丛枝菌根真菌对宿根蔗生长的影响

伍荣冬，韦金凡，龙艳艳，雷崇华，谭裕模，李廷化*，陈廷速*

(1.广西农垦国有金光农场，广西 南宁 530042；2.广西农业科学院微生物研究所，广西 南宁 530007；3.广西物宝农业科技集团微生物应用联合实验室，广西 南宁 530007；4.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007)



丛枝菌根真菌对宿根蔗生长的影响

伍荣冬1，韦金凡1，龙艳艳2,3，雷崇华1，谭裕模4，李廷化1*，陈廷速2,3*

(1.广西农垦国有金光农场，广西 南宁 530042；2.广西农业科学院微生物研究所，广西 南宁 530007；3.广西物宝农业科技集团微生物应用联合实验室，广西 南宁 530007；4.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007)

探讨不施肥的条件下，大田甘蔗接种丛枝菌根(AM)真菌一年后对宿根蔗生长的促进效应。采用原新植蔗砍收后，保持原施有AM真菌及对照的试验小区进行试验，试验期间不再施用任何肥料，分析大田接种AM真菌一年后，对土壤理化性质、甘蔗根系内生真菌及宿根蔗生长的影响。研究结果表明：即使在不施肥的条件下，原所接种的AM真菌仍能提高土壤的pH值，活化土壤中的磷、镁和有机质，促进甘蔗对有效磷、镁和有机质的吸收利用。在甘蔗根系检测到AM真菌以及有隔内生真菌(DSE)，根系内生真菌的定殖率受到土壤理化性质的影响。AM真菌能促进一年宿根蔗的生长，增加甘蔗有效茎数，提高产量。

宿根蔗；丛枝菌根真菌；接种；大田试验

甘蔗是我国主要糖料作物，广西是全国最大的产糖中心和原料甘蔗生产基地。甘蔗种植已成为广西农业重要支柱产业和农民增加收入的主要来源。近年来，甘蔗种植面积已超过100万 hm2，占全国种植面积的68 %，蔗糖产量约占全国70 %[1]。作为C4作物，甘蔗具有生长期长，消耗养分多的特性，是对肥料需求较大的经济作物，需要充分的水肥条件，才能维持其旺盛的生长态势[2]。由于广西大部分蔗区采用单一连作制，加之蔗农为了追求甘蔗产量，在甘蔗的生产管理过程中，普遍存在盲目地过度施用化肥，从而导致耕地结构性变差，土壤板结，土壤呈酸性。通过增加施用化肥量的方法已无法提高甘蔗产量，这不仅导致甘蔗种植成本的增加、影响蔗农的经济效益，还会造成土壤退化和地下水资源污染。

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizas, AM)真菌与植物根系形成菌根共生体，促进宿主对水分和营养元素的吸收[3]，改善土壤生态，促进植物生长[4]，在退化土壤修复中起重要的作用[5]。本研究是在2014年大田试验结果[6]的基础上，对试验小区不施用任何肥料，继续开展甘蔗品种“福农41号”一年宿根的试验，进一步探讨大田甘蔗接种AM真菌后，对宿根甘蔗生长的影响，为AM菌剂在甘蔗生产上的应用打好基础，也将为其在生态农业的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘蔗品种:福农41号。供试AM真菌菌株为地表球囊霉菌(Glomusversiforme)LCGX-58，菌株保藏号为CGMCC No.8775(中国科学院微生物研究所中国微生物菌种保藏中心)。由广西农业科学院微生物研究所分离自甘蔗根际土壤。采用河沙为主要培养基质，以玉米为宿主植物，接种GlomusversiformeLCGX-58，生长期间每周喷淋25 %～50 % Hoagland营养液，培养4个月后，将孢子、宿主根系和培养基质作为接种物(AM菌剂)。

