論文摘要:溫室條件下,以盆栽培養方法研究不同培養基質對叢枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌Glomus mosseae生長發育的影響。結果表明:不同理化性質的基質對菌根共生體生長發育的影響不同,綜合考慮菌根長度、根外菌絲量及孢子數3項指標,以沙土混合物(體積比3∶1)對G.mosseae菌劑的生長發育最為有利。宿主植物菌根長度及根中的可溶性糖濃度與根外孢子數有正相關關係,而宿主植物中磷濃度與菌根真菌的生長發育也有類似的關係。說明培養基質的養分狀況、水分狀況、通氣狀況等諸多因素都會影響菌根共生體的建立和發展。宿主植物的菌根長度、根中可溶性糖濃度以及宿主植物磷濃度對菌根真菌的生長發育有顯著影響。因此,工廠化AM菌劑生產中,應以沙土混合物(體積比3∶1)為生產G.mosseae菌劑的培養基質。
0 引 言
叢枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)是自然界中普遍存在的植物與真菌的共生體,菌根真菌作為生物肥料、生防益菌,對環境保護、推廣無公害農業以及建立可持續農業生產體係的重要意義愈來愈為人們所重視[1]。由於工廠化商業AM菌劑的生產在中國剛剛起步,因此,開展對AM菌劑溫室工廠化生產技術的研究對中國的農業生產、環境保護具有深遠的意義。AM菌劑質量的評價指標主要是菌劑的侵染能力。侵染根段、菌絲、孢子都具有侵染能力,通常認為三者數量越多其侵染能力越強。目前在AM菌劑的生產中,盆栽培養法仍是一種最傳統最經濟的方法。在叢枝菌根真菌盆栽培養體係中,培養基質的選擇曆來為研究者所關注,有關這方麵的研究國外有些報道,而且也篩選出對某些特定宿主-真菌共生體適用的基質[2,3],中國的研究尚處於起步階段[4]。要建立一套適合當地生產優質AM菌劑的盆栽培養體係,基質的選擇是成功的重要基礎,也是必須首先解決的關鍵問題。本試驗在溫室條件下,用盆栽培養方法,以G.mosseae作為菌種,接種已篩選出的適宜宿主高粱,分別在以沙、壤土、沸石3種原料配製成的4種基質中進行菌劑培養,探討不同基質對AM真菌生長發育的影響,進而篩選出生產優質G.mosseae菌劑的適宜基質,為優質AM菌劑生產體係的建立提供技術參數和理論指導。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試宿主植物為高粱(Sorghum vulgarePers.,敖雜一號),由北京市種子公司提供。菌種為G.mosseae93,由北京市農林科學院植物營養與資源研究所微生物室提供,接種劑為以高粱為宿主擴大繁殖獲得的內含供試菌種孢子,被侵染根段及根外菌絲的土沙混合物。
1.2 試驗設計及方法
試驗在北京市農林科學院組織培養溫室內進行,設4個處理:①混合沙(1號):沙粒直徑(2~0.8 mm∶0.8~0.25 mm∶<0.25 mm)=20∶60∶20(體積比),采自北京市盧溝橋附近永定河床。②細紗(2號):沙粒直徑小於0.25 mm,采自北京市盧溝橋附近永定河河床。③沸石(3號):購於河北省獨石口鄉沸石廠。④沙土混合物(4號):沙土體積比為3∶1,其中河沙采自北京市盧溝橋附近永定河河床,壤土采自北京市農林科學院小麥試驗田。
接種前基質100℃間歇滅菌兩次。采用容積為3 L塑料盆作為培養容器,接種前用“84消毒液”消毒。高粱種子用40%甲醛稀釋100倍液浸泡15 min,28℃催芽,70%種子露白即播種。播種時,每盆先裝基質2 kg,然後將接種劑30 g層鋪其上,並與基質混勻,再播種,覆基質0.5 kg,出苗1周後定苗(每盆15株)。試驗期間根據需要澆水及Hoagland營養液。
1.3 樣品分析及測定
播種後第8周、12周、16周在盆麵均勻選3個點打孔取樣(孔徑2 cm),測定菌根侵染率、根外菌絲量及孢子數[5-7]。16周培養結束時分別收獲地上部和地下部,清洗根係,取樣測定菌根侵染率及植物根長[8]之後,將樣品烘幹,稱取幹質量。經烘幹的植株地上部和根係粉碎後測定樣品中氮(H2SO4-H2O2比色法)、磷(釩鉬黃比色法)及可溶性糖含量(蒽酮比色法)。菌根長度為根係總長與宿主植物菌根侵染率的乘積。應用SAS軟件對試驗數據進行統計分析,5%水平下LSD多重比較檢驗各處理平均值之間的差異顯著性。
2 結果與分析
2.1 不同基質的理化性狀
不同基質養分含量不同(表1),總體看來各基質養分都較貧乏,其差異主要表現在有機質、速效磷、速效鉀上:4號基質有機質含量較高,其次是3號,1號、2號基質最低;速效磷含量4號基質較高,1號、2號次之,3號最低;速效鉀含量3號基質最高,其次是4號,1號、2號最低;4種基質的酸堿度相差不大,pH值大體在8.30~8.90之間。
