全 文 ：泡囊丛枝( VA)菌根对玉米根际磷酸酶活性的影响 3
宋勇春　李晓林 3 3 　冯　固　(中国农业大学植物营养系 ,北京 100094)
【摘要】　以玉米为材料 ,利用三室隔网培养方法 ,研究了缺 P 土壤上施用植酸和卵磷脂时接种几种菌根真菌
( Glom us mosseae , Gl mous versif ormea , Gigaspora m argarita)对根际土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性的影响.
玉米生长 70d 后 ,收获测定距根表不同距离土壤中的磷酸酶活性. 结果表明 ,接种菌根真菌增加了根际土壤酸
性和碱性磷酸酶活性 , Gigaspora m argarita 菌根菌的作用大于其它 2 个菌根菌. 不同 P 源对磷酸酶活性有明显
影响.
关键词 　VA 菌根 　玉米 　酸性磷酸酶 　碱性磷酸酶
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 04 - 0593 - 04 　中图分类号 　Q949132 ,Q948. 12 + 2. 3 　文献标识码 　A
Effect of VAM fungi on phosphatase activity in maize rhizosphere. SON G Yongchun ,L I Xiaolin and FEN G Gu ( De2
part ment of Plant N ut rient , China A gricultural U niversity , Beijing 100094) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12 (4) :
593～596.
The effect of VAM fungi on phosphatase activity in maize rhizosphere was examined by pot culture experiment ,in
which ,three2compartment2pots were used ,the central compartment being separated from the outer two by a nylon net
with 30μm mesh. Plants were harvested 70 days after planting. Soil acid and alkaline phosphatase were measured at dif2
ferent distances from root surface. The results showed that VAM increased the activities of soil acid and alkaline phos2
phatase in the rhizosphere. It was found that different phosphorous sources had different effects on phosphatase activity.
Key words 　Vesicular2arbuscular mycorrhizal , Maize , Acid phosphatase , Alkaline phosphatase.
　　3 国家自然科学基金重大项目 (39790100) 和国家重点基础发展规
划 973 项目 ( G1999011807) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1999 - 05 - 24 收稿 ,1999 - 07 - 12 接受.
1 　引 　　言
菌根是真菌与植物的共生联合体 ,广泛存在于自
然界 ,尤其是内生菌根中的泡囊丛枝 (VA) 菌根 ,分布
更为广泛[4 ,6 ,15 ] . 丛枝菌根菌可侵染众多植物 ,通过增
加宿主植物对土壤 P 的吸收和利用 ,改善植物 P 营养
从而促进其生长发育的现象已为人们所熟知[1 ,3 ,10 ] .
菌根对土壤无机 P 利用机理的研究取得了长足进展.
土壤有机 P 是土壤全 P 的重要组成部分 ,约占土壤全
P 的 20 %～50 %. 但其必须在各种土壤磷酸酶的作用
下转化为无机 P 后才能被植物根系及土壤微生物吸
收利用 ,可见 ,土壤磷酸酶活性在有机 P 转化及其生
物有效性中起着重要作用. 但关于丛枝菌根真菌能否
分泌磷酸酶 ,及其在提高土壤有机 P 利用效率中作用
的研究却较少 ,在有限的报道中观点也不一致. Taraf2
dar 等[14 ]认为接种菌根真菌可以增加土壤磷酸酶活
性 ,相反 ,Azcon[2 ]等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 ,而 Joner[8 ]认为菌根对
土壤磷酸酶活性没有影响. 本试验以玉米为供试植物 ,
通过分室隔网技术将菌丝吸收区与根系吸收区在空间
位置上区分开 ,以定量测定距根表不同距离土壤中的
磷酸酶活性 ,研究菌根真菌对土壤磷酸酶活性的影响.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 供试装置 　试验采用有机玻璃制成的三室装置 (图 1) ,
包括 1 个中室和 2 个边室 ,中室和边室之间用孔径 30μm 的尼
龙网隔开 ,使根系限制在中室生长 ,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.
21112 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 N 肥的小区 ,施 N 水平为 270kg·hm - 2 . 土壤过
2mm 筛后 ,在 121 ℃下高压蒸汽灭菌 2h ,以消除土壤中的真菌
孢子. 供试土壤农化性状见表 1.
