侯天鈺，張應(yīng)榕，蔡方源，馬 悅，李 偉，趙玉鵬，陳波浪

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，烏魯木齊 830052)

【研究意義】棉花是錦葵科(Malvaceae)棉屬(Gossypium)植物的種籽纖維，是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，也是鹽堿地種植的先鋒作物。新疆優(yōu)越的光熱資源以及矮化、密植和膜下滴灌的先進(jìn)技術(shù)促使其成為中國最大商品棉基地，截止 2020年，新疆棉花種植面積達(dá)到了250.19萬公頃，占全國的78.9%，產(chǎn)量為516.1 萬噸，占全國87.3%[1-2]。磷是棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的第二限制因子，因其難移動、易固定致使磷肥利用率低，尤其固磷性強(qiáng)的石灰性土壤上磷肥當(dāng)季利用率僅為10%～18%。土壤磷素有效性提高策略諸多，如增加磷源、構(gòu)建根系、調(diào)控根際等[3]，然而在棉花上綜合運(yùn)用磷素提高策略的互作機(jī)制報道較少，因此，研究棉花磷素有效性提高的磷肥水平與菌根互作將有利于豐富磷素活化機(jī)理，為棉花養(yǎng)分資源高效利用和綠色生產(chǎn)提供重要依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤中根際微生物的活動可以活化土壤中被固定的磷素，增加其利用效率，其中叢枝菌根(Abuscular mycorrhizal，AM)真菌可以侵染植物根系從而提高宿主植物對水分和養(yǎng)分的吸收，增強(qiáng)植物的抗逆性和促進(jìn)植物的生長發(fā)育[4-5]。AM真菌通過形成龐大的外生菌絲網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大宿主植物吸收磷素面積并產(chǎn)生有機(jī)酸活化土壤中不可利用的磷[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，不同AM真菌品種的促生效應(yīng)不一致，有學(xué)者認(rèn)為緩解土壤鹽脅迫效果最好的是接種集球囊霉(Glomusfasciculatus)[8-9]，也有人認(rèn)為根內(nèi)球囊霉(G.intraradices)更有效[10]，而另一些學(xué)者認(rèn)為摩西球囊霉(G.mosseae)是降低鹽脅迫對植物傷害的最適菌種[11]。在鹽漬環(huán)境中Glomus分布較廣泛，在多個國家和地區(qū)的樣區(qū)中都發(fā)現(xiàn)了G.intraradices的存在[12-13]。施磷水平在某些程度上會對菌根共生體產(chǎn)生影響[14]，高磷或低磷均不利于AM真菌對宿主植物的侵染，甚至?xí)种浦参锷L[15]。但關(guān)于AM真菌對棉花的共生效應(yīng)研究較少，尤其在極端土壤環(huán)境下施磷水平與AM真菌的交互關(guān)系尚不明確。馮海艷等[16]在不同磷水平條件下對玉米接種G.intraradices，發(fā)現(xiàn)在低磷條件下AM真菌顯著促進(jìn)植物生長和磷吸收，在高磷條件下AM真菌對植物生長產(chǎn)生了抑制。Cantrell等[17]研究發(fā)現(xiàn)，未接種菌根真菌的洋蔥缺P條件生長緩慢，接種AM真菌后的洋蔥，由于緩解了鹽分和磷的脅迫，生物量也有所增加；對于未接種的洋蔥，提高施磷量雖然可以降低鹽脅迫的影響，但是效果卻不如接種AM真菌明顯?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文以棉花新陸早57號為供試品種，以典型新疆棉田土壤為供試土壤，通過盆栽試驗，研究不同鹽分水平下，供磷水平與AM 真菌互作對棉花生長發(fā)育和磷素吸收的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】明確棉花發(fā)揮菌根效應(yīng)的最佳供磷水平，探索提高棉花磷素有效性的施磷與菌根互作機(jī)制，為新疆棉花養(yǎng)分資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試棉花品種為新陸早57 號，供試土壤采自新疆昌吉州瑪納斯縣新湖農(nóng)場灰漠土，土壤有機(jī)質(zhì)6.52 g/kg，速效鉀291.3 mg/kg，速效磷9.28 mg/kg，堿解氮12.5 mg/kg。供試土壤經(jīng)風(fēng)干，過1 mm網(wǎng)篩后，在105 ℃ 下濕熱間歇滅菌 2 次后備用。試驗采用白色塑料花盆(210 mm × 170 mm)，每盆裝土2 kg。供試菌種為根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)購買自青島農(nóng)業(yè)大學(xué)菌根生物技術(shù)研究所，試驗所用接種劑均用高粱擴(kuò)繁，接種物含有真菌孢子、菌絲、侵染根段等繁殖體及混合基質(zhì)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2019年5—8 月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)科樓進(jìn)行盆栽試驗。實驗處理為兩個鹽濃度分別為非鹽脅迫(0 g/kg)和鹽脅迫(6 g/kg)，3個磷水平分別為P0(0 mg/kg)，P50(50 mg/kg)，P100(100 mg/kg)，接種處理分為接種(AM)和對照未接種(CK)，共12個處理，每個處理6個重復(fù)共72盆植株。將土壤滅菌風(fēng)干后接種菌劑，每盆填加AM真菌菌劑50 g，與土壤基質(zhì)充分混勻后再裝盆，不接種處理用同樣的方法加入等量滅菌菌劑。

