菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄生长和生理特征的影响

顾惠敏, 陈波浪*, 孙锦

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院, 农业农村部西北绿洲农业环境重点实验室, 乌鲁木齐 830052; 2.南京农业大学园艺学院, 南京 210095)

目前，世界番茄栽培面积约53.7×104hm2[1]，我国生产量占世界总产量的18%，是加工番茄的种植大国之一[2]。番茄喜温、好光、不耐湿热，光饱和点和光合能力都较高，在整个生育期需要强光照[3]。干旱半干旱地区具有满足加工番茄生长的光热资源，但该地区的水资源有限且蒸发强，土壤盐渍化现象普遍，成为制约作物生长的主要限制因子[4]。盐分胁迫明显抑制植株在苗期和成熟期时对氮、磷、钾元素的吸收积累，影响养分的运移[5-6]，进而显著影响作物生育进程。盐分胁迫还会导致作物幼苗的地上部离子平衡发生改变，地上部 K+/Na+显著降低，作物体内K+含量随盐分浓度的增加呈下降趋势[7-8]。菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)是一类能与绝大部分植物根系形成互惠共生体的微生物，能扩大根系吸收面积和距离，帮助植物吸收矿质营养、促进植物生长[9]。并通过改善养分吸收、增加渗透调节物质的积累，增强植物根系及菌丝本身对其他元素的固持作用，从而提高植物对盐碱等非生物逆境的抗性[10]。在盐胁迫条件下，植物与菌根真菌共生能够增加对氮、磷、钾等养分的吸收，减少宿主植物对盐分的摄入，改善宿主植物体内的离子平衡[11]。通过改变植物的组织结构，或延伸大量根外菌丝来提高根系吸收面积和吸收空间，促使植物吸收更多的矿质元素和水分，进而增加植物的抗盐碱能力[12-13]。此外，AMF还可以通过改善植物的营养状况，进而提高作物的产量和品质[14]。

近年来，关于加工番茄耐盐性的研究主要集中在改变嫁接方式、添加外源H2S、H2O2和外源硒提高耐盐性等方面[15-17]，而探索育苗基质提高加工番茄的耐盐机理报道较少，尤其针对不同盐分处理下菌根化育苗如何影响加工番茄整个生育期生长的研究，尤为少见。为此，本研究以加工番茄为研究对象，研究整个生育期菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄植株生长、菌根侵染率、营养元素吸收、耐盐性及产量与品质的影响，旨在为促进加工番茄在干旱半干旱区耐盐可持续生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为‘屯河5501号’番茄，种子由中粮屯河种业有限公司提供。将番茄种子用自来水浸泡6 h后，放入摇床中，200～250 r·min-1摇动32 h，待种子冒出白尖，选取大小一致的种子放入育种盘培育，待幼苗长到两叶一心时移栽至条盆中。

供试AMF真菌采用混合菌，由南京农业大学园艺学院提供，包括孔窝无梗囊霉(Acaulosporafoveata)、毛氏无梗囊霉(Acaulosporamorrowiae)、刺状无梗囊霉(Acaulosporaspinosa)、微白巨孢囊霉(Gigasporaalbida)、巨大巨孢囊霉(Gigasporagigantean)、珠状巨孢囊霉(Gigasporamargarita)、近明球囊霉(Glomusclaroideum)、明球囊霉(Glomusclarum)、透光球囊霉(Glomusdiaphanum)、幼套球囊霉(Glomusetunicatum)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、根内球囊霉(Glomusintraradices)、地表球囊霉(Glomusversiforme)、红色盾孢囊霉(Scutellosporaerythropa)。

采用甘草渣、玉米秸秆、草炭、蛭石按质量比以4∶5∶1∶5比例混合作为育苗基质，设置菌根化育苗基质(菌剂：基质为150 g∶1.18 kg)和非菌根化育苗基质(无菌剂的基质)，均放在6 cm×6 cm×5.2 cm的育种孔穴中进行育苗。供试土壤为新疆自治区昌吉市三坪农场种植番茄的土壤，土壤基本性状：有机质 11.24 g·kg-1、速效氮 30.9 g·kg-1、Olsen-P 5.0 mg·kg-1、速效钾 121 mg·kg-1、pH 7.79、总盐1.7 g·kg-1、电导率300 μs·cm-1。

