摩西球囊霉（Glomus mosseae）與“津研4號”黃瓜的共生效應研究

何佳怡 樊婭萍 李東林 王倡憲

摘要 采用盆缽培養的方法，以蛭石為基質培育“津研4號”黃瓜幼苗，育苗時接種摩西球囊霉（Glomus mosseae），并澆灌Hoagland營養液。結果表明，隨著營養液濃度的升高，該AM真菌與“津研4號”可以形成共生體，但二者的親和力較低，28 d苗齡時菌根侵染率僅為26.5%。接種G.mosseae的黃瓜幼苗根系全磷含量顯著高于對照，幼苗質量與對照間無顯著差異。

關鍵詞 津研4號;摩西球囊霉;親和力;幼苗質量

中圖分類號 S-642.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）12-0176-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.045

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on Symbiotic Effect of Glomus mosseae and Jinyan No.4 Cucumber （Cucumis sativus L.）

HE Jia yi，FAN Ya ping，LI? Dong lin et al （College of Modern Agriculture and Ecological Environment，Heilongjiang University，Key Laboratory of Agricultural Resources Utilization and Environmental Security，Harbin，Heilongjiang 150080）

Abstract A pot experiment was carried out，vermiculite was used as the nursery substrate，and Jinyan No.4 cucumber seedlings inoculated with G.mosseae were irrigated by Hoagland nutrients solution at nursery stage.The results showed that G.mosseae and Jinyan No.4 formed a symbiosis with the increase of nutrient solution concentration，but the affinity between the partners was low，and the mycorrhizal infection rate was only 26.5% at 28 d seedling age.The phosphorus concentration in roots of seedlings inoculated with G.mosseae was higher than that of control，and there was no significant difference in seedlingss qualities between the two treatments.

Key words Jinyan No.4;G.mosseae;Affinity;Seedlingss quality

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，簡稱為AMF）隸屬于球囊霉門，是一類活體營養真菌，該類真菌可以侵染80%～90%的陸生維管植物，進而形成具有雙膜結構的菌根共生體[1-3]。共生體系建立后，AM真菌代謝所需碳水化合物與脂質由寄主供給，與此同時，AM真菌協助寄主獲取生長所需礦質養分[2，4]。

黃瓜是我國設施栽培的主要蔬菜種類之一，栽培面積逐年增加，栽培各環節中培育壯苗是獲得高產的關鍵。研究證實，AM真菌與黃瓜可形成互惠共生體，育苗時接種適宜的AM真菌不僅能促進黃瓜生長而且對寄主抗逆能力的改善有積極作用[5-12]。筆者選取目前抗霜霉病與白粉病能力較強的露地主栽品種“津研4號”為寄主，于黃瓜育苗時接種農田中廣泛分布的AM真菌Glomus mosseas，以明確該黃瓜品種與AM真菌的共生效應，以期為黃瓜育苗時合理篩選適宜的共生體組合提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 黃瓜品種：

試驗所用黃瓜品種為“津研4號”（購自天津科潤黃瓜研究所），先將種子浸泡于10% H2O2中表面消毒5 min，然后用滅菌的蒸餾水沖洗干凈，溫湯浸種（50～55 ℃持續攪拌15 min），最后放入鋪有濕潤濾紙的培養皿中黑暗催芽。

AM菌劑：Glomus mosseas（摩西球囊霉，縮寫為G.mosseae，購自北京市農林科學院，BJ01，40～50個孢子/g菌劑）。原始AM菌劑以玉米為寄主，滅菌的河砂為基質，擴繁90 d后得到含有該真菌的菌絲與孢子及玉米根段的擴繁菌劑（約200個孢子/g菌劑）。

育苗基質：蛭石，121 ℃濕熱間歇滅菌2 h。

育苗容器：營養缽（13.0 cm×9.0 cm×8.5 cm），使用前用70%乙醇表面消毒，晾干備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計。共設2個處理：①接種AM真菌（AM）;②未接種AM真菌的對照（CK）。每處理5株，重復4次。

