外源钙与丛枝菌根真菌协同对连作花生产量和品质的影响

衣婷婷 唐朝辉 王建国 张佳蕾 郭峰 崔利 万书波

关键词：外源钙；丛枝菌根真菌；连作花生；产量；品质

花生是我国主要的油料作物和经济作物，在保障我国食用油安全、提高国民身体素质等方面具有举足轻重的作用。近年来，花生需求量增加，然而种植面积有限，很多花生主产区为追求经济利益常常大规模连续种植花生数年，连作现象十分严重，严重影响花生植株的生长发育，导致产量和品质下降。

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是陆地生态系统中分布最广的一类共生真菌，能够与约80%的陆生植物形成互惠共生体。AMF与根系形成的菌根共生体通过吸收和转运土壤中的矿物营养物质为寄主植物提供养分。目前，AMF在农业生产上的应用已被广泛报道，AMF通过根外菌丝吸收氮、磷、钾、钙等矿物质营养，并将其转移到植物根系内部，显著增加作物营养元素含量。近年来，大量研究结果表明，AMF能有效促进逆境环境中宿主植物的碳同化产物积累，并最终促进植株生长。另外，AMF能够增加寄主植物产量，提高果实品质，缓解连作障碍对植株产生的影响等。有研究表明，AMF能够改善连作花生土壤的理化性质，从而促进花生生长和产量增加。

另外，钙是影响花生荚果发育的重要营养元素，钙素对于花生荚果形成和产量具有重要作用。花生是需钙较多的作物，每形成100kg荚果需要吸收的钙高达2.0～2.5kg。长期连作花生的土壤容易酸化，从而缺乏植物能够吸收的有效性钙，导致花生荚果发育受阻，造成花生产量和质量下降。缺钙会造成花生荚果小、仁秕、空壳、果实腐烂等，甚至出现“黑胚芽”等现象，严重影响产量和品质。钙离子作为植物体内第二信使广泛参与植物响应的各种生物和非生物胁迫的信号转导。目前，关于外源钙对花生生长发育的研究主要集中在以下几个方面：外源钙通过缓解光合系统中PSⅡ光抑制来提高花生对高温强光胁迫的抗性：提高花生植株体内保护酶活性，增加花生产量和品质：通过对细胞膜的保护来提高花生对干旱和盐胁迫的抗性等。但是，AMF与钙元素协同作用对连作花生整个生长过程中生理指标及产量和品质的影响还未见报道。

本试验前期相关研究证明，20mmol/L外源钙离子协同AMF能够促进连作花生苗期的生长。摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）是AMF的一种。为了研究二者协同作用对连作花生整个生育期生理指标及产量和品质的影响，本研究进一步开展试验，分析摩西斗管囊霉协同外源钙对连作花生植株生长指标、干物质积累、矿物质元素吸收及产量和品质的影响，以期找到解决或缓解花生连作障碍的方法，为促进连作花生生长发育和提高其产量品质提供实践和理论依据。

1材料与方法

1.1试验概况

取花生连作5年的0～20cm耕层土壤，经钴60辐照灭菌后室温放置5d备用。采用盆栽试验，盆口直径39cm，高30cm，每盆装土18kg。花生品种为花育22，种子经消毒后放入黑暗培养箱，待根长至3～5cm时移人装有灭菌土的盆中。采用穴播，每盆3穴，每穴两粒。出苗后每穴保留1株，每盆保留长势一致的健康苗3株。每处理12盆，重复3次。为减少外界环境影响，盆栽试验在山东省农业科学院饮马泉试验基地旱棚内进行。

1.2试验设计

丛枝菌根真菌来自北京农林科学院植物营养与资源研究所，编号为BGCHU02，种名摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）。共设4个处理，分别为：对照组（既不加菌也不加钙，CK）、加菌组（只加菌不加钙，AMF）、加钙组[只加20mmol/LCa（N03）2-4H20，Ca20]、加菌加钙组[加菌和20mmol/LCa（ N03）2. 4H20，AMF+Ca20]。摩西斗管囊霉按每穴400个孢子（10g含有摩西斗管囊霉孢子及菌丝的沙土）在播种时撒人种子周围的土壤中。分别于花生苗期（播种后35d）、花针期（播种后50d）和荚果膨大期（播种后75d）施人外源钙。每盆浇灌1L浓度为20mmol/L的Ca（N03）2·4H20溶液。为平衡硝酸根离子对花生植株生长的影响，未添加Ca（N03）2处理添加20mmol/L的NH4·NO2。

