孫超 晉文娟 李文璐 馬俊 尚輝 白龍強(qiáng) 賀超興
摘 要:為探明基質(zhì)(草炭∶ 蛭石=2∶ 1,體積比)高溫滅菌和不滅菌條件下Glomus mosseae(GM)真菌對(duì)蘆筍幼苗的作用效果,以“澤西奈特”為試材,研究了兩種條件下GM真菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的影響。結(jié)果表明,兩種條件下GM真菌接種均可顯著促進(jìn)蘆筍幼苗的生長(zhǎng),形成對(duì)蘆筍幼苗根系較高強(qiáng)度的侵染,增強(qiáng)蘆筍幼苗對(duì)9種礦質(zhì)元素的吸收;不滅菌條件下接種GM真菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的效果更好,作用更明顯。因此,基質(zhì)不滅菌狀態(tài)更利于蘆筍菌根苗的培育。
關(guān)鍵詞:高溫滅菌;GM;蘆筍;生長(zhǎng);礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)
中圖分類號(hào):S644.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2012)11-0061-05
Effect of High-Temperature Sterilization to Matrix on Growth and
Mineral Nutrient Absorption of Asparagus Mycorrhizal Seedlings
Sun Chao1,2, Jin WenJuan2,3, Li WenLu4, Ma Jun2,
Shang Hui1,2, Bai LongQiang1,2,He ChaoXing2*
(1.College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China;
2. Institute of Vegetables and Flowers,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China;
3.College of Forestry,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003,China;
4.College of Horticulture,Hebei Agricultural University,Baoding 071001,China)
Abstract To determine the effects of Glomus mosseae(GM) on asparagus seedlings in high-temperature sterilized and non-sterilized matrix (peat:vermiculite=2∶ 1, V/V), the pot experiments with Jersey Knight as material were conducted by inoculating GM to asparagus. The results showed that GM inoculation greatly promoted the growth of asparagus seedlings, formed stronger infection to asparagus roots, and enhanced the absorption to nine mineral nutrients. Meanwhile, GM inoculation in non-sterilized matrix had much more contribution to seedling growth and mineral nutrients absorption. So, non-sterilization was better for culture of asparagus mycorrhizal seedlings.
Key words High-temperature sterilization; GM; Asparagus; Growth; Mineral nutrient
蘆筍(Asparagus officinalis L)又名石刁柏、龍須菜,為百合科天門冬屬多年生宿根草本植物。因其富含皂甙、蘆丁、氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),且具防癌、抗癌、降血壓、降血脂、預(yù)防心血管疾病等功效,素有“蔬菜之王”的美譽(yù)。蘆筍一次種植,栽培年限可達(dá)15~20年,因此培育壯苗在蘆筍栽培中具有重要意義。
