景鵬成,呂艷萍,王樹林,陳乙實,魯為華

(石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832000)

滴灌AM真菌孢子水溶液對苜蓿的促生長效應研究

景鵬成,呂艷萍,王樹林,陳乙實,魯為華*

(石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832000)

以紫花苜蓿作為研究對象，通過采用Sufer軟件對滴灌AM真菌孢子前后土壤的水、鹽分和叢枝菌根真菌(AMF)孢子進行等值線圖的繪制，分析滴灌前后的運移狀態(tài)；在苜蓿的生長期進行定期滴灌菌肥AMF孢子，在50 d后測定苜蓿植株菌根侵染率、根瘤數、產孢性能和生物量等指標，分析不同AMF的滴灌效果，對苜蓿進行關于滴灌AMF孢子水溶液的可行性研究。結果表明，1)AMF孢子在水溶液中的數量隨著時間的延長而不斷降低，滴灌前土壤含水量呈現出表層低而深層高的總體特點。土層的電導率分布范圍較均勻。AM真菌孢子主要集中在土層10～25 cm處。滴灌后，水分大部分集中在距離滴頭30 cm左右的土層，含水量較滴灌前升高。在滴頭附近鹽分向四周擴散，在30～45 cm處形成鹽分高值區(qū)。孢子主要集中在距滴頭0～25 cm左右，對于遠距離的濕潤區(qū)，其孢子數有一定的下降趨勢。滴灌不同AM菌種孢子水溶液及滴灌距離對苜蓿生長的影響具有一定的差異性。近距離滴灌的植株地上生物量和株高顯著高于遠距離滴灌的植株(P<0.05)；2)滴灌菌種根內球囊霉(Gi)的苜蓿植株干物質(地上、地下)顯著高于對照6.59%和13.29%(P<0.05)。菌種摩西球囊霉(Gm)、內球囊霉(Gi)和幼套球囊霉(Ge)處理的地下干重顯著高于對照處理9.05%，13.29%和9.96%(P<0.05)，地表球囊霉(Gv)處理的地下干重與對照無顯著性差異(P>0.05)。Gi處理苜蓿的分枝數顯著高于對照處理19.73%(P<0.05)，其他菌種間無顯著性差異但都顯著高于對照處理(P<0.05)。Gi和Ge處理的苜蓿植株的根瘤數、孢子數和侵染率顯著高于對照組(P<0.05)。滴灌菌種間菌根侵染率和根瘤數無顯著性差異(P>0.05)。滴灌距離對植株地下部干重、株高、孢子數有顯著性影響(P<0.05)。滴灌距離和滴灌菌種的互作除了對菌根侵染率、根瘤數和根長具有顯著地影響外(P<0.05)，對其余的各指標都沒有顯著性影響(P>0.05)。綜合分析Gi菌種的滴灌應用對苜蓿的效果較好。

苜蓿；AM真菌；滴灌

紫花苜蓿(Medicagosativa)在我國已有2000多年的栽培歷史[1]，是具有產草量高、適應性強、營養(yǎng)豐富、適口性好等特點的多年生豆科牧草。隨著我國畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，苜蓿作為主要的飼料作物，對我國畜牧業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用[2]。苜蓿作為高蒸騰類型的牧草，在整個生育期耗水量較大，干旱已成為制約北方苜蓿栽培面積的擴大和產量提高的重要原因[3]，同時干旱對牧草所造成的損失在非生物因素中占首位，僅次于病蟲害產生的損失[4]。近年來，在一些缺水地區(qū)滴灌事業(yè)逐漸發(fā)展起來，其中新疆石河子相關生產單位將滴灌技術應用于苜蓿栽培,較以往的漫灌生產大幅度地提高了苜蓿產量[5]。隨著滴灌系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，水肥調控技術逐漸應用在滴灌生產中，但易造成施肥不勻，養(yǎng)分流失，作物灼燒等問題，而生物肥料具有提高作物產量、提升作物抗逆性，培肥土壤等能力。因此探索生物肥料與滴灌設備結合逐漸成為研究新方向。

國內外的大量研究表明：叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)可以與約90%的陸生植物形成互惠共生體[6]，是迄今發(fā)現與植物關系最為密切的土壤微生物之一[7]。一定條件下接種叢枝菌根真菌，可以促進植物對土壤中磷、硫、銅、鋅、硼等中、微量元素的吸收[8-11]，從而改善植物的營養(yǎng)狀況[12-13]，提高對外部不利因素的抗逆性，如：病害、干旱、冷害、鹽堿等[14-17]。作為土壤習居菌，AM真菌還可以通過改變植物根系形態(tài)與結構形成物理防御體系，拮抗土傳病原真菌、細菌和線蟲等病原物，提高植物的抗病性，即具有生物藥肥雙重的作用[18]。紫花苜蓿作為一種多年生豆科植物，通過苜蓿根瘤菌固定的氮可以滿足自身在生長期間所需的氮，減少了氮肥的施用；土壤中微生物的活動對土壤磷素的轉移和利用影響也很大，其中叢枝菌根真菌通過對苜蓿細根的侵染，促進苜蓿對水分、養(yǎng)分和礦質元素的吸收，因此，利用AM真菌提高苜蓿產量是目前最好的生物方法之一。

