AMF 和根瘤菌对大豆生长和磷吸收的影响

2023-05-25陈振翔吴青青

园艺与种苗 2023年4期

陈振翔，吴青青，刘灵*

（1.珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室（广西师范大学），广西桂林 541006；2.广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室学院，广西桂林 541006；3.广西师范大学生命科学学院，广西桂林 541006）

大豆（Glycine max L.）是原产于我国的豆科植物，为主要油料作物，是优质植物蛋白质的主要来源[1]。但由于我国在种质资源收集、品种选育、转基因等领域的研究起步较晚，进展缓慢，加之城乡建设占用大量耕地，为了保护环境，实施了退耕还林政策，导致这些年来国内耕地面积呈现减少的趋势，耕地短缺问题愈来愈严重，而国产大豆生产成本高、单价低等因素导致国产大豆竞争力弱于进口大豆，大豆供需矛盾突出，不得不大量进口大豆以满足国内生产、生活的需要。因此，进一步提高大豆产量对于维护国家粮食安全、提升人民生活质量，具有非常重要的意义[2]。

为提高作物产量，过去半个多世纪以来，施用氮、磷等化肥已成为发展中国家提高作物产量的重要手段，但是化肥的过量施用会导致土壤肥力下降，成本提高[3]。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）能与80%以上的陆生植物形成共生关系，对促进植物养分吸收和生长起积极的作用[4]。在这个菌根共生体系中，AMF 可通过大量的外延菌丝延伸到根部周围的土壤，帮助植物吸收自身难以吸收到的养分和水分，尤其是移动性差的P、Zn、Cu 等容易被土壤固定的养分元素，促进植物生长[5]。

根瘤菌（Rhizobium，Rh）能与豆科植物根系共生形成根瘤进行生物固氮，显著增加植株氮、磷等含量。绝大多数豆科植物都能与AMF 建立起共生体系[6]。所以，AMF 能够与豆科植物形成AMF-豆科植物-Rh 共生体系。潘越等[7]的研究表明，接种AMF 能显著促进双接种Rh 和AMF处理中白三叶的生长结瘤数量和植株生长。

为了更好地利用AMF 和Rh 促进豆科植物生长和提高其磷利用效率，笔者拟探究接种AMF 中的幼套近明球囊霉（Glomus etunicatum）和费氏中华根瘤菌（Sinorhizobium fredii）对大豆磷吸收和植株生长的影响，旨在为化肥减施及大豆增产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大豆品种为桂春豆108 号，购于广西壮族自治区农业科学院。根瘤菌Rh 为费氏中华根瘤菌，简写为R，GDMCC编号为1.227，购于广东省微生物种质资源库。AMF 菌种幼套近明球囊霉，简写为A，购于中国北京农林科学院，编号为BGC GZ03C。

1.2 试验地设计

试验地位于桂林市广西师范大学雁山校区生物园内。样地共设4 个处理：①大豆单作，简写为G；②大豆单作接种AMF 中的幼套近明球囊霉，简写为G+A；③大豆接种Rh 中费氏中华根瘤菌，简写为G+R；④大豆接种AMF 和Rh，简写为G+A+R。

4 个处理的样地随机区组排列，每块小区面积为30 m2（5 m×6 m），各小区间设宽度、深度均为0.5 m 的小沟。每个处理为3 个小区，即每处理重复3 次。

每块地大豆种植6 行，株距为20 cm，行距为30 cm，播种沟深5 cm，每穴放置3 粒种子，待大豆3 叶期进行间苗。

1.3 大豆接种

1.3.1 接种费氏中华根瘤菌R。采用拌种法。将LB 液体培养基扩繁后的根瘤菌液离心浓缩，菌体用无菌水重悬（活菌数约12×109cfu/mL），大豆种子用500 mL 重悬菌液加土0.5 kg 拌匀，再将大豆种子与拌匀的带R 菌种的湿土混合搅拌均匀，风干30 min 后用于播种。对照不接种处理大豆相应加入等量的、经灭菌处理过的含R 重悬菌液，其余同法拌种、播种。播种后，以种子为中心，在直径为5 cm 的圆周环形再接种1 次，每穴浇灌10 mL 同等浓度的R 菌悬液，对照加等量无R 菌悬液，然后覆土。

1.3.2 接种幼套近明球囊霉A。大豆幼苗长到3 叶期时，在距大豆种植行7.5 cm 两侧各挖一条接种沟，均匀撒入含A 孢子、沙子和根段的A 扩繁菌剂500 g，与接种沟内表土混匀后再覆盖。对照不接种处理大豆相应加入等量的、经灭菌处理过的混合A 菌剂。