表 1 　供试土壤农化性状
Table 1 Some properties of the soil used
有机质
O. M
( %)
有效 P
Olsen2P
(mg·kg - 1)
碱解 N
Alkhydro. N
(mg·kg - 1)
速效 K
NH4OAC2K
(mg·kg - 1)
p H 值
(CaCl2)
1. 41 3. 56 87. 2 100. 3 7. 5
21113 供试作物和菌种 　供试作物为玉米 (农大 108) ;供试菌
根菌种为 Glom us mosseae , Gl mous versif ormea 和 Gigaspora
m argarita ,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.
212 　研究方法
21211 试验设计 　试验设 2 种施肥处理 ,分别为施植酸 ( Phytic
应 用 生 态 学 报 　2001 年 8 月 　第 12 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2001 ,12 (4)∶593～596
图 1 　试验装置示意图 (cm)
Fig. 1 Diagram of the pot used.
acid) 、施卵磷脂 (Lecithin) ,施 P 量为 50mg·kg - 1 . 每个施肥处
理又分别接种 ( + M)和不接种 ( - M)菌根真菌 ,共 8 个处理 ,每
个处理重复 3 次. 各处理均施有 100mg·kg - 1的 N (NH4NO3 ) 、
150mg·kg - 1的 K( K2 SO4) 、50mg·kg - 1的 Mg (MgSO4) 和 5mg·
kg - 1的 Zn ( ZnSO4 ) . 作物生长期间追施 1 次 N 肥 ( 50mg·
kg - 1) ,保证 N 供应充足. 用 30g 接种剂和 250g 土壤完全混匀
后装入菌根菌处理的根室中 ,对照组则加入相同重量的灭菌处
理的接种剂和 10ml 菌种滤液 ,以保证微生物区系一致 ,边室土
壤为 620g. 玉米种子在 10 %H2O2 中浸泡 10min 进行表面消毒 ,
而后置于湿润的滤纸上使之发芽 ,每盆在根室中播种 5 粒 ,出
苗后间留 2 株 ,并在各室土壤表面覆盖一层石英砂以减少水分
蒸发. 试验在温室中进行 ,生长期间温度维持在 20～30 ℃,光照
时间为 14h·d - 1 ,每天 8∶00～22∶00 用生物滴灯补充光照.
21212 样品收获和分析 　玉米生长 70d 后收获 ,称取 1. 0g 洗净
的鲜根用锥虫蓝染色 ,采用方格交叉法测定根系长度以及菌根
侵染率. 根系的其余部分和地上部经烘干、磨碎后 ,用于测定含
P量. 收获后将边室土壤按 1mm 和 5mm 间距切取新鲜土样 ,
用于测定土壤磷酸酶活性. 植株养分含量按常规分析方法进行
测定 ,用改进的 Tabatabai & Brimner 方法测定磷酸酶 :取鲜土
0. 5g ,加 0. 2ml 甲苯浸提土壤中的磷酸酶 ,再加 5ml 含对硝基
苯磷酸二钠 1mg·ml - 1的反应底物溶液 ,放入 30 ℃培养箱中培
养 1h ,然后用 4ml 015mol·L - 1 NaOH 终止酶反应 ,再加 1ml
015mol·L - 1 CaCl2 充分混匀 ,用定量滤纸过滤. 滤液在 410nm
处比色. 测定酸性磷酸酶时 ,用 0. 1mol·L - 1 p H5. 2 的醋酸缓冲
液 ,测定碱性磷酸酶时 ,用 0. 5mol·L - 1 p H8. 5 的 NaHCO3 作缓
冲液. 酶活性单位 Eu 为每小时每克土水解 1μmol PNPP (对硝
基苯磷酸二钠)的值.
3 　结果与分析
311 　接种菌根真菌对玉米生长和菌根侵染率的影响
从表 2 可以看出 ,未接种菌根真菌的处理均未发
现有菌根侵染 ,而接种菌根真菌的玉米植株不论边室
土壤施 P 处理如何都有较高程度的侵染. 其中菌种
Glom us versif ormea 的 菌 根 侵 染 率 高 于 Gl mous
mosseae 和 Gigaspora m argarita . 收获后对边室土壤显
微观察发现 ,接种各处理的整个边室土壤范围内都有
大量的菌丝分布. 在不同的 P 源处理中菌根侵染率有
相似的规律 ,但加卵磷脂处理的根系菌根侵染率略高
于植酸. 在不接种条件下 2 种 P 源处理的植株生长量
有显著差异 ,并达到 5 %显著水平 ;接种菌根后玉米生
长量显著提高 ,各接种处理与不接种处理相比均达到
5 %显著水平. 就 2 种 P 源来说 ,植酸的玉米干物重高
于卵磷脂处理 ,但同一 P 源条件下接种不同菌种处理
间没有显著差异. 菌根对根系长度的影响也表现出相
同趋势.
