外源鈣與叢枝菌根真菌協同對連作花生產量和品質的影響

衣婷婷 唐朝輝 王建國 張佳蕾 郭峰 崔利 萬書波

關鍵詞：外源鈣；叢枝菌根真菌；連作花生；產量；品質

花生是我國主要的油料作物和經濟作物，在保障我國食用油安全、提高國民身體素質等方面具有舉足輕重的作用。近年來，花生需求量增加，然而種植面積有限，很多花生主產區為追求經濟利益常常大規模連續種植花生數年，連作現象十分嚴重，嚴重影響花生植株的生長發育，導致產量和品質下降。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是陸地生態系統中分布最廣的一類共生真菌，能夠與約80%的陸生植物形成互惠共生體。AMF與根系形成的菌根共生體通過吸收和轉運土壤中的礦物營養物質為寄主植物提供養分。目前，AMF在農業生產上的應用已被廣泛報道，AMF通過根外菌絲吸收氮、磷、鉀、鈣等礦物質營養，并將其轉移到植物根系內部，顯著增加作物營養元素含量。近年來，大量研究結果表明，AMF能有效促進逆境環境中宿主植物的碳同化產物積累，并最終促進植株生長。另外，AMF能夠增加寄主植物產量，提高果實品質，緩解連作障礙對植株產生的影響等。有研究表明，AMF能夠改善連作花生土壤的理化性質，從而促進花生生長和產量增加。

另外，鈣是影響花生莢果發育的重要營養元素，鈣素對于花生莢果形成和產量具有重要作用。花生是需鈣較多的作物，每形成100kg莢果需要吸收的鈣高達2.0～2.5kg。長期連作花生的土壤容易酸化，從而缺乏植物能夠吸收的有效性鈣，導致花生莢果發育受阻，造成花生產量和質量下降。缺鈣會造成花生莢果小、仁秕、空殼、果實腐爛等，甚至出現“黑胚芽”等現象，嚴重影響產量和品質。鈣離子作為植物體內第二信使廣泛參與植物響應的各種生物和非生物脅迫的信號轉導。目前，關于外源鈣對花生生長發育的研究主要集中在以下幾個方面：外源鈣通過緩解光合系統中PSⅡ光抑制來提高花生對高溫強光脅迫的抗性：提高花生植株體內保護酶活性，增加花生產量和品質：通過對細胞膜的保護來提高花生對干旱和鹽脅迫的抗性等。但是，AMF與鈣元素協同作用對連作花生整個生長過程中生理指標及產量和品質的影響還未見報道。

本試驗前期相關研究證明，20mmol/L外源鈣離子協同AMF能夠促進連作花生苗期的生長。摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）是AMF的一種。為了研究二者協同作用對連作花生整個生育期生理指標及產量和品質的影響，本研究進一步開展試驗，分析摩西斗管囊霉協同外源鈣對連作花生植株生長指標、干物質積累、礦物質元素吸收及產量和品質的影響，以期找到解決或緩解花生連作障礙的方法，為促進連作花生生長發育和提高其產量品質提供實踐和理論依據。

1材料與方法

1.1試驗概況

取花生連作5年的0～20cm耕層土壤，經鈷60輻照滅菌后室溫放置5d備用。采用盆栽試驗，盆口直徑39cm，高30cm，每盆裝土18kg。花生品種為花育22，種子經消毒后放入黑暗培養箱，待根長至3～5cm時移人裝有滅菌土的盆中。采用穴播，每盆3穴，每穴兩粒。出苗后每穴保留1株，每盆保留長勢一致的健康苗3株。每處理12盆，重復3次。為減少外界環境影響，盆栽試驗在山東省農業科學院飲馬泉試驗基地旱棚內進行。

1.2試驗設計

叢枝菌根真菌來自北京農林科學院植物營養與資源研究所，編號為BGCHU02，種名摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）。共設4個處理，分別為：對照組（既不加菌也不加鈣，CK）、加菌組（只加菌不加鈣，AMF）、加鈣組[只加20mmol/LCa（N03）2-4H20，Ca20]、加菌加鈣組[加菌和20mmol/LCa（ N03）2. 4H20，AMF+Ca20]。摩西斗管囊霉按每穴400個孢子（10g含有摩西斗管囊霉孢子及菌絲的沙土）在播種時撒人種子周圍的土壤中。分別于花生苗期（播種后35d）、花針期（播種后50d）和莢果膨大期（播種后75d）施人外源鈣。每盆澆灌1L濃度為20mmol/L的Ca（N03）2·4H20溶液。為平衡硝酸根離子對花生植株生長的影響，未添加Ca（N03）2處理添加20mmol/L的NH4·NO2。