1.2 试验设计

盆栽试验在新疆农业大学试验地进行，每盆装土22 kg。试验设轻度盐渍化(含盐量0.3%，CK)、中度盐渍化(含盐量0.6%)和重度盐渍化(含盐量1%)共3种土壤处理，含盐量指NaCl质量占烘干土质量的百分比，基于供试土壤盐分的含量，按照不同盐渍化土壤处理，分别在每盆中添加28.6、94.6和182.6 g NaCl，在定植前经一次性土壤盐化处理从而制备成3种盐渍化土壤。在每个条盆底部放置托盘，以便将每次浇灌时流出的溶液倒回盆中，从而保持盐分浓度不致降低。每种土壤中分别移栽非菌根化苗和菌根化苗，共设置6个处理，分别为非菌根化苗+轻度盐渍化(T1)、菌根化苗+轻度盐渍化(T2)、非菌根化苗+中度盐渍化(T3)、菌根化苗+中度盐渍化(T4)、非菌根化苗+重度盐渍化(T5)、菌根化苗+重度盐渍化(T6)，重复7次。培养容器为塑料条盆(62 cm×21 cm×21 cm)。所有处理控制氮肥水平为270 mg·kg-1，磷肥水平为135 mg·kg-1，钾肥水平为65 mg·kg-1。氮肥用尿素，磷肥用重过磷酸钙，钾肥用硫酸钾。磷肥和钾肥作为基肥一次性施入，氮肥施用量以40%作基肥，60%作为追肥，分别在番茄开花期和果实膨大期各追施30%。

1.3 测定指标及方法

分别在加工番茄的苗期(定植后45 d)、花期(定植后65 d，50%植株第一朵花开放)、坐果期(定植后85 d，50%的果实直径达1 cm)、果实膨大期(定植后105 d，50%果实直径达4 cm)和收获期(定植后125 d)测量植株株高、茎粗，并采集样品，每个处理取6株植株分为地上部和地下部，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干，称取干物质量。将植株烘干后磨成粉末用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法[18]测氮，钼锑抗比色法[18]测磷，火焰光度计法[18]测钾和钠。取每株植株根系30个根段采用曲丽苯蓝染色镜检后，通过频率标准法计算菌根侵染率[19]。待番茄的第2穗果实成熟后一次性采收并记录各处理的单株产量，在每个处理中随机选取6个颜色、大小和成熟度一致的果实，分别用蒽酮比色法和考马斯亮蓝法[20]测定可溶性糖及可溶性蛋白质含量。菌根依存度计算公式[21]如下。

菌根依存度 =(菌根化育苗处理干物质量-非菌根化育苗处理干物质量)/菌根化育苗处理干物质量×100%

1.4 数据处理及分析

利用Microsoft Excel 2018和SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析，采用单变量进行方差分析，差异显著性检验采用LSD法(P=0.05)，利用Origin 8.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄植株生长的影响

不同处理的加工番茄植株生长情况见图1，可知，各生育期，随着盐胁迫的加重，加工番茄的株高和茎粗均下降。在3种盐渍化土壤中，植株株高和茎粗在整个生育期内整体均表现为菌根化育苗高于非菌根化育苗处理。苗期时，T1和T2，T3和T4之间存在显著性差异;花期至坐果期，仅轻度盐渍化土壤与中度和重度盐渍化土壤之间存在差异性;收获期时，T1和T2之间存在显著性差异。茎粗在坐果期时表现出T1与T2间存在显著性差异，菌根化处理较非菌根处理增加了14.6%;果实膨大期和收获期时在盐渍化土壤间存在显著差异，菌根与非菌根处理间无显著差异。植株地上部和地下部的干物质含量变化趋势与株高、茎粗基本一致。各生育期，随着盐胁迫的加重，加工番茄的地上部和地下部干物质含量均下降。在苗期和花期时，轻度盐渍化土壤中，菌根化育苗处理的地上部干物质含量均较非菌根育苗处理显著升高，最大增幅为61.1%；花期和收获期时，重度盐渍化土壤中，菌根化育苗处理的地上部干物质含量均较非菌根育苗处理显著升高。在花期时，轻度和重度盐渍化土壤中，菌根化育苗处理的地下部干物质量均较非菌根育苗处理显著增加，分别增加7.19%和9.12%，表明菌根化育苗能够缓解盐分胁迫对植株生长的抑制作用。