1.3.3 双接种R 和A。双接种时先同法“1.3.1”接种R，再同“1.3.2”法接种A，最后覆土。

1.4 大豆的水、肥管理

基肥施用复合肥（N∶P∶K=17∶17∶17），用量是常规施肥量（6 g/株）的0.5 倍，即大豆施3 g/株上述复合肥。3 叶期开始每周按常规施肥量的2/3 追肥1 次，即施用4 g/株复合肥[8]。5 叶期后每周施肥2 次，7 叶期后隔天施肥水，施肥量不变。使用喷灌水肥一体化浇水、施肥，其他按常规田间管理。

1.5 测定项目及方法

大豆根系采样：每处理的每重复随机选择5 株大豆植株挖出，切勿伤及根部，取含根尖的幼嫩细根装入含FAA 固定液的离心管后，大豆根样染色参照Brundrett 等[9]的热染法，AMF 侵染率的测定按照刘润近[10]的方法。

植株磷含量参照张会民等[11]方法测定。大豆根瘤数采用直接计数法数出来。大豆植株烘干后，用电子天平和直尺分别进行干重的称量和株高的测量。

1.6 数据处理

所有数据通过SPSS 28.0 软件进行单因素显著性检验，用LSD 法进行多重比较分析以及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对大豆侵染率和根瘤数量的影响

由表1 可知，与G 处理相比，接种外源A 处理的大豆根系的菌根侵染强度、根系泡囊强度和根系丛枝丰度均显著提高，且三者均呈G＜G+R＜G+A＜G+A+R 的变化趋势，说明接种R 能显著增加外源A 的侵染率（P＜0.05）；与G 处理相比，3 个接种处理的根瘤干重、根瘤个数均显著增加，但是G+A 和G+R 处理间差异不显著（P＞0.05），G+A+R 处理的根瘤干重和数量均最高，且分别与G+A 和G+R 处理间差异显著，说明接种A 也能显著增加外源R的生长发育。可见，接种A 和R 均能彼此促进对方的生长和发育。

表1 不同处理对大豆侵染率和根瘤个数的影响

2.2 不同处理对大豆生长的影响

由表2 可知，与G 处理相比，G+A+R 处理的大豆株高增加，整株干重显著增加，根冠比下降，大豆产量增加。其中G+A+R 处理的大豆株高、整株干重和产量最高，根冠比最低，说明接种A 和R 能促进大豆生物量增加。

表2 不同处理对大豆生长的影响

2.3 大豆生长和磷吸收效率及其影响因子的相关分析

由表3 可知，大豆整株干重与总磷吸收效率、根瘤个数、根瘤干重呈显著正相关。大豆产量与总磷吸收效率、根瘤个数呈显著正相关，与根瘤干重和根系菌根侵染强度呈极显著正相关。大豆总磷吸收效率与根系菌根侵染强度、根系泡囊强度、根瘤个数显著正相关，与根瘤干重呈极显著正相关。

表3 大豆生长和磷吸收效率及其影响因子的相关分析

3 讨论

3.1 不同处理对大豆菌根和根瘤生长的影响

该试验中，接种A 能显著促进大豆根系菌根侵染，接种R 能显著促进大豆根瘤的生长，而同时接种A 和R 能相互促进彼此的生长形成良好的共生。杨雅婷[13]的研究发现，接种AMF 和Rh 的三叶草较单接种Rh 的三叶草根系的结瘤量显著增加，较单接种AMF 的三叶草根系菌根侵染率提高1.31%～3.8%，与该试验的研究结果相似。

3.2 不同处理对大豆磷吸收和植株生长的影响

磷素参与了大豆植株生长发育和多种代谢过程，是植物生长必需营养元素之一[14]。磷吸收效率表示植株对介质中磷的吸收能力。从该试验结果可见，接种A 和R 处理能显著促进大豆磷吸收效率，且双接种A 和R 处理均为最高。可见，双接种R 和A 时，能促进A 的侵染，进一步提高大豆的磷吸收效率。此外，G+A、G+R 和G+A+R 处理相较于G 处理，大豆的株高、干物质积累量和产量均增加，根冠比下降。已有研究表明，AMF 侵染后豆科植物获取锌的能力显著提高[15]；接种AMF 和Rh对山黧豆[15]、紫花苜蓿[16]等豆科植物生长的促进作用超过单一接种。该研究中，双接种A 和R 处理的大豆株高、整株干重和产量均为最高，根冠比最低。根冠比的下降表明大豆的地上部分发育比地下部分（根系）更占优势，说明双接种A 和R 对大豆的整株生长均有促进作用，但对大豆地上生长的促进作用更强。