1.3測定項目及方法

1.3.1植株性狀每個處理分別于花針期、結莢期和成熟期選取12株花生植株取樣，室內考察主莖高、側枝長、分枝數。同時，將各個時期花生植株的根、莖、葉分離，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重，計算各個時期花生不同器官的干物質量。

1.3.2植株養分將花針期和成熟期的花生根系和葉片干樣分別粉碎，采用凱氏定氮法測定全氮含量．采用酸溶一鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用氫氧化鈉熔融一火焰分光光度計法測定全鉀含量，采用原子吸收分光光度計法測定全鈣含量。

1.3.3單株產量構成成熟期各處理分別選取20盆（60株），考察單株莢果數、飽果數、莢果重、飽果重。

1.3.4莢果品質利用多功能谷物近紅外分析儀（DA7250 Perten，Hagersten，Sweden）對各處理花生籽仁的蛋白質、脂肪酸、總氨基酸、油酸、亞油酸進行測定，計算油酸和亞油酸比值（O/L）。

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel對試驗數據進行整理和繪圖，采用DPS軟件進行統計分析及顯著性差異分析（P<0.05）。

2結果與分析

2.1外源鈣與AMF協同對連作花生植株性狀的影響

由表1可以看出，與對照相比，鈣與AMF相關處理對連作花生花針期和結莢期的主莖高都無顯著影響；成熟期，AMF、Ca20和AMF+Ca20處理的主莖高均顯著增加。鈣與AMF相關處理對側枝長的影響與主莖高相同，不同處理成熟期的側枝長均顯著高于對照。對于分枝數而言，AMF+Ca20處理花針期和成熟期的分枝數顯著高于對照，分別增加6.1%、10.6%；而不同時期AMF和Ca20處理的分枝數與對照均無顯著差異。

2.3外源鈣與AMF協同對連作花生養分吸收的影響

由圖1A可知，與對照相比，AMF處理顯著提高連作花生花針期和成熟期的根系全氮含量，分別增加17.0%、10.7%；AMF+Ca20處理僅顯著提高成熟期花生根系全氮含量，提高了43.4%。由圖1B可知，與對照相比．AMF+Ca20處理顯著提高花針期花生葉片全氮含量；AMF、Ca20、AMF+Ca20處理均顯著提高成熟期花生葉片全氮含量，分別提高13.4%、5.9%、9.5%。

由圖IC、D可知，與對照相比，AMF+Ca20處理顯著提高成熟期花生根系和葉片全磷含量，分別提高65.7%、25.4%；顯著提高花針期花生根系全磷含量，提高31.0%。AMF處理顯著提高花針期花生根系和葉片全磷含量，分別提高9.8%、23.1%；顯著提高成熟期葉片全磷含量，提高19.2%。綜上，AMF+Ca20處理顯著提高連作花生根系和葉片全磷含量。

由圖1E、F可知，與對照相比，Ca20、AMF+Ca20處理顯著提高花針期和成熟期花生根系和葉片全鉀含量．Ca20處理花針期、成熟期的根系、葉片全鉀含量分別較對照提高38.5%、19.4%和79.7%、38.9%，AMF+Ca20分別提高50.4%、31.7%和112.2%、58.3%；AMF處理顯著提高成熟期花生葉片、根系和花針期葉片的全鉀含量，分別提高24.3%、51.0%和17.3%。綜上，AMF+Ca20處理能夠顯著提高花針期、成熟期花生根、葉的全鉀含量。

由圖1G、H可知，與對照相比，AMF和Ca20處理顯著提高成熟期花生根系和花針期花生葉片全鈣含量，AMF處理成熟期花生根系、花針期花生葉片的全鈣含量較對照分別顯著提高了31.4%、28.1%，Ca20處理分別顯著提高了30.3%、18.5%，AMF與Ca20處理間無顯著差異：AMF+Ca20處理不同生育時期的根、葉全鈣含量均最高，不同時期根系中的含量顯著高于其他處理，葉片的全鈣含量，花針期顯著高于CK、Ca20處理，成熟期顯著高于CK、AMF處理。說明AMF+Ca20處理能夠顯著促進連作花生吸收鈣的能力。