注：同一时期不同字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。

由表1可知，盐胁迫下，菌根侵染率和菌根依存度均随着生育期的递增而出现先增长后下降的趋势。随着盐胁迫程度的增加，菌根侵染率表现为下降趋势；在坐果期，T2、T4和T6处理的菌根侵染率达到最大值，分别为63.48%、51.38%和43.44%，3个处理间差异显著；在苗期、花期、果实膨大期和收获期，T4处理的菌根侵染率较T2处理分别显著减少34.0%、10.8%、10.6%和19.9%，T6处理较T2处理分别显著减少89.9%、31.6%、36.4%和30.0%。随着盐胁迫程度的增加，菌根依存度表现为上升趋势；在花期、坐果期、果实膨大期和收获期，T4处理的菌根依存度较T2处理分别显著增加49.7%、145.6%、66.7%和34.7%；在苗期、花期、坐果期、果实膨大期和收获期，T6处理较T2处理分别显著增加8.7%、174.5%、262.2%、173.4%和146.3%，表明菌根化育苗处理能够增加整个生育期菌根对番茄根系的侵染率。

表1 菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄菌根侵染率和依存度

2.2 菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄植株元素含量的影响

不同处理的加工番茄植株元素含量见图2，可见，随着盐胁迫程度增加，加工番茄植株中的N、P、K含量明显降低，而菌根化育苗处理较非菌根化育苗处理有所提高。在果实膨大期，T2处理较T1处理的植株地上部N含量显著提高7.1%；在苗期和果实膨大期，T4处理的植株地上部N含量较 T3处理显著增加7.5%和8.8%；在花期，T6 处理的植株地上部N含量较T5处理显著增加11.9%。地下部N含量则随着生育期表现为先升高后下降的趋势。在果实膨大期，T2处理的地下部N含量显著高于T1处理；在收获期，T6处理的地下部N含量显著高于T5处理。

注：同一时期不同字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。

随着盐胁迫程度的增加，加工番茄植株的地上部和地下部P含量表现为先增加后下降的变化趋势；果实膨大期时，T6处理的地下部P含量最高。整体上，菌根化育苗处理的地上部和地下部P含量均高于非菌根化育苗处理；在苗期，T2处理的地上部P含量显著高于T1处理；果实膨大期时，T2、T4、T6处理的地上部P含量均分别较T1、T3、T5处理显著增加；其余时期不同盐渍化土壤的菌根化育苗处理与非菌根化育苗处理的差异不显著。在坐果期和果实膨大期，T6处理的地下部P含量显著高于T5处理；在收获期，T4处理的地下部P含量显著高于T3处理。T1和T2处理的地上部和地下部P含量，在坐果期之后呈现递减趋势，T3、T4、T5和T6处理的地上部和地下部P含量，在果实膨大期之后下降。

随着盐胁迫程度的增加，加工番茄植株的地上部和地下部K含量表现为下降趋势；且随着生育期的延长，地上部和地下部K含量呈现下降趋势；整体上，菌根化育苗处理的地上部和地下部K含量高于非菌根化育苗处理。在苗期时，T2、T4和T6处理的地上部K含量分别显著高于T1、T3和T5处理，T2较T1处理的增幅最大，为7.12 g·kg-1；在花期、坐果期和收获期，T2处理的地上部K含量均较T1处理显著增加，最高增加10.29 g·kg-1。在花期，T2处理的地下部K含量较T1处理显著增加；果实膨大期，T6处理的地下部K含量较T5处理显著增加；其他时期同一盐分浓度下菌根化育苗处理的地下部K含量与非菌根化育苗处理无显著差异。

