叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗生長及生理特性的影響

王棟高軍艾琪閆鋒吳亮張雷

（1新疆生產建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學動物科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆南疆的大部分地區草地資源缺乏、退化，隨著本地區經濟水平的不斷發展，畜產品需求量也逐年提高，致使草畜矛盾日益突出。要解決南疆缺草這一制約南疆畜牧業健康發展的重要問題，就必須選擇高產、優質、穩產的牧草。紫花苜蓿（Medicago sativaL.）有“牧草之王”之稱，具有產量高、品質好、適應性強，經濟效益好等諸多優點[1-3]，其特點正能滿足南疆地區對牧草的要求。在紫花苜蓿等牧草生產中，施肥是獲得高產、優質牧草的一個重要栽培措施。但化肥的過量施用或使用不當，不僅使肥料的利用率降低，甚至影響植物生長，還可能導致土壤生產力降低、出現土壤污染等問題[4]。而應用微生物肥料是克服與解決這些問題的一把鑰匙，它在土壤肥力的提高與保持、營養元素的轉化、肥料利用效率的提升，植物生長的促進[5]、土壤的凈化，土壤生態平衡的維持等方面具有重要作用，合理地使用微生物肥料既可以彌補化肥的不足，又能減少化肥可能帶來的土壤肥力下降和污染等問題[6]。

叢枝菌根真菌可作為一種無公害的微生物肥料，接種叢枝菌根真菌后對植物的有益作用與影響已在許多研究中得以證實和發現，叢枝菌根真菌能與90%以上的植物形成叢枝菌根，通過根外菌絲擴大根系的吸收面積，能有效地促進共生植物對水分和養分的吸收，從而促進植物生長、提高植物產量、品質、抗逆性[7-8]。其中，亦不乏大量有關接種叢枝菌根真菌對紫花苜蓿影響方面的研究。這些研究發現接種叢枝菌根真菌后有利于提高紫花苜蓿的植物量與生產性能[9-13]，促進紫花苜蓿對土壤養分元素的吸收，在影響一些生理指標的同時提高其宿主植物紫花苜蓿品質及某些方面的抗性[14-17]。然而，不同類型的叢枝菌根真菌在接種紫花苜蓿后都能否在多方面展示積極影響并不明確，影響不同類型的叢枝菌根真菌發揮作用的機制也不清晰。本研究在參考前人研究工作基礎上，旨在通過對紫花苜蓿接種4類叢枝菌根真菌，摸索研究并驗證不同類型叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗生長與養分吸收的作用及生理特性的影響，同時篩選出有利于紫花苜蓿生長的叢枝菌根真菌類型，為本地區開展叢枝菌根真菌微肥開發研制提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試基質：將草炭與珍珠巖按體積比（1/1，v/v）混合均勻后經2次滅菌（121℃高壓滅菌3小時）。

試驗容器：訂制培養容器規格為125×85×300（口徑×底徑×高mm），使用前用84消毒液浸泡2次，每次浸泡1小時后再清洗兩次。

供試植物：紫花苜蓿種子采集于阿克陶縣奧依塔克鎮（E:75°34′10.7″，N:39°04′08.8″，H:1639 m）。

供試菌種：試驗中所采用菌種為包括真菌菌絲、孢子和培養基質在內的全培養物，購自北京市農林科學院植物營養與資源研究所“叢枝菌根真菌種質資源庫（BGC）”，共計2種摩西斗管囊霉（Glomus mosseae）和2種幼套近明球囊霉（Glomus etunicatum），其在國家自然科技共享平臺中的資源編號分別為：1511C0001BGCAM0060、1511C0001BGCAM0003、1511C0001BGCAM0027、1511C0001BGCAM0017，分別記作：G.m1、G.m2、G.e1、G.e2。