叢枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)是一類與植物根系共生形成菌根而具有改善作物營(yíng)養(yǎng)、提高作物抗病性、增強(qiáng)作物抗逆性等作用的土壤微生物[1]。摩西球囊霉(Glomus mosseae,GM)屬于球囊霉屬的叢枝菌根真菌,是一類對(duì)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的叢枝菌根真菌。前人研究表明,對(duì)蘆筍接種AMF可增加產(chǎn)筍量、提高嫩莖中人體必需氨基酸的含量[2],增強(qiáng)蘆筍幼苗抗溫度脅迫的能力和對(duì)鐮刀菌根腐病、紫紋羽病等土傳病害的抗性[3~5]。前期研究表明,對(duì)蘆筍進(jìn)行GM真菌接種處理可以顯著促進(jìn)蘆筍幼苗的生長(zhǎng),增強(qiáng)蘆筍幼苗對(duì)礦質(zhì)元素的吸收[6],然而基質(zhì)滅菌處理是否對(duì)蘆筍菌根苗生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收產(chǎn)生影響尚未見報(bào)道。
滅菌處理可有效地殺死基質(zhì)中的微生物,利于GM真菌在接種后起作用?;|(zhì)滅菌的方法主要有高溫滅菌和60Co輻射滅菌兩種,60Co輻射滅菌成本較高,且具放射性不利于推廣,生產(chǎn)中宜用高溫滅菌的方法。本試驗(yàn)旨在通過研究基質(zhì)高溫滅菌處理對(duì)蘆筍菌根苗生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的影響,優(yōu)化蘆筍菌根苗的培育方式。
1 材料與方法
11 供試材料
供試蘆筍品種為澤西奈特,購(gòu)自北京市農(nóng)林科學(xué)院。供試菌種為匈牙利科學(xué)院土壤科學(xué)與農(nóng)業(yè)化學(xué)研究所Tunde Takacs博士提供的Glomus mosseae-2(簡(jiǎn)稱GM2),原產(chǎn)地為匈牙利。菌劑是經(jīng)玉米擴(kuò)繁的由宿主植物根段、真菌菌絲、孢子、沙土組成的復(fù)合物,每克菌劑中孢子數(shù)目為2705個(gè),菌根侵染率為714%。供試基質(zhì)為草炭、蛭石混合物,將兩者按體積比2∶ 1混合均勻。營(yíng)養(yǎng)缽規(guī)格為底部直徑8 cm,上口直徑13 cm,高13 cm,使用前用75%酒精擦拭滅菌。
12 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)于2011年9~11月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所試驗(yàn)溫室進(jìn)行,設(shè)4個(gè)處理:滅菌接種、滅菌CK、不滅菌接種、不滅菌CK。每個(gè)處理10株,重復(fù)3次,共120株。高溫滅菌處理為間歇滅菌,即將基質(zhì)置于恒溫箱中連續(xù)2 d 160℃烘2 h。接種處理為播種時(shí)每播種孔穴施6 g菌劑,CK則加入等量滅活菌劑(160℃烘2 h)以保證營(yíng)養(yǎng)物和微生物區(qū)系條件一致。蘆筍種子經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為06%的NaClO溶液浸泡10 min后用蒸餾水沖洗干凈,浸種催芽。9月11日選取飽滿一致、出芽整齊的種子播種于裝有滅菌基質(zhì)(約占營(yíng)養(yǎng)缽體積4/5,預(yù)先澆透水)的營(yíng)養(yǎng)缽中,接菌處理后在種子上方蓋一層薄的基質(zhì),并上覆薄膜保濕,待出苗后揭去薄膜,自然溫光條件下常規(guī)管理。于播種后20、30、40、50、60、70 d統(tǒng)計(jì)蘆筍幼苗地上莖長(zhǎng)度。播種后70 d時(shí)進(jìn)行植株生物量、蘆筍幼苗根系菌根侵染、組織器官礦質(zhì)元素含量等指標(biāo)的測(cè)定。
13 測(cè)定方法