目前新疆滴灌苜蓿栽培已取得了良好效果，但關于鹽漬土條件下的苜蓿滴灌栽培基礎研究仍比較薄弱，由于AM真菌對豆科植物根系的侵染，可以增加根系對外界脅迫因子的抵抗力[19]，如病原體的入侵、干旱和重金屬毒性[20]等，同時還能夠使土壤形成大顆粒結構，增加水分、空氣的滲透性以及在防止土壤的侵蝕方面起了很大的作用[21]。因此本研究首次探討關于將外源AMF孢子水溶液與滴灌模擬應用于苜蓿生產，旨在探討高效菌根與滴灌設備相結合的可行性，為今后菌根技術的應用和推廣進入一個新的發(fā)展階段，同時對緩解草原退化恢復草地生態(tài)系統(tǒng)也有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1材料

實驗開始于2016年5月，在苜蓿生長8周之后開始收割測定。供試菌種：根據調查結果發(fā)現摩西球囊霉(Glomusmosseae，簡稱Gm)、根內球囊霉(Glomusintraradices，簡稱Gi)、地表球囊霉(Glomusversifome，簡稱Gv)、幼套球囊霉(Glomusversifome，簡稱Ge)在新疆地區(qū)最常見，因此從青島農業(yè)大學購買。

供試紫花苜蓿品種：“勁能”紫花苜蓿，由華豐草業(yè)科技有限公司提供。

試驗土箱：長寬高分別為60 cm×60 cm×68 cm(10 mm厚的有機玻璃制成，透明的有機玻璃便于觀測記錄濕潤峰)和60 cm×25 cm×20 cm的兩個供試土箱。

所需土壤：采自石河子大學試驗站三齡苜蓿試驗地土壤，土壤質地為重壤土，含有機質2.01%，全氮0.12%，堿解氮72.8 mg/kg，速效磷34.8 mg/kg。使用醫(yī)用輸液管模擬滴灌帶。

1.2試驗裝置

滴灌模擬試驗裝置由土箱和供水裝置兩部分組成(圖1)，試驗土箱由厚度為10 mm的有機玻璃制成，箱體規(guī)格為(長×寬×高為60 cm×60 cm×68 cm)。利用10 L廣口瓶作為AM孢子水溶液的容器，醫(yī)用輸液管模擬滴頭輸送AMF孢子的水溶液，并用輸液管控制滴灌速度(小滴頭流量)基本保證滴頭流量供水強度小于等于土壤入滲能力，使菌肥溶液滴入土壤即下滲，土壤表面無明顯積水。為保證成功將AM孢子水溶液直接輸送到植物根際，本試驗不斷進行氧氣供給和一定時間AM孢子的補充。將采集于石河子大學農學院試驗站苜蓿實驗地10～30 cm表層的土壤，在自然情況下風干粉碎，利用高壓蒸汽滅菌法，121 ℃維持 1 h，然后將土樣按每層10 cm厚夯入試驗有機玻璃土箱中。為了更加直觀看出土壤剖面各種屬性分布特征，利用surfer 8.0軟件繪制土壤剖面等值線圖。以滴頭為原點，水平方向的X軸為距離滴頭的水平距離，垂直方向的Z軸為距滴頭的垂向深度。

圖1 試驗裝置Fig.1 Test equipment diagram

再次將風干的供試土壤粉碎均勻裝于自制有機玻璃土箱中(60 cm×25 cm×20 cm)，進行紫花苜蓿種子的播種，通過醫(yī)用輸液管模擬滴頭進行AM真菌孢子水溶液的輸送。以供試菌根真菌菌種(Gm、Ge、Gv和Gi)設為4個處理，每個處理3個重復，滴灌水溶液的空白處理作為對照。在苜蓿初花期距離滴頭10和20 cm進行取樣，測定根際孢子密度，根瘤數，菌根侵染率和植株的相關生理指標，與對照植株進行比較分析，并確定AMF菌肥滴灌的促生長效應。

1.3測定項目與方法

1.3.1AM真菌孢子的觀察 由10 L廣口瓶和醫(yī)用輸液管模擬的滴灌入滲試驗系統(tǒng)，從廣口瓶上部向其注入8 L的AM真菌孢子水溶液，每隔30 min從下方的輸液管中提取定量的溶液，然后在體視顯微鏡下進行AM 真菌孢子的觀察與計數。

1.3.2土樣的采集 在滴灌孢子水溶液的過程中不斷補充AMF孢子水溶液和通過氧氣泵向其中注入氧氣，使廣口瓶中的AM真菌孢子水溶液不少于1 L，保證水溶液中AMF孢子的供給。在滴灌48 h后立即取樣，即分別在不同深度(z)土層(0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm)上，以滴頭為圓心，濕潤峰為半徑劃不同半徑r(10，20，30，40，50 cm)的圓弧，并在圓弧上采樣，直到取到干濕土交界為止。并依次在相應的垂直深度10，20，30，40 cm等直到干濕土交界處停止取土樣(由于水分入滲是三維運動，各個方向各個點的土壤含水量都不相同，因此在每點取土樣時盡量取的少，以代表這一點的平均值)。樣品分別裝于真空塑封袋中，標記備用，以滴灌前的取樣點作為對照試驗。

1.3.3水分和鹽分的測定 將裝有取樣點土壤的小型鋁盒放入烘箱中，在(105±2) ℃條件下烘烤6～8 h，然后移入底部裝有無水硫酸銅的干燥器內冷卻30 min左右，然后再放入烘箱中烘烤2～3 h后取出稱重。一直到前后兩次稱量相差不超過0.05 g時為止，3次平行測定取平均值，土壤含水率=(M1-M2)/(M1-M)×100%(式中：M1為烘干前鋁盒和土壤的質量；M2為烘干后鋁盒和土壤的質量；M為鋁盒質量)。