1.2.2 植物培養。

將調節至適宜水分含量的育苗基質裝盆，接種AM真菌處理的營養缽基質表面鋪10 g AM菌劑，未接種處理加入等量滅菌菌劑與10 mL菌劑濾液，以保證處理間其他微生物種類一致。基質與菌劑用量比為10∶1。選擇芽長均為1 cm的種子播于營養缽內，每盆播種2粒，出苗后每盆定植1株，播種7 d后子葉展開，子葉展開后定期澆灌Hoagland營養液，第1～14天營養液濃度為1/4，第14～21天營養液濃度為1/2，第21～28天為全濃度營養液，幼苗生長28 d后收獲。幼苗生長期間將盆缽置于培養室常規管理。

1.3 測定指標與方法 幼苗收獲前測定株高與莖粗，然后從莖基部迅速分割地上部與根系，適當清洗，吸水后，測定葉面積與葉綠素含量[13]，樣品烘干后測定干重，同時計算壯苗指數。

壯苗指數=莖粗株高×葉面積×全株干重[14]

地上部與根系全氮與全磷含量分別采用鈉氏比色法與釩鉬黃比色法測定[15]。菌根侵染率測定采用根段法[16]。

1.4 數據分析 試驗數據利用Excel數據分析中的雙樣本等方差t檢驗，顯著水平取α=0.05。

2 結果與分析

2.1 G.mosseae對黃瓜幼苗葉面積與葉綠素含量的影響

幼苗的葉面積與葉綠素含量與植株光合作用強度密切相關，是植株生物量積累的前提。G.mosseae對黃瓜幼苗葉面積與葉綠素含量的影響見圖1和2。由圖1可知，接種G.mosseae的黃瓜幼苗葉面積顯著低于對照，對照葉面積是接種處理的1.15倍。由圖2可知，與對照相比，接種G.mosseae后幼苗葉綠素含量有所下降，但二者間的差異未達顯著水平，對照組的葉綠素含量是接種處理的1.02倍。

2.2 G.mosseae對黃瓜幼苗干重的影響

幼苗的干重可用于反映植株光合產物的積累程度，是度量幼苗長勢的主要參數。G.mosseae對黃瓜幼苗地上部與根系干重的影響見圖3與圖4。就地上部干重而言，接種G.mosseae后，黃瓜幼苗的地上部干重較對照有所下降，對照的地上部干重是接種處理的1.12倍，但2個處理間無顯著差異（圖3）。與G.mosseae對黃瓜幼苗地上部的影響不同，接種G.mosseae后，黃瓜幼苗的根系干重有所增加，菌根化幼苗根系干重是對照的1.04倍，2個處理間差異未達顯著水平（圖4）。

2.3 G.mosseae對黃瓜幼苗壯苗指數的影響

壯苗指數是度量幼苗質量的一個重要指標，該指標綜合了幼苗的株高、莖粗、葉面積與全株干重4個主要生長參數，該值越大，說明幼苗質量越好。從圖5可以看出，接種G.mosseae的黃瓜幼苗壯苗指數有所下降，但2個處理間差異不顯著。菌根侵染率是衡量AM真菌與寄主間共生程度的一個通用指標，由圖6可知，黃瓜幼苗接種28 d后，菌根侵染率為26.5%，低于50%，即G.mosseae與該黃瓜品種幼苗的共生關系較弱。

2.4 G.mosseae對黃瓜幼苗氮磷養分吸收的影響 G.mosseae對黃瓜幼苗地上部與根系氮磷養分吸收的影響見圖7～10。由圖7～10可知，G.mosseae對黃瓜幼苗地上部氮磷營養水平并無顯著影響，接種G.mosseae處理幼苗地上部全氮全磷含量與對照間均未達顯著水平。G.mosseae可顯著促進幼苗根系對磷的吸收。其中，菌根化處理的幼苗根系全磷含量顯著高于對照，是對照的2.02倍。同時，接種G.mosseae的幼苗根系全氮含量也高于對照，但二者間的差異未達顯著水平。

