全 文 ：第 12卷 第 2期
2 0 0 4年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Ec()Agriculture
V()1．12 No 2
April， 2004
丛枝菌根真菌根内菌丝碱性磷酸酶活性与菌根共生效应的研究
冯海艳” 冯 固 宋建兰 王敬国 李晓林⋯
c裳 善 薹篓 肇北京10094) 、农业部植物营养学重点实验室 、
摘 要 试验研 究 3种丛技苗根真菌根 内苗丝碱性磷酸酶 活性 与苗 根共生效 应的结果表 明，3种丛枝 菌根真 菌对
宿主植 物的设应不同，与接种 ( spp处理 和未接 种对照相比，接 种 ( ．m 和 G．i处理 显著增加 玉米地 上部 和根 系干
物质量 、P浓度和吸 P量 ，怛后两者 司无显著 差异 ；而接种 ( spp处理 与对照无 显著 差异。播种后 35d时接种 G．i1_
和 G．i处理根 内菌丝碱性 磷酸酶活性 显著高 于接 种 ( ．spp处理 ，而前二者 间无显著 差异 ，且 随生长 时间 的变化趋
势相似 ，35d时酶 活性最高，35～50d呈迅速下降趋势 ，至 70d时酶 活性 下降且 趋于平 缓。( ．spp酶活性 则一直处
于较低水平 ，随生长 时间的延长略 有起伐 。即接 种不同丛枝 菌根 真菌 时，根 内菌丝碱 性磷酸 酶活性高 的茵 根真菌
对 玉米 生长 促进 作用较大 ，可提高 玉米 P营养状：兄；反之刑对玉米生长和 P营养状况无 明显促进作 用，且 与对照无
显著差异。 出苗后 35d时根 内苗丝碱性磷酸酶活性是预测丛枝菌根真菌 对玉米 生长设 应的有效生理 指标之一。
关键词 丛枝菌根真菌 碱性磷酸酶活性 玉米 苗根共生敏应
Studies on the relationship between the activity of alkaline phosphatase in intraradical hyphae of arbuscular mycorrhizae
fungi and efficiency of mycorrhizal symbiosis FENG Hai。Yan，FENG ( l，SONG Jian—Lan，WANG Jing。Guo，LI
Xiao—Lin(Department of Plant Nutrition，China Agricultural University；Key Laboratory of Plant Nutrition，Ministry of
Agriculture，Beijing 100094)，( ￡A，2004，12(2)：124～l27
Abstract The effects of the activity of alkaline phosphatase in intraradical hyphae of three arbuscular mycorrhizae fungi
on the growth of maize arcstudied in this paper．The results sh6w that( ．nl and G ．i inoculated treatments can signif—
cantly improve the dry weight of the maize plants，P concentration and P uptake by maize plants compared with G．spp in—
oculated treatment But there is no significant difh ren( e bc tween(；．1"I1 and( ．i treatments At 35 days after sowing
(DAS)，alkaline phosphatase(ALP)actix，ity in intraradical hyphae of G．nl and G．i is significantly higher than that of
G．spp．howex er no significant difference appears between( n1 and( ．i． I、he changes of alkaline phosphatase activity of
G．m and G i at the infection age show similar trends．Alkaline phosphatase activity is highest at 35 DAS，but decreases
sharply from 35"to 50 DAS and then keeps stable up to 70 DAS．As far as( ．spp concerned．there is a little fluctuation of
alkaline phosphatase activity at infeetion age，and the enzyme activity always keeps very low．In other words，when inoc—
