接種根內球囊霉(Glomus intraradices)對地毯草(Axonopus compressus)再生及土壤的影響

郭健樺, 韓濤, 彭雪, 胡文武, 何宏斌, 辛國榮,*

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接種根內球囊霉()對地毯草()再生及土壤的影響

郭健樺1, 韓濤1, 彭雪1, 胡文武1, 何宏斌1, 辛國榮1,*

廣東省熱帶亞熱帶植物資源重點實驗室, 中山大學生命科學學院, 廣州510275

研究主要探討了根內球囊霉()對地毯草()再生以及土壤性狀的影響。結果發現: (1)接種AMF(Arbuscular Mycorrhiza Fungi)能夠顯著提高地毯草的生物量、絕對再生高度和根系活力; (2)接種處理對地毯草地上部和地下部總N含量的影響不顯著, 但接種處理地毯草地上部總P含量顯著高于對照; (3)接種組的土壤pH顯著高于對照組, 且土壤團聚體的平均重量直徑和幾何均重直徑較對照分別提高了39.1%和114.5%?？梢? 菌根真菌能夠有效促進地毯草的生長, 并在一定程度上有利于土壤的理化性質的改良。

根內球囊霉; 菌根; 地毯草; 再生; 土壤改良

1 前言

叢枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi, AMF)在自然界中廣泛分布, 約80%的陸生植物根系都能與其形成互惠共生體[1], 且能有效地促進植物的水分和營養吸收[2–3], 增強植物的抗逆、抗病性[4–6], AMF在一些農業生產中已經得到了應用, 在促進農作物生長的同時還能提高農作物的品質[7–8]。

草坪是人類生存環境的重要組成部分, 尤其在城市中, 草坪是城市綠化的重要組分之一, 同時草坪與發展體育運動緊密聯系, 因而專業運動場草坪也有更高的要求。然而, 在以沙為主的基質中建植草坪, 往往對養分和水分的保持性低, 在養護管理中不但施肥次數多, 而且極易引起滲漏損失, 造成地下水污染[9–10]。為提高草坪的質量及其抗性, 近年來有許多學者研究了生物多樣性對草坪的影響。Simmons等[11]發現, 本地草種的混合草坪比外來種草坪有更高效的養分利用率。而Boulter等[12]則研究了草坪的細菌群落, 并探討了其對草坪病原微生物的抑制作用。然而AMF作為土壤環境中大量存在的一種微生物, 對其在草坪管理中應用研究還很少。Koske等[13]研究了草坪AMF的動態變化, 但并未深入探討AMF對草坪生長的影響?；贏MF對植物生長發育及抗逆性的綜合作用, 本研究探索接種AMF對草坪草生長及其土壤的影響, 通過盆栽實驗, 以常見的暖季型草坪草地毯草()為宿主植物, 接種根內球囊霉(), 分析接種AMF對地毯草生理生長的影響以及土壤改良和保水保肥效果, 為改善草坪質量和草坪管理菌根技術提供理論基礎。

2 材料與方法

2.1試驗材料

試驗菌劑為孢子豐富的土壤細沙混合物, 由北京市農林科學院植物營養與資源研究所提供。菌種為根內球囊霉(), 編號為BGCAH01,分離地是安徽, 宿主為白茅、狗牙草、雙穗雀稗的混合群落。供試宿主植物為地毯草()。

2.2 方法

2.2.1 試驗地條件

盆栽試驗在廣州中山大學溫室大棚進行。廣州屬南亞熱帶季風氣候區, 地表接受太陽輻射量較多, 同時受季風的影響, 夏季海洋暖氣流形成高溫、高濕、多雨的氣候。年平均氣溫為21.4—21.9 ℃。供試土壤采自中山大學竹園, 紅壤, 呈強酸性。采集的土壤經風干, 過 2 mm 網篩后, 混勻, 進行滅菌處理(120 ℃濕熱滅菌2 h)。供試土壤基本理化性質: pH 3.42, 有機質27.98 g·kg–1, 總N 3.07 g·kg–1, 總P 0.54 g·kg–1, 速效P 24.52 mg·kg–1。