3 討論

一定條件下，AM真菌對寄主促生效應的大小稱為菌根效應，該指標可用來預測某個菌種或菌株在該寄主上的應用潛力，菌根效應受AM真菌種類、寄主、土壤養分水平及光照等諸多因素的影響，而AM真菌與寄主間的協調性尤為重要[17]。煙苗上接種AM真菌的研究證實，培育壯苗的關鍵是早期接種適宜的AM真菌[18]。該研究中，G.mosseae雖在一定程度上促進了幼苗根系生物量的積累，但菌根化幼苗的葉面積、葉綠素含量、地上部干重仍低于對照，即G.mosseae對“津研4號”黃瓜幼苗并未表現出顯著的促生效應，相反，菌根化幼苗的質量卻低于對照。研究發現，高磷水平下（1.3 mmol/L P），柑橘的生物量會因接種AM真菌而有所下降[19]。另有研究證實，蔬菜作物育苗過程中，如果基質中養分含量較高，則會出現侵染狀況差的情況[20]。結合該研究，幼苗從第15天起開始澆灌完全濃度Hoagland營養液，營養液中磷濃度為1 mmol/L P，14 d前，雖然澆灌的營養液濃度較低（分別為1/4與1/2濃度），但此時幼苗長勢較弱，幼苗無法為AM真菌提供足夠的碳水化合物與脂質，從而影響AM真菌的發育。從第15天起，隨著營養液濃度的增加，幼苗生長迅速，共生關系得以改善，幼苗供給AM真菌碳水化合物與脂質，地上部干重下降，與此同時，幼苗根系得益于AM真菌的侵染，干重增加，但此時的菌根侵染率較低。侵染率是共生體雙方親和力的直接體現，這也是共生體互惠的基礎。該研究中，雖然介質中的磷濃度較高，但“津研4號”與G.mosseae依然可以形成共生體，但二者的親和力較低，這不僅與共生體建成時介質中較高的磷濃度有關，還與營養液中其他養分的濃度及養分間的配比有關。

幼苗的生長及質量與其對氮磷養分的吸收密切相關。氮是葉綠素的組分之一。磷不僅是細胞膜的重要組分，同時也參與植物體內碳水化合物的代謝與運輸。研究表明，AM真菌對寄主氮營養吸收的影響不盡相同[21-23]。該研究中，對照地上部干重增加，分析認為，這一方面與該處理葉面積的顯著增加有關;另一方面，這與該處理地上部全氮營養水平改善及較高的葉綠素含量有關。此外，接種G.mosseae處理幼苗地上部與根系全磷含量均有所增加，地上部磷營養水平的改善有利于碳水化合物向根系運輸，為共生體的建成與鞏固提供了必要的物質基礎。但菌根化幼苗根系全磷含量的增加穩定了細胞膜結構，對于碳水化合物及脂質等AM真菌代謝所需物質的擴散或運輸構成了障礙，不利于共生體的建成，表現為較低的菌根侵染率。

此外，在番茄上的研究發現，單一菌株G.mosseae對寄主的侵染變化規律基本符合“S”型增長曲線，即前期的“滯緩期”、中期的“快速侵染期”與侵染28 d時根內AM真菌的消解期[24]。這說明AM真菌與寄主間的互惠關系并非一層不變，而是一個不斷變化的狀態。即AM真菌與寄主間的互惠關系維系的時間長短會因寄主或AM真菌而不同。該研究有待從時間維度上進一步探究AM真菌對黃瓜根系浸染率的變化，以此明確“津研4號”與G.mosseae的共生皆容性及共生時效。

綜上所述，鑒于G.mosseae與“津研4號”的共生效應，可以建立相應數據資源庫，詳細記錄該AM真菌與寄主間的共生效應及二者的共生條件，一方面為黃瓜育苗生產中篩選高效AM真菌提供科學依據;另一方面為深入探究共生條件對菌根效應的影響奠定必要的理論基礎。

參考文獻

[1]

REDECKER D，KODNER R，GRAHAM L E.Glomalean fungi from the Ordovician [J].Science，2000，289（5486）：1920-1921.