1.2.2 材料培養(yǎng) 接種液培養(yǎng)：制備馬鈴薯蔗糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)，放入高壓蒸汽滅菌鍋121 ℃滅菌20 min。冷卻后接種供試菌種于培養(yǎng)皿固體培養(yǎng)基上，移入24.5 ℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)一周，作為母菌備用。以高粱為宿主植物將菌種進(jìn)行3個月左右的擴(kuò)繁，獲得內(nèi)含真菌孢子、菌絲和宿主植物繁殖體的根際砂土混合物(砂土比為1∶1)作為接種菌劑。植物培養(yǎng)：棉花種子經(jīng) 1% 甲醛消毒和清水沖洗并浸種后，于 28 ℃ 恒溫催芽，出芽后選取生長一致的種子播種。每盆播5顆種子，出苗保留3株長勢一致的苗。試驗期間自然采光，每天用稱重法澆水以維持土壤基質(zhì)含水量為田間最大持水量的80%，記錄澆水前后稱重值用以計算棉花生長期內(nèi)的水分利用效率。種植40 d后進(jìn)行鹽脅迫處理，鹽分以NaCl溶液形式澆入土壤，每2 d澆鹽1次，每盆加鹽溶液100 mL，分6次完成。自出苗之日起，植物生長75 d后收獲。

棉花生長 2 個月后，將植株地上、地下部分分別收獲。將根系用自來水和去離子水沖洗干凈，取0.5 g 根樣剪成 1 cm 根段，用于菌根侵染率測定，剩余的根系和地上部樣品放入信封紙袋，105 ℃ 殺青30 min 后于 70 ℃ 烘 48 h，稱取干重并粉碎用于測定植株養(yǎng)分含量。取部分混合均勻土壤樣品測定菌絲密度和孢子密度。

1.2.3 收獲與分析測定 菌根侵染率的測定：收獲時隨機(jī)選取0.5 g左右洗凈的新鮮根段，將其保存在50%乙醇中。先將根系樣品置于10% KOH溶液，水浴脫色，再配制0.05%臺盼藍(lán)溶入乳酸甘油溶液(1∶1)作為染色劑水浴染色，洗凈染色劑浮色，于自來水中保存。從染色后的根段中隨機(jī)挑取15條1 cm左右根段制片，將染色根系與載玻片橫軸平行放置，200倍下鏡檢，每個根段觀察10個視野，每一視野內(nèi)目鏡十字準(zhǔn)線與叢枝、泡囊、菌絲及其不同組合交叉則記為一個侵染根段，利用根段頻率法計算菌根侵染率。

菌根侵染率(%)=(被AM真菌侵染的根段數(shù)/觀察的總根段數(shù))×100%

棉花吸收P的測定：于植株收獲期取樣，分地上部和地下部。植株烘干粉碎樣品用H2SO4-H2O2消煮后，全磷用釩鉬黃比色法測定[18]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019和SPSS 20.0分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用多因素方差分析，測定結(jié)果用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤表示，用Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種AM真菌和施磷對土壤pH和電導(dǎo)率的影響

