孫 超 賀超興 于賢昌 張志斌 李衍素 閆 妍

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

蘆筍（Asparagus officinalisL.）別名石刁柏，為百合科天門冬屬多年生宿根草本植物。因富含皂甙、蘆丁、氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有防癌、抗癌、降血壓、降血脂、預(yù)防心血管疾病等功效，蘆筍有“蔬菜之王”的美譽(yù)，為“世界十大名菜”之一。目前，我國(guó)已成為世界第一蘆筍生產(chǎn)大國(guó)（乜蘭春 等，2006）。蘆筍是我國(guó)最大的單一加工蔬菜貿(mào)易品種，約占世界蘆筍貿(mào)易的50%（陳光宇，2010）。蘆筍在我國(guó)各省區(qū)均可種植，苗期較長(zhǎng)，培育壯苗對(duì)于實(shí)現(xiàn)蘆筍的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培具有重要意義。

叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）是一類可通過(guò)與植物根系共生形成菌根而具有改善作物營(yíng)養(yǎng)，提高作物抗病性、抗逆性等作用的土壤微生物（Gosling et al.，2006）。摩西球囊霉（Glomus mosseae，GM）屬球囊霉屬叢枝菌根真菌，是一類對(duì)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣的叢枝菌根真菌。已有研究表明，對(duì)蘆筍接種AMF 可增加產(chǎn)筍量、提高蘆筍嫩莖中人體必需氨基酸的含量（林先貴 等，1994），增強(qiáng)蘆筍幼苗抗溫度脅迫的能力和對(duì)鐮刀菌根腐病、紫紋羽病等土傳病害的抗性（Matsubara et al.，2000a，2000b，2001）。前人在番茄（賀超興 等，2006）、辣椒（王林闖 等，2010；Ortasa et al.，2011）、甜瓜（王銳竹 等，2010）、黃瓜（任志雨 等，2008）等園藝植物上的AMF 菌種篩選試驗(yàn)結(jié)果表明，相同條件下GM 對(duì)植物生長(zhǎng)和礦質(zhì)元素吸收促進(jìn)作用最大，為最適接種菌種。接種GM 可以促進(jìn)蘆筍幼苗的生長(zhǎng)（林先貴 等，1992；Matsubara et al.，2000b），其原因在于GM 對(duì)蘆筍幼苗根系的侵染促進(jìn)了植株對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，而接種GM 對(duì)蘆筍幼苗菌根侵染變化和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收變化的研究尚不多見(jiàn)。

本試驗(yàn)通過(guò)在播種時(shí)對(duì)蘆筍種子進(jìn)行GM 接種處理，旨在比較GM1、GM2 兩種摩西球囊霉菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)的效應(yīng)差異，明確菌根侵染隨時(shí)間的變化規(guī)律和蘆筍幼苗地上部、地下部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的變化，為蘆筍GM 菌根苗的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蘆筍品種為澤西奈特，購(gòu)自北京市農(nóng)林科學(xué)院。兩種供試菌種均為摩西球囊霉，菌劑是經(jīng)三葉草擴(kuò)繁的由宿主植物根段、真菌菌絲、孢子、沙土組成的復(fù)合物，命名為GM1、GM2。GM1 產(chǎn)自澳大利亞，由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)菌根生物技術(shù)研究所提供，孢子含量為3.8 個(gè)·g-1；GM2產(chǎn)自匈牙利，由匈牙利科學(xué)院土壤科學(xué)與農(nóng)業(yè)化學(xué)研究所提供，孢子含量為11.5 個(gè)·g-1。供試基質(zhì)為草炭、蛭石、雞糞的混合物，將三者按體積比8∶4∶1 混合均勻，使用前間歇滅菌，即連續(xù)2 d 160 ℃烘干2 h 后放涼備用。營(yíng)養(yǎng)缽規(guī)格為底部直徑8 cm，上口直徑13 cm，高13 cm，使用前用75%酒精擦拭滅菌。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011年3～5月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所試驗(yàn)溫室進(jìn)行，設(shè)GM1、GM2 兩個(gè)處理，一個(gè)不接種對(duì)照（CK），每個(gè)處理20 株，重復(fù)3 次，共180 株。蘆筍種子經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6 %的NaClO 溶液浸泡10 min 后用蒸餾水沖洗干凈，浸種催芽。3月5日選取飽滿一致、出芽整齊的種子播于裝有滅菌基質(zhì)（約占營(yíng)養(yǎng)缽體積4/5，預(yù)先澆透水）的營(yíng)養(yǎng)缽中。播種前進(jìn)行接種處理：在每缽基質(zhì)的播種孔中施入6 g 菌劑，對(duì)照加入等量滅活菌劑（160 ℃烘干2 h）以保證營(yíng)養(yǎng)物和微生物區(qū)系條件一致，播種后在種子上方蓋一薄層滅菌基質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)缽上覆薄膜保濕，待出苗后揭去薄膜，自然溫光條件下常規(guī)管理。于播種后第3 周起每周統(tǒng)計(jì)蘆筍幼苗地上莖長(zhǎng)度、測(cè)定菌根侵染情況。第10 周時(shí)進(jìn)行植株生物量、根系活力、葉綠素含量、組織器官礦質(zhì)元素含量等指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

