不同叢枝菌根真菌對甜玉米幼苗生長及氮磷吸收的影響

吳曉君，李正飛，郭佩佩，張 麗

（海南大學 熱帶作物學院，海口 570228）

叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一類共生微生物，廣泛存在自然界中，能夠與大多數的陸生植物形成菌根共生體[1]，因其在植物根系中產生叢枝結構而得名，故稱其為AMF[2]。AMF 需要植物供應光合產物來生長，同時AMF 通過參與植物生理代謝，擴大植物根系的吸收面積，促進植物生長，與植物形成互惠共生關系[3]。因此，AMF 對作物生長和生態環境有重要影響[4-5]。有研究表明，AMF 通過與植物根系形成共生體，改善植物對氮磷鉀等礦質營養的吸收，提高作物產量以及增強作物的抗逆性[6-9]，且AMF 與宿主植物是專性營養共生關系[10]。同一種植物接種不同的AMF，它們的共生效應不同[11-13]。當AMF 侵染宿主植物后，宿主植物的根尖表皮加厚，細胞層數增加，更加有利于植物根系的生長、分枝以及形態結構的改變，擴大植物的吸收面積，從而促進植物對礦質養分的吸收和利用，進而促進植物生長[14-15]。

甜玉米（Zea maysvar.rugoseBonaf.）又被稱為水果玉米、蔬菜玉米，是我國重要的特種經濟作物[16]。甜玉米的營養豐富，口感甜、鮮、脆、嫩，深受人們喜愛[17]。磷是植物體內核酸、蛋白質、多種酶的主要成分[18]，玉米對磷的反應比較敏感，因此，磷的水平對玉米產量有很大的影響[19]。海南屬熱帶地區，土壤缺磷現象嚴重[20]，這嚴重制約了農業的發展。氮素是作物生長發育所必需的大量營養元素之一，是作物生長發育和作物產量最重要的限制因素[21]。有研究表明，接種AMF 能顯著提高植物對氮磷養分的吸收利用[22]。如接種摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）、球狀巨孢囊霉（Gigaspora margarita）、細 凹 無 梗 囊 霉（Acaulospora scrobiculata）、扭形傘房球囊霉（Corymbiglomustortuosum）、地表多樣孢囊霉（Diversispora epigaea）和根內根孢囊霉（Rhizophagus intraradices）能顯著提高大豆的地上部生物量和氮磷積累量[23]。目前，關于AMF 與玉米共生關系研究主要集中在摩西球囊霉（Glomus mosseae）上，而其他菌種對玉米生長影響的研究較少，而甜玉米尚未見這方面的報道。因此，本研究選取6 種不同AMF 菌種接種甜玉米，分析不同菌種對甜玉米吸收氮磷效率及生長的影響，旨在篩選出促進甜玉米生長的AMF 高效菌株。

1 材料與方法

1.1 試 驗材料供 試 菌 種 為 摩 西 斗 管 囊 霉（Funneliformis mosseae, Fm）、球 狀 巨 孢 囊 霉（Gigaspora margarita, Gm）、細 凹 無 梗 囊 霉（Acaulospora scrobiculata, As）、扭形傘房球囊霉（Corymbiglomus tortuosum, Ct）、地表多樣孢囊霉（Diversispora epigaea, De）和 根 內 根 孢 囊 霉(Rhizophagus intraradices, Ri)，共6 種，菌源由中國農業科學院所提供，從農田土壤中篩選出。供試甜玉米（Zea maysvar.rugoseBonaf.）的品種為‘廣良甜27 號'，由廣東省良種引進服務公司提供。基質的配方為V蛭石∶V草炭∶V河砂= 4∶1∶1。

1.2 試驗設計盆栽試驗于2021 年12 月6 日到2022 年2 月23 日在海南大學儋州校區(19°52'11″N，109°58′11″E)進行。每盆裝3 kg 滅菌后的基質，花盆的規格為：頂部直徑20.9 cm、底部直徑18 cm、深14 cm。采用完全隨機設計，設置6 個菌種處理，分別為Fm、Gm、As、Ct、De 和Ri，每處理接種20 g 的菌沙（孢子數34.0 個·g-1），3 次重復，每盆種植1 株甜玉米，共18 盆。播種甜玉米后30 d 內，甜玉米植株處于幼苗期時，每周澆1 次50%的Hoagland's 營養液，成苗后，每周澆1 次100% Hoagland's 營養液。根據天氣情況調整澆水量。

