培養基質(zhì)對叢枝菌根(AM)真菌生長(cháng)發(fā)育的影響

論文摘要:溫室條件下,以盆栽培養方法研究不同培養基質(zhì)對叢枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌Glomus mosseae生長(cháng)發(fā)育的影響。結果表明:不同理化性質(zhì)的基質(zhì)對菌根共生體生長(cháng)發(fā)育的影響不同,綜合考慮菌根長(cháng)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(cháng)發(fā)育最為有利。宿主植物菌根長(cháng)度及根中的可溶性糖濃度與根外孢子數有正相關(guān)關(guān)系,而宿主植物中磷濃度與菌根真菌的生長(cháng)發(fā)育也有類(lèi)似的關(guān)系。說(shuō)明培養基質(zhì)的養分狀況、水分狀況、通氣狀況等諸多因素都會(huì )影響菌根共生體的建立和發(fā)展。宿主植物的菌根長(cháng)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(cháng)發(fā)育有顯著(zhù)影響。因此,工廠(chǎng)化AM菌劑生產(chǎn)中,應以沙土混合物(體積比3∶1)為生產(chǎn)G.mosseae菌劑的培養基質(zhì)。           
　　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(huán)境保護、推廣無(wú)公害農業(yè)以及建立可持續農業(yè)生產(chǎn)體系的重要意義愈來(lái)愈為人們所重視[1]。由于工廠(chǎng)化商業(yè)AM菌劑的生產(chǎn)在中國剛剛起步,因此,開(kāi)展對AM菌劑溫室工廠(chǎng)化生產(chǎn)技術(shù)的研究對中國的農業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護具有深遠的意義。AM菌劑質(zhì)量的評價(jià)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A(yíng)M菌劑的生產(chǎn)中,盆栽培養法仍是一種最傳統最經(jīng)濟的方法。在叢枝菌根真菌盆栽培養體系中,培養基質(zhì)的選擇歷來(lái)為研究者所關(guān)注,有關(guān)這方面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(zhì)[2,3],中國的研究尚處于起步階段[4]。要建立一套適合當地生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)AM菌劑的盆栽培養體系,基質(zhì)的選擇是成功的重要基礎,也是必須首先解決的關(guān)鍵問(wèn)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種原料配制成的4種基質(zhì)中進(jìn)行菌劑培養,探討不同基質(zhì)對AM真菌生長(cháng)發(fā)育的影響,進(jìn)而篩選出生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)G.mosseae菌劑的適宜基質(zhì),為優(yōu)質(zhì)AM菌劑生產(chǎn)體系的建立提供技術(shù)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(xué)院植物營(yíng)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(xué)院組織培養溫室內進(jìn)行,設4個(gè)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):沙粒直徑小于0.25 mm,采自北京市盧溝橋附近永定河河床。③沸石(3號):購于河北省獨石口鄉沸石廠(chǎng)。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(xué)院小麥試驗田。
　　接種前基質(zhì)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(shí),每盆先裝基質(zhì)2 kg,然后將接種劑30 g層鋪其上,并與基質(zhì)混勻,再播種,覆基質(zhì)0.5 kg,出苗1周后定苗(每盆15株)。試驗期間根據需要澆水及Hoagland營(yíng)養液。
　　1.3 樣品分析及測定
　　播種后第8周、12周、16周在盆面均勻選3個(gè)點(diǎn)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(shí)分別收獲地上部和地下部,清洗根系,取樣測定菌根侵染率及植物根長(cháng)[8]之后,將樣品烘干,稱(chēng)取干質(zhì)量。經(jīng)烘干的植株地上部和根系粉碎后測定樣品中氮(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(cháng)度為根系總長(cháng)與宿主植物菌根侵染率的乘積。應用SAS軟件對試驗數據進(jìn)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(zhù)性。
　　2 結果與分析
　　2.1 不同基質(zhì)的理化性狀
　　不同基質(zhì)養分含量不同(表1),總體看來(lái)各基質(zhì)養分都較貧乏,其差異主要表現在有機質(zhì)、速效磷、速效鉀上:4號基質(zhì)有機質(zhì)含量較高,其次是3號,1號、2號基質(zhì)最低;速效磷含量4號基質(zhì)較高,1號、2號次之,3號最低;速效鉀含量3號基質(zhì)最高,其次是4號,1號、2號最低;4種基質(zhì)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(cháng)狀況