用直尺測(cè)量蘆筍幼苗地上莖（基質(zhì)表面到生長(zhǎng)點(diǎn)）長(zhǎng)度，求和即為地上莖總長(zhǎng)度；將蘆筍幼苗根系洗凈，剪成約1 cm 長(zhǎng)的根段置于FAA 溶液（配方為70%酒精∶甲醛∶冰醋酸=90V∶5V∶5V）中固定24 h，采用曲利苯藍(lán)染色法（Phillips & Hayman，1970）檢測(cè)菌根侵染情況，制片鏡檢。根據(jù)Trouvelot 等（1986）的方法，按下述公式計(jì)算相關(guān)菌根侵染指標(biāo)。

菌根侵染率F（%）=有菌根根段數(shù)/總根段數(shù)×100%

菌根侵染強(qiáng)度M（%）=（95×侵染率90%以上根段數(shù)+70×侵染率50%～90%根段數(shù)+30×侵染率10%～50%根段數(shù)+5×侵染率1%～10%根段數(shù)+侵染率1%以下的根段數(shù)）/總根段數(shù)×100%

相對(duì)菌根侵染強(qiáng)度m（%）=根系中的菌根侵染強(qiáng)度×總根段數(shù)/有菌根段數(shù)×100%

菌根根段叢枝率a（%）=（100×mA3+50×mA2+10×mA1）/100%

式中，mA3、mA2、mA1 分別是A3、A2、A1 對(duì)應(yīng)的相對(duì)菌根侵染強(qiáng)度，A3、A2、A1 分別為叢枝充足、中等頻率、少量。

菌根根系叢枝率A（%）=菌根根段叢枝率×（根系中的菌根侵染強(qiáng)度/100）

第10 周時(shí)，將植株從營(yíng)養(yǎng)缽中小心取出，用蒸餾水洗凈，擦干，105 ℃殺青15 min 后75 ℃烘干至恒重，測(cè)干質(zhì)量。根系活力測(cè)定采用TTC 還原法（劉永軍 等，2000），葉綠素含量測(cè)定參照彭運(yùn)生和劉恩（1992）的方法。將植株干樣按吸收根、貯藏根、莖、擬葉分開(kāi)并粉碎，采用半微量凱氏法（董鳴 等，1996）測(cè)定N 元素的含量；樣品經(jīng)HNO3-H2O2（5V∶1V）消煮后使用等離子電感耦合發(fā)射光譜儀（ICP6000，Thermo Co.USA）測(cè)定P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、B 含量。各種元素含量與各部分生物量的乘積即為該部分某元素的吸收量（王曉英 等，2010）。

菌根依賴性（%）=菌根植株干質(zhì)量/非菌根植株干質(zhì)量×100%（Menge et al.，1978）

菌根效應(yīng)（%）=（接種GM 處理元素吸收量-不接種GM 處理元素吸收量）/接種GM 處理元素吸收量×100%

使用Microsoft Excel 軟件作圖，采用DPS 軟件Duncan 新復(fù)極差法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種GM 真菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)的影響

如圖1所示，從第6 周起GM 菌根苗的地上莖總長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，GM1、GM2 菌根苗的生長(zhǎng)速率均明顯高于常規(guī)苗。第10 周時(shí)，兩者的地上莖總長(zhǎng)度與對(duì)照相比分別增加了185.62%、184.72%。接種GM顯著增加了蘆筍幼苗總干質(zhì)量及地上部干質(zhì)量，降低了根冠比。GM1、GM2 菌根苗地下部干質(zhì)量較對(duì)照有所增加，但差異不顯著（表1）。蘆筍幼苗對(duì)GM1、GM2 具有高菌根依賴性，表明接種GM 對(duì)蘆筍幼苗的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。

