丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗生长及生理特性的影响

王栋高军艾琪闫锋吴亮张雷

（1新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

（2塔里木大学动物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

新疆南疆的大部分地区草地资源缺乏、退化，随着本地区经济水平的不断发展，畜产品需求量也逐年提高，致使草畜矛盾日益突出。要解决南疆缺草这一制约南疆畜牧业健康发展的重要问题，就必须选择高产、优质、稳产的牧草。紫花苜蓿（Medicago sativaL.）有“牧草之王”之称，具有产量高、品质好、适应性强，经济效益好等诸多优点[1-3]，其特点正能满足南疆地区对牧草的要求。在紫花苜蓿等牧草生产中，施肥是获得高产、优质牧草的一个重要栽培措施。但化肥的过量施用或使用不当，不仅使肥料的利用率降低，甚至影响植物生长，还可能导致土壤生产力降低、出现土壤污染等问题[4]。而应用微生物肥料是克服与解决这些问题的一把钥匙，它在土壤肥力的提高与保持、营养元素的转化、肥料利用效率的提升，植物生长的促进[5]、土壤的净化，土壤生态平衡的维持等方面具有重要作用，合理地使用微生物肥料既可以弥补化肥的不足，又能减少化肥可能带来的土壤肥力下降和污染等问题[6]。

丛枝菌根真菌可作为一种无公害的微生物肥料，接种丛枝菌根真菌后对植物的有益作用与影响已在许多研究中得以证实和发现，丛枝菌根真菌能与90%以上的植物形成丛枝菌根，通过根外菌丝扩大根系的吸收面积，能有效地促进共生植物对水分和养分的吸收，从而促进植物生长、提高植物产量、品质、抗逆性[7-8]。其中，亦不乏大量有关接种丛枝菌根真菌对紫花苜蓿影响方面的研究。这些研究发现接种丛枝菌根真菌后有利于提高紫花苜蓿的植物量与生产性能[9-13]，促进紫花苜蓿对土壤养分元素的吸收，在影响一些生理指标的同时提高其宿主植物紫花苜蓿品质及某些方面的抗性[14-17]。然而，不同类型的丛枝菌根真菌在接种紫花苜蓿后都能否在多方面展示积极影响并不明确，影响不同类型的丛枝菌根真菌发挥作用的机制也不清晰。本研究在参考前人研究工作基础上，旨在通过对紫花苜蓿接种4类丛枝菌根真菌，摸索研究并验证不同类型丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗生长与养分吸收的作用及生理特性的影响，同时筛选出有利于紫花苜蓿生长的丛枝菌根真菌类型，为本地区开展丛枝菌根真菌微肥开发研制提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试基质：将草炭与珍珠岩按体积比（1/1，v/v）混合均匀后经2次灭菌（121℃高压灭菌3小时）。

试验容器：订制培养容器规格为125×85×300（口径×底径×高mm），使用前用84消毒液浸泡2次，每次浸泡1小时后再清洗两次。

供试植物：紫花苜蓿种子采集于阿克陶县奥依塔克镇（E:75°34′10.7″，N:39°04′08.8″，H:1639 m）。

供试菌种：试验中所采用菌种为包括真菌菌丝、孢子和培养基质在内的全培养物，购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所“丛枝菌根真菌种质资源库（BGC）”，共计2种摩西斗管囊霉（Glomus mosseae）和2种幼套近明球囊霉（Glomus etunicatum），其在国家自然科技共享平台中的资源编号分别为：1511C0001BGCAM0060、1511C0001BGCAM0003、1511C0001BGCAM0027、1511C0001BGCAM0017，分别记作：G.m1、G.m2、G.e1、G.e2。