2.4外源鈣與AMF協同對連作花生產量和品質的影響

從表3中可以看出，不同處理下連作花生莢果產量性狀存在差異。AMF+Ca20處理的莢果數量最高，顯著高于其他處理，較對照提高33.9%；Ca20處理的莢果數量也顯著高于對照，但與AMF處理差異不顯著。飽果率的變化趨勢與莢果數量一致，亦表現為Ca20+AMF處理表現最優，顯著高于其他處理。莢果重和飽果重的變化趨勢一致，AMF+Ca20處理顯著高于其他處理，而AMF、Ca20、CK間無顯著差異。

由表4看出，不同處理下連作花生的籽仁品質存在差異。與對照相比，Ca20、AMF+Ca20處理顯著增加花生籽仁蛋白質、總氨基酸含量，且二者差異顯著，AMF+Ca20較Ca20處理提高8.7%、16.5%：AMF處理的籽仁脂肪酸含量較對照顯著增加7.3%，但油酸和亞油酸含量無顯著變化；AMF+Ca20處理籽仁脂肪酸、油酸含量顯著提高，較對照都提高9.4%，亞油酸含量較對照顯著降低，達12.9%；不同處理的油酸／亞油酸值均顯著高于對照，且AMF+Ca20處理最高，較對照顯著增長25.4%。

3討論與結論

長期連作嚴重影響花生植株的正常生長發育，葉片中抗氧化物酶活性下降，光合作用減弱，從而導致生物量和產量降低。AMF不僅能提高植物對營養元素的吸收，而且能提高寄主植株對逆境脅迫的抗性，增加寄主抵抗病原菌侵染的能力。同時，外源鈣不僅作為營養物質促進植物生長發育，也能作為信號物質提高植物對環境脅迫的抗性。研究發現，AMF協同外源鈣能夠促進連作花生的生長發育和干物質積累，這可能是因為二者協同作用增加了連作花生對礦物質元素的吸收，從而積累更多干物質。

本研究結果表明，AMF協同外源鈣顯著提高連作花生植株對氮素的吸收能力，這與黃志的研究結果一致，15N的標記示蹤試驗發現，AMF菌絲能夠從寄主根系以外幾厘米到十幾厘米的地方吸收NH轉運到寄主體內，增加寄主氮的含量。本研究發現AMF協同外源鈣促進連作花生吸收磷元素，這可能是因為叢枝菌根真菌改變植物根際土壤的酸堿度，活化土壤中的難溶性磷酸鹽，增加了根系吸收的磷酸鹽轉運到植物體內的量，從而提高植物對磷素的吸收與利用能力。另外，本研究結果表明，AMF侵染的連作花生植株體內的鉀離子含量較高，在玉米根系．萵苣葉片、小麥莖稈中都有類似發現。Scheloske等利用X射線評估AMF侵染的寄主根系，發現與未被侵染的根系相比，受AMF侵染的根系中含有較高的鉀離子。另外，AMF協同外源鈣進一步提高植株體內鈣離子的含量。本研究結果得出，AMF協同外源鈣對連作花生干物質積累和營養元素吸收的促進作用更大。這可能是因為，DELLA（叢枝菌根形成的關鍵調控因子）蛋白在叢枝菌根共生體激活的不同信號傳導途徑中起著核心連接作用，并且在菌根共生體形成中起到正調控作用：在叢枝菌根共生體建立過程中，外源鈣離子的應用上調了編碼DELLA蛋白基因的轉錄本，表明鈣離子的應用可能促進叢枝菌根共生體中各種信號的連接，有利于菌根共生體的建立和功能的發揮，從而更好地提高菌根共生體吸收營養元素的能力。因此，適當的外源鈣能提高菌根共生體對植物生長的促進作用。AMF能夠提高蔬菜作物的產量和品質。本研究發現，AMF與外源鈣離子結合（AMF+Ca20）可以更好地提高連作花生的產量和品質，這可能與二者協同引起植物次生代謝物的改變有關。

綜上，AMF與外源鈣協同能夠提高連作花生根、葉礦物質元素含量，促進干物質積累，從而增加連作花生的產量和品質。本研究結果可為緩解花生連作障礙提供實踐參考和理論依據。