不同氮磷比例营养液对AM 真菌生长发育的影响
收稿日期:2005-10-25 修改稿收到日期:2006-03-02
基金项目:国家自然基金项目(30070028);农业部引进项目(201058);博士启动基金(630306)资助。
作者简介:陈宁(1964—
),男,山东荣成人,博士,副教授,主要从事蔬菜生理及植物营养方面的研究工作。T el :0532-********,E 2mail :chenningrc @https://www.wendangku.net/doc/307691509.html,
不同氮磷比例营养液对AM 真菌生长发育的影响
陈宁1,2,王幼珊2,杨延杰1,林多1,仇宏伟1,倪小会2,张美庆2
(1莱阳农学院,青岛266109;2北京市农林科学院植物营养与资源研究所,北京100089)
摘要:温室条件下,研究不同氮磷比例营养液对丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae ,AM )真菌(Glomus mosseae )生长发育的影响。结果表明:在一定磷水平条件下增加氮的水平,有利于菌根真菌的生长发育,但超过一定水平则会抑制菌根真菌的生长发育,说明氮水平也会影响菌根真菌的生长发育,这种影响与氮磷比例有关。综合比较菌根长度、根外菌丝量及孢子数三项指标,在20%浓度H oagland 营养液的基础上,将氮磷比例提高到4∶2有利真菌生长。在
AM 菌剂生产中,通过营养液中氮磷比例的调控能获得较大数量的侵染根段、菌丝及孢子等繁殖体。
关键词:氮磷比例;侵染率;菌丝量;孢子数;AM 菌剂
中图分类号:Q949132 文献标识码:A 文章编号:1008-505X (2007)01-0143-05
E ffects of nutrient solutions with different ratios of N to P
on development of arbuscular mycorrhizal fungi
CHE N Ning 1,2,W ANG Y ou 2shan 2,Y ANG Y an 2jie 1,LI N Duo 1,Qiu H ong 2wei 1,NI X iao 2hui 2,ZH ANG Mei 2qing 2(1Laiyang Agricultural College ,Qingdao 266109,China ;2Institute o f Plant Nutrition and Resources ,Beijing Academy
o f Agriculture and Forestry Sciences ,Beijing 100089,China )
Abstract :Under greenhouse conditions ,the in fluences of eight nutrient s olutions with different ratio of N to P on the growth of arbuscular mycorrhizalfungus G lomus mosseae were studied.The results showed that increasing N could im prove the growth of AM fungi under certain phosphorus supplying level ,but excessive N inhabited its growth.It suggests that the development of mycorrhizal fungi are in fluenced by N and the ratio of N to P.By com prehensive com paris on of total length of external hyphae ,colonized root length and spore numbers ,the optimum N ∶P ratio in 20%H oagland s olution for fungi growth was 4∶21Therefore ,rational regulating the N ∶P ratio in nutrient s olution could enhance the development of AM fungi to obtain m ore colonized roots ,external hyphae and spores when AM fungal inoculum was produced under greenhouse conditions.