1.2 试验方法

试验采用完全随机设计，设置8个处理，（1）接种G.m1处理；（2）接种G.m1处理的对照；（3）接种G.m2处理；（4）接种G.m2处理的对照；（5）接种G.e1处理；（6）接种G.e1处理的对照；（7）接种G.e2处理；（8）接种G.e2处理的对照；每个处理重复10次。播种前将紫花苜蓿种子用75%酒精浸泡并振荡2 min进行表面消毒，无菌水漂洗干净后至于光照培养箱中催芽，种子露白后即可。接种丛枝菌根真菌处理的方法是将5 g菌种均匀撒施在种子下约2 cm处并覆土；不接种对照加入相同重量的灭菌菌剂。每只培养容器播种3粒，出苗一周后，间苗并保留1株长势较好的幼苗于培养容器中，合计320只培养容器（4只培养容器/重复）。在生长期间适量浇水，生长30 d后，分别测定株高、茎粗后，收获紫花苜蓿叶、茎等地上部分与根系等地下部分，并清洗根系。分光光度法测定叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量，TTC法测定根系活力，考马斯亮染色法测定可溶性蛋白质含量。然后取根样测定菌根侵染率（根段侵染率加权法）[18]，同时将相关样品剩余部分置于烘箱内105℃杀青15 min，再置于65°C恒温烘干，最后粉碎相关样品后测定其全N（H2SO4-H2O2消煮、奈氏比色法）、全P（H2SO4-H2O2消煮、钒钼黄比色法）和全K（H2SO4-H2O2消煮、火焰光度计法）、微量元素（硝酸-高氯酸消解法、等离子体发射光谱法测定 Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn）。注：菌根效应（%）=（接种处理-不接种处理）×100/不接种处理[19]。

1.3 统计分析

数据采用Excel 2010进行统计后，用SAS9.1进行方差分析，并采用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗生长的影响

如表1所示，4类不同丛枝菌根真菌接种后对紫花苜蓿幼苗生长有不同的影响。其中，与其对照相比，G.m2显著地促进了苜蓿幼苗生长，表现为其地上部分、地下部分与株高均分别显著增加了21.41%、7.47%和24.33%（P＜0.05）；而G.e1较其对照也在地上部分植物量、株高上显著地增加了22.87%和22.96%，而其地下部分植物量却明显减少了6.60%（P＜0.05）；G.e2在地上部分植物量与株高上均与其对照无显著差异，而地下部分的植物量却较其对照提高了8.08%（P＜0.05）；G.m1在地下部分植物量与株高两方面与其对照无显著差异，但在地上部分植物量上却较其对照显著减少了16.92%，地上部分生长明显弱于其对照（P＜0.05）。接种丛枝菌根真菌后并未对苜蓿幼苗的茎粗产生显著影响。4类丛枝菌根真菌对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种摩西斗管囊霉显著高于2种幼套近明球囊霉（P＜0.05），但同属间的2种丛枝菌根真菌在侵染率上未表现出明显差异。

表1 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗生长的影响

2.2 丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗养分吸收的影响

如表2所示，接种丛枝菌根真菌后并未对紫花苜蓿幼苗地上部分的全N、全P、全K含量产生显著影响（P＜0.05）。

表2 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗地上部分N、P、K含量的影响（%）

如表3所示，除接种G.e1后紫花苜蓿根系中全N含量下降之外，其他三类菌剂均能不同程度提高紫花苜蓿根系对N和P的吸收，但未能显著提高对K的吸收；其中G.m2、G.e2的作用显著，G.m2的作用最为明显，接种该菌种后可使得紫花苜蓿根系中全N、全P含量分别提高了11.63%和29.75%（P＜0.05）。

表3 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗地下部分N、P、K含量的影响（%）

表4 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影响

如表4所示，在接种丛枝菌根真菌后对紫花苜蓿幼苗地上部分微量元素含量的影响上：接种G.m2、G.e1、G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Ca含量均显著高于对照（P＜0.05），而接种G.m1显著低于对照；接种G.e2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量显著高于对照，接种G.m1、G.m2的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量与对照无差异，而接种G.e1的紫花苜蓿幼苗地上部分Cu含量明显低于对照（P＜0.05）；各接种处理较对照均不能显著提高紫花苜蓿幼苗地上部分Mg、Fe、Mn、Zn的含量，即不能显著提高对Mg、Mn和Zn的吸收（P＜0.05）。

2.3 丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗根系活力与叶片叶绿素含量的影响

如表5所示，接种G.m2、G.e1、G.e2后紫花苜蓿幼苗的根系活力较对照显著提高，且G.m2＞G.e1＞G.e2，而接种G.m1后紫花苜蓿幼苗的根系活力却低于对照（P＜0.05）；接种G.m2、G.e1紫花苜蓿幼苗的叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量均显著高于对照（P＜0.05），接种G.m1、G.e2紫花苜蓿幼苗的叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量与对照均无差异；其中接种G.m2或接种G.e1较对照均能显著地提高了紫花苜蓿幼苗根系活力，明显增加了叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量，其中接种G.m2的效果最好，较对照在紫花苜蓿幼苗根系活力，紫花苜蓿幼苗叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量上，均分别明显提高了7.13%、37.11%、52.27%和41.84%（P＜0.05）。

