出純凈的AM真菌［7］，但由于玻璃珠粒徑大，作為基質空隙大，持水性差，水分難以控制，因而菌絲量較少，且重復間變異很大，所以迫切需要尋求一種能進行粗放管理而且菌絲生物量高的培養方法。我們借鑒了INVAM（http：//invam.wvu.edu）中采用的沙培收集菌絲的方法，將玻璃珠（2 mm）與沙子（0.25～1.00 mm）混合，彌補了單純使用玻璃珠所造成的不足，管理要求比較低，且又能較容易分離到純凈的菌絲體。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

宿主植物采用玉米（Zea mays L.）。菌劑采用Glomus mosseae （Nicol.&Gerd.） Gerdemann&Trappe（BEG167） 和Glomus intraradices Schenck&Smith（BEG141）。根室基質為珍珠巖，菌絲室基質為玻璃珠（2 mm）或沙子（0.25～1.00 mm）。珍珠巖、玻璃珠和沙子均經高溫滅菌（100℃，2 h）處理。

1.2 試驗裝置

培養裝置為兩室培養，即在大的試驗盆中放置小尼龍網袋。大盆作為根室，用于植物生長，體積為1 L。尼龍網袋則作為菌絲室，由30 μm尼龍網進行縫織而成，其作用是允許根外菌絲穿過，而根系不能進入尼龍網中，體積為250 mL（圖1）。

圖1 試驗用盆

1.3 試驗設計

根室基質采用珍珠巖。菌絲室設2種不同基質處理，分別為玻璃珠、玻璃珠和沙子混合（以體積1∶1混合）。分別接種叢枝菌根真菌Glomus mosseae和Glomus intraradices，以不接種（-M）為對照，共6個處理，隨機區組排列，重復4次。根室裝滅菌珍珠巖35 g，與70 g滅菌（接種處理）或未滅菌（不接菌的對照處理）菌劑混勻后裝入。菌絲室裝250 g滅菌玻璃珠或玻璃珠和沙子的混合物。培養時間為2005年5月31日至2006年7月31日。播種7 d后間苗，每盆保留3株生長一致的幼苗。試驗在中國農業大學植物營養培養室內進行，生物鏑燈補充光照。光照強度為250 μmol/（m2·s），室內溫度保持在18～22℃。利用稱重法監控水分并及時補充半強度LANS營養液（發芽后前3 d供應1/10的稀釋營養液，以促進孢子萌發）［8］，基質水分控制在 12%～20%（V/V）。

1.4 指標測定

采用曲利苯藍染色法測定根系侵染率［9］。將培養基質與水混合攪拌后搜集菌絲，烘干后稱干重。

1.5 統計分析

試驗所得到的數據均由SAS軟件包內的單因素和兩因素方差分析和Duncan多重比較進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 植株根系侵染率

未接種植株根系均未觀察到菌根真菌侵染，說明試驗操作符合要求，2種菌根真菌均與玉米根系形成良好的菌根，且接種2種真菌的植株根系侵染率差異達到顯著水平，接種G.intraradices植株根系侵染率顯著高于接種G.mosseae植株，其根系侵染率分別為88.3%和58.5%。菌絲室不同基質處理對植株根系侵染率無顯著影響（表1）。

2.2 植株生長狀況

接種菌根真菌（G.intraradics）植株地上部干重、根系干重和總干重顯著高于對照植株，而接種菌根真菌植株冠根比卻顯著低于對照植株。菌絲室不同基質處理對植株地上部干重、根系干重和總干重均無顯著影響（表1）。

表1 接種和基質處理對玉米植株菌根侵染率、植株地上部干重、根系干重、總干重和冠根比的影響①

2.3 AMF根外菌絲生物量

從對照菌絲室收集到一定量的菌絲，說明培養過程中基質中有雜菌菌絲。接種菌根真菌顯著增加了AMF根外菌絲的干重，其中接種G.mosseae處理的根外菌絲干重顯著高于對照處理和接種G.intraradics處理；菌絲室不同基質處理對根外菌絲干重的影響僅在接種G.mosseae時差異達到顯著水平，表現為玻璃珠和沙子混合基質處理根外菌絲干重顯著高于玻璃珠基質處理，前者約為后者的4.7倍。接種G.intraradics時，2種基質處理對菌絲干重無顯著影響（圖2）。

圖2 接種和基質處理對菌絲室菌絲干物重的影響

3 結論與討論

比較分析表明，接種G.mosseae的植株根系侵染率顯著低于G.intraradics處理，而G.mosseae根外菌絲量卻顯著高于G.intraradics。很多研究表明G.mosseae的菌絲體比較發達，而孢子數量少；G.intraradics根內孢子比較多，根外菌絲較少。

Chen等［7］用玻璃珠收集菌絲試驗中，收集到的Glomus versiforme孢子和菌絲體量可達20 mg，G.mosseae可達10 mg，其菌絲室裝入玻璃珠量為960 g，因而單位基質收集到G.mosseae的菌絲干重為10.04 mg/kg。本試驗中菌絲室裝入玻璃珠與沙子混合物250 g，收集到G.mosseae的菌絲干重為6.1 mg，即單位基質收集到G.mosseae菌絲干重為24.4 mg/kg，約為Chen等［7］采用玻璃珠收集菌絲干重的2.4倍。

在本試驗中，除在菌絲室采用玻璃珠和沙子混合基質處理時G.mosseae菌絲干重比較高外，其余處理菌絲干重均較低，接近于背景值。可能的原因是植株生長過程中營養液供應濃度較低，管理較粗放。初步研究顯示，利用玻璃珠和沙子混合作為基質培養菌根真菌可以方便管理，如何提高多種菌根真菌的菌絲量仍有待進一步研究。

綜上所述，接種菌根真菌顯著增加了植株生物量。接種菌根真菌G.mosseae的侵染率顯著低于真菌G.intraradics，但根外菌絲量卻反之。相比單用玻璃珠，采用玻璃珠和沙子混合作為基質可以收集到較多的G.mosseae根外菌絲。