球托霉菌促进猕猴桃植株生长和抗病性探究

肖乐天

研究背景

猕猴桃植株栽培过程常因土壤中氮、钾、磷等元素不足，导致植株生长缓慢、产量低、抗病能力弱，易发细菌性溃疡等典型病害。而不合理施用化肥和农药又会带来果品品质下降、抗病性降低、农残超标、土壤板结及环境污染等问题。

微生物肥料是以微生物的生命活动及其代谢产物为核心，使农作物获得特定肥料效应的一类肥料制品。与化肥相比，微生物菌肥应用于农业生产优势明显，如用量少、肥效持久、对人畜安全无毒、不污染环境，还能改善土壤结构和保护土壤微生物多样性等。不同种类作物需要的微生物菌肥种类也不尽相同，具体到猕猴桃栽培，目前还没有相应的专用菌肥产品。

球托霉菌W对土壤中有效氮、磷敏感，本次课题的研究目的就是研究其是否能作为微生物肥料以促进猕猴桃生长。

研究过程

植株生长指标测定：选择120盆间苗移栽后猕猴桃植株，其中60盆用w5孢子悬浮液浇灌其培养基质，使孢子密度达到1500个/cm3，60盆浇灌无菌水作为接种实验的对照。浇灌接种后，每隔1个月随机抽取处理组和对照组各6盆，用常规方法测定植株高度，待处理与对照株高有差异后，测定猕猴桃植株叶片数、茎粗、地上部分和根系鲜重，并使用根系扫描仪扫描测定叶面积、根面积等植株生长指标。

叶片叶绿素含量及其荧光参数的测定：采用叶绿素测定仪对猕猴桃植株完全展开的第2对真叶进行相对叶绿素含量测定。使用叶绿素荧光仪测定猕猴桃植株完全展开的第2对真叶的叶绿素初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大荧光与初始荧光差值（Fv）、PSII原初光能转化效率（Fv/Fm）、PSII潜在活性（Fv/Fo）、非光化学淬灭值（NPQ）及光化学淬灭值（qP）。

猕猴桃叶片光合作用测定：使用光合仪测定猕猴桃叶片光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率。

W5接种后猕猴桃植株细菌性溃疡病抗性测定：用无菌牙签从猕猴桃植株细菌性溃疡病菌株JF8单菌落挑取致病菌少量，戳刺猕猴桃实生苗茎部第1对真叶和第3对真叶之间，深达木质部;用无菌水作对照，接种方法同上。将接种后的猕猴桃植株置于温度20℃光照培养箱中培养。接种后1周，观察其发病情况。

除此之外，还分别对样品进行了糖含量测定、W5生长碳源测定、菌丝侵染率测定、根际土壤有效磷含量测定等。

结果与分析

接种w5对猕猴桃植株生长指标的影响：接种w5菌株60天后，猕猴桃生长株高显著高于对照组。此时对猕猴桃其他各项生理指标进行测定。结果显示，w5处理60天后猕猴桃植株叶片数、茎粗、地上部分和根系鲜重、叶面积、根面积等生理指标均大于对照组猕猴桃。结果表明，接种w5至猕猴桃植株根部能够促进猕猴桃植株的整体生长，特别是根系和叶片的生长。

接种w5对猕猴桃植株光合作用的影响：处理组SPAD值（Soil and plant analyzer development，土壤与作物分析开发，指一种测量浓度的方法。叶绿素含量SPAD，指用SPAD法测量的叶绿素浓度）为22.572±1.148，显著高于对照组的18.988±1.549，表明接种w5可增加植株叶片中叶绿素含量。对猕猴桃叶片叶绿素荧光测定结果显示，对照组和实验组的叶绿素初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大荧光与初始荧光差值（Fv）差异不显著然而，实验组在Psn原初光能转化效率（Fv/Fm）和光化学淬灭值（qP）显著高于对照组，说明w5处理后提高了叶片叶绿素原初光能转化效率。叶片的光合作用效率测定结果显示，处理组猕猴桃叶片的胞间CO2浓度和蒸腾速率均显著高于对照组，说明接种w5促进了叶片的光合作用。