K ey w ords :N ∶P ratio ;colonization ;hyphae length ;spore number ;AM fungal inoculum
丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae ,AM )是自然界
中普遍存在的植物与真菌的共生体,菌根真菌作为生物肥料、生防益菌,可以促进植物高效地利用土壤养分资源,增强植物抗病性,改善作物品质,提高作物的产量,从而减少化肥、农药用量,减轻对土壤、水资源和大气的污染,对推广无公害农业、环境保护以及建立一个可持续的农业生产体系具有深远的意义[1]。
由于丛枝菌根真菌是专性共生真菌,只能将其
接种在植物根系上,经过2～4个月的培养,与宿主
植物一起生长发育,才能得到其繁殖体。目前在丛枝菌根菌剂的生产中,盆栽培养法仍是一种最传统最经济的方法。由于培养基质中的养分、水分、通气状况以及酸碱度等诸多因素都会影响到菌根共生体的建立和发展[2-5],因此本研究采用盆栽培养试验,以Glomus mosseae 为生产菌种,利用选定的培养基质,探讨不同氮磷比例的H oagland 营养液对AM 真菌生长发育的影响,以期筛选出适宜AM 真菌生长
植物营养与肥料学报2007,13(1):143-147
Plant Nutrition and Fertilizer Science
发育的营养液配方,为优质AM菌剂生产体系的建立提供技术参数和理论指导。
1 材料与方法
111 供试材料
供试宿主植物为高粱(Sorghum vulgare Pers.,敖杂一号),由北京市种子公司提供;供试菌种为G.mosseae93,由北京市农林科学院植物营养与资源研究所微生物室提供;接种剂为以三叶草为宿主扩大繁殖获得内含供试菌种孢子,被侵染根段及根外菌丝的土沙混合物;培养基质为沸石、河沙混合物,其中河沙采自北京市卢沟桥附近永定河河床,沸石购于河北省独石口乡沸石厂,培养基质的基本理化性状为:有机质3166g/kg,全磷0124g/kg,全钾1818g/kg,速效磷0196mg/kg,速效钾720mg/kg,pH 818。
112 试验设计及方法
试验布置在北京市农林科学院组织培养温室内,设8个氮磷比例营养液处理,具体操作为:在20%浓度H oagland营养液的基础上,设10%浓度H oagland营养液中的氮浓度和磷浓度为一个单位的氮浓度和磷浓度,调整氮磷比例(N∶P)为2∶1、2∶2、3∶1、3∶2、4∶1、4∶2、5∶1、5∶2。
接种前基质100℃间歇灭菌两次。采用容积为3L塑料盆作为培养容器,接种前用84消毒液消毒。高粱种子用40%甲醛稀释100倍液浸泡15分钟, 28℃催芽,70%种子露白即播种。播种时,每盆先装基质2kg,然后将接种剂30g层铺其上,再覆基质015kg,播种后盖基质,出苗1周后定苗。第3周起每周用不同处理的营养液灌施一次,每次每盆100m L,第8周起每次每盆200m L,至14周停止灌施。每处理4次重复,试验期间根据需要浇水。
113 样品分析及测定
播种后第16周打孔取样测定菌根侵染率、根外菌丝量及孢子数[6-8]。16周培养结束时分别收获地上部和地下部,清洗根系,取样测定菌根侵染率及植物根长[9]之后,将样品烘干,称取干物重。经烘干的植株地上部和根系粉碎后测定样品中氮(H2S O4-
H2O2比色法)、磷(钒钼黄比色法)及可溶性糖含量(蒽铜比色法)。菌根长度为根系总长与菌根侵染率的乘积。
数据用S AS软件进行统计分析,5%水平显著下用LS D进行多重比较,检验各处理平均值之间的差异显著性。
2 结果与分析
211 宿主植物的生长状况
不同氮磷比例营养液处理对宿主植物生物量有一定影响(表1),对地上部的影响表现为:在同一氮水平下,增加营养液中磷比例干重增加;在同一磷水平下,提高氮的比例也同样提高其干重。对地下部的影响则不同,在低氮水平(N2、N3)下提高营养液中磷的比例对其干重影响不大,而高氮水平(N4、N5)下,其干重则随磷水平的提高而显著增加;低磷水平(P1)下,提高营养液中氮的比例对其干重影响不大,而高磷水平(P2)下,其干重则随氮水平的提高而显著增加。说明氮、磷营养对宿主植物地上部、地下部的影响是不同的。对于菌根的形成,同一氮水平下,增加磷的比例,有利于菌根的形成,同一磷水
表1 不同氮磷比例营养液处理宿主植物生物量
T able1 Biom ass of host plants under different ratio of N to P nutrient solution treatments
处理(N∶P) T reatment 地上部干(g/pot)
DW of shoot
地下部干(g/pot)
DW of root
菌根长度(m/pot)
Length of colonized root
根冠比
Ratio of root to shoot
N2P18176c2117b97181c0125a P210133c2121b114123bc0121bc
N3P19113c2123b120137b0124a P212160b2135b125191b0119bc
N4P19168c2120b95162c0123ab P214182ab2169ab148166a0118c
N5P110103c2112b58138d0121bc P215170a2190a85141c0118c
注:同一列中不同字母表示差异达到5%显著水平,下同。
N ote:Different letters in a column mean significant difference at the5%level,same as follows.