ulatlng arhuscular mycorrhizae fungi with high alkaline phosphataes activity(35 DAS)，the maize has a great improve—
ment of dry weight and P nutrition．Otherwise，there is no significant effect when the maize is inoculated with arbuscular
mycorrhizal fungi of low alkaline phosphatase actixrity．In conclusion，ALP activity in intraradical hyphae at 35 DAS is a
useful physiology marker for predicting AM fungi effect on myc()rrhizal plants．
Key words Arbuscular mycorrhizae fungi，Activity of alkaline phosphatase，Maize，Efficiency of mycorrhizal symbiosis
丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae，AM)真菌能与绝大多数高等植物形成共生体系，但丛枝菌根真菌与
其宿主植物间共生关系无严格的专一性 ，且不同丛枝菌根真菌对植 物生长的影 响不 同 。J。相 同土壤条件
下菌种特性或宿主植物特性均会影响菌根效应的大小 。碱性磷酸酶(ALP)是丛枝菌根共生体系中 1种特
异性 的酶 ，一些研究表 明碱性磷酸酶活性 的大小反映了菌根真菌活性强弱‘ 。根内菌丝磷酸酶活性表示
菌根内部活性菌丝占全部菌丝的比例，代表菌根共生体中参与 P代谢的菌丝比例 。本试验以玉米为宿主
植物，研究了接种 3种不同菌根真菌的玉米生长变化及其与根内菌丝碱性磷酸酶活性的关系，为探寻预测菌
根效应的生理指标提供理论依据 。
* 中国与欧洲联盟合作项 目(MYCHINq、EC leA4一Cq，-2000—300I4)部分研究内容
** 通讯新址：fl国地质大学地球科学与资源学院(北京 100083)
***通讯作者
收稿 日期：2003-03—06 改．uI fI期 ：2003—04—30
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第 2期 冯海艳 等 ：丛枝菌根真菌根 内菌丝碱性磷 酸酶活性与菌根共生效应 的研究 125
l 试验材料与方法
试验采用有机玻璃加_[制成 的 3室培养装置 ，中室为接种室 ，左 、右两室分别为真菌室和根系伸展室 ，真
菌室与接种室间用 30 m孔径尼龙网分隔，接种室与根系伸展室间用 lmm孔径尼龙网分隔。根系伸展室内
装入供试土壤 (系中国农业大学昌平试验站长期肥料定位试验低 P区土壤 Olsen—P 4．26mg／kg)，真菌室装入
直径为 l～2mm的玻璃珠?供试玉米品种为“农大 108”，供试菌种为 Gloln1~s?Hoseae 93(G．m，由北京市农
林科学 院提 供 )、Glo，71 intraradices(G．i，由法 国 国家 农 业 研 究 所 LPA—INRA 提 供 )和 Glom“s spp
WUM26(G．sPP，由欧洲菌种 中心 BE( 提供)。试验设未接种(对照 ，CK)、接种 G．nl、G．i和 G．spp 4个处
理 ，每处理 l5次重复 ，播种前将 200mg／kg N(NH NOj)、150mg／kg K(K2SO4)、50mg／kg Mg(MgSO 7H2O)
和 5mg／kg Zn(ZnSO4·7H ())、50mg／kg P(Na—phytate)与土壤充分混匀 ，土壤过 2mm筛于 120~C高压蒸汽灭
菌 2h以消除土著菌的干扰 ，于播种前将 330g灭菌处理土壤装入接种室 ，于种子下方 lcm深处平铺 30g接种
剂，其上覆 80g土。对照组则加入相同重量的灭菌接种剂和 20mL菌种滤液以保证微生物区系一致性。根
系伸展室装入土壤 870g，真菌室装入无菌玻璃珠。 自接种室和真菌室浇水且待水分渗透均匀后播种 ，接种
室中播 4粒玉米种子(播种前用 100g／kg H O：对种子表面消毒 10min后于蒸馏水中浸泡 2h)，并在土壤表面
覆 l层石英砂 ，出苗后每盆留 2株苗。
试验在菌根培养室中进行，生长期间温度维持在 20～30℃ ，光照时间为 14h／d，每天 8：00～22：00以生
物镝灯补充光照 ，分别于玉米出苗后 35d、50d、70d收获测定。取细根在冰水浴 中洗净后切 成 lcm 长根段 ，
部分作侵染率测定，部分保存于液 N中用于根内菌丝碱性磷酸酶的测定。称取 0．5g鲜根以曲利苯蓝染色、