1.2 试验设计

试验在广西农垦国有金光农场前进分场金光综合试验站甘蔗试验基地实施。试验地为旱地，红泥土，地块平整，前作为甘蔗。新植蔗于2014年3月5日种植，共设6个处理:(A)AM-接种AM菌剂；(B)AM+1/2F-接种AM菌剂+50 %复合肥(375 kg·hm-2,下同)；(C) AM+F-接种AM菌剂+复合肥(750 kg·hm-2，下同)；(D)CK-空白对照；(E) 1/2F-50 %复合肥；(F) F-复合肥。施用AM菌剂(3个处理)与不施AM菌剂(3个处理)之间，设立隔离区30 m。每个处理3个小区，采用拉丁方设计。每个小区面积7.0 m×5.5 m。其中行距1.1 m，共5行，每行7 m。下种量为50个双芽苗，共100个芽。所用复合肥为N∶P∶K=10∶9∶7(科泉复混肥，广西南宁市壮禾肥业有限公司)。试验于2015年1月对新植蔗进行实产验收后，进行宿根蔗管理，种植期间不施任何肥料。

1.3 调查项目

2015年3月调查出苗率、分蘖率，2015年12月实产测定株高、茎径、有效茎数和产量等，评价施用AM真菌对宿根蔗的增长效果。试验结果采用 DPS 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 AM真菌对土壤理化性质的影响

大田甘蔗施AM菌剂后，连续两年的种植(2014-2015)，结果表明AM真菌能改善甘蔗土壤的理化性质(表1)。AM真菌不仅能提高土壤的pH值，还能活化土壤中的磷、镁和有机质，促进甘蔗对有效磷、镁和有机质的吸收利用，满足甘蔗生长的需要。2015年AM、AM+1/2F和AM+F3个处理的pH值都比对照处理(CK、1/2F和F)的高，分别达到6.8、6.5和6.0，而除CK外，1/2F和F的pH值与2014年持平，变化不大。AM处理的有效磷同比2014年还增加了6.3 mg/kg。施AM菌剂的3个处理(AM、AM+1/2F和AM+F)的交换性镁与2014年相比，呈上升趋势，且AM处理的增幅最大，达到0.935 cmol/kg；其次是AM+1/2F，达0.455 cmol/kg；而对照处理(CK、1/2F和F)均下降了0.25 coml/kg以上。AM处理有机质的降幅比CK低，AM+1/2F和AM+F的增幅比对照处理(1/2F和F)明显。但AM菌剂在提高土壤pH值，活化磷、镁和有机质方面的效果受到复合肥施用量的影响，并随着施肥量的增加而变弱。

2.2 甘蔗根系内生真菌

甘蔗根际土壤存在AM真菌资源[7]和DSE资源[8]。不同处理的甘蔗根系内生真菌的浸染结果存在差异(图1)。空白对照CK的DSE有明显的微菌核和有隔菌丝。1/2F处理仅观察到少量的AM真菌菌丝。F处理的微菌核及有隔菌丝较丰富；AM真菌菌丝较少，却是唯一能观察到丛枝结构的处理。在AM+1/2F和AM+F2个处理中，DSE的微菌核及有隔菌丝较AM处理的多。说明施用化肥影响AM真菌和DSE在根系的定殖。

图1 不同处理甘蔗根系内生真菌(AM真菌及DSE)Fig.1 The endophytic(AM fungi and DSE) in roots of sugarcane with different treatments

如表2可知，施入AM菌剂和化肥后，相对于对照处理来说，AM真菌的定殖率呈上升趋势。与空白对照CK相比，单施AM菌剂的AM处理中，AM真菌的定殖率上升幅度较大，增加15.1 %；而施用了复合肥的处理，不管是否加施AM菌剂，AM真菌的定殖率上升幅度都会受到较大限制。可能大田甘蔗在新植蔗时施用复合肥后，AM真菌在宿根蔗根系的定殖受到不同程度的影响。

