AM菌丝在2种培养基质中的生长状况比较

李 侠，杜世杰，戎婷婷，白 静，韩志平

（1.山西大同大学生命科学学院，山西 大同 037009；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.山西大同市城区投资促进局，山西 大同 037009）

丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是土壤中广泛存在的一类重要微生物，能与陆地约80%的植物共生，促进植物吸收养分尤其是磷，增强植物抗逆性并改善土壤结构，影响植物群落结构和生产力［1-5］。然而，由于AM真菌是严格的专性共生生物，脱离了宿主植物即无法正常生长发育和完成其生命过程。虽然研究者试图探明宿主植物与菌根真菌间的信息和物质交换过程，但至今仍无法建立AM真菌的离体培养，成为相关研究以及丛枝菌根广泛应用的主要障碍。目前AM真菌培养均在共生条件下进行，通常采用的基质为土壤，但从土壤中去除孢子表面的污染十分困难，同时也难以获得足够量的纯净菌丝体［6］。胡萝卜根系质粒离体培养菌丝法（Ri T-DNA transformed carrot roots）虽然可以得到纯净的菌丝体和孢子，但这种培养体系的建立十分繁琐，而且难于操作。玻璃珠分室培养将AM真菌的传统基质培养与无土培养结合起来，利用这种培养技术可以培养出纯净的AM真菌［7］，但由于玻璃珠粒径大，作为基质空隙大，持水性差，水分难以控制，因而菌丝量较少，且重复间变异很大，所以迫切需要寻求一种能进行粗放管理而且菌丝生物量高的培养方法。我们借鉴了INVAM（http：//invam.wvu.edu）中采用的沙培收集菌丝的方法，将玻璃珠（2 mm）与沙子（0.25～1.00 mm）混合，弥补了单纯使用玻璃珠所造成的不足，管理要求比较低，且又能较容易分离到纯净的菌丝体。

1 材料与方法

1.1 试验材料

宿主植物采用玉米（Zea mays L.）。菌剂采用Glomus mosseae （Nicol.&Gerd.） Gerdemann&Trappe（BEG167） 和Glomus intraradices Schenck&Smith（BEG141）。根室基质为珍珠岩，菌丝室基质为玻璃珠（2 mm）或沙子（0.25～1.00 mm）。珍珠岩、玻璃珠和沙子均经高温灭菌（100℃，2 h）处理。

1.2 试验装置

培养装置为两室培养，即在大的试验盆中放置小尼龙网袋。大盆作为根室，用于植物生长，体积为1 L。尼龙网袋则作为菌丝室，由30 μm尼龙网进行缝织而成，其作用是允许根外菌丝穿过，而根系不能进入尼龙网中，体积为250 mL（图1）。

图1 试验用盆

1.3 试验设计

根室基质采用珍珠岩。菌丝室设2种不同基质处理，分别为玻璃珠、玻璃珠和沙子混合（以体积1∶1混合）。分别接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae和Glomus intraradices，以不接种（-M）为对照，共6个处理，随机区组排列，重复4次。根室装灭菌珍珠岩35 g，与70 g灭菌（接种处理）或未灭菌（不接菌的对照处理）菌剂混匀后装入。菌丝室装250 g灭菌玻璃珠或玻璃珠和沙子的混合物。培养时间为2005年5月31日至2006年7月31日。播种7 d后间苗，每盆保留3株生长一致的幼苗。试验在中国农业大学植物营养培养室内进行，生物镝灯补充光照。光照强度为250 μmol/（m2·s），室内温度保持在18～22℃。利用称重法监控水分并及时补充半强度LANS营养液（发芽后前3 d供应1/10的稀释营养液，以促进孢子萌发）［8］，基质水分控制在 12%～20%（V/V）。

1.4 指标测定

采用曲利苯蓝染色法测定根系侵染率［9］。将培养基质与水混合搅拌后搜集菌丝，烘干后称干重。

1.5 统计分析

试验所得到的数据均由SAS软件包内的单因素和两因素方差分析和Duncan多重比较进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 植株根系侵染率

未接种植株根系均未观察到菌根真菌侵染，说明试验操作符合要求，2种菌根真菌均与玉米根系形成良好的菌根，且接种2种真菌的植株根系侵染率差异达到显著水平，接种G.intraradices植株根系侵染率显著高于接种G.mosseae植株，其根系侵染率分别为88.3%和58.5%。菌丝室不同基质处理对植株根系侵染率无显著影响（表1）。

2.2 植株生长状况

接种菌根真菌（G.intraradics）植株地上部干重、根系干重和总干重显著高于对照植株，而接种菌根真菌植株冠根比却显著低于对照植株。菌丝室不同基质处理对植株地上部干重、根系干重和总干重均无显著影响（表1）。

表1 接种和基质处理对玉米植株菌根侵染率、植株地上部干重、根系干重、总干重和冠根比的影响①

2.3 AMF根外菌丝生物量

从对照菌丝室收集到一定量的菌丝，说明培养过程中基质中有杂菌菌丝。接种菌根真菌显著增加了AMF根外菌丝的干重，其中接种G.mosseae处理的根外菌丝干重显著高于对照处理和接种G.intraradics处理；菌丝室不同基质处理对根外菌丝干重的影响仅在接种G.mosseae时差异达到显著水平，表现为玻璃珠和沙子混合基质处理根外菌丝干重显著高于玻璃珠基质处理，前者约为后者的4.7倍。接种G.intraradics时，2种基质处理对菌丝干重无显著影响（图2）。

图2 接种和基质处理对菌丝室菌丝干物重的影响

3 结论与讨论

比较分析表明，接种G.mosseae的植株根系侵染率显著低于G.intraradics处理，而G.mosseae根外菌丝量却显著高于G.intraradics。很多研究表明G.mosseae的菌丝体比较发达，而孢子数量少；G.intraradics根内孢子比较多，根外菌丝较少。

Chen等［7］用玻璃珠收集菌丝试验中，收集到的Glomus versiforme孢子和菌丝体量可达20 mg，G.mosseae可达10 mg，其菌丝室装入玻璃珠量为960 g，因而单位基质收集到G.mosseae的菌丝干重为10.04 mg/kg。本试验中菌丝室装入玻璃珠与沙子混合物250 g，收集到G.mosseae的菌丝干重为6.1 mg，即单位基质收集到G.mosseae菌丝干重为24.4 mg/kg，约为Chen等［7］采用玻璃珠收集菌丝干重的2.4倍。

在本试验中，除在菌丝室采用玻璃珠和沙子混合基质处理时G.mosseae菌丝干重比较高外，其余处理菌丝干重均较低，接近于背景值。可能的原因是植株生长过程中营养液供应浓度较低，管理较粗放。初步研究显示，利用玻璃珠和沙子混合作为基质培养菌根真菌可以方便管理，如何提高多种菌根真菌的菌丝量仍有待进一步研究。

综上所述，接种菌根真菌显著增加了植株生物量。接种菌根真菌G.mosseae的侵染率显著低于真菌G.intraradics，但根外菌丝量却反之。相比单用玻璃珠，采用玻璃珠和沙子混合作为基质可以收集到较多的G.mosseae根外菌丝。