接种后猕猴桃植株对细菌性溃疡病抗性测定结果：接种致病菌后10天开始观察到叶片病斑，接种后15天，病斑显著。接种1个月后测量茎上病斑面积，结果显示，处理组溃疡病病斑面积显著小于对照组，说明其溃疡病抗性高于对照组。

w5生长碳源：与葡萄糖和果糖相比，以蔗糖为碳源时，w5在液态培养条件下菌丝体增长最快，为最适碳源。w5菌株对不同碳源的利用效率为蔗糖>葡萄糖>果糖。

接种w5对猕猴桃植株糖含量影响：处理组叶片与对照组相比，果糖差异不显著，但是葡萄糖和蔗糖含量均显著增高。因处理组光合作用显著高于对照组，而植物在叶片合成蔗糖后，大量的蔗糖会通过筛管的运输运送到根系区域储存，因此，处理组根部区域蔗糖含量显著高于对照组蔗糖含量。

菌丝侵染率：w5处理后的猕猴桃植株根细胞及其间隙中存在有丰富的侵入菌丝及少量泡囊。结果表明，w5可通过与植株根系直接相互作用，促进植株生长。

土壤有效磷含量：使用钼锑抗比色法测得对照组猕猴桃根际土壤有效磷含量为7.576±0.331mg/kg，处理组为5.656±0.337mg/kg，處理组显著低于对照组，说明接种w5促进了猕猴桃植株对土壤磷的吸收。

讨论与展望

本项目以w5菌株为对象，探讨了其对猕猴桃植株生长的促进作用和机制。结果显示，接种w5菌株60天后猕猴桃植株在株高、叶面积、植株鲜重、地上及地下部分重量等方面均显著高于对照组（P<0.05），说明w5可以显著促进猕猴桃植株生长，并增强对溃疡病的抗性。

显微观察结果显示，w5可入侵猕猴桃植株根系组织，与植物形成共生关系。文献报道，对于菌根真菌，当其与植物形成共生后，会诱导植物增强光合作用，更多的光合作用产物也会从叶片部位流向根系。我们检测了接种w5的猕猴桃植株的光合作用效率，结果显示，其叶片的叶绿素含量提高、叶绿素原初光能转化效率增加、光合作用增强。相应地，我们发现叶片中葡萄糖、蔗糖含量显著提高，根部蔗糖含量也显著增加。这都表明，与绝大多数菌根真菌类似，w5入侵猕猴桃根系组织后，可诱导植株光合作用增强及光合产物的重新分配。然而，菌根真菌（如丛枝菌根菌）因缺乏蔗糖转化酶而无法直接利用蔗糖，只能通过植物自身将蔗糖水解为葡萄糖和果糖，然后利用单糖。与之不同的是，蔗糖是w5的最适碳源，其在蔗糖中的生长显著优于葡萄糖和果糖。因此我们推测，当w5入侵猕猴桃根系后，大量利用根部组织中蔗糖进行繁殖和生长，导致植株组织中蔗糖重新分布和积累，进而诱导了叶片增强光合作用。

一般情况下，真菌与植物互惠共生关系中，微生物依赖于宿主植物提供碳源生长和繁殖，作为回馈，微生物则通过分解土壤中的难溶矿物和元素，将其转化为易溶性物质，促进植物对矿物质的吸收，促进植物生长。本研究以土壤中的磷元素为例进行了测定，实验表明，处理组土壤中磷元素相较于对照组明显减少，证明接种w5促进了植株对土壤磷元素的吸收和利用。另外，作为非致病菌，w5菌株在定植于根系细胞从植物获取能源物质的同时，可能通过菌丝的扩散增大与土壤接触面积，从而促进植物对土壤中氮、磷、钾等矿物质的吸收，增加植株营养，促进植株生长，增强植株抗病性。后续，我们将测定接种w5前后猕猴桃根际土壤的其他矿物质的含量变化，对不同的矿物质进行同位素标记示踪，进一步验证此假说。

本项目初步探讨了球托霉菌w5对“红阳”猕猴桃植株生长的影响及其作用机制，为猕猴桃真菌菌肥研发提供了实验依据。关于球托霉菌促进猕猴桃植株生长和抗病害的精细机制有待进一步研究。