烤烟漂浮育苗技术生产菌根化烟苗和壮苗的研究

烤烟漂浮育苗技术生产菌根化烟苗和壮苗的研究

集体枝细菌（以下简称pmi）可以形成许多种子、植物、蕨类植物和苔藓植物。大量的试验表明,不同的AM真菌与宿主植物的亲和性不同,感染率也不一样。基质的营养条件能显著影响AM真菌浸染植物根系,一般情况下,低养分条件时植物根系AM真菌浸染率较高,菌根效应比较明显;在养分丰富的环境中,AM真菌的浸染率降低,菌根效应减小。AM真菌感染宿主植物之后,改变根际微生物生态系统,抑制部分病原微生物的生长繁殖;分泌的生长活性物质,如生长素、赤霉素、玉米素等,调控生长发育;外延菌丝可扩大吸收养分和水分的空间;菌丝代谢产生的有机酸如琥珀酸、苹果酸等具有活化土壤养分的作用。优良的AM真菌与寄主植物形成共生体之后,能够改善宿主植物的氮、磷、钾、钙、镁、铜、锌、锰等营养,促进生长发育,增强植物抗旱、抗病等能力,并提高其移栽成活率,在现代农业生产中具有一定的应用前景。培育壮苗是烤烟生产的关键环节之一。接种AM真菌之后,烟苗叶绿素含量、硝酸还原酶活性、SOD活性、几丁质酶活性均显著高于不接种的烟苗。通过与实际生产中培育的烟苗相比较后发现,接种AM真菌的烟苗的生物量,氮、磷、钾和叶绿素含量等均达到健壮烟苗的水平。目前,我国有80%以上的烟苗采用集中式漂浮育苗技术培育,烟草漂浮育苗是将种子直播于基质中,再把装满基质的育苗浮盘漂浮于营养液上培育烟苗的一种集约化育苗技术,烤烟集中式漂浮育苗为菌根技术的应用提供了可能性。但是,烤烟漂浮育苗所采用的营养液养分浓度高,施肥量大,废弃营养液产生的环境污染严重;此外,烟苗也容易徒长,木质化程度低,而剪叶控制徒长又容易造成机械伤害和感病。虽然烤烟菌根化育苗培育的烟苗养分利用率高、苗壮、抗逆能力强,但烤烟漂浮育苗的基质处于水分饱和状态,养分含量高,接种AM真菌的侵染率低,不利于菌根苗的形成,也难于发挥菌根效应。所以,在烤烟漂浮育苗条件下,创造适合的养分环境,提高AM真菌的侵染率是生产菌根化烟苗,发挥菌根效应,减少育苗用肥和培育壮苗的关键。为此,本试验设置不同施肥量条件下接种AM真菌,研究了它们对烟苗的侵染、生长和营养状况的影响,探索在烤烟漂浮育苗技术的基础上,生产菌根化烟苗和培育壮苗的可能性。1材料和方法1.1试验材料1.1.1ames菌种的制备根内球囊霉(GlomusintraradicesSmithandSchenck,BEGNumber193,简称BEG193)和幼套球囊霉(GlomuseetunicatumBeckerandGerdemann,BEGNumber168,简称BEG168)各一株,由中国农业大学资源环境学院植物营养实验室提供。在河沙∶中性紫色土=3∶1的培养基质中,混合种植白三叶草和玉米扩繁AM真菌,接种物是扩繁后含孢子、菌丝、三叶草和玉米侵染根段的根际土。上述供试菌株是从多株AM真菌中,在前期试验研究的基础上筛选确定的,具有较好的促进烟苗生长的效果1.1.2烟台列K326(NicotianatabacumL.),由贵州省烟草科学研究所提供。1.1.3地质情况烟草漂浮育苗专用基质(草炭∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1),内含有机质480g/kg,有效氮156mg/kg,速效磷13.2mg/kg,速效钾10.6mg/kg,pH5.60。使用前蒸汽灭菌(30min,121℃)。1.1.4苗圃肥料烤烟育苗专用肥,含氮15%、磷10%、钾18%,由贵州省烟草公司遵义烟草分公司监制。1.2浮苗和漂浮苗处理在播种期分别接种AM真菌BEG168和BEG193,不接种者为对照。