制片镜检 ，计算菌根侵染率比例。取混合均匀的根于 20mL酶解液(0．05mol／L pH9．2三羟甲基氨基甲烷一柠
檬酸 ，0．5g／kg山梨醇，15U／mL纤 维素 酶和 l5u／mL果胶酶 )中室温下 培 养 2h，倾 出 酶液后 加入染 色液
(0．05mol／L pH9．2三羟甲基氨基甲烷一柠檬酸 ，lmg／mL a一萘酸性磷酸盐 ，lmg／mL固蓝 RR盐 ，0．5mg／mL氯
化镁 ，0．8mg／mL氯化锰)置室温下培养过夜 ，最后倾出染色液 于 lOg／kg次氯酸钠溶液 中浸泡 5min后再用
水洗 ，选取 30条根段制片 ，镜检深棕色颗粒状沉淀物 ，根据 Trouvelot和 Gianiazzi—Pearson方法计算根 内菌丝
碱性磷酸酶(ALP)活性 。用钒钼黄比色法测定植株 P含量。用 SAS统计软件进行数据方差分析 ，用最小显
著差异法(LSD)进行多重 比较。
2 结果与分析
2．1 接种不同菌根真菌对玉米生长的影响
接种不同菌根真菌对玉米生长的影响不同，3个不同收获期接种 G．m 和接种 G．i处理间玉米地上部干
物质量无显著差异 ，但二者均显著高于接种G．spp和未接种对照 ，而接种 G．spp处理地 上部干物质量与未接
种对照间无显著差异 (见图 la)。
出苗后 35d时接种 G．i处理玉米
根系干物质量显著高于未接种对
照，而接种 G．nl和接种 ( ．spp处 量
理玉米根系干物质量与未接种对 卜
照间无显著差异 ；出苗后 50d时
3个接种处理玉米根系干物质量
与未接种对照均无显著 差异 ；出
苗 70d时接 种 G．i和接 种 G．m
处理玉米根系干物质量显著高于
未接种对照和接种 G．spp处理 ，
且接种G．spp处理与未接种对照
35 50 70
生长时 间，d
35 5O 70
生长时间，d
图 1 接种与未接种菌根真菌对玉米地上部 (a)和根 系(b)干物质量的影响
Fig．1 Shoot(a)and rot(b)dry weight of maize plants inoculated without
or with AM fungi at days 35，50，70 after sowing
间无显著差异。3个接种处理相 比，3个收获期接种 G．i和接种 G．m处理玉米根系干物质量均显著 高于接
种 G．spp处理 ，而接种 G．i与接种 G．m处理问前 2个收获期无显著差异 ，出苗后 70d时接种 G．i显著高于
接种 G．m处理(见图 lb)。
2．2 接种不同菌根真菌对玉米植株 P营养状况的影响
接种 不同菌根真 菌对玉米植株P浓度的影响不 同，3个收获期接种G．i和接种G．m处理间玉米地 上部
6 5 4 3 2 ● O
嚣／蚓峰霉
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126 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
35 5O 7O 35 5O 7O
生长时 间忸 生长时间，d
图 2 接种 与未接种 茵根真菌对玉米地上部(a)和根 系(b)吸 P量 的影 响
Fig．2 Shcxots P(a)and roots P(b)uptake by maize plants inoculated
without or with AM fungi at days 35，50，70 after rowing
P浓度无显著差异，但二者均显
著高于接种 G．spp和未接种对
照 ，且接种 G．spp处理与未接种
对照 间 差异 不 显 著 (见 表 1)。
出苗后 35d和 70d时接种 G．i
和接种 G．m处理玉米根系 P浓
度均显著高于接种 G．spp和未
接种对照处理，而接种 G．spp处
理与未接种对照间差异不显著 。
出苗后 50d时接 种 G．i处理 玉
米根 系 P浓 度 显 著 高 于 接 种
G．spp和未接种对照处理 ，且接种 ( ．m和接种 G．spp处理与未接种对照问均无显著差异。
接种不 同菌根真菌对玉米植株吸 P量 的影响
不同，3个收获期接种 G．i和 G．n1处理 间玉米地上
部和根系吸 P量无显著差异 ，但二者均显著高于接
种G．spp和未接种处理，而接种G．spp处理玉米地上
部和根系吸 P量与未接种处理问均无显著差异(见
图 2a和 b)。
2．3 接种不同菌根真菌对玉米侵染率的影响
菌根侵染率是 反映真菌和植物 之间亲合力 的
指标 ，本试验 所有未接种处理玉米根 系均未侵染 ，
而 3个接种处理则有不 同程度侵染(见表 2)。表 2
表明出苗后 35d时 G．i侵染玉米的潜力显著高于接
种 G．spp处理，而 G．m侵染玉米的潜力则介于二者
表 l 接 种不同茵根真菌对玉米植株 P浓度的影响
Tab．1 P concentration of maize plants inoculated without
or with AM fungus at days 35，50，70 after sowing
