丛枝菌根真菌对不同氮效率烟草品种生长及养分吸收的影响

李国明 祖庆学 曹本福 陆引罡 聂忠扬 林松

摘 要：为明确丛枝菌根（AM）真菌对不同氮效率烟草品种养分吸收的作用，采用盆栽试验，以不接种处理（CK）为对照，研究了4株AM真菌（Fm、Ri、Ce、Gm）对不同氮效率品种烟草[ZY100（低）、K326（中）、NC89（高）]生长及矿质养分吸收的影响。结果表明，4种菌株均能与烟草根系形成共生关系。接种AM真菌，各处理烟株的干物质累积量、株高、最大根长、根表面积、根体积、总根长、根尖数及养分吸收量均得到不同程度提高。各烟草品种干物质累积量表现为NC89>ZY100>K326，菌根依赖性表现为ZY100>NC89>K326。各矿质养分中，接种AM真菌各处理N、P、K、Ca累积量增幅效果因菌株种类和烟草品种而异，微量元素Fe、Mn、Cu、Zn积累量增幅效果主要受菌株种类影响， Mg积累量在各处理间差异不显著。可见，接种AM真菌可以有效地促进烤烟根系形态的发育，优化根系结构，进而促进烟株对养分的吸收和积累。整体来看，氮效率低的ZY100更易与菌株建立共生关系，Ce菌株对3个氮效率品种烟草亲和力更强，综合而言以Ce-ZY100处理效果最佳。

关键词：烤烟;丛枝菌根真菌;根系性状;生长效应;矿质养分

Abstract： A pot experiment was used to study the effects of four AM fungi （Fm， Ri， Ce， Gm） on the growth and mineral nutrient uptake of tobacco with different nitrogen efficiency [ZY100 （low）， K326 （medium）， NC89 （high）] with no inoculation （CK） as a control， which will clarify the effects of AM fungi on nutrient uptake of tobacco varieties with different nitrogen efficiency. The results indicated that four AM fungal strains could form a symbiotic relationship with roots of different tobacco genotypes. After inoculation with AM fungi， dry matter accumulation， plant height， maximum root length， root surface area， root volume， total root length， root tip number and nutrient uptake of each treated tobacco plant were increased to different degrees. The dry matter accumulationof each tobacco variety showed NC89>ZY100>K326， and the mycorrhiza dependence showed ZY100>NC89>K326. For mineral nutrients， after inoculated with AM fungi， the effects of increasing the accumulation of N， P， K， and Ca in each treatment were different with strain types and tobacco varieties， while the effects of increasing the accumulation of trace elements Fe， Mn， Cu and Zn were mainly affected by strain types， the accumulation of Mg was not significantly different among the treatments. It was shown that inoculation with AM fungi could effectively promote development of flue-cured tobacco root morphology， optimize root structure， and then promote uptake and accumulation of nutrients in tobacco plants. Overall， it is easier for ZY100 with low nitrogen efficiency to establish symbiotic relationship with AM strains， the Ce strain has a stronger affinity for the three varieties of flue-cured tobacco. In general， the Ce-ZY100 combination is the best for symbiotic establishment.

Keywords： flue-cured tobacco; arbuscular mycorrhizal fungi; root traits; growth effect; mineral nutrients

氮素是植物生長发育需求量最多的矿质元素之一，对作物生长发育及品质形成至关重要[1]，而烟草氮肥利用率普遍低于他种作物[2]。近年来随着氮肥施用量增加，氮肥利用率逐年下降[3]，由此带来的环境污染问题日益凸显，如何减氮增效已成为农业生产环节亟待解决的问题。提高烟草的氮素利用效率对减少氮肥投入、维持作物产量稳定及发展环境友好型农业具有重要意义[4]。

丛枝菌根（Arbuscularmycorrhiza，AM）真菌是根系土壤区域中重要的功能菌群之一[5]，可与多数植物根系形成共生体。其菌丝一端着生于宿主根系内部表皮细胞形成共生界面，以便从植物根部获取满足自身生长的碳水化合物和生长物质[6]，另一端深入土壤，从土壤中吸收矿质养分和水分等，通过菌丝内部的原生质环流快速转运到根内，对植物营养物质改善具有积极作用。目前关于接种AM真菌对不同氮效率品种烤烟生长及养分含量的影响鲜有报道。本文采用盆栽试验研究了4种AM真菌与3种氮效率品种烤烟的共生效应，以期为应用丛枝菌根真菌改善烟草氮肥利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菌株：摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae （Fm）、根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices （Ri）、幼套近明球囊霉Claroideoglomus etunicatum （Ce）、球状巨孢囊霉Gigaspora margarita （Gm），均来自北京农林科學院植物营养与资源研究所丛枝菌根真菌种质资源保藏中心。皆采用以白三叶草扩繁131 d的合格接种菌剂，4株菌株孢子数均>50个/g土。