圖1 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍地上莖總長(zhǎng)度的影響

2.2 兩種GM真菌對(duì)蘆筍幼苗根系的侵染情況

圖2 表明，GM1、GM2 對(duì)蘆筍幼苗的侵染呈現(xiàn)“S”型變化趨勢(shì)，分為緩慢侵染期（第3、4 周）、快速侵染期（第5、6 周）、相對(duì)穩(wěn)定期（第7 周后）。第10 周時(shí)，GM1、GM2 菌根侵染率分別為91.11%和88.89%，較多蘆筍根系都被GM 真菌侵染；兩者的菌根侵染強(qiáng)度約為40%，侵染狀況較好。第5 周起形成叢枝，叢枝數(shù)量分別在第5、6 周和第8、9 周快速增加。第10 周時(shí)GM1、GM2 根系叢枝率分別為24.52%、20.32%，菌根根段叢枝率分別為64.32%、47.05%，較多的侵染根段形成了叢枝。

表1 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍幼苗干質(zhì)量和菌根依賴性的影響

圖2 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍根系的侵染動(dòng)態(tài)

2.3 兩種GM真菌對(duì)蘆筍幼苗根系活力和葉綠素含量的影響

由圖3 可知，接種GM 顯著提高了蘆筍幼苗的根系活力，增加了葉綠素含量。與對(duì)照相比，GM1、GM2 的根系活力分別提高了225.03%和233.98%，葉綠素含量分別增加了71.46%和93.50%，可見(jiàn)接種GM 后對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)效果，不同菌種差異不大。

2.4 兩種GM真菌對(duì)蘆筍幼苗礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收的影響

對(duì)不同處理植株9 種營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)定結(jié)果表明（表2），除了GM2 對(duì)地上部Cu 吸收量有輕微抑制作用外，接種GM 處理顯著增加了蘆筍幼苗地上部、地下部、全株對(duì)9 種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收量，且地上部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收量的增加程度大于地下部，表明了接種GM 的菌根苗與對(duì)照相比不但吸收了更多的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，并且具有極高的營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)效率。雖然GM1 菌劑孢子含量低于GM2，但其菌根效應(yīng)即對(duì)蘆筍幼苗單株礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收的增加程度卻略大于GM2（除GM1 對(duì)B 吸收的貢獻(xiàn)作用略低于GM2 外）（表3），說(shuō)明GM1 促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)吸收的有效性高于GM2，這種差異產(chǎn)生的原因可能在于菌系之間的差別使GM1 較GM2 形成了更多的叢枝。菌根效應(yīng)是一定條件下GM 對(duì)植物元素吸收促進(jìn)效應(yīng)的大小，反映了GM 對(duì)蘆筍幼苗元素吸收量改善的程度。GM1、GM2 對(duì)P 吸收的促進(jìn)作用最大，其次為Mg、B、K、N、Ca。

圖3 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍幼苗根系活力和葉綠素含量的影響

表2 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍幼苗礦質(zhì)元素吸收量的影響

表3 兩種摩西球囊霉對(duì)蘆筍幼苗的菌根效應(yīng)

3 結(jié)論與討論

干物質(zhì)量反映了生物量的積累情況，接種GM 后蘆筍幼苗積累了更多的生物量；根冠比降低說(shuō)明植株地下部分因接種而增加的量不如地上部分明顯（林先貴 等，1992）。陳雙臣等（2008）認(rèn)為番茄接種GM 后根冠比增加，這可能是GM 真菌與植株親和程度不同或栽培條件不同造成的。蘆筍對(duì)GM1、GM2 具有很高的菌根依賴性，這與前人的研究（林先貴和郝文英，1989）一致，說(shuō)明GM 對(duì)蘆筍幼苗的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)效應(yīng)。

菌根真菌對(duì)植物根系的侵染是改善宿主植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的先決條件（李曉林和姚青，2000）。侵染率是表示真菌與宿主之間親和力的重要指標(biāo)，用來(lái)衡量其生態(tài)適應(yīng)性（王曉英 等，2010）。高侵染率和侵染強(qiáng)度表明GM 對(duì)蘆筍幼苗親和力極高，具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，這是GM 改善蘆筍幼苗礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的前提。從植物到真菌的糖類物質(zhì)以及從真菌到植物的磷酸鹽、銨鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)是共生關(guān)系的中心（Fitter et al.，2011），叢枝是真菌與植物之間的營(yíng)養(yǎng)交換器官，較高的叢枝率保證了GM 與蘆筍幼苗根系的營(yíng)養(yǎng)交換，維持了真菌和植物之間的共生關(guān)系。