表 2 　玉米菌根侵染率、植株生长量和根系长度
Table 2 Mycorrhizal infection rate ,plant dry weights and root length
处　理
Treatment
侵染率
AM infection
rate
( %)
干物重
Dry weight (g·pot - 1)
地上部
Shoot
根系
Root
根系长度
Root length
(m·pot - 1)
Phytic acid2M 0d 3 7. 00d 6. 73cd 120. 2c
Phytic acid + Glm 47. 2bc 11. 55ab 9. 59a 146. 3a
Phytic acid + Glv 48. 5bc 11. 71ab 8. 62b 139. 8b
Phytic acid + Gim 44. 4c 12. 37a 9. 00ab 142. 7ab
Lecithin2M 0d 5. 37e 3. 09e 115. 6d
Lecithin + Glm 45. 9c 8. 97c 6. 34d 132. 4bc
Lecithin + Glv 56. 8a 10. 20bc 7. 28c 145. 6ab
Lecithin + Gim 52. 0b 10. 65b 7. 95bc 138. 2b3 应用 LSR 法检验处理间差异程度 ,同一列中的不同字母表示差异达
到 5 %显著水平. The LSR method was used to test the significance of dif2
ference ,mean values followed the same letters in a collum are not signifi2
cantly different atα≤0. 05. Glm : Glom us mosseae 菌种 , Glv : Gl mous ver2
sif ormea 菌种 , Gim : Gigaspora margarita 菌种. 下同 The same below.
312 　接种条件下不同 P 源对玉米植株 P 营养的贡献
由表 3 可知 ,不论 P 源如何 ,接种菌根菌都大幅度
提高了玉米植株的含 P 量 ,而在相同 P 源处理中玉米
相同器官的含 P 量基本一致. 但菌根侵染对根系和地
上部含 P 量的提高程度不同 ,表现为根系含 P 量大于
地上部. 在植株吸 P 总量上 ,对于 2 种 P 源 ,菌根植物
的吸 P 总量都比相应的非菌根植物高 2 倍多. 在相同
P 源条件下接种与未接种玉米植株的吸 P 量之间的差
值主要源于菌根菌丝的作用 ,因而称它为“菌丝贡献”,
表 3 　接种 VA 菌根真菌的条件下不同 P源对玉米植株生长的相对贡献
Table 3 Relative contribution of VAMF and different phosphorus resources
to the growth of maize
处 　理
Treatment
植株含 P 量
P concentration( %)
地上部
Shoot
根系
Root
P 吸收量
P uptake(mg·pot - 1)
地上部
Shoot
根系
Root
总量
Total
菌丝贡献
Estimated hyphal contribution
mg %
Phytic acid - M 0. 097c 3 0. 12ab 0. 68d 0. 82c 1. 50c
Phytic acid + Glm 0. 18b 0. 12ab 2. 03bc 1. 15ab 3. 18ab 1. 68 52. 8
Phytic acid + Glv 0. 18b 0. 13ab 2. 10b 1. 12ab 3. 22a 1. 72 53. 4
Phytic acid + Gim 0. 16bc 0. 11b 2. 03bc 0. 97b 3. 00b 1. 50 50. 0
Lecthin - M 0. 095c 0. 07c 0. 51e 0. 62d 1. 13d
Lecthin + Glm 0. 26a 0. 12ab 2. 30a 0. 78c 3. 08b 1. 95 63. 3
Lecthin + Glv 0. 22ab 0. 14a 2. 22ab 1. 01b 3. 23a 2. 10 65. 0
Lecthin + Gim 0. 18b 0. 15a 1. 90c 1. 20a 3. 10b 1. 97 63. 6
495 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
该菌丝贡献的绝对量占相应菌根植株吸 P 总量的百
分数称为“菌丝贡献率”. 在本实验中菌丝吸收 P 的绝
对量即菌丝贡献量以施用植酸接种 Gigaspora m ar2
garita 时最低 ,为 1. 5mg ; 施用卵磷脂接种 Gl mous
versif ormea 时最高 ,为 2. 10mg. 本试验中 ,卵磷脂处
理菌丝贡献率为 63. 3 %～65. 0 % ,高于植酸处理的菌
丝贡献率 50. 0 %～53. 4 % ,说明玉米对卵磷脂的利用
能力要高于植酸. 菌种间虽有差异 ,但相差不大.
