基质高温灭菌处理对芦笋菌根苗生长和矿质营养吸收的影响

摘 要：为探明基质（草炭∶ 蛭石=2∶ 1，体积比）高温灭菌和不灭菌条件下Glomus mosseae（GM）真菌对芦笋幼苗的作用效果，以“泽西奈特”为试材，研究了两种条件下GM真菌对芦笋幼苗生长和矿质营养吸收的影响。结果表明，两种条件下GM真菌接种均可显著促进芦笋幼苗的生长，形成对芦笋幼苗根系较高强度的侵染，增强芦笋幼苗对9种矿质元素的吸收；不灭菌条件下接种GM真菌对芦笋幼苗生长和矿质营养吸收的效果更好，作用更明显。因此，基质不灭菌状态更利于芦笋菌根苗的培育。

关键词：高温灭菌；GM；芦笋；生长；矿质营养

中图分类号：S644.6 文献标识号：A 文章编号：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

芦笋（Asparagus officinalis L）又名石刁柏、龙须菜，为百合科天门冬属多年生宿根草本植物。因其富含皂甙、芦丁、氨基酸、蛋白质、维生素等多种营养物质，且具防癌、抗癌、降血压、降血脂、预防心血管疾病等功效，素有“蔬菜之王”的美誉。芦笋一次种植，栽培年限可达15～20年，因此培育壮苗在芦笋栽培中具有重要意义。

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）是一类与植物根系共生形成菌根而具有改善作物营养、提高作物抗病性、增强作物抗逆性等作用的土壤微生物[1]。摩西球囊霉（Glomus mosseae，GM）属于球囊霉属的丛枝菌根真菌，是一类对环境适应力强、应用范围广的丛枝菌根真菌。前人研究表明，对芦笋接种AMF可增加产笋量、提高嫩茎中人体必需氨基酸的含量[2]，增强芦笋幼苗抗温度胁迫的能力和对镰刀菌根腐病、紫纹羽病等土传病害的抗性[3～5]。前期研究表明，对芦笋进行GM真菌接种处理可以显著促进芦笋幼苗的生长，增强芦笋幼苗对矿质元素的吸收[6]，然而基质灭菌处理是否对芦笋菌根苗生长和矿质营养吸收产生影响尚未见报道。

灭菌处理可有效地杀死基质中的微生物，利于GM真菌在接种后起作用。基质灭菌的方法主要有高温灭菌和60Co辐射灭菌两种，60Co辐射灭菌成本较高，且具放射性不利于推广，生产中宜用高温灭菌的方法。本试验旨在通过研究基质高温灭菌处理对芦笋菌根苗生长和矿质营养吸收的影响，优化芦笋菌根苗的培育方式。

1 材料与方法

11 供试材料

供试芦笋品种为泽西奈特，购自北京市农林科学院。供试菌种为匈牙利科学院土壤科学与农业化学研究所Tunde Takacs博士提供的Glomus mosseae-2（简称GM2），原产地为匈牙利。菌剂是经玉米扩繁的由宿主植物根段、真菌菌丝、孢子、沙土组成的复合物，每克菌剂中孢子数目为2705个，菌根侵染率为714%。供试基质为草炭、蛭石混合物，将两者按体积比2∶ 1混合均匀。营养钵规格为底部直径8 cm，上口直径13 cm，高13 cm，使用前用75%酒精擦拭灭菌。

12 试验设计

试验于2011年9～11月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验温室进行，设4个处理：灭菌接种、灭菌CK、不灭菌接种、不灭菌CK。每个处理10株，重复3次，共120株。高温灭菌处理为间歇灭菌，即将基质置于恒温箱中连续2 d 160℃烘2 h。接种处理为播种时每播种孔穴施6 g菌剂，CK则加入等量灭活菌剂（160℃烘2 h）以保证营养物和微生物区系条件一致。芦笋种子经质量分数为06%的NaClO溶液浸泡10 min后用蒸馏水冲洗干净，浸种催芽。9月11日选取饱满一致、出芽整齐的种子播种于装有灭菌基质（约占营养钵体积4/5，预先浇透水）的营养钵中，接菌处理后在种子上方盖一层薄的基质，并上覆薄膜保湿，待出苗后揭去薄膜，自然温光条件下常规管理。于播种后20、30、40、50、60、70 d统计芦笋幼苗地上茎长度。播种后70 d时进行植株生物量、芦笋幼苗根系菌根侵染、组织器官矿质元素含量等指标的测定。