没施用AM菌剂的处理中，1/2F和F的DSE的定殖率，相比于空白对照呈下降趋势，可能化肥对DSE抑制作用。但在施用AM菌剂的处理中，AM+1/2F和AM+F处理的DSE定殖率都比AM处理高。AM真菌与DSE在根系内的互作关系有待进一步的研究。

2.3 AM菌剂对宿根蔗生长的影响

AM菌剂对宿根蔗的发株率、分蘖数几乎没有影响(数据未显示)。施用AM菌剂能促进植株生长。3个处理(AM、AM+1/2F和AM+F)植株高度均比对照(CK)高，且差异都达显著水平(图2)。AM+F分别和AM 、1/2F相比，差异也都达显著水平。施用AM菌剂在对甘蔗茎径方面有一定影响，表现在3个处理(AM、AM+1/2F和AM+F)植株茎径均比对照(CK)高，且差异都达显著水平(图3)，但是不同施肥水平之间的植株茎径差异不显著。

施用AM菌剂能提高甘蔗有效茎数。处理AM、AM+1/2F、AM+F的有效茎数全都高于处理CK，且差异都达显著水平。此外， AM+F与另外4种施肥水平(AM、AM+1/2F、1/2F和F)之间的差异的达到显著水平(图4)。在产量方面，施用AM菌剂的处理AM、AM+1/2F、AM+F的产量分别为62.010、68.253、74.657 t·hm-2；对照CK、1/2F、F的产量分别为41.477、 61.350、68.867 t·hm-2(图5)。处理AM比CK增产49.5 %，AM+1/2F比1/2F增产11.3 %，AM+F比F增产8.4 %，其中，AM和CK，AM+1/2F和1/2F，AM+F和F3组的差异都达显著水平。施用AM菌剂的3个处理AM、AM+1/2F、AM+F之间的产量都达到差异显著水平。总之，大田甘蔗在施用AM菌剂后，一年宿根蔗即使在不施肥的条件下，甘蔗的增产效果仍然很明显。

表2 宿根蔗根系内生真菌的定殖情况

图2 不同处理的植株株高Fig.2 Plant height in different treatments

图3 不同处理的植株茎径Fig.3 Plant diameter in different treatments

图4 不同处理的公顷有效茎数Fig.4 Millable stalks per hectare in different treatments

图5 不同处理的甘蔗产量Fig.5 Cane yield in different treatments

3 讨论与结论

丛枝菌根(AM)真菌是自然界分布最为广泛的一种植物根系内生真菌，它能促进水分和养分的吸收和利用，提高植物的抗逆性，在自然生态系统修复中具有重要作用。之前的相关研究表明，大田甘蔗接种AM真菌，能提高土壤的pH值，促进甘蔗植株的生长，提高甘蔗产量[6,9]。由于本试验是在同一地块进行，以2015年的试验结果与2014年的试验结果[6]相比较，其结果足以说明大田甘蔗的过量施肥问题，以及AM真菌能促进甘蔗对土壤养分的吸收，减少化肥用量的效果。在株高方面，2015年的6个处理(AM、AM+1/2F、AM+F、CK、1/2F、F)的株高同比2014年分别提高了6.3 %、10.8 %、21.1 %、5.6 %、11.1 %、22.6 %(图6)。茎径方面，CK处理的茎径显著变小，而AM处理和其他处理没有多大变化，说明在不施任何肥料的同等条件下，AM菌能促进植株对土壤中养分的吸收，保证植株的正常生长(图7)。有效茎数方面，相同处理相比，AM、AM+1/2F、1/2F、FM4个处理的有效茎数都比2014年的多，AM+F、CK2处理的有效茎数比2014年的有所减少。处理1/2F、F的有效茎数同比2014年虽然有显著提高，但仍然比处理AM+1/2F、AM+F的少(图8)。产量方面，相同处理相比，AM、AM+1/2F、CK3个处理同比2014年，分别减产了12.5 %、2.3 %、26.9 %；处理AM+F、1/2F、F分别增产8.0 %、7.2 %、16.0 %，其中AM+F、F同比2014年，差异达显著水平(图9)。说明，大田甘蔗施用复合肥750 kg·hm-2已过量，其残余下的肥料养分仍能满足第二年宿根蔗生长的需要。