其方法是先将基质灭菌(121℃,1h),装入烤烟漂浮育苗的专用浮盘(长×宽=38cm×20cm,即19穴×10穴,每盘共190穴)孔隙内,每孔隙5g;然后放入0.5g接种物,对照则加入等量灭菌接种物,再用2g左右的基质覆盖。在烤烟漂浮育苗过程中,分别采用常规施肥(NF)、1/2常规施肥(1/2NF)、1/4常规施肥(1/4NF)、1/4常规施肥+1次追肥(出苗后第40d追肥,5g/盘,1/4NF+DF)。常规施肥的方法是在播种期(10g/盘)和间苗期(20g/盘)将肥料溶解于水深8cm、水面和育苗盘相等的盛有营养液的池中。每个处理种植烟苗32株。每穴播种3粒烤烟种子,出苗后留1株健壮苗。在培养期间,育苗池水位维持在8±0.5cm。培养期光照强度为14000～15000Lx,光照时间13h/d。昼夜温度20～31℃,湿度70%～80%。1.3am真菌初始感染率和磷酸酶活性测定在出苗后55～60d(7叶期),每处理取8株烟苗,将根剪成1.5cm根段,混匀后取3个重复样,用0.01%酸性品红乳酸甘油染色后,在显微镜下,采用根段频率标准法估算烟苗根系AM真菌侵染率。此外,每个处理取8株烟苗,测定根长、根重和地上部重,并测定植株氮、磷、钾含量。同时,用改进的Tahatabai&Bnmner方法测定栽培基质中的磷酸酶活性。试验数据采用Excel2003进行基础计算,DPS3.01软件进行统计分析,显著水平P=0.05。2结果与分析2.1不同施肥对抗菌药物感染的影响AM真菌BEG193和BEG168均能侵染烟苗根系。在种子萌发后20d,能在主根和侧根上清晰地观察到菌丝的侵入点和丛枝形成,在这之后30d可观察到泡囊。除常规施肥外,在其余3种施肥处理中,BEG193的侵染率均显著高于BEG168,前者的侵染率平均高于后者11.17%(图1)。此外,施肥量不同,AM真菌的侵染率也不一样。常规施肥的侵染率最低,减施肥料提高AM真菌的侵染率。说明低养分环境有利于AM真菌侵染烟苗根系,结果与前人在其它作物上的研究结果相符。2.2基于抗菌药物释放和复施beg143菌根从表1可以看出,减施肥料总体上抑制烟苗生长,使烟苗生物量降低。在不同施肥条件下,非菌根苗的根长无显著差异,变化于5.7～6.2cm之间;根重以常规施肥者最高,减施肥料的处理之间无显著差异。对菌根苗而言,常规施肥的根长和根重最高,减施肥料后降低,但处理之间无显著差异(仅1/2常规施肥的BEG193菌根苗例外,其根长显著低于1/4常规施肥)。说明减施肥料后养分供应不足,抑制了烟苗生长。接种AM真菌促进烟苗生长,植株生物量显著增加,BEG168的菌根效应总体上大于BEG193。以平均值计,接种BEG168和BEG193后,烟苗生物量分别比对照(不接种)增加了74.38%和48.32%。在常规施肥情况下,非菌根苗的根重和根长与减施肥料处理中的菌根苗相似,说明在养分供应减少的条件下,接种AM真菌仍然有益于根系生长和培育壮苗。值得注意的是,在1/4常规施肥加追肥的处理中,接种BEG168的烟苗生物量和常规施肥的非菌根苗相似。表明在低肥条件下,接种AM真菌可保证烟苗正常生长。2.3接种am真菌对烟苗含氮量的影响表2可见,减施肥料总体上降低烟苗体内的氮、磷、钾含量。就平均值而言,含氮量降幅最大,磷次之,钾最小。在1/4常规施肥加追肥的处理中,氮、磷、钾含量的平均值分别比常规施肥的烟苗降低35.32%、28.28%、10.12%。接种AM真菌BEG168显著提高烟苗氮、磷、钾含量(仅1/4常规施肥的含磷量例外,接种与不接种相似),平均提高了22.52%(氮)、23.59%(磷)、20.28%(钾)。值得注意的是,在养分供应量减少75%辅以少量追肥的情况下,接种BEG168之后,烟苗磷、钾含量超过或与常规施肥的非菌根苗相似。