2.2.2 試驗設計

設接種(M)和不接種(NM)兩個處理, 每個處理3個重復, 接種處理的菌劑接種量為每公斤土壤約100個孢子(約30 g稀釋菌劑)。將種子均勻撒播于盆內表層土壤, 然后覆土(厚度約1 cm), 使種子和土壤緊密結合, 盆缽規格30 cm(上口徑)×25 cm(高)× 20 cm(下口徑)。2012年7月22日播種, 地毯草播種量為每盆1 g, 2012年9月1日刈割一次, 盆栽時間總共67天, 期間1—2 d澆水一次, 每盆2000 mL。并于9月26日將地毯草全部收獲。

2.2.3 測定項目

別于2012年9月6日、9月11日、9月16日、9月21日、9月26日對地毯草的絕對高度進行測定, 每盆測量三株。

收獲時以每盆為單位, 收集地毯草的地上部和地下部及土壤樣品, 用于測定根系感染率、生物量、葉綠素含量、植物總N及總P、根系活力、土壤理化性質、土壤團聚體平均重量直徑()和幾何均重直徑()。

2.2.4 數據處理與分析

試驗結果取3個重復觀測值的平均值, 用SPSS 16.0統計軟件進行數據的方差分析(ANOVA)、平均數差異顯著性分析(LSD檢驗)。

3 結果與分析

3.1 感染率

NM組根系中未發現AMF感染。M組中, 地毯草的總感染率為34.33%, 且以菌絲感染率為主, 其次為囊泡感染率, 在所觀測的根段中并未發現叢枝感染。

3.2 生物量

不接種與接種處理下地毯草的生物量情況如圖1所示。NM組地上部和地下部鮮重分別為每盆21.5 g和19.7 g, 而M組每盆總鮮重分別到達36.7 g和31.9 g,分別提高了70.7%和61.9%, 處理間兩者存在顯著差異(< 0.05)(圖1 a)。但地上部干重處理間存在極顯著差異(< 0.01), 而地下部干重無顯著性差異(> 0.05) (圖1 b)。

表1 地毯草的AMF感染率

3.3 絕對高度

如圖2所示, 兩組處理下地毯草再生株高均呈現增加趨勢, 從第10天開始, 每次測量的M組絕對再生長高度均顯著高于NM組(< 0.05); 第25天收獲時, NM組絕對再生長高度為17.90 cm, M組株高21.10 cm, 且第20、25天, 處理間差異均達到極顯著水平(<0.01)。

3.4 葉綠素含量

如圖3所示, M組地毯草的葉片總葉綠素含量達到1.51 mg·g–1FW, 顯著高于NM組(< 0.05), 其主要原因是M組的葉綠素b含量有顯著提高(< 0.05); 而葉綠素a含量無顯著性差異(> 0.05)。

3.5 植株N、P含量

地毯草地下部和地上部總N含量未出現顯著差異(> 0.05)(圖4 a)。地下部總P含量也無顯著差異(> 0.05), 但M組地上部總P含量達到0.28 g·kg–1DW, NM組僅有0.12 g·kg–1DW, 二者存在顯著差異(< 0.05)(圖4 b)。

3.6 根系活力

試驗結束時, M組地毯草根系活力達到0.24 mg TTF·g–1·h–1, 明顯高于NM組的0.09 mg TTF·g–1·h–1, 二者之間差異達到極顯著差異水平(< 0.01)(圖5)。

3.7 土壤理化性質

NM組和M組的土壤理化性質各指標均與原土壤的相應指標值相比的百分比如圖6所示。從圖可以看出, 所測指標與原土壤相比均有不同程度提高。其中, 總N、速效P、有機質M組的增幅低于NM組, 但差異不顯著(> 0.05); 而pH值、電導率和總P的增幅M組高于NM組, 但只有M組的土壤pH要顯著高于NM組(< 0.05), 電導率和總P的增幅差異也不顯著(> 0.05)。與原土壤相比, NM組與M組的pH均有顯著的升高, 這可能是因為原土壤pH 3.42, 成強酸性, 植被的種植有平衡土壤酸堿度的效果[14], 且可以推測AMF感染的地毯草可能對調節土壤酸堿平衡更加有效。