用直尺測(cè)量蘆筍幼苗地上莖(基質(zhì)表面到生長(zhǎng)點(diǎn))長(zhǎng)度,求和即為地上莖總長(zhǎng)度;洗凈蘆筍幼苗根系,剪成約1 cm長(zhǎng)的根段置于FAA溶液(配方為70%酒精∶ 甲醛∶ 冰醋酸=90∶ 5∶ 5,體積比)中固定24 h,用曲利苯藍(lán)染色法[7]檢測(cè)菌根侵染程度,制片鏡檢。根據(jù)Trouvelot等[8]的方法,按下述公式計(jì)算相關(guān)菌根侵染指標(biāo)。
菌根侵染率(%)=有菌根根段數(shù)/總根段數(shù)×100;
根系中的菌根侵染強(qiáng)度(%)=(95×侵染率90%以上根段數(shù)+70×侵染率50%~90%根段數(shù)+30×侵染率10%~50%根段數(shù)+5×侵染率1%~10%根段數(shù)+侵染率1%以下的根段數(shù))/總根段數(shù)×100;
根段中的相對(duì)菌根侵染強(qiáng)度(%)=根系中的菌根侵染強(qiáng)度×總根段數(shù)/有菌根段數(shù)×100;
菌根根段叢枝率(%)=(100×mA3+50×mA2+10×mA1)/100
公式中mA3、mA2、mA1分別是A3、A2、A1對(duì)應(yīng)的菌根侵染強(qiáng)度,A3、A2、A1分別為叢枝充足、叢枝中等頻率、叢枝少量。
根系叢枝率(%)=菌根根段叢枝率×根系中的菌根侵染強(qiáng)度/100
播種后70 d時(shí)將植株從營(yíng)養(yǎng)缽中小心取出,用蒸餾水洗凈,擦干,105℃殺青15 min后75℃烘至恒重測(cè)干物質(zhì)重量。將植株干樣按根、莖、擬葉分開并粉碎,半微量凱氏法[9]測(cè)定N元素的含量;樣品經(jīng)HNO3-H2O2(體積比5∶ 1)消煮后使用等離子電感耦合發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測(cè)定P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、B等元素的含量。各種元素的含量與各部分生物量的乘積即為該部分某元素的吸收量[10]。
菌根依賴性(%)=菌根植株干重/非菌根植株干重×100[11];
菌根效應(yīng)(%)=(接種GM處理元素吸收量-不接種GM處理元素吸收量)/接種GM處理元素吸收量×100
采用DPS軟件Duncans 新復(fù)極差法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2 結(jié)果與分析
21 基質(zhì)高溫滅菌處理對(duì)蘆筍菌根苗生物量的影響
GM真菌接種后20 d起測(cè)定,圖1表明,出苗初期,蘆筍菌根苗的地上莖總長(zhǎng)度與CK相比差異不顯著;接種后30 d起菌根苗的地上莖總長(zhǎng)度顯著高于CK,且隨著時(shí)間的延長(zhǎng),差異逐漸增大。接種后70 d時(shí),不滅菌接種的蘆筍幼苗地上莖總長(zhǎng)度比滅菌接種的增加了97%,說明在基質(zhì)不滅菌條件下接種GM真菌更有利于蘆筍幼苗地上莖的生長(zhǎng)。
圖1 基質(zhì)高溫滅菌和GM真菌接種處理對(duì)蘆筍
幼苗地上莖總長(zhǎng)度的影響
GM真菌接種后70 d時(shí)測(cè)定,由表1可知,滅菌基質(zhì)中蘆筍菌根苗的根系、全株干物重分別比CK增加了389%、270%,未滅菌基質(zhì)中增加了435%、452%;不同處理間莖葉干物重?zé)o明顯差異?;|(zhì)滅菌和不滅菌條件下蘆筍幼苗的菌根依賴性分別為1270%、1487%,并且差異不顯著,說明不論基質(zhì)滅菌與否,GM真菌接種均可顯著促進(jìn)蘆筍幼苗的生長(zhǎng),且兩種條件下促進(jìn)程度相近。同時(shí),不滅菌接種處理的蘆筍幼苗總干物重比滅菌接種處理的增加了298%,表明基質(zhì)未滅菌狀態(tài)下接種GM真菌更有利于蘆筍幼苗的生長(zhǎng)。
表1 基質(zhì)高溫滅菌和GM真菌接種處理對(duì)蘆筍
幼苗干物重和菌根依賴性的影響
(g/株)
處理 根系
干物重 莖葉
干物重 總干物重 根冠比 菌根依賴
性(%)
滅菌接種 025 b 023 a 048 ab 109 ab 1270 a
滅菌CK 018 c 019 a 037 b 095 b -
不滅菌接種 033 a 028 a 061 a 118 a 1487 a
不滅菌CK 023 bc 020 a 043 ab 115 a -
注:表中數(shù)值為3個(gè)重復(fù)的平均值,同列不同小寫字母表示差異顯著(α=005),下表同。
22 基質(zhì)高溫滅菌處理對(duì)蘆筍菌根苗根系侵染的影響