此外，每取樣點格外多取5 g土樣，采用1∶5的土水比配制土壤浸提液，振蕩30 min后靜置24 h，并用EC110型電導率儀測定浸提液電導率。

1.3.4樣品的采集及相關生物量的測定 播種培養(yǎng)2個月后進行植株樣本的采集，將根際土壤和地下部分樣本置于冰箱4 ℃條件下保存，待測菌根侵染率和孢子數。植株鮮重和干重(地上、地下和全株)采用稱重法測定[22]，株高和根系長用度量法[23]測定。采用美國手持式CM1000NDVI葉綠素測量儀測量植株葉片葉綠素含量。

1.3.5孢子的分離與測定(濕篩傾析—蔗糖離心法) 稱取50 g土壤樣品，放在大燒杯中加入1000 mL水并不斷攪拌使其充分溶解，靜置10 s后將上層溶液過雙層分樣篩(上篩0.90 mm，下篩0.037 mm)，并用清水重復沖洗篩上的土樣3次以上，將0.037 mm篩上的殘留物質轉移到50 mL的離心管中，3000 r/min離心3 min左右，將上清液去除，在下層沉淀中加入50%蔗糖溶液，迅速振蕩后2000 r/min離心1 min，上清液過0.037 mm篩，棄去殘渣，清水沖洗篩上的物質，并將篩上孢子轉移到離心管中，搖勻后取1 mL，在光學顯微鏡下進行觀察與計數，計算該土壤中AM孢子的總數(單位，個/g)。

1.3.6菌根侵染率和根瘤數的測定 從植株根系的不同部位隨機挑取細根2～3 g，并將細根剪成0.5～1.0 cm的小段放入到試管中，向其中加入5%～10%的氫氧化鉀溶液，在90 ℃的水浴鍋中加熱20～60 min，老根依情況延長時間，然后用蒸餾水不斷沖洗根系，放入2%的鹽酸溶液中浸泡5 min左右，將根系取出并沖洗，最后加入0.01%的酸性品紅乳酸甘油染色液(乳酸為875 mL、甘油為63 mL、蒸餾水為63 mL、酸性品紅為0.1 g)，再放在90 ℃水浴鍋內加熱20～60 min，或室溫下過夜，染色處理后加入乳酸進行分色，在體視顯微鏡下進行菌根侵染率的檢測，用以下公式計算菌根侵染率，菌根侵染率[24](%)=(菌根段數/被檢根段數)×100。根瘤數測定時將植株根系收獲，用自來水沖洗干凈，選取 5 株進行根瘤數的計數，數其根瘤總數、有效根瘤數。

1.4數據處理

用Microsoft Excel軟件進行原始數據的錄入，并進行初步統(tǒng)計。用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，結果采用Duncan進行多重比較。土壤中含水率、含鹽量和孢子的空間分布等值線圖采用軟件surfer 8.0進行繪制。

2 結果與分析

2.1土壤水分、鹽分和AM真菌孢子運移特征

2.1.1土壤水分運移特征 滴灌前土壤中的含水量表現為下層土壤高于上層土壤。0～15 cm土層內含水量在1.46%～1.58%之間，15～35 cm土層含水量在1.58%～1.68%之間，35～50 cm土層內含水量在1.68%～1.70%左右?？傮w來看，整個土層的含水量在水平方向上分布較均勻，垂直方向上隨著深度的增加含水量呈增加趨勢(圖2a)。

滴灌48 h后，水分大部分集中在土壤上層的0～30 cm左右，水平方向0～35 cm處，含水率在8.00%～12.00%之間。含水率在土層35～40 cm處降到3.5%～8.5%左右。并通過緩慢下滲至垂直水平45 cm左右，水平方向可通過側滲至40 cm左右，含水率在1.5%左右。在土壤上層0～25 cm水平滲透距離小于垂直下滲距離(圖2b)。

圖2 滴灌前、后土壤含水量等值線圖Fig.2 Contour map of soil water content before and after drip irrigation

2.1.2土壤鹽分運移特征 滴灌前，0～30 cm土層的電導率值在0.67～0.70 mS/cm之間，30～50 cm土壤深度等值線密集，含鹽量高于上層土壤，電導率值在0.70～0.76 mS/cm之間(圖3a)。

滴灌48 h后，上層土壤含鹽量明顯下降，距滴頭水平方向0～30 cm，深度0～30 cm土層的電導率由未滴灌前的0.67～0.70 mS/cm降到0.56～0.66 mS/cm。隨著距離滴頭距離的增加，在距離滴頭30～45 cm兩濕潤峰交界處又形成了鹽分高值區(qū)。電導率由未滴灌前的0.70～0.76 mS/cm提升到0.76～0.86 mS/cm。整體來看，滴灌可有效地降低苜蓿植物根系的含鹽量(圖3b)。

2.1.3AMF孢子運移特征 圖4為0～50 cm土層在滴灌AMF孢子處理下試驗開始和試驗結束時的土壤AMF孢子變化。由圖4a可知，滴灌前AMF孢子主要集中在土層10～25 cm處，孢子數量在52～56個之間。土層0～10 cm和25～50 cm處的孢子數在44～49個之間。滴灌48 h后，不同土層深度的AM真菌孢子數目具有一定的差異。其中滴灌后的孢子主要集中在距滴頭水平0～15 cm，深度0～25 cm處的土層，孢子數在38～52個范圍內。其中0～10 cm處的土層孢子數最多。20～40 cm處AM真菌孢子數范圍在34～40個內。整體上看，滴灌AM真菌孢子液后，孢子主要集中在滴頭0～25 cm左右，對于遠距離濕潤區(qū)的孢子數有一定的下降趨勢(圖4b)。

