全 文 ：不同磷源对红三叶草根际和菌根际磷酸
酶活性的影响*
宋勇春 冯 固 李晓林* *
(中国农业大学植物营养系, 北京 100094)
摘要 以红三叶草为研究对象, 利用三室培养系统,在接种菌根真菌( Glomus mosseae)的条件下研究了
不同磷源对根际和菌根际磷酸酶活性的影响.植株生长 8 周后收获并测定根室、菌丝室的土壤磷酸酶活
性、植株干重及含磷量.结果表明, 根室酸性磷酸酶活性比碱性磷酸酶活性更高, 接种条件下二者都稍有增
加, 特别是在供给有机磷(植酸钠)的条件下明显增加了菌丝室土壤磷酸酶活性. 接种菌根真菌显著增加了
植株干重、磷含量和总磷吸收.施用磷酸二氢钾 ( KH2PO4 )时菌丝吸磷量占吸磷总量的 43. 1% , 而施用植
酸钠( Naphytate)时菌丝吸磷量占吸磷总量的 60. 8% .
关键词 菌根真菌 根际 菌根际 磷酸酶活性 有机磷
文章编号 1001- 9332( 2003) 05- 0781- 04 中图分类号 Q938. 1, S154. 4 文献标识码 A
Effects of different P sources on phosphatase activity of mycorrhizosphere of red clover inoculated with AMF.
SONG Yongchun, FENG Gu, L I Xiaolin ( Depar tment of Plant Nutr ition, China Agr icultural University ,
Beij ing 100094, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2003, 14( 4) : 781~ 784.
Exper iments were car ried out to study the effects of P sources on phosphatase activity of rhizospher e and mycor
rhizosphere of red clov er inoculated wit h Glomus mosseae, and cultur al system w ith three compartments w as ap
plied. The plants were harv ested after 8 weeks, and measured for dry weight and P contents as well as soil phos
phatase act ivity of root and hyphal compartment. The results show ed that acid phosphatase act ivity was higher
than alkaline phosphatase activ ity, and both of them were increased slightly after inoculation, especially supplied
with org anic phosphorus ( Naphytate) . Acid phosphatase activity was higher than alkaline phosphatase in the
mycorrhizospher e of all inoculated treatments. The dry w eight, P content and total P uptake of the plants in
creased significantly after inoculating mycor rhizal fungus. The amount of P uptake by hyphae accounted for
43. 1% of to tal P uptake of plants under appling KH2PO 4, while the value was 60. 8% under appling Naphy
tat e.
Key words Arbuscular mycorrhizal fungus, Rhizospher e, Mycor rhizosphere, Phosphatase activ ities, Organic
phosphorus.
* 国家自然科学基金( 40071050)和国家重点基础研究发展规划资助
项目( G1999011807)
* * 通讯联系人.
2001- 03- 01收稿, 2001- 06- 07接受.
1 引 言
在陆地生态系统中, 磷的可利用性可能是植物
生长的最大限制性因素[ 2, 4] . 很多植物对磷的需求
能通过有机磷化合物中的磷循环得到满足[ 2] , 但有
机磷必须被来源于植物根系、真菌和土壤微生物的
磷酸酶水解后才能被植物利用. 关于丛枝菌根真菌
是否能分泌磷酸酶及其在有机磷矿化中的作用研究
不多,观点也不一致, Tarafdar 等[ 8]认为接种菌根真
菌可以增加土壤磷酸酶活性, 相反, Joner 等[ 5]在熏
衣草上的试验得出接种菌根降低了酸性磷酸酶活性
的结论.为了进一步研究菌根真菌对土壤磷酸酶的
贡献及施用不同磷源的影响, 以红三叶草为供试植
物,测定了距根表不同距离的土壤磷酸酶活性来研
究菌根际土壤磷酸酶活性变化.