[2] SMITH S E，READ D J.Mycorrhizal symbioses[M].3rd ed.London： Academic，2008.

[3] 舒波，李偉才，劉麗琴，等.叢枝菌根（AM）真菌與共生植物物質交換研究進展[J].植物營養與肥料學報，2016，22（4）：1111-1117.

[4] LUGINBUEHL L N，MENARD G N，KURUP S，et al.Fatty acids in arbuscular mycorrhizal fungi are synthesized by the host plant[J].Science，2017，356 （6343）：1175-1178.

[5] KUBOTA M，MCGONIGLE T P，HYAKUMACHI M.Co occurrence of Arum and Paris type morphologies of arbuscular mycorrhizae in cucumber and tomato[J].Mycorrhiza，2005，15（2）：73-77.

[6] JI L L，TAN W F，CHEN X H.Arbuscular mycorrhizal mycelial networks and glomalin related soil protein increase soil aggregation in Calcaric Regosol under well watered and drought stress conditions [J].Soil and tillage research，2019，185：1-8.

[7] AL HARBI A R，AL OMRAN A M，ALHARBI K.Grafting improves cucumber water stress tolerance in Saudi Arabia [J].Saudi journal of biological sciences，2018，25（2）：298-304.

[8] ZHANG F L，WANG Y H，LIU C，et al.Trichoderma harzianum mitigates salt stress in cucumber via multiple responses [J].Ecotoxicology and environmental safety，2019，170：436-445.

[9] DALIAKOPOULOS I N，TSANIS I K，KOUTROULIS A，et al.The threat of soil salinity：A European scale review[J].Science of the total environment，2016，573：727-739.

[10] SALLAKU G，SANDN H，BABAJ I，et al.Specific nutrient absorption rates of transplanted cucumber seedlings are highly related to RGR and influenced by grafting method，AMF inoculation and salinity[J].Scientia horticulturae，2019，2433：177-188.

[11] RAVNSKOV S，CABRAL C，LARSEN J.Mycorrhiza induced tolerance in Cucumis sativus against root rot caused by Pythium ultimum depends on fungal species in the arbuscular mycorrhizal symbiosis[J].Biological control，2020，141：1-5.

[12] AZCN AGUILAR C，BAREA J M.Applying mycorrhiza biotechnology to horticulture：Significance and potentials[J].Scientia horticulturae，1997，68（1/2/3/4）：1-24.

[13] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14] 呂桂云，陳貴林，齊國輝.黃瓜菌根化育苗基質的研究[J].中國蔬菜，2002（4）：9-12.

[15] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2011.

[16] PHILLIPS J M，HAYMAN D S.Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection[J].Transactions of British mycological society，1970，55（1）：158-161.

[17] JOHNSON N C，GRAHAM J H，SMITH F A.Functioning of mycorrhizal associations along the mutualism parasitism continuum[J].New phytologist，1997，135（4）：575-585.

[18] 江龍，李竹玫，黃建國，等.AM真菌對煙苗生長及某些生理指標的影響[J].植物營養與肥料學報，2008，14（1）：156-161.

[19] PENG S，EISSENSTAT D M，GRAHAM J H，et al.Growth depression in mycorrhizal citrus at high phosphorus supply：Analysis of carbon costs[J].Plant physiology，1993，101（3）：1063-1071.

[20] 石兆勇，劉潤進，李瑞卿.栽培基質與AM真菌對園藝作物的影響[J].中國生態農業學報，2002，10（2）：50-52.

[21] 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.

[22] 王維華，李敏，劉潤進，等.AM 真菌對生姜某些生理指標的影響[J].萊陽農學院學報，2003，20（3）：175-177.

[23]? 方杰，范繼紅.叢枝菌根對黃檗氮素及含氮物質含量的影響[J].安徽農業科學，2012，40（23）：11672-11674.

[24] 唐超，李敏，劉永舉，等.單一及復合AM真菌初侵染對番茄苗的生理影響[J].中國農學通報，2013，29（13）：114-119.