由圖1可知，在非鹽脅迫條件下，與不接種AM真菌相比，接種AM真菌不同施磷水平處理組的土壤pH呈下降趨勢，說明接種AM真菌會使棉花土壤pH降低；接種AM真菌處理的土壤電導(dǎo)率隨施磷水平的增加逐漸下降，且在磷水平為50 mg/kg時接種AM真菌處理的土壤電導(dǎo)率下降趨勢較為明顯。由圖2可以看出，在鹽脅迫條件下，未接種AM真菌處理組與接種AM菌根處理組的土壤電導(dǎo)率均下降，但趨勢較平緩；土壤pH在不同施磷處理下略有上升。

圖1 非鹽脅迫條件下不同處理土壤pH和電導(dǎo)率動態(tài)變化

圖2 鹽脅迫條件下不同處理土壤pH和電導(dǎo)率動態(tài)變化

2.2 接種AM真菌和施磷對棉花菌根浸染狀況的影響

如圖3所示，未接種處理的棉花根系中未觀察到菌根真菌的侵染，而接種AM真菌與棉花建立了良好的共生關(guān)系。與對照(0 g/kg)相比，NaCl處理為6 g/kg時，P0、P50和P100條件下AM真菌接種植株的根系侵染率分別下降41.3%、35.1%、26.5%，說明高鹽脅迫對AM真菌的生長具有顯著抑制作用。在相同鹽脅迫水平下，磷處理為50 mg/kg時，棉花根系中AM真菌侵染率明顯增加，當(dāng)磷處理增加至100 mg/kg時，侵染率顯著降低，說明棉花菌根侵染狀況隨施磷水平的增加呈促進(jìn)作用，但過高的磷含量會抑制AM真菌的侵染。

柱上不同字母表示相同處理下各磷水平間的差異達(dá)到P<0.05顯著水平，下同

2.3 鹽脅迫下接種AM真菌和施磷對棉花生長和磷含量的影響

將地上、地下部分分別收獲后進(jìn)行烘干稱重，如表1所示，鹽脅迫、施磷水平和接種AM真菌對棉花地上部分生物量和地下部分生物量的影響極其顯著。鹽脅迫與施磷水平的交互作用以及施磷水平與接種AM真菌的交互作用對地上部分生物量有顯著影響，鹽脅迫與AM真菌接種的交互作用對地下部分生物量影響顯著，而對地上部分生物量不具有顯著影響。

表1 不同磷水平，鹽脅迫和接種菌根真菌對棉花生物量方差分析與互作

非鹽脅迫條件下，未接種AM真菌時，施磷量為50和100 mg/kg的棉花地上部分和地下部分磷含量沒有顯著差異。3個施磷處理的接種AM真菌植株生物量與未接種AM真菌植株相比平均增加了40.9%。施磷量為50 mg/kg時接種AM真菌的植株總干重顯著高于其他處理，與未接種AM真菌植株相比總干重增加了29.9%，在施磷量為100 mg/kg時，接種AM真菌的植株生物量與未接種植株相比差異不大，僅增加了8.7%(圖4)。

圖4 不同處理對棉花生物量的影響

鹽脅迫條件下，未接種AM真菌時，棉花植株的總干重隨施磷量的增高逐漸上升，施磷量為100 mg/kg時植株總干重達(dá)到顯著水平，在接種AM真菌、施磷量50和100 mg/kg的棉花植株總干重顯著高于不施磷處理，與未接種AM真菌、施磷量50和100 mg/kg處理的植株相比，分別增加了47.8% 和26.1%。

由表2可知，施磷水平，鹽脅迫和接種AM真菌對棉花地上部分和地下部分的磷含量有顯著影響。施磷水平與鹽脅迫的交互作用對地下部分磷含量有顯著影響，接種AM菌根真菌與施磷水平的交互作用對地上部分磷含量有顯著效應(yīng)；施磷水平、鹽脅迫和接種AM真菌的交互作用對地上部分和地下部分磷含量均有顯著影響。