图6 不同处理的植株株高(2014-2015)Fig.6 Plant height in different treatments(2014-2015)

图7 不同处理的植株茎径(2014-2015)Fig.7 Plant diameter in different treatments(2014-2015)

图8 不同处理的有效茎数(2014-2015)Fig.8 Millable stalks in different treatment(2014-2015)

图9 不同处理的甘蔗产量(2014-2015)Fig.9 Cane yield in different treatments(2014-2015)

甘蔗根系内生真菌包括AM真菌和DSE。DSE是一类定殖于植物根系的小型土壤真菌，其具有与菌根真菌类似的生态学功能，能促进宿主矿质营养的吸收[10]，提高宿主的抗逆性[11- 12]和抗病能力[13]，在不同生态系统中发挥着重要作用。在胁迫条件下，DSE往往产生大量的菌丝和微菌核，其黑色素可能在宿主植物抗逆性增强的改变中起着一定的作用[14]。AM和DSE往往存在于植物的同一根段。在本研究中，施用复合肥和AM菌剂均影响DSE在甘蔗根系的定殖，这同张金莲[9]的研究结果一致。但这两种根系内生真菌如何在甘蔗生长中发挥作用，它们的互作关系如何，有待深入研究。

我国的甘蔗种植方式大部份是采用单一连作制，普遍存在的指导思想是只有增加化肥用量，才能提高产量。但我们近年的研究表明，这样的方式不仅达不到增产的效果，还增加生产成本，造成土壤严重退化。目前我国甘蔗产业提出高产高糖的目标，除了品种因素，过于侧重考虑通过改善水利设施和施肥来达到双高的目标。但这种高投入是否能够高产出，将面临着严重挑战。如果我们能合理利用土壤有益微生物来改善土壤生态，减少化肥用量，继而降低甘蔗生产成本，将更能促进生态农业可持续发展目标。

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(责任编辑 温国泉)

Effect of Inoculation of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Ratoon Sugarcane Grown in Field

WU Rong-dong1, WEI Jin-fan1, LONG Yan-yan2，3,LEI Chong-hua1, TAN Yu-mo4, LI Ting-hua1*, CHEN Ting-su2,3*

(1.Guangxi State Farms Jinguang Farm, Guangxi Nanning 530042,China; 2.Microbiology Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007,China; 3.Microbial Lab of Guangxi Wubao Agricultural Technology, Guangxi Nanning 530007,China; 4.Agricultural Resource and Environment Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007,China)

To reveal the effect of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi inoculation on the first year ratoon sugarcane, sugarcane species ‘Funong No.41’ grown in fields which inoculated AM fungi were kept after harvested and no chemical fertilizer input during the year, and the plants growth, soils chemical properties and the endophytic fungi in roots were investigated. The results showed that AM fungi increased the pH value, stimulated ratoon sugarcane absorbed magnesium and organic matter, especially available phosphorus. The AM fungi and Dark Septate Endophyte(DSE) colonization in roots were examined, and both AM fungi and DSE were affected by soil chemical fertilizer. AM fungi still promoted first year ratoon sugarcane growth, increased the millable stalks and cane yield.

Ratoon Sugarcane; Arbuscular mycorrhizae fungi; Inoculation; Field research

1001-4829(2016)11-2648-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.025

2016-06-28

国家自然科学基金项目(31360356)；国家甘蔗产业技术体系项目(CARS-20-6-5；CARS-20-3-5)；广西农业科学院基金项目(2014YP06，2015YT81)

伍荣冬(1981-)，男，广西临桂人，农艺师，主要从事甘蔗栽培技术研究工作,*为通讯作者：李廷化，E-mail:lthfsl@163.com；陈廷速，E-mail:chen20409@hotmail.com。

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