13 测定方法

用直尺测量芦笋幼苗地上茎（基质表面到生长点）长度，求和即为地上茎总长度；洗净芦笋幼苗根系，剪成约1 cm长的根段置于FAA溶液（配方为70%酒精∶ 甲醛∶ 冰醋酸=90∶ 5∶ 5，体积比）中固定24 h，用曲利苯蓝染色法[7]检测菌根侵染程度，制片镜检。根据Trouvelot等[8]的方法，按下述公式计算相关菌根侵染指标。

菌根侵染率（%）=有菌根根段数/总根段数×100；

根系中的菌根侵染强度（%）=（95×侵染率90%以上根段数+70×侵染率50%～90%根段数+30×侵染率10%～50%根段数+5×侵染率1%～10%根段数+侵染率1%以下的根段数）/总根段数×100；

根段中的相对菌根侵染强度（%）=根系中的菌根侵染强度×总根段数/有菌根段数×100；

菌根根段丛枝率（%）=（100×mA3+50×mA2+10×mA1）/100

公式中mA3、mA2、mA1分别是A3、A2、A1对应的菌根侵染强度，A3、A2、A1分别为丛枝充足、丛枝中等频率、丛枝少量。

根系丛枝率（%）=菌根根段丛枝率×根系中的菌根侵染强度/100

播种后70 d时将植株从营养钵中小心取出，用蒸馏水洗净，擦干，105℃杀青15 min后75℃烘至恒重测干物质重量。将植株干样按根、茎、拟叶分开并粉碎，半微量凯氏法[9]测定N元素的含量；样品经HNO3-H2O2（体积比5∶ 1）消煮后使用等离子电感耦合发射光谱仪（ICP-OES）测定P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、B等元素的含量。各种元素的含量与各部分生物量的乘积即为该部分某元素的吸收量[10]。

菌根依赖性（%）=菌根植株干重/非菌根植株干重×100[11]；

菌根效应（%）=（接种GM处理元素吸收量-不接种GM处理元素吸收量）/接种GM处理元素吸收量×100

采用DPS软件Duncan’s 新复极差法对试验数据进行统计分析。2 结果与分析

21 基质高温灭菌处理对芦笋菌根苗生物量的影响

GM真菌接种后20 d起测定，图1表明，出苗初期，芦笋菌根苗的地上茎总长度与CK相比差异不显著；接种后30 d起菌根苗的地上茎总长度显著高于CK，且随着时间的延长，差异逐渐增大。接种后70 d时，不灭菌接种的芦笋幼苗地上茎总长度比灭菌接种的增加了97%，说明在基质不灭菌条件下接种GM真菌更有利于芦笋幼苗地上茎的生长。

图1 基质高温灭菌和GM真菌接种处理对芦笋

幼苗地上茎总长度的影响

GM真菌接种后70 d时测定，由表1可知，灭菌基质中芦笋菌根苗的根系、全株干物重分别比CK增加了389%、270%，未灭菌基质中增加了435%、452%；不同处理间茎叶干物重无明显差异。基质灭菌和不灭菌条件下芦笋幼苗的菌根依赖性分别为1270%、1487%，并且差异不显著，说明不论基质灭菌与否，GM真菌接种均可显著促进芦笋幼苗的生长，且两种条件下促进程度相近。同时，不灭菌接种处理的芦笋幼苗总干物重比灭菌接种处理的增加了298%，表明基质未灭菌状态下接种GM真菌更有利于芦笋幼苗的生长。