此外, 如圖7所示, M組土壤團聚體的幾何均重直徑()和平均重量直徑()分別達到了2.48 mm和7.30 mm, 比NM組土壤團聚體相應特征值提高了114.5%和39.1%。NM組和M組土壤團聚體存在極其顯著的差異性(< 0.01)。

4 討論

4.1 AMF對地毯草生長的促進作用

AMF能夠增加宿主植物的生物量, Celebi等[15]發現在不同灌溉條件下, 接種AMF均能增加青貯玉米的青料產量和干物質產量, 且能夠增加葉莖比。而袁麗環等[16]的研究結果發現接種AMF能夠顯著增加翅葉油樹根系的體積。這些研究表明, AMF可以不同程度的影響植物的生物量。本試驗通過檢測地毯草根系的感染率可以發現根內球囊霉與地毯草能夠產生共生關系, 明顯改善了地毯草地上部干物質的積累能力, 其刈割后的再生速度的增加還會隨時間延長而更加顯著[17]。

AMF能夠影響宿主植物的光合作用, Goicoechea等[18]發現, 在CO2升高的條件下, 接種AMF的紫花苜蓿發生了光適應現象; 在鹽脅迫條件下, AMF能夠增加葫蘆巴葉綠體中類囊體的數量[19]; 而在干旱脅迫后恢復灌溉, 接種AMF的草莓能夠迅速地恢復正常的光合作用[20]。還有研究表明, AMF能夠提高萵苣葉片中類胡蘿卜素、葉綠素、生育酚等與光合作用相關的物質含量[21–23]。本試驗的結果則從另外一個方面證明了AMF對宿主植物光合作用的影響: 與AMF共生能夠增加地毯草葉片葉綠素的含量, 并且主要是增加了葉綠素b的含量; 有文獻表明葉綠素a/b的比值與植物的光合作用效率有關[24], 所以AMF很可能通過影響葉綠素a/b的比值來影響地毯草的光合速率[25]。

AMF與植物共生能夠促進植物對P元素的吸收[26]。趙昕等[27]的研究表明, AMF能夠促進喜樹對P的吸收, 并且主要增加了根部的總P含量, 而AMF對植株N元素攝入的阻礙作用主要體現在葉片中。但我們的結果顯示, 根內球囊霉對地毯草P元素吸收的促進作用主要體現在地上部, 并且沒有減少植株的總N含量。類似的, 摩西球囊霉()和脆無梗囊霉()不影響翅葉油樹對氮的吸收, 但能促進根系總P含量[16]。而Gonzale等[28]的研究發現, AMF能夠增加車前草的生物量, 且這與AMF增加了植物對N而不是P的吸收相關。所以, 可以推測AMF對宿主植物N、P吸收的影響很可能與植物和AMF種類有關。

另外, AMF還能夠增加宿主植物根系酶活性及有機酸的分泌, 從而提高植物根系對礦物元素的攝入[29–30]。本試驗中根內球囊霉增加了地毯草根系活力, 但并未影響地毯草根系的體積與生物量, 這與袁麗環等[16]對翅葉油果結果有所不同。