2 材料与方法
2 1 试验材料
2 1 1 供试装置 试验采用有机玻璃制成的三室装置[ 5] , 包
括一个根室和两个菌丝室, 根室和菌丝室之间用孔径 30m
的尼龙网隔开, 使根系限制在根室中生长, 而菌根菌丝可以
穿过尼龙网到边室土壤中吸收养分, 达到将根系吸收区相区
分的目的.
2 1 2 供试土壤 供试土壤采自中国农业大学昌平长期肥
料定位试验地施氮肥的小区, 施氮( N )水平为 270 kg!hm- 2.
土壤过 2 mm 筛后,在 121 ∀ 下高压蒸汽灭菌 2 h,以消除土
壤中的真菌. 供试土壤农化性状为:有机质( O. M ) 1. 24% , 全
应 用 生 态 学 报 2003 年 5 月 第 14 卷 第 5 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, May 2003, 14( 5)#781~ 784
氮 0. 08% ,速效氮 87. 2 mg!kg- 1, 有效磷( O lsenP) 3. 06 mg!
kg- 1 ,速效钾( NH4OACK) 100. 3 mg!kg- 1 , pH 7. 5.
213 供试作物与菌种 供试作物为红三叶草( T r if olium
pratense) ; 供试菌根菌种为 Glomus mosseae( AMF) , 先用砂
土盆栽玉米繁殖,生长 3 个月后用含有受真菌侵染的根段和
含有菌丝的根际土壤作为菌根接种剂.
22 研究方法
221 试验设计 试验设 5 种施肥处理, 分别为不施磷肥
( CK )、施磷酸二氢钾( KH2PO4 )、施核糖核酸 ( RNA)、施植酸
钠( Naphytate) 、施卵磷脂 ( L ecit hin) , 施磷量为 P ( 50 mg!
kg- 1 ) . 每个施肥处理又分别接种( + M )和不接种 ( - M )菌
根真菌, 共 10 个处理, 每个处理重复 5 次 . 各处理均施有
100 mg!kg- 1的 N( NH4NO 3)、150 mg!kg- 1的 K( K2SO4 )、50
mg!kg- 1的 Mg(MgSO4 )和 5 mg!kg - 1的 Zn( ZnSO 4) .作物生
长期间追施一次氮肥,保证氮素供应充足. 用 30 g 接种剂和
100 g土壤完全混匀后装入菌根处理的中室,对照组则加入
相同重量的灭菌处理的接种剂和 10 ml菌种滤液,以保证土
壤微生物区系一致.边室土壤为 360 g.
222 播种与管理 三叶草种子在 10% H2O2 中浸泡 10
min进行表面消毒,用蒸馏水冲洗干净后置于湿润的滤纸上
放置一昼夜使之发芽,每盆在中室中播 50 粒,并在各室土壤
表面覆盖一层石英砂以减少水分蒸发. 试验在生长室中进
行,生长期间温度维持在 20~ 28 ∀ , 光照时间为 15 h!d- 1 ,
每天 8 点到 23 点用生物滴灯补充光照, 光照强度为 400
mol!m- 2!s- 1.
223 收获测定 红三叶草生长 8周后收获,将根系与地上
部分分别洗净后于 65∀ 烘 24h, 烘干后称重、磨细后用于测
定含磷量.收获后将边室土壤按 1 、5 mm 间距切取新鲜土
样,用于测定土壤磷酸酶活性.用改进的 Tabatabai ( Bremner
方法测定磷酸酶活性[ 7] . 酶活性单位 Eu 为每小时每克土壤
水解 1mol对硝基苯磷酸二钠的值.