供试烟草品种：ZY100、K326、NC89，包衣种子由贵州省烟草科学研究院福泉基地提供。氮素利用率大小顺序为ZY100

供试土壤：取自贵州大学西校区后山0～20 cm表层土（106°44′52″N，26°27′21″E），含水量27.1%，pH 5.85，有机质21.6 g/kg，全氮1.18 g/kg，全磷0.75 g/kg，全钾11.6 g/kg，碱解氮93.7 mg/kg，有效磷12.9 mg/kg，速效钾83.25 mg/kg。土壤风干、粉碎、混匀，过2.5 mm不锈钢网筛，经高温灭菌后备用。高压灭菌锅工作参数：121 ℃，1×105 kpa，2 h，灭菌重复2次。

供试肥料：所用养分均以改良的hoagland营养液外源加入[9]，配制所需的化学试剂均购自成都金山化学试剂厂。

1.2 试验设计

试验于2019年6—10月在贵州大学农学院盆栽场塑料大棚内进行。试验设置5种接菌处理：不接种（CK）、接种Fm、接种Ri、接种Ce、接种Gm，每千克土壤接种菌剂30 g;3种氮效率品种：ZY100、K326、NC89。其中不接菌处理加入等量4种菌株混合灭活菌剂。试验共设15个处理，每处理6盆，共计90盆。

试验盆栽桶为聚乙烯材料，高18.5 cm，口径13.5 cm，底径10.5 cm。每桶装供试土壤2 kg，在移苗前7 d用苯菌50%可湿粉剂（800倍稀释）消除烟苗根系微生物干扰。选择素质良好且长势一致的烟苗单盆单株移栽，移栽当日将菌剂接种于距烟苗根系约0.5 cm处。底肥以1/2 hoagland溶液的形式加入，并保持土壤含水量为40%田间最大持水量。移栽7 d后每周加入全量hoagland溶液200 mL，期间不定时以灭菌水补充土壤水分，保持土壤含水率为60%田间最大持水量。每1周转动盆体1次，同时每2周随机挪动盆体位置1次，以消除光照、通风等因素造成的试验误差;烟株生育期内不进行打顶处理，其他栽培管理措施均按烟草栽培管理要求进行。试验共培养121 d。

1.3 测定指标

1.3.1 菌根侵染率的测定 培养121 d各处理随机选取3株长势均一的烟株，完整挖出根系，用清水反复冲洗，再用去离子水冲洗干净，剪取1 cm须根前端幼嫩根尖，用于菌根侵染率的测定。测定方法采用台盼蓝染色-方格交叉划线法，具体操作参照文献[10]。

1.3.2 烟株株高、根系性状及生物量的测定 培养121 d时，各处理选取3株烟株，用卷尺测量烟株地上部高度，将烟株根系剪下，最大根长用直尺测量。

用Epson V950 Prophoto扫描仪对根系进行扫描。采用WinR HIZO-Pro2019根系分析系统软件分析根系体积、总根长、根系表面积、根系平均直径等形态参数。

烟株地上部、根系均置于烘箱中105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干，测定干物质。

菌根依赖性是指在一定土壤肥力水平下植物通过形成菌根而能够达到的最大生物量或产量的程度，计算公式：菌根依赖性 （%） = （接种处理干质量?不接种处理干质量） /接种处理干质量×100

1.3.3 烟株养分含量的测定 烟株干物质量测定完毕将各部位粉碎以测定养分含量。测定方法：各部位采用H2SO4-H2O2消化后，分别用开氏法、钒钼黄比色法、火焰光度法测定全氮、全磷、全钾含量。

烟株经低温湿式灰化（HClO4+HNO3），采用等离子发射光谱法测定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn含量。

1.4 数据处理

用SPSS 19.0软件进行二因素方差分析，Duncan法进行多重比较，采用Excel 2016软件进行图形制作。

2 结 果

2.1 AM真菌对不同氮效率烤烟品种根系的侵染

由图1可知，不接种处理（CK）未表现出侵染现象，接种AM真菌后，各处理菌根侵染率达到21.82%～41.6%。同一AM真菌对不同氮效率烤烟根系侵染强度不同，氮效率较低的ZY100菌根侵染率大于K326、NC89;不同AM真菌对同氮效率烟株的侵染率也不一致，Fm、Ce侵染强度更高。综合来看，以Fm对ZY100的侵染率最高。

2.2 AM真菌对不同氮效率烤烟品种根系生长的影响

由表1可知，烟草品种、接种AM真菌类型以及品种与菌种互作效应对烟株根总长、根系表面积、平均直径、根体积及根尖数均有极显著影响（p<0.001）。未接种处理的根系指标整体呈现ZY100

2.3 AM真菌对不同氮效率烤烟品种株高、最大根长的影响

由图2a可知，就株高而言，未接种AM真菌3种氮效率品种烤烟大体表现为ZY100

2.4 AM真菌对不同氮效率烤烟品种干物质积累量的影响

表2表明，烟草品种和菌株类型对烟株的地上部、地下部生物量及菌根依赖性均有显著性影响，但冠根比只与烟草品种有关。就地上部而言，接种AM真菌，3个烤烟品种干物质积累量均在不同程度上得到显著提高，以Ce-NC89处理单株积累量最大，达25.20 g。从地下部来看，接种AM真菌，除Ce-NC89 处理较对照处理显著提高外，其余各处理未较对照达到显著差异水平。与未接种AM真菌烟株相比，接种处理冠根比有不同程度的提升。就菌根依赖性而言，不同烤烟品种间表现为ZY100>NC89>K326;不同AM真菌间，接种Ri的烟株菌根依赖性较差，而接种Fm、Ce的烟株菌根依赖性较强。

