適合G. mosseae 擴(kuò)繁的最佳培養(yǎng)基質(zhì)和最適宿主植物

郭開(kāi)發(fā)，楊宇彤，陳 慧，劉紅彥，謝 丹，周 琦，金晨鐘

（湖南人文科技學(xué)院，農(nóng)田雜草防控技術(shù)與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 婁底 417000）

菌根（Mycorrhizae）是自然界中普遍存在的一種共生現(xiàn)象，它是高等植物根系與土壤中一類(lèi)特定真菌形成的互惠共生體，其中以叢枝菌根真菌在自然界的分布最為廣泛。叢枝菌根（Arbuscular mycorrhizal，AM）真菌可以與地球上大約80%的植物形成共生 體[1]。AM 真菌不僅可以增強(qiáng)植物對(duì)土壤中磷[2]、氮[3]、鋅[4]、鐵[5]等營(yíng)養(yǎng)元素和水分[6]的吸收，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[7]，增強(qiáng)植物耐鹽堿脅迫[8]、干旱脅 迫[9]、重金屬污染[10]和病蟲(chóng)害[11]等各種逆境脅迫的能力，而且作為多功能的高效生物肥料還可改良土壤結(jié)構(gòu)，減少化肥、農(nóng)藥的施用，恢復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境保護(hù)、園林綠化及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義[12]。

AM 真菌是共生真菌，不能離體培養(yǎng)，只能與植物共生來(lái)進(jìn)行繁殖。AM 真菌盆栽培養(yǎng)受宿主植物、培養(yǎng)基質(zhì)成分、溫度、營(yíng)養(yǎng)、光照等因素[13-15]的影響，其中宿主植物與培養(yǎng)基質(zhì)是影響AM 真菌培養(yǎng)的主要因素。宿主植物和培養(yǎng)基質(zhì)與AM 真菌之間存在相互選擇性，對(duì)于不同的宿主植物和培養(yǎng)基質(zhì)AM 真菌會(huì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)[14,16]。

試驗(yàn)在溫室條件下，通過(guò)盆栽培養(yǎng)方法，將沙、土壤、珍珠巖、沸石4 種基質(zhì)按不同比例混合，選取玉米、三葉草和苜蓿3 種宿主植物單獨(dú)種植和混合種植，探討不同基質(zhì)和不同宿主植物對(duì)摩西球囊霉（G. mosseae）生長(zhǎng)發(fā)育的影響，進(jìn)而篩選出生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)G. mosseae菌劑的適宜基質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)AM 菌劑生產(chǎn)體系的建立提供技術(shù)參數(shù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菌種為摩西球囊霉（G. mosseae），由北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所微生物室提供。供試宿主植物為玉米、三葉草和苜蓿，購(gòu)買(mǎi)于種子市場(chǎng)。試驗(yàn)前已對(duì)宿主植物進(jìn)行消毒滅菌。供試培養(yǎng)基質(zhì)有土、沙、珍珠巖和石英砂，均較為便宜且易購(gòu)買(mǎi)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)（1）正交試驗(yàn)優(yōu)化基質(zhì)配方：以G. mosseae為接種菌劑，以玉米為宿主植物，4 種基質(zhì)按照正交優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件得出的9 種配比（表1）配制，溫室條件下培養(yǎng)4 個(gè)月，記錄不同配比處理下G. mosseae真菌的產(chǎn)孢數(shù)量，每個(gè)處理重復(fù)3 次，將不同配比處理的結(jié)果輸入正交優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件中，得到理論的最佳基質(zhì)配比。（2）不同宿主植物單獨(dú)種植對(duì)G.mosseae真菌的影響：選擇玉米、三葉草和苜蓿3 種宿主植物，在最佳基質(zhì)配比下單獨(dú)與G. mosseae真菌共培養(yǎng)4 個(gè)月，測(cè)定不同宿主植物對(duì)G. mosseae真菌孢子繁殖的影響。（3）2 種或多種宿主混合種植對(duì)G. mosseae真菌的影響：將玉米、三葉草和苜蓿3 種植物兩兩混合和三者混合種植，在最佳基質(zhì)配比下與G. mosseae真菌共培養(yǎng)4 個(gè)月，測(cè)定其對(duì)G. mosseae真菌孢子繁殖的影響。

1.2.2收獲與測(cè)定播種4 個(gè)月后收獲，取植物根周?chē)?5 cm 基質(zhì)風(fēng)干后混勻保存，隨機(jī)取 20 g 風(fēng)干基質(zhì)，采用濕篩傾析—蔗糖離心法進(jìn)行孢子分離，體視顯微鏡下觀察、記錄孢子數(shù)量。

1.2.3數(shù)據(jù)分析采用正交分析軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在0.05 水平進(jìn)行LSD 多重比較，檢驗(yàn)各處理平均值之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培養(yǎng)基質(zhì)配比對(duì)G. mosseae 真菌生長(zhǎng)發(fā)育的影響