1.3 甜 玉米生長指標和生理指標測定播 種11 周后，用卷尺測量植株株高，用直尺測量根長，用游標卡尺測量莖粗（地上部5 cm 位置）；以及測量地上部鮮質量，然后將地上部甜玉米植株于105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重測定其地上部生物量。樣品稱重后粉碎，用于測定甜玉米地上部的全磷和全氮含量，采用硫酸消煮-水楊酸鈉法測定全氮，硫酸消煮-鉬銻抗法測定全磷，全氮和全磷的測定均采用全自動間斷化學分析儀（DeChem-Tech, Hamburg, Germany）。

1.4 數 據分 析相關 計 算采 用Microsoft Excel 2016 進行數據處理，通過DPS 9.01 統計軟件進行數據統計和方差分析，不同處理間差異顯著性采用LSD 法進行多重比較，利用Origin pro 2021 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 接種不同AMF 對甜玉米地上部生物量的影響由圖1 可知，接種不同AMF 菌種對甜玉米莖粗、株高、地上部鮮質量和生物量有極顯著影響（P＜0.001）。接種As、De 和Ct 處理的莖粗顯著高于接種Fm、Gm 和Ri 處理，接種As、De 和Ct 處理間無顯著差異；其中，接種As 處理的莖粗較高，較接種Fm、Gm 和Ri 處理分別顯著提高了23.6%、28.6%和40.8%；接種Fm 處理的莖粗較接種Ri 處理分別顯著提高了14.0%（圖1-A）。接種De 處理的株高最高，較接種Fm、Gm、As、Ct 和Ri 處理分別顯著提高了117.5%、298.1%、170.5%、106.9%和157.3%；接種Fm、As、Ct 和Ri 處理的株高較接種Gm 處理分別顯著提高了83.0%、47.2%、92.5%和54.7%（圖1-B）。接種De 處理的甜玉米植株地上部鮮質量最高，較接種Fm、Gm、As、Ct 和Ri 處理分別顯著高了107.2%、1 066.7%、156.5%、139.2%和358.0%（圖1-C）。接種De 處理的甜玉米地上部生物量最高，較接種Fm、Gm、As、Ct 和Ri 處理分別顯著高了134.8%、2 151.8%、129.7%、235.4%和473.2%；接種Fm 和As 處理顯著高于接種Gm 和Ri 處理的甜玉米地上部生物量（圖1-D）。可見，從甜玉米生長量情況來看，與其他菌種相比，接種De 菌種的甜玉米地上部生物量表現較好。

圖1 接種不同AMF 對甜玉米生長和地上部生長量的影響

2.2 接種不同AMF 對甜玉米根長的影響由圖2可知，接種De 菌種的甜玉米根長顯著高于其他菌種，與Fm、Gm、As、Ct 和Ri 相比，接種De 菌種的甜玉米根長分別顯著增加了134.6%、197.6%、144.0%、229.7%和134.6%。

圖2 接種不同AMF 對甜玉米根長的影響

2.3 接種不同AMF 對甜玉米地上部氮、磷養分吸收的影響從圖3 可知，接種不同AMF 菌種對甜玉米地上部氮磷養分吸收有極顯著影響（P＜0.01）。在不同AMF 接種處理下，接種De 處理的甜玉米地上部氮積累量最高，較接種Gm 和Ri 處理分別顯著高了999.9%和202.4%，與接種Fm、As 和Ct 處理無顯著差異（圖3-A）。接種De 處理的甜玉米地上部磷積累量最高，較接種Fm、Gm、As、Ct 和Ri 處理分別顯著高了164.3%、1 700.7%、93.1%、111.9%和548.0%（圖3-B）。

圖3 接種不同AMF 對甜玉米地上部氮、磷養分吸收的影響

2.4 甜玉米植株指標的相關性分析為了探索甜玉米大田試驗中各項指標間的潛在關系，采用Person 分析方法進行相關性分析。從圖4 可知，甜玉米株高與根長、地上部鮮質量、地上部生物量及氮磷積累量呈顯著或極顯著正相關。莖粗與甜玉米地上部鮮質量、地上部生物量及氮磷積累量呈顯著或極顯著正相關。甜玉米根長與地上部鮮質量、地上部生物量及磷積累量呈極顯著正相關。甜玉米地上部鮮質量與地上部生物量及氮磷積累量間呈極顯著正相關。