GM真菌接種后70 d時(shí)測(cè)定,滅菌接種和不滅菌接種處理的菌根侵染率、菌根侵染強(qiáng)度、相對(duì)菌根侵染強(qiáng)度差異不顯著(表2),表明基質(zhì)高溫滅菌處理并未影響GM真菌對(duì)蘆筍幼苗根系侵染的程度。GM真菌的絕對(duì)叢枝率和相對(duì)叢枝率在滅菌條件下較不滅菌條件下分別增加了11倍和15倍,說明對(duì)基質(zhì)滅菌更有利于叢枝的發(fā)育。
表2 GM真菌對(duì)蘆筍幼苗根系的菌根侵染情況
(%)
處理 菌根侵
染率 菌根侵染
強(qiáng)度 相對(duì)菌根
侵染強(qiáng)度 絕對(duì)叢
枝率 相對(duì)叢
枝率
滅菌接種 6000 a 3611 a 5947 a 1308 a 3813 a
滅菌CK 0 0 0 0 0
不滅菌接種 6445 a 3922 a 6135 a 609 b 1528 b
不滅菌CK 0 0 0 0 0
23 基質(zhì)高溫滅菌和GM真菌接種處理對(duì)蘆筍菌根苗礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的影響
GM真菌接種后70 d時(shí)測(cè)定(表3),根系中N的吸收量滅菌接種比滅菌CK增加了488%,不滅菌接種比不滅菌CK增加了469%,說明基質(zhì)高溫滅菌沒有明顯影響GM2對(duì)根系N吸收的改善作用,Mg、Cu變化趨勢(shì)與之相同。P、Ca、Zn的吸收量處理之間差異不顯著。K的吸收量由高到低依次為不滅菌接種>不滅菌CK>滅菌接種>滅菌CK,其中基質(zhì)不滅菌條件下接種GM真菌使根系中K的吸收量增加了131%,滅菌條件下增加了159%。Fe的吸收量以滅菌接種最高,不滅菌接種次之,滅菌CK和不滅菌CK最小且差異不顯著。B的吸收量,基質(zhì)不滅菌高于滅菌,接種處理與對(duì)照之間差異不顯著。
對(duì)比接種后70 d時(shí)莖葉中元素吸收量可知,N以不滅菌接種的最高,比不滅菌CK的增加了391%,滅菌接種和滅菌CK的次之,且差異不顯著,B的變化規(guī)律與N相同。P的吸收量為不滅菌接種和不滅菌CK的最高,差異不顯著,滅菌接種的次之,滅菌CK最低,說明基質(zhì)不滅菌更利于莖葉中進(jìn)行P的吸收。K的吸收量不滅菌接種最高,不滅菌CK和滅菌接種差異不顯著,滅菌CK最低。Ca、Mg的吸收量處理之間差異不顯著。Zn的吸收量不滅菌CK相對(duì)于其他處理有所降低。Cu的吸收量接種處理高于CK,基質(zhì)滅菌的增加了824%,未滅菌的增加了565%,且滅菌接種與不滅菌接種處理之間差異不顯著。
表3
高溫滅菌和GM真菌接種處理
對(duì)蘆筍幼苗礦質(zhì)元素吸收量的影響
處理 N
(mg) P
(mg) K
(mg) Ca
(mg) Mg
(mg) Zn
(μg) Cu
(μg) Fe
(μg) B
(μg)
根 滅菌接種 622 a 020 a 277 bc 082 a 036 ab 962 a 214 ab 11175a 466 b
滅菌CK 418 b 018 a 239 c 055 a 023 c 756 a 067 c 4308 c 728 b
不滅菌接種 567 a 031 a 388 a 095 a 043 a 957 a 258 a 8800 b 2459 a
不滅菌CK 386 b 019 a 343 ab 067 a 026 bc 777 a 141 bc 3515 c 2613 a
莖葉 滅菌接種 719 b 031 b 346 b 194 a 059 a 1020 a 155 a 3395 b 3971 b
滅菌CK 738 b 022 c 179 c 233 a 069 a 1074 a 085 b 7358 a 3762 b
不滅菌接種 846 a 049 a 577 a 225 a 071 a 1055 a 169 a 7237 a 4860 a
不滅菌CK 608 c 042 a 401 b 177 a 053 a 778 b 108 ab 3136 b 3246 c
全株 滅菌接種 1341 b 050 bc 623 c 276 ab 094 a 1982 a 369 ab 14570b 4438 c
滅菌CK 1156 c 039 c 418 d 288 ab 092 a 1830 a 152 c 11666c 4490 c
不滅菌接種 1413 a 080 a 965 a 319 a 114 a 2012 a 427 a 16037a 7319 a
不滅菌CK 994 d 061 b 743 b 244 b 079 a 1555 a 250 bc 6651 d 5859 b
注:表中數(shù)據(jù)均為單株的含量。