基質(zhì)主要是通過(guò)養(yǎng)分、保水性及通氣性等因素來(lái)影響宿主植物及AM 真菌的生長(zhǎng)發(fā)育。通過(guò)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，將4 因素3 梯度的試驗(yàn)簡(jiǎn)化為表1 的9 個(gè)試驗(yàn)。由表1 可知，當(dāng)土∶沙∶珍珠巖∶石英砂比例為1 ∶3 ∶3 ∶3（處理3）或者是2 ∶1 ∶2 ∶3（處理4）時(shí)，AM 真菌的孢子產(chǎn)量較大，分別為8.1 和8.5 個(gè)/g。將9 組試驗(yàn)結(jié)果輸入正交優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，得到理論的最佳基質(zhì)配比為2 ∶3 ∶3 ∶3，后期將進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

表1 不同基質(zhì)配比處理下G. mosseae 的產(chǎn)孢量

2.2 不同宿主植物單獨(dú)種植對(duì)G. mosseae 真菌孢子數(shù)量的影響

AM 真菌對(duì)宿主植物雖沒(méi)有表現(xiàn)出嚴(yán)格的專(zhuān)一性，但卻有一定的選擇性。不同AM 真菌對(duì)同一宿主植物的依賴(lài)性可能存在較大差異，同一AM 真菌對(duì)不同宿主植物的選擇性也可能存在較大差異。該試驗(yàn)采用的是廣幅生態(tài)型菌種G. mosseae，能與較多的宿主植物共生。試驗(yàn)結(jié)果顯示，G. mosseae與玉米、三葉草和苜蓿共培養(yǎng)，其平均孢子量分別為7.5、3.9 和2.3個(gè)/g，說(shuō)明G. mosseae真菌與3 種宿主植物都能正常共生，但不同種植物與其共生的效果差異顯著，其中G. mosseae真菌與玉米的共生效果最為理想，測(cè)得的孢子量最多，為7.5 個(gè)/g。

2.3 不同宿主植物混合種植對(duì)G. mosseae 真菌孢子數(shù)量的影響

由表2 可知，玉米和苜?；旌戏N植時(shí)平均孢子量最多，為4.9 個(gè)/g，顯著高于其他處理；同時(shí)，混合種植的宿主植物越多，AM 真菌繁殖孢子量反而越少。增加豆科植物能增加真菌產(chǎn)孢量，是因?yàn)槎箍浦参锏牡獱I(yíng)養(yǎng)充足，可促進(jìn)真菌產(chǎn)孢，這與前人的研究結(jié)果一致。但是，混合種植的宿主植物為玉米和三葉草時(shí)，AM 真菌的產(chǎn)孢量最少，可能的原因是當(dāng)養(yǎng)分含量一定時(shí)，植物維持生長(zhǎng)需要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此為AM 真菌提供的養(yǎng)分較少，從而影響產(chǎn)孢量。

表2 混合種植宿主植物對(duì)G. mosseae 產(chǎn)孢量影響

2.4 G. mosseae 真菌培養(yǎng)優(yōu)化條件選擇

按上述試驗(yàn)獲得的最佳條件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表3 所示，當(dāng)基質(zhì)配比為2 ∶3 ∶3 ∶3 時(shí)，G. mosseae真菌的平均孢子量最多，顯著高于其他基質(zhì)配比處理，這表明正交試驗(yàn)獲得的理論最優(yōu)配比是有效的；同時(shí)以玉米和苜蓿為宿主植物時(shí)，G. mosseae真菌的平均孢子量最多，為8.5 個(gè)/g。

表3 G. mosseae 真菌產(chǎn)孢最佳培養(yǎng)條件優(yōu)化選擇

3 結(jié)論與討論

由于AM 真菌的純培養(yǎng)到目前為止尚未取得成功，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的菌劑生產(chǎn)，因此利用與植物的共生關(guān)系來(lái)增殖仍然是目前國(guó)際通行的菌劑生產(chǎn)方 式[17]。通過(guò)共生培養(yǎng)獲得的AM 真菌菌劑有效成分包括孢子、菌絲和受侵染的根段。AM 真菌受培養(yǎng)基質(zhì)與宿主植物的影響，并且AM 真菌對(duì)宿主植物具有選擇性。該試驗(yàn)中AM 真菌可以與較多的宿主植物共生，但與不同植物的共生效果差異顯著，其中以玉米為宿主植物，G. mosseae真菌產(chǎn)生的孢子量最大。由此可知，玉米比較適宜G. mosseae真菌的擴(kuò)繁。

基質(zhì)是培養(yǎng)AM 真菌的載體，適宜的基質(zhì)可促進(jìn)AM 真菌的生長(zhǎng)繁殖。王幼珊等[18]研究表明，土和沙混合（體積比為1 ∶1）以及沙、壤土、細(xì)紅砂石和沸石混合（體積比為2 ∶1 ∶1 ∶1）均較為適合進(jìn)行植物與真菌的共生培養(yǎng)。該試驗(yàn)結(jié)果表明，土、沙、珍珠巖和石英砂按體積比2 ∶3 ∶3 ∶3 的比例混合，有利于G. mosseae真菌與玉米、苜蓿的共生培養(yǎng)。

綜上所述，G. mosseae真菌最佳的培養(yǎng)基質(zhì)為土、沙、珍珠巖和石英砂按體積比2 ∶3 ∶3 ∶3 混合，最佳宿主植物為玉米或玉米與苜?；旌?，AM 真菌產(chǎn)生的孢子量較多，為8.4～8.5 個(gè)/g。