313 　各处理对根室中土壤磷酸酶活性的影响
从图 2 可以看出 ,所有处理中土壤酸性磷酸酶活
性都显著高于碱性磷酸酶活性 ,可见酸性磷酸酶在供
试土壤中占主要地位 ,而本试验供试土壤为中性 ,应以
中性磷酸酶为主[5 ] . 同一 P 源条件下 ,不同接种处理
间酸性磷酸酶活性差异不大 ,碱性磷酸酶活性也有相
似趋势.
图 2 　玉米根室土壤磷酸酶活性比较
Fig. 2 Comparison of phosphatase activity in root compartment .
Ⅰ. 酸性磷酸酶 Acid phosphatase , Ⅱ. 碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase.
314 　距根表不同距离土壤磷酸酶活性的变化
外室土壤中施用 2 种 P 源 ,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 3～4. 从图 3
可以看出 ,玉米施用植酸各接种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 ,1～5mm 区域内急剧下降 ,5～10mm
区域内下降平缓 ,随后逐渐降低到一相对稳定的水平 ,
在 50mm 处酸性磷酸酶活性又有所增加 ;而对照 (不接
种)处理在 1～5mm 区域内急剧下降 ,之后趋于一稳定
水平 ,应该指出的是 ,不接种处理酸性磷酸酶的活性明
显低于所有接种的处理. 接种不同菌根菌对土壤酸性
磷酸酶活性的影响范围不同 ,接种菌根菌使整个外室
土壤不同层次的酸性磷酸酶活性都有不同程度的提
高 ,与对照相比 ,接种 Gigaspora m argarita 的处理酸
性磷酸酶活性在 0～10mm 区域内增加幅度最大 ,其次
是接种 Glom us versif orm 的处理. 但接种 Glom us ver2
sif orm 的处理在距根表 15mm 以外的区域内酸性磷酸
酶活性相对最高. 植酸处理土壤碱性磷酸酶活性的变
化与酸性磷酸酶活性变化表现出相似趋势.
图 3 　施用植酸各处理酸性磷酸酶 (a)和碱性磷酸酶 (b)活性变化
Fig. 3 Change of acid phosphatase (a) and alkaline phosphatase ( b) activity
in outer compartment .
图 4 　施用卵磷脂各处理酸性磷酸酶 (a)和碱性磷酸酶 (b)活性的变化
Fig. 4 Change of acid phosphatase (a) and alkaline phosphatase ( b) activity
in outer compartment .
5954 期 　　　　　　　　　　　　宋勇春等 :泡囊丛枝 (VA)菌根对玉米根际磷酸酶活性的影响 　　　　　　　　　
　　从图 4 可看出 ,施用卵磷脂时 ,土壤酸性磷酸酶活
性变化规律与施用植酸时酸性磷酸酶活性变化规律相
似.但接种处理对酶活性的影响范围不同 ,在 5～
10mm 区域内酶活性下降幅度明显小于植酸处理. 总
之 ,接种 Gl mous mosseae 的处理在 15～50mm 区域内
酶活性增加幅度最大 ,其次是 Gigaspora m argarita 处
理. 卵磷脂处理中碱性磷酸酶活性变化趋势与施用植
酸各处理碱性磷酸酶活性变化也呈相似趋势 ,但酶活
性数值比相应的植酸处理高 ,且接种与不接种处理间
碱性磷酸酶活性差距小于植酸处理 (然而在 25mm 处
L2M 处理碱性磷酸酶活性的突然升高 ,可能是由于测
定误差及油脂状的卵磷脂难以与土壤混匀而使此处酶
反应底物卵磷脂浓度偏高造成的) . 可见 ,不同 P 源 (植
酸和卵磷脂)对土壤磷酸酶活性的影响不同.
4 　讨 　　论
在低 P 土壤上接种不同种类菌根真菌都能显著
促进玉米的生长 ,主要原因是通过纤细而密集的根外
菌丝从根系自身不能到达的区域摄取额外的 P 以满
足玉米的营养需求. 根外菌丝对宿主植物的 P 营养起
了重要作用 ,与 Kothari[9 ]等和 Mayra[11 ]等的研究结
果相一致.