　　不同處理宿主高粱的生長(cháng)狀況表現出一定的差異(表2),4號處理宿主高粱地上部、地下部干質(zhì)量顯著(zhù)高于其它3個(gè)處理。其次為3號,最低為1號、2號。由于地上部及地下部生物量不一致,根冠比發(fā)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(shuō)明3號、4號基質(zhì)對宿主高粱地上部生長(cháng)較為有利,1號、2號基質(zhì)對宿主高粱生長(cháng)較為不利。菌根長(cháng)度測定結果表明:4號處理菌根長(cháng)度顯著(zhù)高于其它處理,其它處理宿主高粱菌根長(cháng)度雖有一定差異,但未達顯著(zhù)水平。
 　　　　　
　　2.3  AM真菌生長(cháng)發(fā)育狀況
　　由圖1看出:AM菌根真菌產(chǎn)孢量明顯受到栽培基質(zhì)的影響。所有處理的真菌產(chǎn)孢量均隨培養時(shí)間延長(cháng)而增加,到16周盆栽培養結束時(shí),孢子數達最大值。不同處理真菌的產(chǎn)孢量不同,4號處理產(chǎn)孢較多,1號、2號處理次之,3號處理最少,這表明4號基質(zhì)對AM真菌生長(cháng)發(fā)育尤其是孢子的生長(cháng)最為有利。培養基質(zhì)對AM真菌根外菌絲的生長(cháng)發(fā)育影響很大(圖2)。所有處理中的菌絲量都隨培養時(shí)間的延長(cháng)而增加,到第16周盆栽培養結束時(shí),基質(zhì)中的菌絲量達最大值。各處理間在不同時(shí)期表現出不同的差異,總體看來(lái),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(zhì)對AM真菌生長(cháng)發(fā)育尤其是菌絲的生長(cháng)最為有利。
 　　　　 
　　培養基質(zhì)不同,各時(shí)期菌根侵染率差異不顯著(zhù),但各時(shí)期仍能表現出同樣的趨勢,總體看來(lái),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(zhì)中孢子數及菌絲量都有隨菌劑培養時(shí)期的延長(cháng)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(shí)有所下降,而且不同基質(zhì)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(yíng)養狀況
　　不同基質(zhì)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(zhì)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(zhù)高于其它處理,其次為1號,而其它兩種處理雖有差異但不顯著(zhù),地上部仍然是3號處理的宿主植物顯著(zhù)高于其它3種處理,其它3種處理差異不顯著(zhù)。宿主植物中的可溶性糖濃度明顯受到培養基質(zhì)的影響,地上部及地下部都表現為4號顯著(zhù)高于其它3個(gè)處理,其次為2號,1號、3號最低,且差異不顯著(zhù)。
　　3 結論與討論
　　土壤養分含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì )降低菌根的侵染率及其在土壤中繁殖的數量。土壤有機質(zhì)含量對叢枝菌根真菌的生長(cháng)發(fā)育有一定影響,在一定范圍內叢枝菌根真菌的數量隨有機質(zhì)含量的升高而增多,但當有機質(zhì)含量超過(guò)一定范圍,叢枝菌根真菌的數量就會(huì )下降[9]。本試驗所用的4種基質(zhì)都屬于貧養分基質(zhì),比較之下4號基質(zhì)養分含量最高。在其培養下的宿主植物的生物量及真菌產(chǎn)孢量最高。說(shuō)明試驗中所用基質(zhì)的養分含量并沒(méi)超出限制叢枝菌根真菌生長(cháng)發(fā)育的范圍,因此在選定基質(zhì)以后,應進(jìn)一步增加基質(zhì)中的養分,促進(jìn)宿主植物的生長(cháng),以促進(jìn)菌根真菌的生長(cháng)發(fā)育。
　　基質(zhì)中的通氣狀況、水分狀況對菌根真菌生長(cháng)發(fā)育影響很大[10]。相比之下,1號基質(zhì)粒徑較大,通氣狀況良好,但保水能力較差,2號基質(zhì)則相反,保水能力較好,通氣狀況較差,在試驗過(guò)程中,1號基質(zhì)缺水、2號基質(zhì)水分過(guò)多從而通氣不良的情況時(shí)有發(fā)生,這可能是造成以上兩種基質(zhì)宿主植物菌根真菌共生體生長(cháng)發(fā)育不良的主要原因。3號基質(zhì)沸石是一種具多孔結構的鋁硅酸鹽礦物,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(chǎn)孢量較低。其主要原因在試驗過(guò)程中,容器中的上半部基質(zhì)極易干燥,而下半部經(jīng)常處于水分飽和狀態(tài),從而影響了孢子的形成。4號基質(zhì)是以1號基質(zhì)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,有利于宿主植物菌根共生體的生長(cháng)發(fā)育。
　　宿主植物中可溶性糖濃度及菌根長(cháng)度與菌根真菌的生長(cháng)發(fā)育密切相關(guān),本試驗結果顯示,在衡量菌根真菌生長(cháng)發(fā)育的3項指標中,以孢子的生長(cháng)發(fā)育與宿主植物地下部及地上部可溶性糖濃度及菌根長(cháng)度最為密切,這意味著(zhù)在綜合影響因素條件下,菌絲的生長(cháng)發(fā)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(cháng)發(fā)育也有類(lèi)似的關(guān)系,說(shuō)明試驗中磷的供應并沒(méi)有超過(guò)抑制菌根真菌生長(cháng)發(fā)育的臨界水平。
　　評價(jià)AM菌劑質(zhì)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(cháng)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(jìn)行G.mosseae菌劑生產(chǎn)的適宜的培養基質(zhì)。
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