2.2滴灌菌肥(AMF孢子)對紫花苜蓿的影響

2.2.1滴灌AMF孢子后紫花苜蓿的出苗情況 在距離滴灌點源10和20 cm的單位面積紫花苜蓿種子出苗過程如圖5。在距離滴灌點10和20 cm處，開始滴灌后紫花苜蓿出苗高峰期在第2天到第5天，從曲線的傾斜度顯示出距離滴灌點源10 cm處的苜蓿出苗速率大于20 cm處苜蓿的出苗速率。滴灌不同AMF孢子處理與對照組的出苗趨勢基本相同。與對照相比，在距離滴灌點源10 cm處滴灌Gi處理的出苗數最多，而距離滴灌點源20 cm處滴灌Gm處理的出苗數最多。而其他菌種處理在第5天開始出苗數均大于對照組。第7天后出苗數逐漸穩(wěn)定開始結束出苗。

圖3 滴灌前、后土壤含鹽量的等值線圖Fig.3 Contour map of soil salt content before and after drip irrigation

圖4 滴灌前、后土壤AMF孢子剖面圖Fig.4 Contour map of soil AMF spore before and after drip irrigation

圖5 距離滴灌點源10和20 cm的單位面積紫花苜蓿種子出苗過程Fig.5 The germination of alfalfa seeds from 10 and 20 cm of the point source with distance drip irrigation A. 距滴頭10 cm單位面積的苜蓿出苗率；B. 距滴頭20 cm單位面積的苜蓿出苗率；Gm：摩西球囊霉；Gv：地表球囊霉；Gi：根內球囊霉；Ge：幼套球囊霉；CK：對照。A. Alfalfa germination rate of 10 cm per unit area of drip; B. Alfalfa germination rate of 20 cm per unit area of drip. Gm： Glomus mosseae; Gi： Glomus intraradices; Ge： Glomus etunicatum; Gv： Glomus versiforme； CK： Control.

2.2.2滴灌AMF孢子對苜蓿干重、根長度、株高、分枝數和葉綠素的影響 由表1可知，不同AM真菌孢子的滴灌處理對苜蓿生長具有一定的影響。其中滴灌菌種Gi的苜蓿植株干物質(地上、地下)顯著高于對照6.59%和13.29%(P<0.05)。菌種Gm和Ge處理的地下干物質顯著高于對照處理9.05%和9.96%(P<0.05)。而Gv處理的地下干重與對照無顯著性差異，Gm和Ge的地上干物質與對照處理無顯著性差異(P>0.05)。Gv地上干物質顯著高于對照3.41%(P<0.05)。

Gi處理苜蓿的分枝數顯著高于對照處理19.73%(P<0.05)。其他菌種間無顯著性差異(P>0.05)，但都顯著高于對照處理(P<0.05)。Gi處理與Ge處理苜蓿葉綠素無顯著性差異(P>0.05)，但顯著高于對照處理6.49%和10.39%(P<0.05)。其他處理與對照無顯著性差異(P>0.05)。不同菌種處理的滴灌苜蓿根系長都顯著高于對照處理(P<0.05)。Gv和Ge處理的株高顯著高于對照處理11.97%和3.43%(P<0.05)。其他菌種處理株高與對照無顯著性差異(P>0.05)(表1)。

表1 滴灌不同AMF孢子水溶液對苜蓿植株生長的影響Table 1 Effects of different AMF spore aqueous solution on the growth of alfalfa plants under drip irrigation

注：同行不同字母表示差異顯著(P<0.05)；Gm：摩西球囊霉；Gv：地表球囊霉；Gi：根內球囊霉；Ge：幼套球囊霉；CK：對照。

Note：Different letters after the values in the same row indicated significant difference among treatments (P<0.05); Gm:Glomusmosseae; Gi:Glomusintraradices; Ge:Glomusetunicatum; Gv:Glomusversiforme; CK: Control.

2.2.3苜蓿AMF侵染率、孢子數和根瘤數

圖6 滴灌AMF對紫花苜蓿的根瘤數、孢子數和侵染率的影響 Fig.6 Effects of drip irrigation AMF on nodule number, spore number and colonization of alfalfa 不同字母表示差異顯著(P<0.05)。 Different letters indicate significant difference (P<0.05).

不同菌種處理的苜蓿根瘤數、孢子數和侵染率有一定的差異性。其中Gi和Ge處理的苜蓿植株根系的根瘤菌數、孢子數和侵染率顯著高于對照處理(P<0.05)，Gi和Ge處理間的根瘤菌數、孢子數和侵染率間差異不顯著(P>0.05)。其他菌種處理與對照無顯著性差異(P>0.05)(圖6)。

2.2.4滴灌距離對苜蓿植物學性狀的影響 距離滴頭的10和20 cm處的苜蓿地上生物量和株高有顯著性差異(P<0.05)，其中10 cm處的植株地上生物量和株高分別顯著高于20 cm處植株11.14%和3.70%(P<0.05)。植株的地下生物量、根長度、分枝數和葉綠素含量無顯著性差異(P>0.05)，10 cm處的植株地下生物量和根長度分別高于20 cm處植株5.37%和6.06%(表2)。

2.2.5滴灌距離對苜蓿侵染率、孢子數和根瘤數的影響 滴灌距離對植株根瘤數、侵染率和根際土壤孢子數具有一定的差異性。不同滴灌距離下植株根際土壤的孢子數具有顯著性差異(P<0.05)，其中10 cm處的植株根際土壤孢子數顯著高于20 cm處植株10.89%(P<0.05)。滴灌距離對植株根系侵染率和根瘤數之間的差異性不顯著(P>0.05)(表3)。

表2 滴灌距離對植株生長的影響Table 2 Effect of drip irrigation distance on plant growth

注：*為P<0.05，顯著差異。下同。

Note：* forP<0.05, significant difference. The same below.