1.3测定项目及方法

1.3.1植株性状每个处理分别于花针期、结荚期和成熟期选取12株花生植株取样，室内考察主茎高、侧枝长、分枝数。同时，将各个时期花生植株的根、茎、叶分离，105℃杀青30min，80℃烘干至恒重，计算各个时期花生不同器官的干物质量。

1.3.2植株养分将花针期和成熟期的花生根系和叶片干样分别粉碎，采用凯氏定氮法测定全氮含量．采用酸溶一钼锑抗比色法测定全磷含量，采用氢氧化钠熔融一火焰分光光度计法测定全钾含量，采用原子吸收分光光度计法测定全钙含量。

1.3.3单株产量构成成熟期各处理分别选取20盆（60株），考察单株荚果数、饱果数、荚果重、饱果重。

1.3.4荚果品质利用多功能谷物近紅外分析仪（DA7250 Perten，Hagersten，Sweden）对各处理花生籽仁的蛋白质、脂肪酸、总氨基酸、油酸、亚油酸进行测定，计算油酸和亚油酸比值（O/L）。

1.4数据处理与分析

采用Microsoft Excel对试验数据进行整理和绘图，采用DPS软件进行统计分析及显著性差异分析（P<0.05）。

2结果与分析

2.1外源钙与AMF协同对连作花生植株性状的影响

由表1可以看出，与对照相比，钙与AMF相关处理对连作花生花针期和结荚期的主茎高都无显著影响；成熟期，AMF、Ca20和AMF+Ca20处理的主茎高均显著增加。钙与AMF相关处理对侧枝长的影响与主茎高相同，不同处理成熟期的侧枝长均显著高于对照。对于分枝数而言，AMF+Ca20处理花针期和成熟期的分枝数显著高于对照，分别增加6.1%、10.6%；而不同时期AMF和Ca20处理的分枝数与对照均无显著差异。

2.3外源钙与AMF协同对连作花生养分吸收的影响

由图1A可知，与对照相比，AMF处理显著提高连作花生花针期和成熟期的根系全氮含量，分别增加17.0%、10.7%；AMF+Ca20处理仅显著提高成熟期花生根系全氮含量，提高了43.4%。由图1B可知，与对照相比．AMF+Ca20处理显著提高花针期花生叶片全氮含量；AMF、Ca20、AMF+Ca20处理均显著提高成熟期花生叶片全氮含量，分别提高13.4%、5.9%、9.5%。

由图IC、D可知，与对照相比，AMF+Ca20处理显著提高成熟期花生根系和叶片全磷含量，分别提高65.7%、25.4%；显著提高花针期花生根系全磷含量，提高31.0%。AMF处理显著提高花针期花生根系和叶片全磷含量，分别提高9.8%、23.1%；显著提高成熟期叶片全磷含量，提高19.2%。综上，AMF+Ca20处理显著提高连作花生根系和叶片全磷含量。

由图1E、F可知，与对照相比，Ca20、AMF+Ca20处理显著提高花针期和成熟期花生根系和叶片全钾含量．Ca20处理花针期、成熟期的根系、叶片全钾含量分别较对照提高38.5%、19.4%和79.7%、38.9%，AMF+Ca20分别提高50.4%、31.7%和112.2%、58.3%；AMF处理显著提高成熟期花生叶片、根系和花针期叶片的全钾含量，分别提高24.3%、51.0%和17.3%。综上，AMF+Ca20处理能够显著提高花针期、成熟期花生根、叶的全钾含量。

由图1G、H可知，与对照相比，AMF和Ca20处理显著提高成熟期花生根系和花针期花生叶片全钙含量，AMF处理成熟期花生根系、花针期花生叶片的全钙含量较对照分别显著提高了31.4%、28.1%，Ca20处理分别显著提高了30.3%、18.5%，AMF与Ca20处理间无显著差异：AMF+Ca20处理不同生育时期的根、叶全钙含量均最高，不同时期根系中的含量显著高于其他处理，叶片的全钙含量，花针期显著高于CK、Ca20处理，成熟期显著高于CK、AMF处理。说明AMF+Ca20处理能够显著促进连作花生吸收钙的能力。