2.5 AM真菌对不同氮效率烤烟品种矿质元素积累的影响

由表3可知，接种该4株AM真菌对3种氮效率烤烟品种N、P、K、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn的吸收积累均有一定的促进作用。就大量元素而言，N、P积累量以Ce-NC89最高，K的积累量以Ce-ZY100最高，分别较未接种AM真菌同一烤烟品种提高11.83%、23.02%、23.13%。就中量元素而言，Ri促进钙积累的幅度较低，Fm、Ce促进幅度较高。Ce-NC89处理钙素积累量最高，较未接种同品种提高13.21%;接种该4株菌株对镁的积累无显著影响。就微量元素而言，Fe、Mn以Ce-NC89处理最高;Cu、Zn则以Gm-ZY100处理最高，分别较同品种未接种处理增加17.21%、17.70%、33.33%和34.55%。从整体来看，品种间N、P、K、Ca 4种元素的积累有显著差异，而微量元素积累差异不显著;AM真菌对烟株各元素积累均起到促进作用，且不同菌株作用效果不一;品种与菌株的交互效应仅对烟株Cu、Zn的积累量有显著影响。

3 讨 论

AM真菌无严格的宿主专一性，可以与多种植物共生[11]。JANOU?KOV?等[12]研究报道，G. intraradices PH5和G. intraradices BEG75在不同烟草品种的定殖状况差异较大，其中在Basma BEK和TN90品种中BEG75侵染率显著大于PH5，在K326中则反之。本试验结果表明，4株AM真菌均可有效与3种氮效率品种烤烟形成共生关系，但同一AM真菌对3种氮效率品种烤烟根系侵染率不同，同一氮效率品种烤烟与该4株AM真菌的共生强度也有差异，与前人研究结果趋于一致。从根系侵染情况来看，该4株AM真菌与ZY100整体定殖率较高，可见，AM真菌更易与氮效率低的ZY100形成共生结构。

养分效率高的品种往往比效率低的品种根系发达[13]，而AM真菌可以通过与植物根系的共生形成丛枝菌根结构，从而引起植物根系结构改变[14]。宿主植株通过分泌類黄酮与菌根真菌分泌的生长素进行信号识别，诱发植物生长素信号通路，促进侧根形成[15]。崔令军等[16]研究发现，桢楠在AM真菌接种处理后，根系总长度、表面积、体积和侧根数量均显著高于未接种处理。本研究得出相似的结果，接种4株AM真菌，3个品种烟株总根长、根表面积、根体积、平均直径及根尖数得到显著提高;无论接种AM真菌与否，各根系指标整体呈现为ZY100<K326<NC89，可见接种AM真菌能显著改善根系形态，但品种依然是烟草根系结构形成的决定因素。

当土壤养分含量处于较高水平时，植物不依赖菌根便能获取足够的养分，高氮水平反而会抑制植物与微生物的共生作用[17]，相反，低土壤养分条件下，AM真菌更易发挥作用[18]。本试验在低肥料水平下进行，烟株长势弱于大田。此试验条件下，接种AM真菌可以有效促进烟株生长，增加烟株干物质的累积。而干物质量的增加是通过改善烟株根系形态，促进侧根发育，调节烟株冠根比，促进烟株地上部干物质量累积而实现的。

宿主植物对养分的摄取分为2种方式：一种通过根细胞直接吸收;另一种通过菌丝体的根外菌丝进行吸收[19]。AM真菌在土壤中形成的庞大菌丝网络可以延伸到根系无法到达的地方[20]，从土壤中吸收养分并转运到植物体内以确保植物良好生长[21-22]。接种AM真菌可以促进宿主植物对养分的吸收[23-25]。本研究结果显示，不接种AM真菌，3个氮效率品种烟株矿质元素积累量较低，接种AM真菌对烟株N、P、K、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn的含量有显著促进作用。与未接种AM真菌相比，接种AM真菌的ZY100较其他两个品种增幅更大，表明AM真菌与氮效率低的ZY100品种能形成更好的共生关系，这可能是因为氮效率低的品种在低氮条件下难以获得满足自身生长发育所必需的矿质养分，因此更需要依赖与真菌共生，以便获得更多的养分[26]。就AM真菌而言，Ce对各氮效率品种烤烟矿质元素积累增幅较Fm、Ri、Gm更大，表明Ce与烟株亲和度更高，二者能更有效地相互识别，形成良好的共生关系。

4 结 论

本研究表明，接种AM真菌可以显著促进烟株生长及矿质养分的积累，但其效果因菌株种类和烤烟品种而有不同，氮效率低的烟草品种更易与AM真菌形成共生关系，而Ce菌株与烟株亲和力更高，更易形成良好的共生关系。其中Ce-ZY100处理效果较佳。本试验为盆栽条件下进行，在大田条件下的表现有待进一步验证。

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