处 理 地上部 P浓度／g· 根 系 P浓度／g·kg
Treatmems P concentration in sN~~t P concentration in root
时间／d Times
35 50 70 35 50 70
*应用 LSD法检 验处理 间 差异 水平 ，同栏 不 同字蜀 表 示 差异 达
5％显著水平 ，下同。
表 2 接种 不同茵根真 菌对玉米侵 染率的影响
Tab 2 Infection rate of maize roots inoculated with different
AM fungus at days 35．50．70 after sowing
间。出苗后 50d和 70d时 G．i和
G．m侵染 玉米 的潜力 显著高于接
种 G．spp处理 ，但二者间无显著差
异。3个收获期内 3种菌根真菌侵
染强度 差 异均 达 显著 水 平 ，接 种
G．i处理侵染强度 >G．m>G．spp。
丛枝是丛枝菌根形成 的特殊器官 ，
作为 P传递的主要部位 其形成
对共 生 体 系有 重要 作 用 ，出苗 后
35d时 G．i和 G．m 处理在玉米根
系中形 成丛枝丰 富度显著高 于接
*F(％)表示菌根真菌对植物根系的侵染频率，是1种真菌侵染某种宿主植物根系的潜 种 G．spp处理 。出苗后 50d和 70d
力；M(％)表示菌根真菌对植物根系的侵染强度，它与用方格交叉法测定的菌根侵染率相似； 时 3个接 种处理在根 系 中形 成丛
A(％)则表示丛枝在根系中丰富程度。 枝丰富度为 G
． i>G．m>G．spp。
2．4 接种不同菌根真菌根内菌丝碱性磷酸酶活性变化
根 内菌丝碱性磷酸酶活性发生频率反映 了某菌根真菌活性菌丝在根内分布的最大潜力 ，出苗后 35d接
种 G．i和接种 G．m处理 间碱性磷酸酶活性发生频率无显著差异 ，但二者显著高于接种 G．spp处理 ；出苗后
50d 3个菌根真菌处理间均无显著差异 ；出苗后 70d接 种 G．m处理的 F％明显高于接种 G．i和接种 G．spp
处理，而接种 G．i和接种 G．spp处理间无显著差异。接种 ( ．i和接种 G．m处理碱性磷酸酶活性发生频率随
生长时间的延长呈下降趋势，且接种 G．i处理下降速率高于接种 G．m处理 ，而接种 G．spp处理则呈先升后
降趋势(见图 3)。根 内菌丝碱性磷酸酶活性的发生强度反映根内菌丝碱性磷酸酶活性的强弱，出苗后 35d
接种G．i和接种G．m处理间根 内菌丝碱性 磷酸酶活性发生强度无显著差异，但 二者显著 高于接种G．spp处
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山／恻 釜
5 2 9 6 3 O
E＼ (I
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第 2期 冯海艳等 ：丛枝 菌根 真菌根 内菌丝 碱性 磷酸酶活性与菌根共生效应 的研究 127
理；出苗 后 50d和 70d时 3
种菌根真菌处理根 内菌丝碱
性磷酸酶活性发生强度均无
显著差异 ；且接种 G．m和接
种 G、i处理根 内菌丝碱性磷
酸酶活性发生强度均呈出苗
后 35d最高 ，之后 至 50d时
迅速 降低。50～70d呈 缓慢
降低趋势 ，而接种 G．spp处
理整个生 长期 内呈 低一高一低
平缓变化趋势(见图 4)。
3 小结与讨 论
簿
3。
耋z。
盏
m
E
45 55 65 75 35 45 55 65 75
生长时间／d
图3 根内菌丝碱性磷酸酶活性发生频率
Fig．3 Frequency of ALP activity of fungi in
root revealed by ALP staining
生长时间，d
图4 根内菌丝碱性磷酸酶活性发生强度
Fig．4 jntensity of ALP activity of fungi
in root revealed by ALP staining
在 3个收获期玉米接种 G．In和 G．i处理根内菌丝碱性磷酸酶活性均表现出高一低一低变化趋势，表明真
菌在宿主植物生长前期碱性磷酸酶活性的提高 ，与植物生长加速过程相一致 ，而酶活性的降低则随侵染时间
的延长而减弱 ，这与 Tisserant B．等 用野生型 Platanus×aceri lia(A、t．)接种 GlomUS spp(LPA7)的试验
结果相一致 。已有研究结果表明碱性磷酸酶活性可判断丛枝菌根的侵染效率 ，是评价丛枝菌根真菌活性的
生理指标口 。本试验出苗后 35d时根内菌丝碱性磷酸酶活性高的菌根真菌 G．i和 G、In处理在玉米整个生
长期 内均表现出明显促进生长效应 ，而根内菌丝碱性磷酸酶活性低的菌根真菌 G．spp处理则无明显效 应。
故宿主植物生长发育前期根内菌丝碱性磷酸酶活性是预测丛枝菌根真菌效应的有效生理指标之一。
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