表2 不同磷水平，鹽脅迫和接種菌根真菌對棉花磷含量的方差分析

非鹽脅迫條件下，未接種AM真菌時，施磷量為50和100 mg/kg的棉花地上部分和地下部分磷含量沒有顯著差異。接種AM真菌顯著提高了植株地上部分和地下部分磷含量，其中3個施磷水平下接種AM真菌植株地上部分磷含量比未接種AM植株地上部分平均增加了25.6%，地下部分磷吸收量平均增加了19.9%，并且施磷量為50 mg/kg時植株磷含量達(dá)到最大值，與不施磷相比地上部分與地下部分磷含量分別增加了40.6%和25.6%(圖5)。

圖5 不同處理對棉花地上部分磷含量的影響

鹽脅迫下，與非鹽脅迫處理相比，棉花植株磷含量明顯下降，未接種AM真菌條件下，施磷水平為50 mg/kg的地上部和地下部磷含量達(dá)最大值，與不施磷相比分別增加了78.5%和50.9%。接種AM真菌的植株磷含量與未接種植株相比，3個施磷水平下接種AM真菌植株地上部磷含量比未接種AM植株地上部磷含量平均增加了56.1%，地下部磷含量平均增加了28.03%，施磷量為50 mg/kg時，棉花地上部分和地下部分磷含量均顯著提高，與不施磷相比分別增加了64.7%和56.9%(圖6)。

圖6 不同處理對棉花地下部分磷含量的影響

3 討 論

3.1 施磷和AM互作對土壤pH和電導(dǎo)率的影響

在接種AM真菌及非鹽脅迫條件下，隨著施磷水平增加，土壤pH呈下降趨勢。研究顯示，中性偏酸的土壤鹽堿度更有利于AM真菌侵染宿主植物，pH過高則會抑制AM真菌菌絲的形成[19]。本實驗研究顯示，在鹽脅迫條件下，無論是否接種AM真菌，各施磷水平下的土壤pH均呈增加趨勢，可能是因為土壤中酸式鹽減少幅度大于堿式鹽，以及堿式鹽相較于酸式鹽更容易沉積，因而造成了pH增加[20]。在接種AM真菌和非鹽脅迫條件下，接種AM真菌處理的土壤電導(dǎo)率較非接種AM真菌的處理呈明顯下降趨勢，特別是施磷量為50 mg/kg時，下降幅度最大說明土壤中的鹽分有所減少。這與岳英男等[21]研究結(jié)果一致，表明接種AM真菌可在一定程度上減少土壤中的鹽分含量，可能是因為接種真菌后與根系結(jié)合形成菌根，能夠降低碳酸鹽結(jié)合態(tài)。

3.2 施磷和AM互作對棉花的浸染狀況的影響

菌根浸染率是AM真菌是否與宿主植物建立共生關(guān)系的重要指標(biāo)，在一定程度上決定植物生長與抗逆能力[22]。本實驗中，非鹽脅迫時，菌根侵染率隨施磷水平的增加呈升高趨勢，磷素過量時，AM菌根侵染率下降。大量研究證實，磷素營養(yǎng)與菌根形成的關(guān)系較密切，即土壤磷素水平顯著影響菌絲和孢子的繁殖從而影響菌根浸染率[23]。極端缺磷時，提高磷的供應(yīng)會促進(jìn)菌根真菌的生長發(fā)育，但超過一定的供磷水平(25 mg/kg)，則開始抑制其侵染和繁殖[24]。當(dāng)土壤中存在鹽脅迫時下AM真菌對棉花根系侵染有抑制作用，并且施磷水平為50 mg/kg時AM菌根浸染率顯著提高，而施磷為100 mg/kg時AM菌根浸染率呈下降趨勢，說明高磷水平同樣會抑制AM真菌對棉花根系的浸染。研究顯示，土壤中較高的鹽分可以抑制孢子的萌發(fā)、形成以及菌絲在宿主根系的生長，從而降低AM真菌對宿主根系的侵染[25]。本研究表明，土壤供磷水平和鹽度對棉花根系的菌根侵染率有顯著的影響。