441植物营养与肥料学报13卷
平下,随氮比例的升高菌根增长,但超过一定比例则开始下降,根冠比结果同样显示,增加氮磷比例均有利于宿主植物的生长。212 AM 真菌生长发育状况
从图1A 可以看出,不同氮磷比例营养液处理对基质中孢子数有一定影响,在低氮水平(N2、N3)下提高磷的比例孢子数有所下降,而高氮水平(N4、
N5)下,孢子数随磷水平的提高而显著增加,说明低
氮条件下,影响孢子生长的主要因素是氮营养,高氮条件下,影响孢子生长发育的主要因素是磷营养,在一定磷水平下,适当增加营养液中氮的比例有利于孢子的生长,但继续增加则会抑制孢子的生长,从本试验的氮磷比例组合来看,以3∶1和4∶2较有利于孢子的生长发育
。
图1 不同氮磷比例营养液处理基质中孢子数、菌丝量和宿主植物菌根浸染率
Fig.1 Spore number and length of hyph ae in substrate and root colonization
of host plants under different N ∶P ratios nutrient solution treatments
[注(N ote ):方柱上不同字母表示差异达到显著水平(P <0105)M eans with different letters above
the square column are significantly different (P <0105)]
由图1B 可以看出,不同氮磷比例营养液处理对
基质中菌丝的生长发育有一定影响,在两个磷水平条件下都有随营养液中氮比例的增加而增加的趋势,超过一定比例显著下降,其主要原因可能是,
增加了氮的供应,一方面促进了宿主植物的生长,有利于提供给菌根真菌根更多的碳水化合物[10],另一方面对磷的需求增大,从而有利于根外菌丝的生长及功能的发挥。超过一定氮水平,会使植物体内氮磷比例失调,不利于菌根真菌的生长发育。同一氮水平下,增加磷的比例,菌丝量也有增加的趋势,其原因是增加了磷的供应,改善了宿主植物营养状况,菌根真菌可获得较多的碳水化合物,有利于菌丝的生长[11]。就所有比例组合来看,以N ∶P 比为4∶2、3∶2和3∶1有利于菌丝的生长发育。
不同氮磷比例营养液处理下宿主植物菌根侵染率如图1C 所示。在同一氮水平下提高磷的比例菌根侵染率上升,各处理间差异显著,同一磷水平条件下,菌根侵染率有随氮比例升高而增加的趋势,但超过一定比例则显著下降。总体来看,低磷水平处理菌根侵染率较低。就氮磷比例组合来看,以3∶2、4∶2较有利于根内菌丝的生长发育。
213 宿主植物根中的养分状况
由表2可以看出,在同一氮水平下提高营养液中磷的比例宿主植物根中氮含量有下降的趋势,但各处理间差异不显著;根中磷浓度及可溶性糖浓度各处理间虽有一定的差异,但差异也不显著。根中的氮磷比例则有一定的差异。同一磷水平条件下,增加氮的供应根中的氮磷比有增加的趋势,同一氮水平条件下,增加磷的供应比例则有下降的趋势。214 菌根真菌生长与宿主植物地下部营养的关系
将衡量菌根真菌生长发育的侵染率、菌丝量、孢子数三项指标分别与宿主植物地下部可溶性糖、氮、磷浓度及氮磷比例作相关分析,结果是所有相关性都未达显著水平,与前人研究结果不一致。说明本试验中不同氮磷比例营养液处理可能影响了宿主植物的生理代谢,从而综合影响了菌根真菌的生长发育。另外侵染率与菌丝量、孢子数间呈极显著正相关(r =018633,r =018533,n =8),菌丝量与孢子数间也呈极显著正相关(r =018533,n =8),说明真菌各部分对所受影响的反应基本一致。
3 讨论
大量研究表明,磷素营养与菌根形成的关系最
5
411期 陈宁,等:不同氮磷比例营养液对AM 真菌生长发育的影响
表2 不同氮磷比例营养液处理宿主植物根中的可溶性糖、氮、磷浓度
T able2 Soluble sugar,N and P concentration of host plant roots under different ratio