2.2.6交互效應對紫花苜蓿的影響 由表4可以看出菌根侵染率的AMF和距離都表現為差異不顯著(P>0.05)，但是AMF和距離的交互作用卻表現為差異極顯著(P<0.01)；根瘤數的AMF和距離也都表現為差異不顯著(P>0.05)，AMF和距離的交互作用卻表現為差異顯著(P<0.05)；孢子數、地上部分干重、地下部分干重、株高、分株數和葉綠素含量的AMF和距離雖然有不同程度的顯著差異，但是它們的AMF和距離的交互作用卻都表現為差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

AM真菌一直被認為是好氧微生物，但已有研究證實濕地植物具有AM結構[25-27]，根據土壤水分、鹽分和AM真菌孢子的分布狀態(tài)與作物根系分布的密切相關性，本試驗研究結果顯示，土壤鹽分一般隨著土壤水分的運動而遷移[28-29]，脫鹽區(qū)的形狀類似于水分運移濕潤區(qū)形狀，滴頭附近土壤鹽分明顯降低，在土壤濕潤區(qū)邊緣逐漸出現鹽分的積累。在距離滴頭30 cm左右形成明顯的脫鹽區(qū)，說明滴灌對于土壤中的鹽分進行了再分配，使苜蓿根系處于脫鹽區(qū)范圍內，與前人研究結果一致[30]。AM真菌在鹽脅迫環(huán)境下可促進苜蓿植株生長發(fā)育及滲透調節(jié)物質的積累[31]，因此研究AM真菌孢子在新疆鹽堿土的分布具有重要意義。滴灌前AMF孢子主要集中在土層10～25 cm處，0～10 cm處孢子數最多。在滴灌AMF孢子后，不同土層深度的AM真菌孢子數具有一定的差異， 孢子大部分集中在滴頭0～25 cm左右。而對于遠距離濕潤區(qū)的孢子數有一定的下降趨勢，可能是受土壤因子的影響[32]，也有可能與AM真菌的專性活體營養(yǎng)及好氧微生物的生物學特性隨著土層深度的增加逐漸缺氧死亡有關。

表3 不同滴灌距離對苜蓿侵染率、孢子數和根瘤數的影響Table 3 Effects of different drip irrigation distance on alfalfa infection rate, spore number and nodule number

表4 紫花苜蓿試驗數據的雙因素方差分析Table 4 Two-way ANOVA of experimental data from alfalfa

注：**為P<0.01，*為P<0.05，NS為差異不顯著。

Note：** meanP<0.01, * meanP<0.05, NS mean not significant.

本試驗利用滴灌設備將AM孢子水溶液直接輸送到植物根際，并觀察其對苜蓿植株生長的影響。試驗表明，不同菌種處理的促進效果存在較大差異。其中Gi與Ge處理對苜蓿葉綠素無顯著性差異，但顯著高于對照處理6.49%和10.39%。Gi與Ge處理的地下干物質顯著高于對照13.29%和9.96%。有可能是AM真菌可使植株內葉綠素含量增加，加快葉片光合作用速率與植株體內干物質的積累，從而為細胞生長提供了充足的物質基礎，這可能是引起AM真菌促進紫花苜蓿生長發(fā)育的一個重要原因。不同菌種處理的滴灌苜蓿根系長都顯著高于對照處理(P<0.05)。其中Gv和Ge處理的株高顯著高于對照處理。其他菌種處理株高與對照無顯著性差異(P>0.05)。說明菌種Gv和Ge對紫花苜蓿的株高具有正效應，促進苜蓿的生長發(fā)育。這與在香椿(Toonasinensis)[33]、黃瓜(Cucumissativus)[34]等植物上試驗的結果相一致。然而菌種間的差異，可能由于植物與AM真菌之間共生關系具有一定的選擇性，另外與菌根真菌種間的生理特征差異也有一定關系。滴灌菌種Gi孢子水溶液對于苜蓿干物質(地上、地下)、葉綠素、根系長分別顯著高于對照處理(P<0.05)。說明菌根真菌Gi在促進紫花苜蓿生長發(fā)育方面具有更為顯著的促進效果，可能由于不同菌株促進紫花苜蓿生長的作用機制存在一定的差異，而菌種Gi與苜蓿植物有更好的親和性，但具體的原因還有待進一步的研究。

不同菌種處理的苜蓿根瘤數、孢子數和侵染率有一定的差異性。其中Gi和Ge處理的苜蓿根系的根瘤菌數、孢子數和侵染率顯著高于對照處理(P<0.05)。其他處理與對照無顯著性差異(P>0.05)。這與馬雷猛等[35]在濕地植物香蒲(Typhaelatifolia)和水稻(Oryzasativa)植株試驗結果不一致，可能由于植物與AM 真菌之間共生關系有一定的選擇性，高效菌根菌可以與宿主植物有更好的親和性，并促進植物體內物質的代謝和循環(huán)以及植物對養(yǎng)分和水分的吸收。因此，在提高紫花苜蓿產量方面高效菌種Ge的作用更為顯著。在AM孢子水溶液對苜蓿的應用效果來看Gi菌種效果較好。距滴頭距離的不同對植株產生的影響不同，可能由于滴灌后水分、鹽分和AMF孢子的再分布所影響。播種初期近距離的滴灌苜蓿種子要比遠距離滴灌的苜蓿出苗速度快，可能由于近距離的種子可以較快的吸水膨脹促進了出苗。在后期近距離滴灌的植株的干重(地上、地下)、株高都高于遠距離滴灌植株。在生長初期，菌根主要是促進幼苗的生長和成活，但隨著植株的不斷生長，對養(yǎng)分的需求增加以及形成菌根的時間不同，從而使得在養(yǎng)分的競爭中的不均衡，導致了植株間出現了差異[36]。近距離滴灌后的植物根際土壤孢子數顯著高于遠距離的植株(P<0.05)，與上述研究結果顯示的0～10 cm處孢子數最多相應。