接種后70 d時(shí),全株中N的吸收量由高到低依次為不滅菌接種>滅菌接種>滅菌CK>不滅菌CK,其中不滅菌接種比滅菌接種增加了54%,F(xiàn)e具有相同的變化趨勢(shì)。P的吸收量在基質(zhì)滅菌狀態(tài)下因GM真菌接種增加了282%,不滅菌狀態(tài)下為311%,以不滅菌接種處理的最高,比滅菌接種的增加了600%,表明對(duì)基質(zhì)不滅菌更利于蘆筍菌根苗對(duì)P的吸收利用。K的吸收量在基質(zhì)不滅菌狀態(tài)下生長(zhǎng)的幼苗高于滅菌狀態(tài)下的,由高到低為不滅菌接種>不滅菌CK>滅菌接種>滅菌CK,其中不滅菌接種的比滅菌接種的增加了490%,說明了基質(zhì)高溫滅菌抑制了蘆筍幼苗對(duì)K的吸收,而蘆筍菌根苗在不滅菌的基質(zhì)中對(duì)K的利用率最高。Ca的吸收量以不滅菌接種的最高,其他三個(gè)處理之間差異不顯著。Mg、Zn的吸收量差異不顯著。Cu的吸收量由高到低依次為不滅菌接種>滅菌接種>不滅菌CK>滅菌CK,其中不滅菌接種的比滅菌接種的增加了156%。全株B的吸收量不滅菌接種的最高,不滅菌CK的次之,滅菌接種和滅菌CK的最低。
GM真菌接種后70 d測(cè)定菌根效應(yīng),表4表明,根系中GM2對(duì)元素吸收的菌根效應(yīng),N、Mg差異不顯著,不滅菌接種的P、Fe顯著高于滅菌接種的,而K、Ca、Mg、Zn、Cu低于滅菌接種的;莖葉中不滅菌接種的N、Ca、Mg、Cu、Fe、B高于滅菌接種的,而K、Zn降低,P差異不顯著。全株中GM菌根效應(yīng)的變化趨勢(shì)與莖葉中的相一致。
表4 GM在基質(zhì)高溫滅菌和不滅菌條件下
的菌根效應(yīng)
(%)
處 理 N P K Ca Mg Zn Cu Fe B
根 滅菌接種 327 a 05 b 131 a 318 a 359 a 687 a 227 a 419 b -628 b
不滅菌接種 319 a 334 a 74 b 258 b 347 a 443 ab 51 b 567 a -70 a
莖葉 滅菌接種 -27 b 302 a 484 a -212 b -178 b 449 a -48 b -1300 b 54 b
不滅菌接種 280 a 135 a 305 ab 210 a 249 a 330 b 262 a 506 a 332 a
全株 滅菌接種 137 b 203 a 328 a -45 b 23 b 594 a 77 b -165 b -12 b
不滅菌接種 296 a 223 a 227 b 230 a 293 a 398 b 201 a 562 a 199 a
3 結(jié)論與討論
試驗(yàn)表明,基質(zhì)高溫滅菌和不滅菌條件下對(duì)蘆筍進(jìn)行GM真菌接種處理均可以顯著促進(jìn)蘆筍幼苗的生長(zhǎng),增加生物量,增強(qiáng)蘆筍幼苗對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),所以試驗(yàn)使用的GM2菌種對(duì)蘆筍幼苗具有高效性。對(duì)比生物量和菌根效應(yīng)可知,不滅菌條件下GM真菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的貢獻(xiàn)更大,這可能與栽培基質(zhì)(草炭∶ 蛭石=2∶ 1,體積比)經(jīng)過高溫滅菌后持水能力下降有關(guān)。至于其他類型基質(zhì)高溫滅菌對(duì)蘆筍菌根苗的影響,有待于進(jìn)一步研究。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩種條件下GM真菌對(duì)蘆筍幼苗根系的侵染強(qiáng)度相近,但在滅菌條件下形成了更多的叢枝,其原因有待明確。
接種GM真菌作為一種生物技術(shù),應(yīng)用于蘆筍栽培可培育壯苗,縮短苗期,節(jié)省肥料,提高有機(jī)基質(zhì)的養(yǎng)分利用率[6]。本試驗(yàn)證實(shí)在基質(zhì)(草炭∶ 蛭石=2∶ 1,體積比)不滅菌條件下GM真菌對(duì)蘆筍幼苗生長(zhǎng)具有更好的作用效果,因此,未經(jīng)過高溫滅菌的基質(zhì)更利于培育具高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潛力的蘆筍菌根苗,降本提效。參 考 文 獻(xiàn):
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