2.4外源钙与AMF协同对连作花生产量和品质的影响

从表3中可以看出，不同处理下连作花生荚果产量性状存在差异。AMF+Ca20处理的荚果数量最高，显著高于其他处理，较对照提高33.9%；Ca20处理的荚果数量也显著高于对照，但与AMF处理差异不显著。饱果率的变化趋势与荚果数量一致，亦表现为Ca20+AMF处理表现最优，显著高于其他处理。荚果重和饱果重的变化趋势一致，AMF+Ca20处理显著高于其他处理，而AMF、Ca20、CK间无显著差异。

由表4看出，不同处理下连作花生的籽仁品质存在差异。与对照相比，Ca20、AMF+Ca20处理显著增加花生籽仁蛋白质、总氨基酸含量，且二者差异显著，AMF+Ca20较Ca20处理提高8.7%、16.5%：AMF处理的籽仁脂肪酸含量较对照显著增加7.3%，但油酸和亚油酸含量无显著变化；AMF+Ca20处理籽仁脂肪酸、油酸含量显著提高，较对照都提高9.4%，亚油酸含量较对照显著降低，达12.9%；不同处理的油酸／亚油酸值均显著高于对照，且AMF+Ca20处理最高，较对照显著增长25.4%。

3讨论与结论

长期连作严重影响花生植株的正常生长发育，叶片中抗氧化物酶活性下降，光合作用减弱，从而导致生物量和产量降低。AMF不仅能提高植物对营养元素的吸收，而且能提高寄主植株对逆境胁迫的抗性，增加寄主抵抗病原菌侵染的能力。同时，外源钙不仅作为营养物质促进植物生长发育，也能作为信号物质提高植物对环境胁迫的抗性。研究发现，AMF协同外源钙能够促进连作花生的生长发育和干物质积累，这可能是因为二者协同作用增加了连作花生对矿物质元素的吸收，从而积累更多干物质。

本研究结果表明，AMF协同外源钙显著提高连作花生植株对氮素的吸收能力，这与黄志的研究结果一致，15N的标记示踪试验发现，AMF菌丝能够从寄主根系以外几厘米到十几厘米的地方吸收NH转运到寄主体内，增加寄主氮的含量。本研究发现AMF协同外源钙促进连作花生吸收磷元素，这可能是因为丛枝菌根真菌改变植物根际土壤的酸碱度，活化土壤中的难溶性磷酸盐，增加了根系吸收的磷酸盐转运到植物体内的量，从而提高植物对磷素的吸收与利用能力。另外，本研究结果表明，AMF侵染的连作花生植株体内的钾离子含量较高，在玉米根系．莴苣叶片、小麦茎秆中都有类似发现。Scheloske等利用X射线评估AMF侵染的寄主根系，发现与未被侵染的根系相比，受AMF侵染的根系中含有较高的钾离子。另外，AMF协同外源钙进一步提高植株体内钙离子的含量。本研究结果得出，AMF協同外源钙对连作花生干物质积累和营养元素吸收的促进作用更大。这可能是因为，DELLA（丛枝菌根形成的关键调控因子）蛋白在丛枝菌根共生体激活的不同信号传导途径中起着核心连接作用，并且在菌根共生体形成中起到正调控作用：在丛枝菌根共生体建立过程中，外源钙离子的应用上调了编码DELLA蛋白基因的转录本，表明钙离子的应用可能促进丛枝菌根共生体中各种信号的连接，有利于菌根共生体的建立和功能的发挥，从而更好地提高菌根共生体吸收营养元素的能力。因此，适当的外源钙能提高菌根共生体对植物生长的促进作用。AMF能够提高蔬菜作物的产量和品质。本研究发现，AMF与外源钙离子结合（AMF+Ca20）可以更好地提高连作花生的产量和品质，这可能与二者协同引起植物次生代谢物的改变有关。

综上，AMF与外源钙协同能够提高连作花生根、叶矿物质元素含量，促进干物质积累，从而增加连作花生的产量和品质。本研究结果可为缓解花生连作障碍提供实践参考和理论依据。