4 結論

滴灌前土壤含水量呈現出表層低而深層高的總體特點，土層30～60 cm處的電導率比0～30 cm處的電導率高，分布范圍較均勻。不同土層深度孢子數具有一定的差異性，其中AM真菌孢子主要集中在土層10～25 cm處。滴灌后，水分大部分集中在距離滴頭30 cm左右的土層，潤濕范圍內的含水量較滴灌前呈不同程度的升高。在滴頭附近鹽分向四周擴散，在距離滴頭30～45 cm處形成鹽分高值區(qū)。孢子主要集中在距滴頭0～25 cm左右，對于遠距離的濕潤區(qū)，其孢子數有一定的下降趨勢。

滴灌不同AM菌種孢子水溶液及滴灌距離對苜蓿的影響具有一定的差異性。近距離滴灌的植株地上生物量和株高顯著高于遠距離的植株(P<0.05)。滴灌菌種Gi的苜蓿植株干物質(地上、地下)顯著高于對照6.59%和13.29%(P<0.05)。菌種Gm、Gi和Ge處理的地下干物質顯著高于對照處理9.05%，13.29%和9.96%(P<0.05)，而Gv處理的地下干重與對照無顯著性差異。Gi處理苜蓿的分枝數顯著高于對照處理19.73%(P<0.05)。其他菌種間無顯著性差異但都顯著高于對照處理。Gi和Ge處理的苜蓿植株的根瘤數、孢子數和侵染率顯著高于對照處理(P<0.05)。其他菌種處理的根瘤數、孢子數和侵染率與對照無顯著性差異(P>0.05)。滴灌菌種間菌根侵染率和根瘤數無顯著性差異(P>0.05)。滴灌距離對植株地下部干重、株高、孢子數有顯著性影響。滴灌距離和滴灌不同菌種的互作除了菌根侵染率、根瘤數和根長具有顯著影響外，對其余的各指標都沒有顯著性的影響。綜合分析，滴灌菌種Gi孢子水溶液對于苜蓿干物質(地上、地下)、葉綠素、根系長分別顯著高于對照處理(P<0.05)。說明根菌真菌Gi在促進紫花苜蓿生長發(fā)育方面具有更為顯著的促進效果，可能是由于不同菌株促進紫花苜蓿生長的作用機制存在一定的差異，而菌種Gi與苜蓿植物有更好的親和性，Gi菌種的滴灌應用對苜蓿的效果也最好。

References：

[1] Sun Q Z, Liu Q, Tao Y,etal. Research on the introduction of alfalfa into China during the Han Dynasty. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(12): 194-205. 孫啟忠, 柳茜, 陶雅, 等. 漢代苜蓿傳入我國的時間考述. 草業(yè)學報, 2016, 25(12): 194-205.

[2] Sun Q Z, Liu Q, Li F,etal. Alfalfa in ancient China: Botanical aspects. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(5): 202-213. 孫啟忠, 柳茜, 李峰, 等. 我國古代苜蓿的植物學研究考. 草業(yè)學報, 2016, 25(5): 202-213.

[3] Song L P, Luo Z Z, Li L L,etal. Effect of lucerne-crop rotations on soil physical properties in the semiarid Loess Plateau of Central Gansu. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(7): 12-20. 宋麗萍, 羅珠珠, 李玲玲, 等. 隴中黃土高原半干旱區(qū)苜蓿-作物輪作對土壤物理性質的影響. 草業(yè)學報, 2015, 24(7): 12-20.

[4] Li S X, Wang Y R, Sun J H. Genetic diversity of seed yield characteristics in Chinese alfalfa (Medicagosativa) varieties. Acta Prataculturae Sinica, 2003, 12(1): 23-29. 李世雄, 王彥榮, 孫建華. 中國苜蓿品種種子產量性狀的遺傳多樣性. 草業(yè)學報, 2003, 12(1): 23-29.

[5] Gao Y, Ren Z B, Duan R P,etal. High yield cultivation technique of alfalfa drip irrigation. Xinjiang Farmland Reclamation Science & Technology, 2011, 34(3): 11. 高楊, 任志斌, 段瑞萍, 等. 苜蓿滴灌高產栽培技術. 新疆農墾科技, 2011, 34(3): 11.

[6] Qiao X. Regulation of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Plant-Plant Interactions[D]. Beijing: China Agricultural University, 2016. 喬旭. 叢枝菌根真菌在植物種間互作中的調節(jié)機制[D]. 北京: 中國農業(yè)大學, 2016.

[7] Li J S. Studying on between Hyphal Infection Characteristics of AMF and Phylogeny of Plant[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2016. 李軍帥. 叢枝菌根真菌菌絲侵染特性與植物系統(tǒng)性關系的研究[D]. 蘭州: 蘭州大學, 2016.