1.2 試驗方法

試驗采用完全隨機設計，設置8個處理，（1）接種G.m1處理；（2）接種G.m1處理的對照；（3）接種G.m2處理；（4）接種G.m2處理的對照；（5）接種G.e1處理；（6）接種G.e1處理的對照；（7）接種G.e2處理；（8）接種G.e2處理的對照；每個處理重復10次。播種前將紫花苜蓿種子用75%酒精浸泡并振蕩2 min進行表面消毒，無菌水漂洗干凈后至于光照培養箱中催芽，種子露白后即可。接種叢枝菌根真菌處理的方法是將5 g菌種均勻撒施在種子下約2 cm處并覆土；不接種對照加入相同重量的滅菌菌劑。每只培養容器播種3粒，出苗一周后，間苗并保留1株長勢較好的幼苗于培養容器中，合計320只培養容器（4只培養容器/重復）。在生長期間適量澆水，生長30 d后，分別測定株高、莖粗后，收獲紫花苜蓿葉、莖等地上部分與根系等地下部分，并清洗根系。分光光度法測定葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量，TTC法測定根系活力，考馬斯亮染色法測定可溶性蛋白質含量。然后取根樣測定菌根侵染率（根段侵染率加權法）[18]，同時將相關樣品剩余部分置于烘箱內105℃殺青15 min，再置于65°C恒溫烘干，最后粉碎相關樣品后測定其全N（H2SO4-H2O2消煮、奈氏比色法）、全P（H2SO4-H2O2消煮、釩鉬黃比色法）和全K（H2SO4-H2O2消煮、火焰光度計法）、微量元素（硝酸-高氯酸消解法、等離子體發射光譜法測定 Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn）。注：菌根效應（%）=（接種處理-不接種處理）×100/不接種處理[19]。

1.3 統計分析

數據采用Excel 2010進行統計后，用SAS9.1進行方差分析，并采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗生長的影響

如表1所示，4類不同叢枝菌根真菌接種后對紫花苜蓿幼苗生長有不同的影響。其中，與其對照相比，G.m2顯著地促進了苜蓿幼苗生長，表現為其地上部分、地下部分與株高均分別顯著增加了21.41%、7.47%和24.33%（P＜0.05）；而G.e1較其對照也在地上部分植物量、株高上顯著地增加了22.87%和22.96%，而其地下部分植物量卻明顯減少了6.60%（P＜0.05）；G.e2在地上部分植物量與株高上均與其對照無顯著差異，而地下部分的植物量卻較其對照提高了8.08%（P＜0.05）；G.m1在地下部分植物量與株高兩方面與其對照無顯著差異，但在地上部分植物量上卻較其對照顯著減少了16.92%，地上部分生長明顯弱于其對照（P＜0.05）。接種叢枝菌根真菌后并未對苜蓿幼苗的莖粗產生顯著影響。4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗的侵染能力依次是：G.m2＞G.m1＞G.e1＞G.e2，在侵染率上，2種摩西斗管囊霉顯著高于2種幼套近明球囊霉（P＜0.05），但同屬間的2種叢枝菌根真菌在侵染率上未表現出明顯差異。

表1 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗生長的影響

2.2 叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗養分吸收的影響

如表2所示，接種叢枝菌根真菌后并未對紫花苜蓿幼苗地上部分的全N、全P、全K含量產生顯著影響（P＜0.05）。

表2 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗地上部分N、P、K含量的影響（%）

如表3所示，除接種G.e1后紫花苜蓿根系中全N含量下降之外，其他三類菌劑均能不同程度提高紫花苜蓿根系對N和P的吸收，但未能顯著提高對K的吸收；其中G.m2、G.e2的作用顯著，G.m2的作用最為明顯，接種該菌種后可使得紫花苜蓿根系中全N、全P含量分別提高了11.63%和29.75%（P＜0.05）。

表3 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗地下部分N、P、K含量的影響（%）

表4 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影響

如表4所示，在接種叢枝菌根真菌后對紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影響上：接種G.m2、G.e1、G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Ca含量均顯著高于對照（P＜0.05），而接種G.m1顯著低于對照；接種G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量顯著高于對照，接種G.m1、G.m2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量與對照無差異，而接種G.e1的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量明顯低于對照（P＜0.05）；各接種處理較對照均不能顯著提高紫花苜蓿幼苗地上部分Mg、Fe、Mn、Zn的含量，即不能顯著提高對Mg、Mn和Zn的吸收（P＜0.05）。

2.3 叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗根系活力與葉片葉綠素含量的影響

如表5所示，接種G.m2、G.e1、G.e2后紫花苜蓿幼苗的根系活力較對照顯著提高，且G.m2＞G.e1＞G.e2，而接種G.m1后紫花苜蓿幼苗的根系活力卻低于對照（P＜0.05）；接種G.m2、G.e1紫花苜蓿幼苗的葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均顯著高于對照（P＜0.05），接種G.m1、G.e2紫花苜蓿幼苗的葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對照均無差異；其中接種G.m2或接種G.e1較對照均能顯著地提高了紫花苜蓿幼苗根系活力，明顯增加了葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量，其中接種G.m2的效果最好，較對照在紫花苜蓿幼苗根系活力，紫花苜蓿幼苗葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量上，均分別明顯提高了7.13%、37.11%、52.27%和41.84%（P＜0.05）。