接种AM真菌BEG193显著提高烟苗含磷量,平均提高了22.49%;同时也显著提高了常规施肥和1/2常规施肥条件下烟苗的含氮量,但进一步降低施肥量之后,接种该株AM真菌对烟苗含氮量无显著影响;BEG193侵染烟苗后含钾量无显著变化。2.4am真菌对甲基中酸性磷酸酶活性的影响在烟苗培养基质中,酸性磷酸酶活性以不接种者最低,施肥处理之间无显著差异,变化在75.05～81.50phenolμg/(g·h)之间(图2)。但是,接种AM真菌显著提高基质中的酸性磷酸酶活性,接种BEG168的处理大于BEG193,分别比对照(不接种)提高了25.97%和16.05%。此外,接种AM真菌之后,随着施肥量的降低,基质量中的酸性磷酸酶活性逐渐升高,其处理间的差异达到显著水平。3接种am真菌对烟苗及其总养分含量的影响AM真菌浸染寄主植物的根系形成菌根是发挥菌根效应的基础。试验表明,供试菌株均能浸染烟苗,BEG193的浸染率高于BEG168,说明AM真菌能与烟苗形成菌根,并且前者与烟苗根系的亲和能力较强,容易感染烟苗根系。但是,BEG168促进烟苗生长的效应总体上大于BEG193,表明烟苗根系的AM真菌浸染率与其促生效应并无直接正相关。因此,在筛选烟苗适宜的AM真菌时,应在观察侵染的基础上同时了解它们促进烟苗生长的作用。在常规施肥的基础上,减少施肥量抑制烟苗生长,降低烟苗氮、磷、钾含量,试验进一步证明目前采用的常规施肥适宜烤烟漂浮育苗。值得注意的是,在低养分情况下,AM真菌的感染率显著提高,与前人在其它作物上的研究结果相似。在烤烟漂浮育苗过程中,适量减施肥料有益于形成菌根烟苗,发挥菌根效应。从烟苗生长方面看,将常规施肥量减少75%并配施少量追肥,接种BEG168的烟苗长势优于常规施肥。说明在大幅度减施肥料的条件下,接种BEG168仍然可以保证烟苗生长良好,同时也防止了肥料浪费,减轻了废弃营养液造成的环境污染。接种AM真菌BEG168显著提高烟苗氮、磷、钾含量,而接种BEG193显著提高烟苗含磷量,也显著提高了常规施肥和1/2常规施肥处理烟苗的含氮量;说明接种AM真菌,尤其是BEG168能够改善烟苗的营养状况,这可能是AM真菌促进烟苗生长的重要原因之一。作物大多营养元素临界营养期一般在苗期,接种AM真菌之后,提高烟苗的养分含量有益于提高烟苗质量,减轻移栽后的缓苗现象。考虑到植物养分吸收量是养分含量与生物量的乘积,故菌根烟苗的养分吸收量大于非菌根苗,接种AM真菌促进烟苗吸收氮、磷、钾等养分。大量的研究表明,AM真菌的外延菌丝对许多养分具有较高的亲和力和吸收效率,还可广泛分布于土壤中,扩大吸收养分的空间,从根系不能到达的区域摄取养分,尤其是磷等难于迁移的养分;此外,菌丝还能分泌有机酸活化土壤养分,提高养分的有效性,从而促进寄主植物吸收养分。许多研究表明,植物根系、土壤细菌和真菌等微生物都能分泌胞外磷酸酶,而关于AM真菌能否分泌酸性磷酸酶则有不同报道;Beever和Burns以熏衣草为试验材料,接种AM真菌降低了酸性磷酸酶活性;Jonesr发现,菌根对土壤磷酸酶活性无显著影响;但许多学者报道,接种菌根真菌可以增加土壤磷酸酶活性。人们对接种AM菌根真菌提高土壤酸性磷酸酶活性的现象也有不同解释;有学者认为,接种AM真菌,可能通过加强土壤微生物(细菌、放线菌)之间的协同作用,有益于它们的繁殖和生长,进而导致土壤酸性磷酸酶活性增强。在本试验中,接种供试菌株显著提高土壤磷酸酶活性,接种BEG168的效应大于接种BEG193,不同菌株的分泌酸性磷酸酶的速率可能也不一样,这与菌种的生物学特性,如根内外菌丝的数量、结构、磷酸酶合成、相关基因表达等不同有关。在烟苗基质中,有机磷达到全磷含量的60.24%,磷酸酶可将有机磷转化为无机