3 结果与分析
31 不同磷源对植株生长和吸磷总量的影响
从表 1可以看出,与不接种处理相比,丛枝菌根
对红三叶草的生长有显著促进作用,接种后植株干
物重显著增加. 施用不同磷源对红三叶草植株生长
也有较大影响, 不论接种丛枝菌根真菌与否, 红三叶
草植株干物重均比不施磷( CK)处理显著增加.在不
接种条件下,磷酸二氢钾处理的植株干物重最大, 其
次是核糖核酸( RNA)处理; 在接种条件下, 磷酸二
氢钾处理的植株干物重最大, 其次是植酸钠处理, 但
植酸钠处理干物重增加幅度最大,各有机磷源处理
间干物重差异不显著.结果表明,接种丛枝菌根真菌
提高了不同磷源对红三叶草的生物有效性, 4 种磷
源对红三叶草植株生长贡献量的顺序为:植酸钠>
表 1 红三叶草植株干物重和吸磷总量
Table 1 Dry weight and total P uptake of red clover
处理
Treat
ment
干物重
Dry w eight
(g!pot- 1)
菌根贡献
Mycorrhizal
cont ribut ion
( g!pot- 1)
吸磷总量
Total
P uptake
( mg!pot- 1)
菌根贡献
Mycorrh izal
cont ribution
( mg!pot- 1)
CK- M 1. 89 f* 2. 27 e
CK+ M 3. 62 d 1. 73∃ 7. 63 c 5. 36 ∃ ∃
KH 2PO 4- M 3. 61 d 8. 04 c
KH 2PO 4+ M 6. 17 a 2. 56 14. 14 ab 6. 10
RNA- M 3. 27 de 6. 42 cd
RNA+ M 5. 51 bc 2. 24 13. 48 ab 7. 06
Lecithin- M 2. 72 ef 5. 84 d
Lecithin+ M 5. 31 c 2. 59 13. 09 b 7. 25
Na- phytate- M 2. 85 e 5. 78 d
Na- phytate+ M 5. 83 b 2. 98 14. 74 a 8. 96
* 应用 LSD法检验处理间差异程度,同一项目中的相同字母表示差
异不显著 The LSD method was used to test the significance of dif fer
ence, mean values followed by the same let ters in a column are not sig
nificantly dif ferent at P % 0. 05.下同 T he same below. ∃接种与相应
的不接种处理植株干物重的差值 Calculated by subtracting the dry
w eight of nonmycorrh izal plants from that of mycorrhizal plants. ∃ ∃
为接种与相应的不接种处理磷吸收量的差值 Calculated by subtract
ing the amount of P uptake of nonmycorrhizal plants f rom that of myc
orrhizal plants.
卵磷脂> 磷酸二氢钾> 核糖核酸. 与不施磷处理相
比丛枝菌根真菌增加了卵磷脂和植酸钠的贡献率,
降低了磷酸二氢钾和核糖核酸的贡献率.由表 1还
可以看出,施用不同磷源都显著增加了植株的吸磷
量.不接种情况下,磷酸二氢钾处理的增幅最大, 它
使红三叶草吸磷总量从不施肥处理的 2. 27 mg 增加
到 8. 04 mg, 净增 2. 54倍. 而在接种条件下以植酸
钠处理的增幅最大, 它使红三叶草吸磷总量从不施
磷( CK+ M)处理的 7. 63 mg 增加到14. 74 mg, 增量
为 7. 77 mg .在各磷源处理中接种菌根真菌都使植
株吸磷量显著增加.在同一施肥处理内,接种处理与
未接种处理植株吸磷量之间的差值主要源于菌根菌
丝的作用,因而称它为&菌根贡献∋.在本试验中菌丝
吸收磷的绝对量即菌丝贡献量在不施磷时最低, 而
施用植酸钠时最高(表 1) .
32 各处理根室土壤磷酸酶活性比较
各处理根室土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性
见图 1.从图 1可以看出,各处理中土壤酸性磷酸酶
活性都显著高于碱性磷酸酶活性. 其原因是三叶草
生长在有限的土壤空间内,收获时施入的磷已不能
满足三叶草生长的需要. 在磷胁迫条件下诱导三叶
草根系产生酸性磷酸酶以适应低磷胁迫; 而同一磷
源条件下,不同接种处理间酸性磷酸酶活性差异不
大,说明在根室土壤中根系诱导产生的酸性磷酸酶
占主要地位. 从图 1可知 KH2PO4M 与 KH2PO4+
M 之间, RNAM 与 RNA+ M 处理之间酸性磷酸酶
活性差别较大,这可能是由于根外菌丝使植株能获
得一定量的磷而缓解了磷的胁迫.碱性磷酸酶活性
782 应 用 生 态 学 报 14卷
图 1 根室土壤酸性和碱性磷酸酶活性比较
Fig. 1 Acid and alkalin e phosphatase act ivities in soils of root compart
ment .