4.2 AMF對土壤的改良作用

在以沙為主的介質中栽培草坪草, 往往對養分的保持性較低, 在養護管理中不但施肥次數多, 而且極易引起滲漏損失和地下水污染[9–10]。所以, 如何高效的利用草坪基質中養分的問題, 已成為球場的熱點。許加[31]的研究發現, 土壤中AMF分泌的球囊霉素與土壤速效P和速效K成極顯著正相關, 且球囊霉素能夠促進土壤團聚體的形成。本試驗中, 根內球囊霉增加了土壤團聚體數量及其穩定性, 說明AMF對地毯草土壤基質具有保肥的效果。另外, 前人的研究表明AMF通過分泌有機酸或釋放質子改變土壤pH值, 促進難溶性磷酸鹽的溶解并增加根際土壤磷酸酶活性[32–33], 進而使土壤中的有機磷分解為無機磷, 所以pH是影響AMF能否有效溶解土壤難溶磷的重要因素。在缺磷條件下, AMF通過分泌質子和有機酸, 改變菌絲際的pH以活化土壤中難溶性磷酸鹽, 從而增加土壤磷濃度, 提高植株的吸磷量[34]。當然, AMF也不是唯一可以增加植物對磷的吸收的微生物, 有研究表明, 包括AMF在內的多種微生物組合的接種能夠有效提高植物對P的吸收利用[35]。在本試驗中, 接種組土壤pH要顯著高于未接種組, 說明接種AMF對土壤pH有一定的調節作用。但是本研究結果中土壤速效P并沒有因為土壤pH的變化呈現顯著差異, 這可能與土壤成強酸性有關。另外, AMF除了能夠影響土壤的肥力, 還能改良土壤的結構, Cho等[36]發現AMF能夠促進人參的生長, 一方面是因為AMF提高了人參對營養的吸收能力, 另一方面是因為AMF改善了根際土壤的團粒結構。而本試驗的結果也表明, AMF在促進植物吸收營養的同時顯著地增加了土壤團聚體的數量。

4.3 AMF在草坪應用中的潛力

從我們的試驗結果可以看出, 根內球囊霉能夠有效的促進地毯草的再生, 極大地提高根系活力, 促進其對P元素的吸收。而且接種根內球囊霉能有效的改善土壤的團粒結構, 調節土壤pH值, 這對草坪的保水保肥具有重要作用。但尚有諸多問題亟待解決, 如: (1)不同AMF對不同草坪的影響有何不同; (2)AMF在促進草坪草生長的同時會增加刈割管理的強度, 是否能夠配合合理的水肥管理增加AMF對草坪草地下部而非地上部的促進作用; (3)接種AMF能否有效地提高草坪草的抗性, 減少管理強度等, 還有待進一步深入研究。

[1] ARTHUR S, DANIEL S, CHRISTOPHER W. A new fungal phylum, the Glomeromycota: phylogeny and evolution[J]. Mycological Research, 2002, 105(12): 1413–1421.

[2] SMITH S E, SMITH F A, JAKOBSEN I. Mycorrhizal fungi can dominate phosphate supply to plants irrespective of growth responses[J]. Plant Physiology, 2003, 133(1): 16–20.

[3] 曾曙才, 蘇志堯. VA菌根真菌對植物養分吸收與傳遞的影響[J]. 西南林學院學報, 2005, 25(1): 72–75.

[4] BOROWICZ V A. Do arbuscular mycorrhizal fungi alter plant-pathogen relations? [J]. Ecology, 2001, 82: 3057–3068.

[6] 曾秀華, 葉少萍, 白昌軍, 等. 接種叢枝菌根真菌AMF及施磷量對狗牙根抗旱性的影響[J]. 熱帶作物學報, 2011, 32(6): 1069–1074.

[7] 郭濤, 王明霞, 申鴻. 叢枝菌根真菌影響蔬菜品質研究進展[J]. 中國蔬菜, 2009, 1(6): 1–6.

[8] 王紅菊, 王幼珊, 張淑彬, 等. 叢枝菌根真菌在蔬菜基質育苗上的應用研究[J]. 華北農業學報, 2011, 26(2): 152–156.

[9] 常智慧, 韓烈保. 草坪生態系統中氮肥去向研究進展[J]. 草業科學, 2003, 20(4): 61–67.

[10] 王新民, 介曉磊, 侯彥林. 中國控釋肥料的現狀與發展前景[J]. 土壤通報, 2003, 34 (6): 572–575.

[11] SIMMONS M, BERTELSEN M, WINDHAGER S, et al. The performance of native and non-native turfgrass monocultures and native turfgrass polycultures: An ecological approach to sustainable lawns[J]. Ecological Engineering. 2013, 37(8): 1095–1103.

[12] BOULTER J I, TREVORS J T, BOLAND G J. Microbial studies of compost: bacterial identification, and their potential for turfgrass pathogen suppression[J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2002, 18(7): 661–671.