of N to P nutrient solution treatments
处理
T reatments
氮浓度(%)
N concentration
磷浓度(%)
P concentration
可溶性糖浓度(%)
C onc.of s oluble sugar
根中氮磷比
N∶P
N2P10192ab01080a0185a11150b P20185b01089a0187a9189d
N3P10196ab01082a0193a11170bc P20187b01082a0192a10161cd
N4P11102ab01084a0191a12114ab P20193ab01080a0182a11163bc
N5P11110a01081a0185a13158a P21100ab01078a0183a12105ab
为密切,土壤磷水平显著影响菌根侵染率从而影响菌丝和孢子的数量[12-13]。极端缺磷的情况下,提高磷的供应会促进菌根真菌的生长发育,超过了一定磷水平,则开始抑制其生长[14]。尽管菌根真菌的生长发育与氮营养关系没有与磷营养关系密切,氮水平也会影响菌根真菌的生长发育[15]。在粘土中种植小麦,施用氮肥会降低丛枝菌根孢子的形成。Hepper[16]报道,种植结球莴苣施用不同磷肥并接种G.mosseae,菌根形成量随施磷量增加而下降。然而在所施磷处理中,均因施用硝酸盐而促进菌根真菌的生长。本试验各个氮水平处理中增加磷的比例总体表现为有利于菌根真菌的生长发育,与Hep2 per[16]试验的部分结果相反,表明本实验磷水平设计中没有超过抑制菌根真菌生长发育的临界浓度,而在Hepper[16]的试验中磷水平设计超过抑制菌根真菌生长发育的临界浓度,因而菌根形成量会随施磷量增加而下降。本试验两个磷水平处理中增加氮的比例总体表现为,菌根的生长发育有随氮比例升高而增加的趋势,超过一定比例则显著下降,这不仅支持了Hepper[16]的观点,而且进一步说明在一定磷水平条件下,同样有一个氮临界浓度,在这个临界浓度下,菌根真菌的生长发育会随着氮浓度的升高而提高,超过这个临界浓度则会随氮浓度的升高而下降。由于本试验设计中,磷水平没有超过抑制菌根真菌生长发育的临界浓度,氮水平的高低成为影响菌根真菌生长发育的主要因素,过高或过低都会显著影响菌根真菌的生长发育,也就是说菌根的形成是否受到抑制,并非单独受限于土壤中含磷量或者是含氮量,而是受限于土壤中氮磷比例。对本试验结果进行综合分析,以N∶P为4∶2时有利于菌根真菌的生长发育。
根中可溶性糖浓度与菌根真菌的生长发育的关系一直为研究者所关注,而且观点不一[3,14-16]。Same[17]等用G lomus f asciculatum接种六个磷水平处理的三叶草,发现缺磷三叶草植株中有较高浓度的可溶性糖,而菌根侵染率与根中可溶性糖浓度呈显著正相关。Douds和Schenck[18]分别用G lomus mar2 garita和Acaulospora longula接种八喜草(Paspalum notatum Flügge)且用七个营养液水平处理,研究发现根中可溶性糖浓度与基质中孢子数及菌根侵染率呈显著负相关。本研究中菌根真菌生长发育的侵染率、菌丝量、孢子数三项指标与宿主植物地下部可溶性糖浓度相关性均未达显著水平,说明本试验中不同氮磷比例营养液处理影响了宿主植物整体的生理代谢,有可能引起宿主植物根系分泌物成分发生变化[19],从而影响了菌根真菌的生长发育,其机理有待进一步研究。
综合以上研究认为:就氮磷营养对菌根真菌生长发育的影响而言,养分调控是增加真菌生长的重要措施之一。施用低浓度营养液(20%H oagland营养液)时,宿主植物的生长虽然仍受到一定的控制,但其制造的碳水化合物已能满足菌根真菌生长发育的需要,对真菌生长有利,如在20%浓度营养液基础上将氮的比例提高到4,可以促进真菌的生长,从而达到生产高质量菌根菌剂的目的。
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