I.酸性磷酸酶 Acid phosphatase, ( .碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase,
A: CKM, B: CK+ M, C : KH2PO 4M, D: KH2PO 4+ M, E: RNAM, F:
RNA+ M, G: LecithinM, H: Lecithin+ M , I: NaphytateM, J: Naphy
t ate+ M.
也有相似趋势(图 1) .
33 距根表不同距离土壤磷酸酶活性的变化
图 2a和图 2b是接种条件下各处理菌丝室土壤
中酸性和碱性磷酸酶活性随距根表距离变化而变化
的状况,从图 2a 可以看出,施用不同磷源各处理的
酸性磷酸酶活性随距离的变化都有相似的趋势, 即
靠近隔网(根表)处酶活性最高, 1~ 3 mm 区域内迅
速下降, 3~ 4 mm 区域内下降平缓, 随后逐渐降低
到一相对稳定的水平.应该指出的是,对照处理磷酸
酶活性最低, 与磷酸二氢钾处理相比, 施用有机磷
(核糖核酸、植酸钠)显著增加了磷酸酶活性, 这与添
加有机磷化合物有关.总的来看,植酸钠处理土壤酸
性磷酸酶活性最高, 其次是卵磷脂处理.这可能是因
为植酸钠作为磷酸酶的反应基质促进了酶促反应.
碱性磷酸酶活性变化与酸性磷酸酶活性变化规律相
似(图 2b) .与酸性磷酸酶活性变化趋势不同的是各
有机磷处理的碱性磷酸酶活性都高于无机磷
( KH2PO4)处理.从图 2a和图 2b 的结果可以看出,
各磷源处理其土壤酸性磷酸酶活性均高于碱性磷酸
酶活性.不接种条件下,各处理土壤酸性和碱性磷酸
酶活性随距根表距离变化而变化的曲线见图 3a 和
图3b,从图 3a可以看出, 各处理的土壤酸性磷酸酶
活性随距离变化都有相似的趋势, 即靠近隔网(根
表)处酶活性最高, 1~ 2 mm 区域内急剧下降, 2~ 3
mm区域内下降缓慢, 之后逐渐降低到一相对稳定
的水平.值得注意的是,对照处理酸性磷酸酶活性较
高,这可能是由于不接种条件下三叶草植株缺磷胁
迫严重,因而诱导分泌的酸性磷酸酶活性增强,说明
根系对酸性磷酸酶的贡献占主导地位. 碱性磷酸酶
活性变化与酸性磷酸酶活性变化趋势相似(图 3b) .
从以上结果可以看出(图 2a、图 2b、图 3a、图
3b) ,接种条件下各处理土壤酸性和碱性磷酸酶活性
远高于相应的不接种处理,说明由于菌根菌丝的存
在确实增加了土壤磷酸酶活性.
图 2 接种各处理土壤磷酸酶活性比较
Fig. 2 Comparison of phosphatase act ivity in inoculated soils w ithout the
presence of root s.
a:酸性磷酸酶 Acid phosphatase, b: 碱性磷酸酶 Alkal ine phosphatase.
下同 The same below . ) . Naphytate+ M, ( . RNA+ M , ∗ . L ecithin
+ M, IV. KH2PO4+ M, V. CK+ M.
图 3 不接种各处理土壤磷酸酶活性比较
Fig. 3 Com parison of phosphatase act ivity in uninoculated soils w ithout
the presence of roots.