表1 基质高温灭菌和GM真菌接种处理对芦笋

幼苗干物重和菌根依赖性的影响

（g/株）

处理 根系

干物重 茎叶

干物重 总干物重 根冠比 菌根依赖

性（%）

灭菌接种 025 b 023 a 048 ab 109 ab 1270 a

灭菌CK 018 c 019 a 037 b 095 b -

不灭菌接种 033 a 028 a 061 a 118 a 1487 a

不灭菌CK 023 bc 020 a 043 ab 115 a -

注：表中数值为3个重复的平均值，同列不同小写字母表示差异显著（α=005），下表同。

22 基质高温灭菌处理对芦笋菌根苗根系侵染的影响

GM真菌接种后70 d时测定，灭菌接种和不灭菌接种处理的菌根侵染率、菌根侵染强度、相对菌根侵染强度差异不显著（表2），表明基质高温灭菌处理并未影响GM真菌对芦笋幼苗根系侵染的程度。GM真菌的绝对丛枝率和相对丛枝率在灭菌条件下较不灭菌条件下分别增加了11倍和15倍，说明对基质灭菌更有利于丛枝的发育。

表2 GM真菌对芦笋幼苗根系的菌根侵染情况

（%）

处理 菌根侵

染率 菌根侵染

强度 相对菌根

侵染强度 绝对丛

枝率 相对丛

枝率

灭菌接种 6000 a 3611 a 5947 a 1308 a 3813 a

灭菌CK 0 0 0 0 0

不灭菌接种 6445 a 3922 a 6135 a 609 b 1528 b

不灭菌CK 0 0 0 0 0

23 基质高温灭菌和GM真菌接种处理对芦笋菌根苗矿质营养吸收的影响

GM真菌接种后70 d时测定（表3），根系中N的吸收量灭菌接种比灭菌CK增加了488%，不灭菌接种比不灭菌CK增加了469%，说明基质高温灭菌没有明显影响GM2对根系N吸收的改善作用，Mg、Cu变化趋势与之相同。P、Ca、Zn的吸收量处理之间差异不显著。K的吸收量由高到低依次为不灭菌接种>不灭菌CK>灭菌接种>灭菌CK，其中基质不灭菌条件下接种GM真菌使根系中K的吸收量增加了131%，灭菌条件下增加了159%。Fe的吸收量以灭菌接种最高，不灭菌接种次之，灭菌CK和不灭菌CK最小且差异不显著。B的吸收量，基质不灭菌高于灭菌，接种处理与对照之间差异不显著。

对比接种后70 d时茎叶中元素吸收量可知，N以不灭菌接种的最高，比不灭菌CK的增加了391%，灭菌接种和灭菌CK的次之，且差异不显著，B的变化规律与N相同。P的吸收量为不灭菌接种和不灭菌CK的最高，差异不显著，灭菌接种的次之，灭菌CK最低，说明基质不灭菌更利于茎叶中进行P的吸收。K的吸收量不灭菌接种最高，不灭菌CK和灭菌接种差异不显著，灭菌CK最低。Ca、Mg的吸收量处理之间差异不显著。Zn的吸收量不灭菌CK相对于其他处理有所降低。Cu的吸收量接种处理高于CK，基质灭菌的增加了824%，未灭菌的增加了565%，且灭菌接种与不灭菌接种处理之间差异不显著。