[13] KOSKE R E, GEMMA J N, JACKSON N. Mycorrhizal fungi associated with three species of turfgrass[J]. Canadian Journal of Botany. 1997, 75(2): 320–332.

一是打造“生活精致的田園新城”。吸收田園城市理論的有益成果，置身揚子江城市群、江淮生態經濟區大格局中，統籌空間布局、土地布局、產業布局等，嚴格控制生態紅線、城市邊界線、耕地保護線，推動城市精明增長。以融入長三角經濟帶為導向，加速啟揚高速姜堰東互通等節點建設，暢通328國道、紅旗大道等泰姜融合通道，優化城鄉道路“微循環”，構建通江達海的交通路網體系。鞏固國家生態文明建設示范區創建成效，持續打好藍天、碧水、凈土保衛戰，完善污水管網等基礎設施，推動區域生態環境質量持續改善。深化文明城市創建，構建常態化長效化機制，有效消除行車堵、停車難等民生問題，讓群眾有更多的獲得感、幸福感。

[14] 李建生, 楊憲杰. 礦地酸性土壤水土保持植物修復技術[J]. 中國水土保持, 2007, 1(8): 32–33.

[15] CELEBI S Z, DEMIR S, CELEBI R, et al. The effect of Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) applications on the silage maize (L.) yield in different irrigation regimes[J]. European Journal of Soil Biology, 2010, 46(5): 302–305.

[16] 袁麗環, 閆桂琴, 朱志敏. 叢枝菌根(AM)真菌對翅果油樹幼苗根系的影響[J]. 西北植物學報, 2009, 29(3): 580–585.

[17] YUAN Saifei, LI Meiyun, FANG Zhiying, et al. Biological control of tobacco bacterial wilt using Trichoderma harzianum amended bioorganic fertilizer and the arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Biological Control, 2016: 164–171.

[18] GOICOECHEA N, BASLAM M, ERICE G, et al. Increased photosynthetic acclimation in alfalfa associated with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and cultivated in greenhouse under elevated CO2[J]. Journal of Plant Physiology. 2014, 171(18): 1774–1781.

[19] EVELIN H, GIRI B, KAPOOR R. Ultrastructural evidence for AMF mediated salt stress mitigation in[J]. Mycorrhiza, 2013, 21: 71–86.

[20] BORKOWSKA B. Growth and photosynthetic activity of micropropagated strawberry plants inoculated with endomycorrhizal fungi and growing under drought stress[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2002, 24(4): 365–370.

[21] KRISHNA H, SINGH S K, SHARMA R R, et al. Biochemical changes in micropropagated grape (L.) plantlets due to arbuscular-mycorrhizal fungi (AMF) inoculation during ex vitro acclimatization[J]. Scientia Horticulturae, 2005, 106(4): 554–567.

[22] BASLAM M, ESTEBAN R, GARCIA-PLAZAOLA J I, et al. Effectiveness of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) for inducing the accumulation of major carotenoids, chlorophylls and tocopherol in green and red leaf lettuces[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 97(7): 3119–3128.

[23] BERRUTI A, BORRIELLO R, BEFFA M T D, et al. Application of nonspecific commercial AMF inocula results in poor mycorrhization inL.[J]. Symbiosis, 2013, 61(2): 63–76.

[24] 周佩珍, 葉鈺坤, 湯佩松. 在單色光下,葉綠體中不同葉綠素a/b比例與還原2,6-二氯酚靛酚能力(希爾反應)的關系[J]. 植物學報, 1966, 14(2): 144–149.

[25] TAULER M, BARAZA E. Improving the acclimatization and establishment ofL. plantlets, a promising energy crop, using a mycorrhiza-based biofertilizer[J]. Industrial Crops and Products, 2015: 299–304.

[26] SHU Bo, WANG Peng, XIA Renxue. Effects of mycorrhizal fungi on phytate-phosphorus utilization in trifoliate orange (L. Raf) seedlings[J]. Acta Physiologiae Plantarum. 2014, 36(4): 1023–1032.