I. LecithinM, ( . CKM , ∗ . KH2PO 4M, IV. NaphytateM , V. RNA
M.
4 讨 论
红三叶草接种菌根真菌可明显提高植株对各种
7835 期 宋勇春等:不同磷源对红三叶草根际和菌根际磷酸酶活性的影响
磷源的吸磷量, 这与很多研究结果相一致[ 1, 3] . 无论
接种或不接种, 在各种磷源中,磷酸二氢钾对植株生
长的贡献都大于有机磷源, 这是因为磷酸二氢钾为
水溶性的无机磷酸盐,有效性高,而各种有机磷源则
必须在土壤磷酸酶的作用下水解为无机磷后方能为
根系吸收和利用,这是有机磷源较难利用的一个原
因.尽管菌根植物对有机磷源利用率的绝对值并不
高,但由于根外菌丝的作用可使有机磷源的利用率
提高 40%以上(表 1) , 表明丛枝菌根菌丝确能使有
机磷源发挥更大的作用.
迄今为止, 已查明化学结构的土壤有机磷仅占
土壤有机磷总量的 50% ~ 70%, 并均为酯磷 ( CO
P) , 其中肌醇磷酸盐占 10% ~ 50%, 磷脂 1% ~
5%,核苷酸 0. 2% ~ 2. 5% . 此外, 土壤中也有痕量
的磷蛋白.本试验中所施 3种有机磷源(核糖核酸、
卵磷脂、植酸钠)代表着土壤中的主要三类有机化合
物,接种菌根真菌后植株对 3 种有机磷源的利用率
都明显提高, 其中对植酸钠的利用率最高, 为
8. 78%. 从它们被菌根吸收的程度可以推知土壤有
机磷也能被菌根很好地利用,用它们被 AM 菌根活
化的情况代表土壤有机磷的吸收利用状况是合理
的.但由于所用有机磷未经标记,红三叶草吸收的有
机磷量为差减法所得, 不能准确地反映红三叶草对
有机磷的利用情况, 在今后的研究中应加以改进. 至
于丛枝菌根通过何种途径活化并吸收有机磷及其利
用有机磷的机制还有待于进一步研究.
从试验所得的磷酸酶活性结果可以看出, 各处
理土壤酸性和碱性磷酸酶活性均是根室最高, 造成
磷酸酶活性增高的原因可能是根系在缺磷胁迫条件
下直接分泌酸性磷酸酶及根系分泌物促进根际微生
物繁殖而增加碱性磷酸酶分泌量共同作用的结
果[ 6] .但这种根际效应的影响范围是有限的, T araf
dar等[ 9]认为三叶草根系对土壤磷酸酶活性的影响
只限于根表 3 mm 的范围内. 本试验结果表明其影
响范围可达 4 mm, 造成这种差异的原因可能与所
选用的植物及土壤质地等因素有关. 水分、温度、养
分、生长时期等也会影响酶活性.一般根表 3 mm 之
外的边室土壤磷酸酶活性变化不受根际效应的影
响.因此,距根表 4 mm 区域内,接种菌根真菌土壤
磷酸酶活性明显高于不接种( CK)处理的现象, 显然
是菌根真菌的作用.
本试验还表明, 施用不同磷源对磷酸酶活性的
影响不同,与无机磷相比施用有机磷如植酸钠明显
增加了土壤磷酸梅活性, 磷酸酶活性增加使有机磷
矿化为植物可利用态的磷,这也是植酸钠处理植株
吸磷量增加的原因.
致谢 本文由陆景陵先生精心修改, 特此致谢.
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作者简介 宋勇春, 女, 1971 年生, 现为南京大学生命科学
学院生物系博士后, 主要从事泡囊丛枝 ( VA )菌根真菌磷酸
酶活性对土壤有机磷矿化机理及内生真菌对植物药用成分
生物调控方面的研究. 已发表论文 7 篇. Email: songyongch
@ 263. net
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