2.3 菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄植株Na含量和 K+/Na+的影响

不同处理加工番茄植株Na含量和 K+/Na+结果见图3，随着盐胁迫程度的增加，加工番茄植株的地上部和地下部Na含量均呈上升趋势，在不同盐分浓度处理间均存在显著差异。菌根化育苗处理的地上部和地下部Na含量均低于非菌根化育苗处理；在坐果期和收获期，T4处理显著低于T3处理；在果实膨大期和收获期，T6处理显著低于T5处理；其他时期同一盐分浓度下菌根化育苗处理的地上部和地下部Na含量与非菌根化育苗处理间差异未达到统计学意义。

注：同一时期不同字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。

随着盐胁迫程度的增加，加工番茄植株的地上部和地下部K+/Na+表现下降趋势；随着生育期的延长，地上部和地下部K+/Na+也呈现下降趋势；整体上，菌根化育苗处理的地上部和地下部K+/Na+均高于非菌根化育苗处理。在苗期、花期、坐果期和收获期，T2处理的地上部K+/Na+均显著高于T1处理，分别提高26.4%、33.0%、21.0%、27.1%；在苗期、花期、果实膨大期和收获期，T2处理的地下部K+/Na+均显著高于T1处理，分别提高48.5%、21.2%、15.7%、11.6%。表明菌根化育苗有效降低了加工番茄植株地上部和地下部Na含量，提高了植株地上部和地下部的K+/Na+，减轻了Na+的毒害作用。

2.4 菌根化育苗对盐胁迫下加工番茄产量及品质的影响

不同处理的加工番茄产量和品质结果见表2，可见，随着盐渍化程度的加深，加工番茄的产量、可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈递减趋势。菌根化育苗处理的加工番茄产量均高于非菌根化育苗处理。其中，T2、T4处理的产量分别较T1、T3处理显著提高11.8%和14.5%，而T6与T5间差异不具有统计学意义。在三种盐渍化土壤中，加工番茄果实的可溶性糖和可溶性蛋白质含量也表现出菌根化育苗处理高于非菌根化处理，增加幅度分别达到3.4%～15.6%和4.2%～12.8%，然而重度盐胁迫条件下，菌根化育苗处理与非菌根化处理间无显著差异。

表2 菌根育苗对盐胁迫下加工番茄植株产量及品质的影响

3 讨论

本研究表明，盐胁迫下菌根化育苗处理可提高加工番茄植株的株高、茎粗和干物质量，这与贺学礼等[22]的研究结果相同，尤其在苗期和花期时促进作用更加明显，说明菌根化育苗能显著缓解加工番茄整个生育期的植株生长，在特定生育时期作用更为显著[23]。可能是因为AMF通过改变植物根系形态，改善吸水能力，缓解由盐分过多引起的细胞生理代谢紊乱，从而促进植物在盐渍化土壤的生长[24]。

接种菌根可增加作物根系的菌根侵染率[25]。本研究发现，不同盐渍化土壤的菌根侵染率表现为轻度盐渍化>中度盐渍化>重度盐渍化，说明随着盐分浓度的增加，盐分对菌根侵染的抑制越明显，这与冯固等[24]对棉花等作物的研究结果相同。随着生育期的递增，菌根化育苗对根系的侵染率呈现先增长后下降的趋势，这与范燕山[26]对番茄的研究结果一致，但本研究中，加工番茄菌根侵染率在坐果期时达到峰值，各处理侵染率达到43%～63%，高于李敏等[27]研究的番茄根系侵染率结果(23.3%～39.7%)，低于张义飞等[28]研究的羊草的根系侵染率结果(80.0%～100.0%)，这可能与盐分浓度、试验土壤的微生物环境、寄主作物种类以及菌根真菌活性的差异有关。菌根依存度可以反映接种菌根相比未接种菌根对植株生长的影响效应。本研究发现，中度和重度盐胁迫下菌根化育苗处理的菌根依存度均高于轻度盐渍化土壤的菌根化育苗处理，这与韩冰等[29]对黄瓜的研究一致，但本研究中，苗期和花期时菌根依存度较高，说明在一定盐分浓度内，随着盐分浓度的增加，菌根化育苗对植株生长的促进作用在植株的关键生育期(苗期和花期)表现更加明显，从而有利于壮苗和保果。