[8] Ruiz F M, Palencia P, Weiland C M,etal. Response of two strawberry cultivars to inoculation with arbuscular mycorrhizal fungus in different soils[C]//Symposium on Horticulture in Europe. 2012: 82.

[9] Rhodes L H, Gerdemann J W. Hyphal translocation and uptake of sulfur by vesicular-arbuscular mycorrhizae of onion. Soil Biology & Biochemistry, 1978, 10(5): 355-360.

[10] Chen Y Y. Growth and nutrient content of trifoliate orange seedlings influenced by arbuscular mycorrhizal fungi inoculation in low magnesium soil. Journal of Plant Nutrition, 2015, 38(10): 1516-1529.

[11] Bowen G D, Skinner M F, Bevege D I. Zinc uptake by mycorrhizal and uninfected roots ofPinusradiataandAraucariacunninghamii. Soil Biology & Biochemistry, 1974, 6(3): 141-144.

[12] Zubek S, Rola K, Szewczyk A,etal. Enhanced concentrations of elements and secondary metabolites inViolatricolorL. induced by arbuscular mycorrhizal fungi. Plant and Soil, 2015, 390(1): 129-142.

[13] Gai J, Gao W, Liu L,etal. Infectivity and community composition of arbuscular mycorrhizal fungi from different soil depths in intensively managed agricultural ecosystems. Journal of Soils and Sediments, 2015, 15(5): 1200-1211.

[14] Vorí?ková A, Janou?ková M, Slavíková R,etal. Effect of past agricultural use on the infectivity and composition of a community of arbuscular mycorrhizal fungi. Agriculture Ecosystems & Environment, 2016, 221: 28-39.

[15] Estaún V, Savé R, Biel C. AM inoculation as a biological tool to improve plant revegetation of a disturbed soil withRosmarinusofficinalisunder semi-arid conditions. Applied Soil Ecology, 1997, 6(3): 223-229.

[16] Grandmaison J, Olah G M, Calsteren M R V,etal. Characterization and localization of plant phenolics likely involved in the pathogen resistance expressed by endomycorrhizal roots. Mycorrhiza, 1993, 3(4): 155-164.

[17] Omirou M, Fasoula D A, Ioannides I M. Bradyrhizobium, inoculation alters indigenous AMF community assemblages and interacts positively with AMF inoculum to improve cowpea performance. Applied Soil Ecology, 2016, 108: 381-389.

[18] Ishii A F C T. Arbuscular mycorrhizal fungal spores host bacteria that affect nutrient biodynamics and biocontrol of soil-borne plant pathogens. Biology Open, 2012, 1(1): 52-57.

[19] Borowicz V A. Do arbuscular mycorrhizal fungi alter plant-pathogen relations. Ecology, 2001, 82(11): 3057-3068.

[20] Maron J L, Connors P G. A native nitrogen-fixing shrub facilitates weed invasion. Oecologia, 1996, 105(3): 302-312.

[21] Saito M, Marumoto T. Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi: the status quo in Japan and the future prospects. Plant and Soil, 2002, 244(1): 273-279.

[22] Hobart J. Weighing method: US, US4010809[P]. 1977.

[23] Reimar W I, Oberhans J. Measurement method: EP, EP 0246404 A2[P]. 1987.

[24] Wu Q S, Yuan F Y, Fei Y J,etal. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on root system architecture and sugar contents of white clover. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(1): 199-204. 吳強盛, 袁芳英, 費永俊, 等. 叢枝菌根真菌對白三葉根系構型和糖含量的影響. 草業(yè)學報, 2014, 23(1): 199-204.

[25] Wang K, Zhao Z. Occurrence of arbuscular mycorrhizas and dark septate endophytes in hydrophytes from lakes and streams in Southwest China. Internationale Revue Der Gesamten Hydrobiologie Und Hydrographie, 2006, 91(1): 29-37.

[26] Wilde P, Manal A, Stodden M,etal. Biodiversity of arbuscular mycorrhizal fungi in roots and soils of two salt marshes. Environmental Microbiology, 2009, 11(6): 1548-1561.

[27] Xu P B, Deng J M, Zhao C M. Study on grassland community characteristics and species diversity along altitudinal gradients in the Gahai wetland, Gansu province. Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(2): 219-226. 徐鵬彬, 鄧建明, 趙長明. 甘肅尕海濕地不同海拔草地群落組分及物種多樣性研究. 草業(yè)學報, 2012, 21(2): 219-226.

[28] Wang Z H, Yang P L, Zhen X R,etal. Soil salinity changes of root zone and arable in cotton field with drip irrigation under mulch for different years. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(4): 90-99. 王振華, 楊培嶺, 鄭旭榮, 等. 膜下滴灌系統(tǒng)不同應用年限棉田根區(qū)鹽分變化及適耕性. 農業(yè)工程學報, 2014, 30(4): 90-99.

[29] Zhang W, Lv X, Li L H,etal. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under the plastic mulch in Xinjiang region. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2008, 24(8): 15-19. 張偉, 呂新, 李魯華, 等. 新疆棉田膜下滴灌鹽分運移規(guī)律. 農業(yè)工程學報, 2008, 24(8): 15-19.

[30] Yang P N, Dong X G, Liu L,etal. Soil salt movement and regulation of drip irrigation under plastic film in arid area. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(12): 90-95. 楊鵬年, 董新光, 劉磊, 等. 干旱區(qū)大田膜下滴灌土壤鹽分運移與調控. 農業(yè)工程學報, 2011, 27(12): 90-95.