表3

高温灭菌和GM真菌接种处理

对芦笋幼苗矿质元素吸收量的影响

处理 N

（mg） P

（mg） K

（mg） Ca

（mg） Mg

（mg） Zn

（μg） Cu

（μg） Fe

（μg） B

（μg）

根 灭菌接种 622 a 020 a 277 bc 082 a 036 ab 962 a 214 ab 11175a 466 b

灭菌CK 418 b 018 a 239 c 055 a 023 c 756 a 067 c 4308 c 728 b

不灭菌接种 567 a 031 a 388 a 095 a 043 a 957 a 258 a 8800 b 2459 a

不灭菌CK 386 b 019 a 343 ab 067 a 026 bc 777 a 141 bc 3515 c 2613 a

茎叶 灭菌接种 719 b 031 b 346 b 194 a 059 a 1020 a 155 a 3395 b 3971 b

灭菌CK 738 b 022 c 179 c 233 a 069 a 1074 a 085 b 7358 a 3762 b

不灭菌接种 846 a 049 a 577 a 225 a 071 a 1055 a 169 a 7237 a 4860 a

不灭菌CK 608 c 042 a 401 b 177 a 053 a 778 b 108 ab 3136 b 3246 c

全株 灭菌接种 1341 b 050 bc 623 c 276 ab 094 a 1982 a 369 ab 14570b 4438 c

灭菌CK 1156 c 039 c 418 d 288 ab 092 a 1830 a 152 c 11666c 4490 c

不灭菌接种 1413 a 080 a 965 a 319 a 114 a 2012 a 427 a 16037a 7319 a

不灭菌CK 994 d 061 b 743 b 244 b 079 a 1555 a 250 bc 6651 d 5859 b

注：表中数据均为单株的含量。

接种后70 d时，全株中N的吸收量由高到低依次为不灭菌接种>灭菌接种>灭菌CK>不灭菌CK，其中不灭菌接种比灭菌接种增加了54%，Fe具有相同的变化趋势。P的吸收量在基质灭菌状态下因GM真菌接种增加了282%，不灭菌状态下为311%，以不灭菌接种处理的最高，比灭菌接种的增加了600%，表明对基质不灭菌更利于芦笋菌根苗对P的吸收利用。K的吸收量在基质不灭菌状态下生长的幼苗高于灭菌状态下的，由高到低为不灭菌接种>不灭菌CK>灭菌接种>灭菌CK，其中不灭菌接种的比灭菌接种的增加了490%，说明了基质高温灭菌抑制了芦笋幼苗对K的吸收，而芦笋菌根苗在不灭菌的基质中对K的利用率最高。Ca的吸收量以不灭菌接种的最高，其他三个处理之间差异不显著。Mg、Zn的吸收量差异不显著。Cu的吸收量由高到低依次为不灭菌接种>灭菌接种>不灭菌CK>灭菌CK，其中不灭菌接种的比灭菌接种的增加了156%。全株B的吸收量不灭菌接种的最高，不灭菌CK的次之，灭菌接种和灭菌CK的最低。

GM真菌接种后70 d测定菌根效应，表4表明，根系中GM2对元素吸收的菌根效应，N、Mg差异不显著，不灭菌接种的P、Fe显著高于灭菌接种的，而K、Ca、Mg、Zn、Cu低于灭菌接种的；茎叶中不灭菌接种的N、Ca、Mg、Cu、Fe、B高于灭菌接种的，而K、Zn降低，P差异不显著。全株中GM菌根效应的变化趋势与茎叶中的相一致。

表4 GM在基质高温灭菌和不灭菌条件下

的菌根效应

（%）

处 理 N P K Ca Mg Zn Cu Fe B

根 灭菌接种 327 a 05 b 131 a 318 a 359 a 687 a 227 a 419 b -628 b

不灭菌接种 319 a 334 a 74 b 258 b 347 a 443 ab 51 b 567 a -70 a

茎叶 灭菌接种 -27 b 302 a 484 a -212 b -178 b 449 a -48 b -1300 b 54 b

不灭菌接种 280 a 135 a 305 ab 210 a 249 a 330 b 262 a 506 a 332 a

全株 灭菌接种 137 b 203 a 328 a -45 b 23 b 594 a 77 b -165 b -12 b

不灭菌接种 296 a 223 a 227 b 230 a 293 a 398 b 201 a 562 a 199 a

3 结论与讨论

试验表明，基质高温灭菌和不灭菌条件下对芦笋进行GM真菌接种处理均可以显著促进芦笋幼苗的生长，增加生物量，增强芦笋幼苗对矿质元素的吸收和转运，所以试验使用的GM2菌种对芦笋幼苗具有高效性。对比生物量和菌根效应可知，不灭菌条件下GM真菌对芦笋幼苗生长和矿质营养吸收的贡献更大，这可能与栽培基质（草炭∶ 蛭石=2∶ 1，体积比）经过高温灭菌后持水能力下降有关。至于其他类型基质高温灭菌对芦笋菌根苗的影响，有待于进一步研究。试验中发现两种条件下GM真菌对芦笋幼苗根系的侵染强度相近，但在灭菌条件下形成了更多的丛枝，其原因有待明确。

接种GM真菌作为一种生物技术，应用于芦笋栽培可培育壮苗，缩短苗期，节省肥料，提高有机基质的养分利用率[6]。本试验证实在基质（草炭∶ 蛭石=2∶ 1，体积比）不灭菌条件下GM真菌对芦笋幼苗生长具有更好的作用效果，因此，未经过高温灭菌的基质更利于培育具高产优质潜力的芦笋菌根苗，降本提效。参 考 文 献：

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