本研究中，三种盐渍化土壤中，植株地上部和地下部的N、P和K含量基本都表现为菌根化育苗大于非菌根化育苗，表明菌根化育苗可以缓解盐分胁迫对植株吸收养分的抑制，使不同浓度盐胁迫下植株 N、P、K含量增加，有效缓解盐胁迫造成的植株体内养分亏缺。这可能是因为盐胁迫下，AMF能通过自身的生理特性来维持N、P、K营养平衡，进而使K的分配较合理，还可能与菌根菌的根外菌丝扩大了根系在土壤中吸收养分的空间范围，促进植物对矿质养分的吸收，尤其是对P素的吸收有直接关系[30-31]。但在整个生育期内，中度和重度盐渍化土壤中菌根化育苗处理的植株N、P、K养分含量较非菌根化育苗处理差异更大，这表明随着盐分浓度的增加，作物生长对菌根有一定的依赖性[32]，且随着盐胁迫程度的加深，菌根真菌能够更好地改善植物的生长及养分状况。此外，本研究还发现，菌根化育苗能显著促进苗期和果实膨大期植株地上部N的吸收，苗期地上部P吸收以及各时期地上部K的吸收，同时也促进坐果期和果实膨大期地下部N的吸收和苗期、花期时加工番茄地下部P和K的吸收，表明菌根化育苗能促进加工番茄关键时期的养分吸收，从而增强加工番茄的耐盐性，这与刘娜[33]的研究结果一致。

研究发现，盐逆境下介质K的增多能降低作物的Na浓度，提高植株生长达到30%以上，K+浓度的升高也可显著减缓盐胁迫对质膜透性的提高[34]。因此，探究作物体内钾钠含量及其比值对了解作物耐盐性具有重要意义。本研究发现，随着盐分浓度的增加，各处理植株地上部和地下部的Na含量随之增加，K+/Na+降低，而菌根化育苗能增加盐分胁迫下植株体内的 K含量和 K+/Na+，降低Na浓度，说明菌根化育苗会抑制植物对Na的吸收，减轻对植物的毒害作用，同时能够促进植物对K的吸收，维持细胞内的离子平衡，这与前人[35-36]的研究结果一致。原因可能是Na盐对植物保护膜系统具有一定的破坏作用，而钾盐能促进蛋白质的合成，并对生物膜具有一定的保护作用[37]。本研究还发现，地上部Na含量在坐果期到果实膨大期时，中度或重度盐渍化土壤中各处理的差异更显著，地下部Na含量则在轻度和重度盐渍化土壤差异性更显著。这表明作物能够在一定盐分浓度下表现出一定的适应性，能够通过自生的抗氧化系统、渗透调节机制和光保护机制等来维持一定的长势及养分吸收[38]，而本研究中，K+/Na+在苗期至花期时比值较高，表明菌根化育苗可以为盐胁迫下幼苗的存活率提供一定的抵抗力，可能是因为接种菌根促进种子萌发，极大提高了根系活力，从而增强幼苗对不良环境的抵抗能力[39]。

本研究发现，菌根化育苗显著提高了加工番茄果实的产量、果实中可溶性糖和可溶性蛋白含量，与吕桂云等[40]的研究结果一致。本研究还发现，中度和重度盐胁迫下加工番茄果实的产量、可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著低于轻度盐胁迫处理，而菌根化育苗可以缓解盐胁迫对果实产量、可溶性糖和可溶性蛋白质抑制效应。表明接种AMF可明显改善盐胁迫下加工番茄果实的品质，显著提高其产量，有效减轻盐胁迫对加工番茄产量和品质的不良影响。这可能是因为AMF 通过增加植物对N和P等大量元素的吸收[14]，改善了植物的营养状况，促进植物生长，进而提高作物的产量及品质。