表5 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗根系活力与叶绿素含量的影响

2.4 丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗可溶性蛋白质含量的影响

如图1所示，接种4类丛枝菌根真菌后，紫花苜蓿幼苗叶片与根系中的可溶性蛋白质含量与对照均无显著差异，且各接种处理之间紫花苜蓿幼苗叶片与根系中的可溶性蛋白质含量亦无差异，这说明接种丛枝菌根真菌后未对其叶片与根系中的可溶性蛋白质含量产生明显影响。

图1 接种4类丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗叶片和根系可溶性蛋白质含量的影响

3 讨论

不同种类的丛枝菌根真菌对紫花苜蓿生长的影响不尽相同，同时其侵染率也不同。有研究表明不同种类的丛枝菌根真菌对同一紫花苜蓿宿主的促进作用不一致[20]，本研究发现了具有开发为紫花苜蓿菌根菌剂潜力的丛枝菌根真菌类型G.m2，同时也排除掉一些接种后对紫花苜蓿影响较差或不明显的丛枝菌根真菌种类。在研究过程中发现接种G.m2对紫花苜蓿的促生作用较好，对紫花苜蓿幼苗有促进生长的作用，这或许与其侵染率最高、或因其原寄主为同为豆科的沙打旺有一定关系。另外，接种丛枝菌根真菌到紫花苜蓿后，亦有可能出现负面或抑制作用的情况发生，如本研究中的丛枝菌根真菌G.m1对紫花苜蓿幼苗生长的影响就是如此。

接种某些种类的丛枝菌根真菌有助于提高紫花苜蓿根系活力[21]，进而有益于养分吸收，促进紫花苜蓿对营养元素和离子的吸收利用[22]。有研究结果表明[23-24]接种丛枝菌根真菌可促进对P的吸收，但对紫花苜蓿植株不同部位的影响不同。同样，也有研究结果显示接种丛枝菌根真菌后促进紫花苜蓿生长和N吸收[25]。另有研究[26]发现接种丛枝菌根真菌后地下部分Zn含量会增加，而地上部Zn的含量会减小，并认为这样可以减弱Zn由根部向地上部分的运移，从而减轻了对紫花苜蓿地上部产生毒害。本研究结果表明接种G.m2可以明显提高根系对于N、P这两种大量元素吸收，并提高地上部分Ca元素的含量；同时还能明显提高紫花苜蓿幼苗的根系活力，明显增加叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量及叶绿素总量。而提高叶绿素含量或许会提高紫花苜蓿幼苗的光合作用，从而进一步促进幼苗的生长。这一结论与林子然等[15，27-28]的研究结论一致，即接种丛枝菌根真菌可对紫花苜蓿的生长及相关的生理指标起到改善或促进的作用。本研究中发现接种G.m1、G.e1并未明显提高地下部分植物量，而接种G.m2、G.e2却均显著提高了地下部分植物量，这或许与接种G.m1、G.e1实际并未影响到紫花苜蓿幼苗地下部分的氮、磷含量，而接种G.m2、G.e2均能明显提高紫花苜蓿幼苗地下部分氮、磷的含量相关。

由此推断认为：对紫花苜蓿有促生作用的丛枝菌根真菌或许因提高紫花苜蓿根系活力，进而提高其地下部分的氮、磷吸收量，从而增加地下部分植物量，再进一步通过氮、磷等营养元素的利用与再分配提高地上部分植物量与株高，所以丛枝菌根真菌对紫花苜蓿幼苗生长的作用或许主要通过影响其根系养分吸收得以实现。因此，今后应更深入开展丛枝菌根真菌对紫花苜蓿根系及地下部分营养利用与转化方面的研究。

4 结论

不同类型的丛枝菌根真菌接种后对紫花苜蓿幼苗的影响作用不同，只有G.m2对紫花苜蓿幼苗表现出良好的促进作用。接种G.m2后，紫花苜蓿幼苗在根系活力，叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量及叶绿素总量上，明显比对照提高了7.13%、37.11%、52.27%、41.84%（P＜0.05）。G.m2通过提高根系活力与叶绿素含量等生理指标，进而一定程度改善地下部分营养元素的吸收利用与提高地上部分的光合作用，从而在研究结果中展现出:相比对照，接种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，明显增加21.41%、7.47%、24.33%、11.63%、29.75%，且明显提高了地上部分Ca的含量（P＜0.05）等积极影响。