[27] 趙昕, 閻秀峰. 叢枝菌根對喜樹幼苗生長和氮、磷吸收的影響[J]. 植物生態學報, 2006, 30(6): 947–953.

[28] GONZALEZ M, CUENCA G. Response of plantain plants (Musa AAB cv. Horn) to inoculation with indigenous and introduced arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) under field conditions[J]. Revista de la Facultad de Agronomía , 2008, 25(3): 470–495.

[29] 張玉鳳, 馮固, 李曉林. 叢枝菌根真菌對三葉草根系分泌的有機酸組分和含量的影響[J]. 生態學報, 2003, 23(1): 30–37.

[30] 黃仁華, 陸云梅, 黃煒. 叢枝菌根真菌(AMF)對137Cs污染土壤下宿根高粱生長、根際磷酸酶和富集核素的影響[J]. 農業環境科學學報, 2013, 32(5): 953–959.

[31] 許加. 鳳縣鉛鋅礦區AMF分布及其與土壤因子的相關性[D]. 陜西: 西北農林科技大學, 2013.

[32] WANG Zhongwen, SHAN Xiaoquan, ZHANG Shuzhen. Comparison between fractionation and bioavailability of trace elements in rhizosphere and bulk soils. Chemosphere, 2002, 46(8): 1163–1171.

[33] 鐘敏, 黃益宗, 伍文, 等. 叢枝菌根真菌群落對白三葉草植株生物量磷吸收和土壤磷酸單酯酶活性的影響[J]. 農業環境科學學報, 2012, 31(9): 1770–1776.

[34] 吉春龍, 田萌萌, 馬繼芳, 等. 叢枝菌根真菌對植物營養代謝與生長影響的研究進展[J]. 浙江師范大學學報 (自然科學版), 2010, 33(3): 303–309.

[35] RATTI N, KUMAR S, VERMA H N, et al. Improvement in bioavailability of tricalcium phosphate tovar.by rhizobacteria, AMF andinoculation[J]. Microbiological Research, 2001, 156(2): 145–149.

[36] CHO E J, DO W C, KIM H L, et al. Effects of AMF inoculation on growth ofCA Meyer seedlings and on soil structures in mycorrhizosphere[J]. Scientia Horticulturae, 2009, 122(4): 633–637.

Effect of inoculatingon the regrowth of carpetgrass () and soil properties

GUO Jianhua1, HAN Tao1, PENG Xue1, HU Wenwu1, HE Hongbin1, XIN Guorong1,*

Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Resources, School of Life Sciences, Sun Yat–sen University, Guangzhou 510275, China

The effects ofinoculation on the regrowth of carpetgrassas well as the soil properties were investigated in this study. The results showed that: (1) the inoculation of AMF significantly increased the biomass, plant height and root activity of carpetgrass; (2) AMF colonization greatly increased the shoot P contents of carpetgrass, but showed no effects to the N nutrient level in the tested plants; (3) Compared with the non-mycorrhizal control, AMF colonization increased soil pH value, and enhanced the mean weight diameter and geometry mean diameter of soil aggregates by 39.1% and 114.5%, respectively. These results indicate that AMF can increase the regrowth of carpetgrass, and improve the physicochemical properties of soil.

; mycorrhiza;; regeneration; soil improvement

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.023

Q939.96

A

1008-8873(2017)02-158-06

2016-01-11;

2016-04-23

國家自然科學基金(31071357); 廣東省科技計劃(2013B020302001)

郭健樺(1992—), 男, 廣東梅州人, 碩士, 主要從事菌根生態學研究，E-mail: 544514970@qq.com

辛國榮, 男, 博士, 教授, 主要從事菌根生態學和草地生態學研究, E-mail: lssxgri@mail.sysu.edu.cn

郭健樺, 韓濤, 彭雪, 等. 接種根內球囊霉()對地毯草()再生及土壤的影響[J]. 生態科學, 2017, 36(2): 158-163.

GUO Jianhua, HAN Tao, PENG Xue, et al. Effect of inoculatingon the regrowth of carpetgrass () and soil properties[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 158-163.