圖4 甜玉米植株指標的相關性分析圖

2.5 接種不同AMF 下甜玉米幼苗生長的綜合評價進行主成分分析后，第一主成分占比82.01%，第二主成分占比13.65%，前2 個主成分占比95.66%，大于90%。因此，選取前2 個主成分構建2 維PCA 圖。第一主成分主要反映甜玉米莖粗、地上部氮磷積累量、地上部生物量、地上部鮮質量、株高及根長，這說明第一主成分基本反映了甜玉米生長和地上部氮磷積累量的情況；第二主成分主要反映甜玉米莖粗和地上部氮積累量（圖5-A）。

圖5 接種不同AMF 對甜玉米幼苗生長的主成分分析

De 菌種和As 菌種在PC 1 上為正值，表明這2 個處理在第一主成分上各種指標均有較好的表現；As 菌種和Ct 菌種在PC 2 上為正值，表明這2 個處理在第二主成分上各項指標也均有較好的表現（圖5-B）。綜上，De 菌種和As 菌種均位于第一主成分的正值上，De 菌種在第一主成分的正值遠大于As 菌種且第一主成分占比遠大于第二主成分，說明De 菌種綜合表現最好，甜玉米接種De 菌種更有利于甜玉米的生長和地上部氮磷養分積累，其次是接種As 菌種。

3 討 論

氮磷元素是植物生長發育必需的大量營養元素之一，是構成植物體內重要化合物的重要組成成分[24]。有研究認為，AMF 與宿主植物形成共生體，能夠促進宿主植物根系對營養元素的吸收[25-26]，從而改善宿主植物的生長。本研究表明，接種De 處理的甜玉米地上部磷積累量最高，較接種Fm、Gm、As、Ct 和Ri 處理分別顯著高了164.3%、1 700.7%、93.1%、111.9%和548.0%。這可能是由于De 菌種與甜玉米宿主植物形成共生體，從而擴大了甜玉米根系有效吸收磷養分空間的作用，增加了甜玉米對磷養分的吸收面積，進而促進甜玉米對磷養分的吸收，使甜玉米地上部磷積累量能達到較高水平。本研究表明，接種De 處理的甜玉米地上部氮積累量最高，較接種Gm 和Ri 處理分別顯著高了999.9%和202.4%，與接種Fm、As 和Ct 處理無顯著差異。可見，De、Fm、As 和Ct 菌種接種甜玉米，甜玉米地上部氮積累量能達到較高水平。綜上，接種De 菌種，甜玉米地上部氮磷營養達到較高水平，可能是因為AMF 侵染甜玉米根系，從而擴大甜玉米根系對氮磷養分的吸收面積，起到較好的吸收作用，促進了甜玉米植株對氮磷的吸收，進而改善植株氮磷營養狀況。

生育期內生物量的積累量是作物產量形成的關鍵[27]。有研究表明，接種AMF 能顯著提高植物的生物量[23,28]。AMF 能通過提高宿主植物根系對氮磷養分的吸收，進而提高植株的生物量[29]。本研究發現，接種De 處理的甜玉米株高、根長、鮮質量和地上部生物量最高，并顯著高于其他接種處理。與前人研究結果類同[30]，但前人研究結果只是說明了接種AMF 能夠促進玉米的生長，提高玉米植株地上部生物量，而對株高、根長及地上部鮮質量沒有進行深入的研究。可見甜玉米接種De 菌種，甜玉米能達到較高水平的地上部生物量。甜玉米株高與根長、鮮質量、地上部生物量及氮磷積累量呈顯著或極顯著正相關。甜玉米根長與鮮質量、地上部生物量及磷積累量呈極顯著正相關。甜玉米鮮質量與地上部生物量及氮磷積累量間呈極顯著正相關。這說明甜玉米植株地上部氮磷營養的改善可能是AMF 侵染促進甜玉米植株生長的主要機制之一。本研究主成分分析結果表明，甜玉米接種De 菌種綜合得分最高，說明甜玉米接種De 菌種更利于甜玉米生長和地上部氮磷養分積累。

綜上所述，接種不同AMF 對甜玉米根系的菌根侵染率和生長的影響存在一定的差異。其中，接種De 菌種，甜玉米根長、株高、鮮質量、地上部生物量及磷積累量顯著高于其他菌種，且甜玉米莖粗和地上部氮積累量也達到較高的水平。因此推薦甜玉米接種De 菌種，以促進甜玉米生長和氮磷養分積累。