根部是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，與對(duì)照植株相比，菌根苗的根系不僅在長(zhǎng)度、密度、質(zhì)量方面有所增加，而且根系的建筑學(xué)特性也得到改良（Schreiner，2007；Yao et al.，2009）。根系活力反映了植物的生長(zhǎng)狀況和根系生理特性的改變，葉綠素含量的高低則體現(xiàn)了植物光合作用的強(qiáng)弱。姜德鋒等（1998）的研究表明接種GM 顯著提高了玉米的根系活力，胡志宏等（2010）發(fā)現(xiàn)接種GM 后玉米、小麥、油菜、水稻的葉綠素含量均有所增加。根系活力和葉綠素含量的改善說(shuō)明接種GM 顯著增強(qiáng)了蘆筍幼苗的吸收能力、同化能力。

接種GM 顯著促進(jìn)了蘆筍幼苗根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，這是菌根通過(guò)擴(kuò)大根系吸收范圍、提高親和力、降低吸收臨界濃度、增加吸收面積、縮短擴(kuò)散距離等（劉潤(rùn)進(jìn)和李曉林，2000）一系列作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。P 是植物最難以獲得的大量元素之一（Smith et al.，2011），GM 對(duì)P 吸收的促進(jìn)程度最大，機(jī)制在于外生菌絲對(duì)P 的高效吸收與利用，包括擴(kuò)大根系養(yǎng)分吸收空間、活化難溶性無(wú)機(jī)磷酸鹽和有機(jī)磷等（李曉林和姚青，2000）?，F(xiàn)已明確AM 途徑在植物P 吸收過(guò)程中起關(guān)鍵作用（Smith et al.，2011），因此接種GM 可以提高P 素利用效率，減少磷肥的施用，減輕土壤和地下水污染。Zn 和Cu 被認(rèn)為是除P 以外菌根貢獻(xiàn)較大的元素（Schreiner，2007），本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)GM 對(duì)Mg 的貢獻(xiàn)程度僅次于P，這可能是不同植物間元素需求有所差別或者元素間存在離子吸收拮抗作用導(dǎo)致的。接種GM 顯著增加了蘆筍幼苗單株元素吸收量，并且對(duì)地上部元素吸收量增加的程度大于地下部，表明菌根苗具有極高的養(yǎng)分利用效率和營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)效率。本試驗(yàn)中觀察到，與常規(guī)苗相比，GM 菌根苗地下部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量顯著提高，地上部P、Mg含量也明顯增加，但地上部其他元素含量卻降低或變化不大。因此筆者認(rèn)為接種GM 后地上部P、Mg 吸收量增加是由生物量和元素含量增加的雙重作用引起的，外在表現(xiàn)為GM 對(duì)P、Mg 貢獻(xiàn)較大，地上部其他元素吸收量增加的原因主要在于地上部的生物量的增加，并因此產(chǎn)生的“稀釋效應(yīng)”降低了部分元素的含量，而地下部元素吸收量增加的主要原因在于GM 侵染使根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收量顯著增加。

Azcón 等（2003）將叢枝菌根真菌的有效性定義為AM 接種物對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)吸收和生長(zhǎng)的增加程度，GM1、GM2 均顯著促進(jìn)了蘆筍幼苗的營(yíng)養(yǎng)吸收和生長(zhǎng)，具有高效性，相對(duì)而言GM1 的作用效果優(yōu)于GM2，表明不同菌種對(duì)不同作物可能有不同的菌根效應(yīng)，只有應(yīng)用高效菌種才能減少菌劑用量，且獲得較好的菌根效應(yīng)。總之，接種GM 作為一種生物技術(shù)，應(yīng)用于蘆筍栽培可培育壯苗，縮短苗期，節(jié)省肥料，提高有機(jī)基質(zhì)的養(yǎng)分利用率。菌根功能的多樣性體現(xiàn)在基因表達(dá)、磷素營(yíng)養(yǎng)以及共生效率上（Feddermann et al.，2010），接種GM 后與P、Mg 吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、利用機(jī)制相關(guān)基因表達(dá)的變化有待進(jìn)一步研究。

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