表5 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗根系活力與葉綠素含量的影響

2.4 叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗可溶性蛋白質含量的影響

如圖1所示，接種4類叢枝菌根真菌后，紫花苜蓿幼苗葉片與根系中的可溶性蛋白質含量與對照均無顯著差異，且各接種處理之間紫花苜蓿幼苗葉片與根系中的可溶性蛋白質含量亦無差異，這說明接種叢枝菌根真菌后未對其葉片與根系中的可溶性蛋白質含量產生明顯影響。

圖1 接種4類叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗葉片和根系可溶性蛋白質含量的影響

3 討論

不同種類的叢枝菌根真菌對紫花苜蓿生長的影響不盡相同，同時其侵染率也不同。有研究表明不同種類的叢枝菌根真菌對同一紫花苜蓿宿主的促進作用不一致[20]，本研究發現了具有開發為紫花苜蓿菌根菌劑潛力的叢枝菌根真菌類型G.m2，同時也排除掉一些接種后對紫花苜蓿影響較差或不明顯的叢枝菌根真菌種類。在研究過程中發現接種G.m2對紫花苜蓿的促生作用較好，對紫花苜蓿幼苗有促進生長的作用，這或許與其侵染率最高、或因其原寄主為同為豆科的沙打旺有一定關系。另外，接種叢枝菌根真菌到紫花苜蓿后，亦有可能出現負面或抑制作用的情況發生，如本研究中的叢枝菌根真菌G.m1對紫花苜蓿幼苗生長的影響就是如此。

接種某些種類的叢枝菌根真菌有助于提高紫花苜蓿根系活力[21]，進而有益于養分吸收，促進紫花苜蓿對營養元素和離子的吸收利用[22]。有研究結果表明[23-24]接種叢枝菌根真菌可促進對P的吸收，但對紫花苜蓿植株不同部位的影響不同。同樣，也有研究結果顯示接種叢枝菌根真菌后促進紫花苜蓿生長和N吸收[25]。另有研究[26]發現接種叢枝菌根真菌后地下部分Zn含量會增加，而地上部Zn的含量會減小，并認為這樣可以減弱Zn由根部向地上部分的運移，從而減輕了對紫花苜蓿地上部產生毒害。本研究結果表明接種G.m2可以明顯提高根系對于N、P這兩種大量元素吸收，并提高地上部分Ca元素的含量；同時還能明顯提高紫花苜蓿幼苗的根系活力，明顯增加葉片中葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量。而提高葉綠素含量或許會提高紫花苜蓿幼苗的光合作用，從而進一步促進幼苗的生長。這一結論與林子然等[15，27-28]的研究結論一致，即接種叢枝菌根真菌可對紫花苜蓿的生長及相關的生理指標起到改善或促進的作用。本研究中發現接種G.m1、G.e1并未明顯提高地下部分植物量，而接種G.m2、G.e2卻均顯著提高了地下部分植物量，這或許與接種G.m1、G.e1實際并未影響到紫花苜蓿幼苗地下部分的氮、磷含量，而接種G.m2、G.e2均能明顯提高紫花苜蓿幼苗地下部分氮、磷的含量相關。

由此推斷認為：對紫花苜蓿有促生作用的叢枝菌根真菌或許因提高紫花苜蓿根系活力，進而提高其地下部分的氮、磷吸收量，從而增加地下部分植物量，再進一步通過氮、磷等營養元素的利用與再分配提高地上部分植物量與株高，所以叢枝菌根真菌對紫花苜蓿幼苗生長的作用或許主要通過影響其根系養分吸收得以實現。因此，今后應更深入開展叢枝菌根真菌對紫花苜蓿根系及地下部分營養利用與轉化方面的研究。

4 結論

不同類型的叢枝菌根真菌接種后對紫花苜蓿幼苗的影響作用不同，只有G.m2對紫花苜蓿幼苗表現出良好的促進作用。接種G.m2后，紫花苜蓿幼苗在根系活力，葉片中葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量上，明顯比對照提高了7.13%、37.11%、52.27%、41.84%（P＜0.05）。G.m2通過提高根系活力與葉綠素含量等生理指標，進而一定程度改善地下部分營養元素的吸收利用與提高地上部分的光合作用，從而在研究結果中展現出:相比對照，接種G.m2后使紫花苜蓿幼苗地上部分植物量、地下部分植物量、株高、根系中N、P元素的含量，明顯增加21.41%、7.47%、24.33%、11.63%、29.75%，且明顯提高了地上部分Ca的含量（P＜0.05）等積極影響。