3.3 施磷和AM互作對棉花生長和養(yǎng)分吸收的影響

研究表明，AM真菌對改善棉花礦質(zhì)營養(yǎng)尤其是磷營養(yǎng)具有重要作用，但大多數(shù)研究并沒有基于鹽漬化土壤下[26]。新疆大部分棉田土壤含鹽量較高，因此探討施磷水平與菌根真菌互作機(jī)制并進(jìn)一步擴(kuò)展至鹽堿土壤加以利用是非常重要的。本研究在盆栽條件下，對棉花接種AM真菌并設(shè)置3個不同供磷水平和鹽脅迫的土壤環(huán)境，考察接種AM真菌對棉花生物量及磷吸收量的影響。結(jié)果表明，非鹽脅迫條件下，接種AM真菌顯著提升了棉花植株生物量，施磷量為50 mg/kg時，植株干重達(dá)到顯著水平。鹽脅迫顯著降低了棉花植株的干重，施磷量為50 和100 mg/kg時接種AM真菌的植株總干重與未接種AM真菌的植株相比有顯著提升，證實了在適宜的施磷水平下，AM真菌對提高棉花生產(chǎn)有重要作用并且在鹽脅迫土壤條件下同樣適用。

大量研究顯示，植物菌根能緩解鹽漬土壤環(huán)境對植物的抑制，增加植物對鹽脅迫的抗性[27-28]。本實驗結(jié)果表明，無鹽脅迫條件下，接種AM真菌時，施磷水平為50 mg/kg時棉花植株地上部分和地下部分磷含量達(dá)到顯著水平，隨著施磷水平的增加呈先上升后下降的趨勢。棉花生長在鹽脅迫的土壤中時，接種外生菌根真菌與未接種植株相比有明顯提高，在50 mg/kg的施磷條件下菌根植物地上部分、地下部分磷含量都顯著增加。而施磷處理為100 mg/kg時，棉花植株磷含量提升并不顯著，與前人研究一致。馮固[29]在研究施磷和接種AM真菌對玉米耐鹽性的影響時，發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫條件下，接種AM真菌在低磷(25 mg/kg)條件下對玉米生長和吸收磷有顯著促進(jìn)作用。說明接種AM真菌后增加了植物對磷的吸收，改善了鹽漬土壤導(dǎo)致的植物營養(yǎng)虧缺，促進(jìn)了植物生長。大多數(shù)研究者認(rèn)為，在鹽脅迫下，菌根加強(qiáng)了植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，促進(jìn)植物的生長[30]。

4 結(jié) 論

接種AM真菌和施磷能顯著影響棉花菌根侵染率、植株干物質(zhì)量和磷含量。鹽脅迫會抑制AM真菌對棉花根系的侵染，施磷量為50 mg/kg時，侵染率達(dá)最大值，與不施磷相比，鹽脅迫和非鹽脅迫下侵染率分別增加了13.4% 和21.7%。從植株干物質(zhì)量來看，非鹽脅迫條件下施磷量為50 mg/kg條件下接種AM真菌棉花干物質(zhì)量達(dá)到最高，與未接種AM真菌相比增加了29.9%，鹽脅迫條件下，施磷量為50和100 mg/kg條件下植株總干重顯著高于0 mg/kg，另外，施磷量為50和100 mg/kg時接種AM真菌處理與相對應(yīng)的未接種AM真菌處理相比，植株總干重分別增加了47.8%和26.1%。

非鹽脅迫處理下，接種AM真菌棉花地上部分磷含量隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢，施磷量為50 mg/kg時，磷含量最高。鹽脅迫處理顯著降低了棉花地上部分磷含量，但接種AM真菌后磷含量有顯著提升，施磷量為50 mg/kg時達(dá)到最高。非鹽脅迫條件下，接種AM真菌條件下，與0 mg/kg處理相比，50和100 mg/kg的施磷處理中棉花地下部分磷含量達(dá)到顯著差異。鹽脅迫條件下，接種AM真菌中棉花地下部磷含量在施磷量為50 mg/kg時達(dá)到最大值。