[31] Lu S, Guo H, Wang S M,etal. Effects of AM fungi on growth and physiological characters ofMedicagosativaL. under NaCl stress. Journal of Soil and Water Conservation, 2011, 25(2): 227-231. 陸爽, 郭歡, 王紹明, 等. 鹽脅迫下AM真菌對紫花苜蓿生長及生理特征的影響. 水土保持學報, 2011, 25(2): 227-231.

[32] Gai J P, Liu R J. Effects of soil factors on arbuscular mycorrhizae (AM) fungi around roots of wild plants. Chinese Journal of Applied Ecology, 2003, 14(3): 470-472. 蓋京蘋, 劉潤進. 土壤因子對野生植物AM真菌的影響. 應用生態(tài)學報, 2003, 14(3): 470-472.

[33] Meng X X, Li M, Wang Y S,etal. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi and phosphorus on the growth ofToouasinesis(A.Juss) Roem. Journal of Laiyang Agricultural College, 2000, 17(3): 170-172. 孟祥霞, 李敏, 王幼珊, 等. 叢枝菌根真菌對香椿實生苗生長的影響. 萊陽農學院學報, 2000, 17(3): 170-172.

[34] Wang C X, Qin L, Feng G. Soil salinity changes of root zone and arable in cotton field with drip irrigation under mulch for different years. Journal of Agricultural Environmental Science, 2003, 6(3): 301-303. 王昌憲, 秦嶺, 馮固. 三種叢枝菌根真菌對黃瓜幼苗生長的影響. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2003, 6(3): 301-303.

[35] Ma L M, Wang P T, Wang S G. Effect of flooding time length on mycorrhizal colonization of three AM fungi in two wetland plants. Environmental Science, 2014, 35(1): 263-270. 馬雷猛, 王鵬騰, 王曙光. 淹水時長對3種叢枝菌根(AM)真菌侵染2種濕地植物的影響. 環(huán)境科學, 2014, 35(1): 263-270.

[36] Watts-Williams S J, Cavagnaro T R. Using mycorrhiza-defective mutant genotypes of non-legume plant species to study the formation and functioning of arbuscular mycorrhiza: a review. Mycorrhiza, 2015, 25(8): 587-597.

Dripirrigationofarbuscularmycorrhizalfungalsporesandtheirgrowth-promotingeffectsonalfalfa

JING Peng-Cheng, LV Yan-Ping, WANG Shu-Lin, CHEN Yi-Shi, LU Wei-Hua*

CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShiheziUniversity,Shihezi832000,China

We drew an isoline map of soil moisture content, soil salt content, and spores of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) on alfalfa using Sufer software to analyze the AMF migration state before and after regular drip irrigation. Alfalfa was drip-irrigated at different rates with solutions containing AMF spores. The mycorrhizal infection rate, number of nodules, biomass, and sporulation performance were measured after 50 days of irrigation to evaluate the effects of supplying AMF by this method. The results showed that the number of AMF spores in aqueous solution decreased over time, the soil moisture content was low in upper soil layers and high in deeper soil layers before drip irrigation, and the soil conductivity distribution was uniform. The AMF spores were mainly concentrated in the 10-25 cm soil layer after drip irrigation. The drip water was mostly concentrated within 30 cm of the dripper, and the soil water in this region was higher after drip irrigation than before. Salts were also distributed by the dripper, and concentrated in soil at a distance of 30-45 cm from the dripper. The AMF spores were mainly concentrated within 0-25 cm distance of the dripper, and their abundance decreased with increasing distance from the dripper. Alfalfa growth was affected by drip irrigation of AMF fungal spores and the distance from the dripper. The aboveground biomass and height of alfalfa were significantly higher for plants close to the dripper than for plants more distant from the dripper (P<0.05). The aboveground and belowground biomass of alfalfa were higher for plants irrigated with Gi AMF spore solution than for those in the control (P<0.05). The underground biomass was significantly higher for alfalfa plants irrigated with Gm, Gi, and Ge AMF spore solutions than for those in the control (P<0.05). There was no significant difference in underground biomass of alfalfa between plants irrigated with Gv AMF spore solution and those in the control. The number of alfalfa branches was significantly higher for plants irrigated with Gi AMF spores than for plants in the control (P<0.05). The root nodule number, spore number, and infection rate of alfalfa were significantly higher for plants irrigated with Gi and Ge AMF spore solutions (P<0.05) than for those in the control. The distance from the dripper significantly affected underground biomass, plant height. and number of spores (P<0.05). The interaction between distance from the dripper and AMF strain did not have significant effects for most tested indices, except for infection rate, nodule number, and root length. These results showed that drip irrigation of a solution containing Gi AM fungal spores is beneficial for alfalfa.

alfalfa; AM fungi; drip irrigation

10.11686/cyxb2016453

http://cyxb.lzu.edu.cn

景鵬成, 呂艷萍, 王樹林, 陳乙實, 魯為華. 滴灌AM真菌孢子水溶液對苜蓿的促生長效應研究. 草業(yè)學報, 2017, 26(9): 121-131.

JING Peng-Cheng, LV Yan-Ping, WANG Shu-Lin, CHEN Yi-Shi, LU Wei-Hua. Drip irrigation of arbuscular mycorrhizal fungal spores and their growth-promoting effects on alfalfa. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(9): 121-131.

2016-11-29；改回日期：2017-03-13

兵團博士資金專項(2012BB017)和國家牧草產業(yè)技術體系項目(CARS-35)資助。

景鵬成(1992-)，男，甘肅民勤人，碩士。E-mail:1107463928@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail:winnerlwh@sina.com