2.2 宿主高粱的生長狀況
不同處理宿主高粱的生長狀況表現出一定的差異(表2),4號處理宿主高粱地上部、地下部幹質量顯著高於其它3個處理。其次為3號,最低為1號、2號。由於地上部及地下部生物量不一致,根冠比發生變化,其中以1號、2號處理宿主高粱的根冠比較高,3號、4號處理較低,說明3號、4號基質對宿主高粱地上部生長較為有利,1號、2號基質對宿主高粱生長較為不利。菌根長度測定結果表明:4號處理菌根長度顯著高於其它處理,其它處理宿主高粱菌根長度雖有一定差異,但未達顯著水平。
2.3 AM真菌生長發育狀況
由圖1看出:AM菌根真菌產孢量明顯受到栽培基質的影響。所有處理的真菌產孢量均隨培養時間延長而增加,到16周盆栽培養結束時,孢子數達最大值。不同處理真菌的產孢量不同,4號處理產孢較多,1號、2號處理次之,3號處理最少,這表明4號基質對AM真菌生長發育尤其是孢子的生長最為有利。培養基質對AM真菌根外菌絲的生長發育影響很大(圖2)。所有處理中的菌絲量都隨培養時間的延長而增加,到第16周盆栽培養結束時,基質中的菌絲量達最大值。各處理間在不同時期表現出不同的差異,總體看來,3號處理中的菌絲量最高,4號次之,1號、2號最低,這表明3號基質對AM真菌生長發育尤其是菌絲的生長最為有利。
培養基質不同,各時期菌根侵染率差異不顯著,但各時期仍能表現出同樣的趨勢,總體看來,3號、4號處理菌根侵染率稍高,1號、2號處理稍低(圖略)。本試驗中,基質中孢子數及菌絲量都有隨菌劑培養時期的延長而增加的趨勢,到培養結束達最大值,而菌根侵染率則不同,表現為第12周達最大值,第16周培養結束時有所下降,而且不同基質中下降的幅度各不相同,4號下降10%,1號下降11%,2號下降14%,下降最大的是3號為22%。
2.4 宿主植物的營養狀況
不同基質對宿主植物中磷的吸收有一定影響,且表現出一定差異(表3),總體上地上部及地下部都以4號處理宿主植物的磷含量較高,1號次之,2號、3號較低。
不同基質中宿主植物的氮濃度存在一定差異,地下部以3號處理宿主植物顯著高於其它處理,其次為1號,而其它兩種處理雖有差異但不顯著,地上部仍然是3號處理的宿主植物顯著高於其它3種處理,其它3種處理差異不顯著。宿主植物中的可溶性糖濃度明顯受到培養基質的影響,地上部及地下部都表現為4號顯著高於其它3個處理,其次為2號,1號、3號最低,且差異不顯著。
3 結論與討論
土壤養分含量過高或過低都會降低菌根的侵染率及其在土壤中繁殖的數量。土壤有機質含量對叢枝菌根真菌的生長發育有一定影響,在一定範圍內叢枝菌根真菌的數量隨有機質含量的升高而增多,但當有機質含量超過一定範圍,叢枝菌根真菌的數量就會下降[9]。本試驗所用的4種基質都屬於貧養分基質,比較之下4號基質養分含量最高。在其培養下的宿主植物的生物量及真菌產孢量最高。說明試驗中所用基質的養分含量並沒超出限製叢枝菌根真菌生長發育的範圍,因此在選定基質以後,應進一步增加基質中的養分,促進宿主植物的生長,以促進菌根真菌的生長發育。
基質中的通氣狀況、水分狀況對菌根真菌生長發育影響很大[10]。相比之下,1號基質粒徑較大,通氣狀況良好,但保水能力較差,2號基質則相反,保水能力較好,通氣狀況較差,在試驗過程中,1號基質缺水、2號基質水分過多從而通氣不良的情況時有發生,這可能是造成以上兩種基質宿主植物菌根真菌共生體生長發育不良的主要原因。3號基質沸石是一種具多孔結構的鋁矽酸鹽礦物,具有很好的通氣保水功能。試驗結果,它的根外菌絲量雖然很高,但產孢量較低。其主要原因在試驗過程中,容器中的上半部基質極易幹燥,而下半部經常處於水分飽和狀態,從而影響了孢子的形成。4號基質是以1號基質為基礎添加了部分土壤(沙土體積比為3∶1),提高了保水能力,有利於宿主植物菌根共生體的生長發育。
宿主植物中可溶性糖濃度及菌根長度與菌根真菌的生長發育密切相關,本試驗結果顯示,在衡量菌根真菌生長發育的3項指標中,以孢子的生長發育與宿主植物地下部及地上部可溶性糖濃度及菌根長度最為密切,這意味著在綜合影響因素條件下,菌絲的生長發育受外界因素影響更大一些,孢子形成受外界因素影響要小一些。此外宿主植物中磷的濃度與菌根真菌生長發育也有類似的關係,說明試驗中磷的供應並沒有超過抑製菌根真菌生長發育的臨界水平。
評價AM菌劑質量的指標主要是菌劑的侵染能力。侵染根段、菌絲、孢子都具有侵染能力,通常認為三者數量越多其侵染能力越強。綜合菌根長度,孢子數及根外菌絲量3項指標的試驗結果,沙土混合物(體積比3∶1)是以高粱作為宿主植物進行G.mosseae菌劑生產的適宜的培養基質。
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