土壤有机 P 是植物 P 营养的重要来源 ,但有机 P
必须在各种磷酸酶的作用下转化为无机 P 后才能被
植物根系和土壤微生物吸收利用. 众所周知 ,植物根
系、土壤细菌和真菌等微生物都能分泌胞外磷酸
酶[12 ,13 ] ,1989 年 ,Haeuβling 和 Marschner 也证明了外
生菌根真菌能分泌磷酸酶[7 ] ,但对于 VA 菌根真菌是
否能分泌胞外磷酸酶目前还存在分歧[2 ,14 ] . 本试验证
明 ,各处理边室土壤中酸性和碱性磷酸酶活性都是隔
网处最高 ,造成磷酸酶活性增高这种根际效应的原因
可能是根系在缺 P 胁迫条件下直接分泌酸性磷酸酶
(这也是图 2 中酸性磷酸酶活性显著高于碱性磷酸酶
活性的原因)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.
然而 ,这种根际效应的影响范围是有限的 , Taraf2
dar [13 ]等认为三叶草根系对土壤磷酸酶活性的影响只
限制在距根表 3mm 的范围内. 本试验结果表明其影响
范围约为 10mm ,可能与所选用的植物、P 源及土壤质
地等因素有关. 水分、养分等也会影响酶活性. 一般来
说 ,距根表 10mm 之外的外室土壤磷酸酶活性变化不
受根际效应的影响 ,因此 ,距根表 10～50mm 区域内 ,
接种不同菌根真菌土壤磷酸酶活性明显高于不接种
(对照)处理的现象 ,显然是菌根真菌的存在引起的. 对
不同层次土壤进行显微观测均发现有大量菌丝分布 ,
尤其是外室最外端由于有机玻璃板的阻挡作用而使菌
丝在此大量富集 ,也是土壤磷酸酶活性相应升高的原
因 ,当然也不能排除其它土壤微生物 (细菌、放线菌)的
作用. 如何排除微生物的干扰将是进一步研究所需解
决的关键问题.
致谢 　本文由陆景陵先生精心修改 ,特此致谢.
参考文献
1 　Azcon R ,Barea J M and Hayman DS. 1976. Utilization of phosphate in
alkaline soils by plants inoculated with mycorrhizal fungi and phosphate
solubilizing bacteria. Soil Sci ,93 :39～42
2 　Azcon R ,Borie F and Barea J M. 1982. Exocellular phosphatase activity
of lavender and wheat roots as affected by phytate and mycorrhizal in2
oculation. In : Gianinazzi S , Gianninazzi2Pearson V and Trouvelot A
eds. Les Mycorhizes :Biologie et Utilisation. INRA ,Dijon. pp 83～85
3 　Bolan NS , Robson AD , Barrow NJ et al . 1984. Specific activity of
phosphorus in mycorrhizal and non2mycorrhizal plants in relation to the
availability of phosphorus. Plant and Soil ,16 :299～305
4 　Frame J . 1976. The potential of tetraploid red clover and its role in U2
nited Kingdom. J B ritish Grassland Soc ,31 :139～152
5 　Guan S2Y(关松荫) . 1989. Soil Enzymes and Their Method of Study2
ing. Beijing :Agricultural Press. 127 (in Chinese)
6 　Guo X2Z(郭秀珍) ,Bi G2C(毕国昌) . 1989. Mycorrhizae of Trees and
Their Applying Technology. Beijing : China Agricultural Press. 110～
116 (in Chinese)
7 　Haeuβling N and Marschner H. 1989. Organic and inorganic soil phos2
phates and acid phosphatase activity in the rhizosphere of 802year2old
norway spruce tree. Biol Fertil Soil ,8 :128～133
8 　Joner EJ and Jakobsen I. 1995. Growth and extracellular phosphatase
activity of arbuscular mycorrhizal hyphae as influenced by soil organic
matter. Soil Biol Biochem ,27 :1153～1159
9 　Kothari SK ,Marschner H and Roemheld V. 1991. Contribution of the
VA mycorrhizal hyphae in acquisition of phosphorus and zinc by maize
grown in a calcareous soil. Plant and Soil ,131 :177～185
10 　Manjunath AHN and Habte M. 1989. Response of Leucaena leuco2
cephala to VAM colonization and rock phosphate fertilization in an o2
　　xisol soil. Plant and Soil ,114 :127～134
11 　Mayra E , Gavito M and Murray H. 1998. Early phosphorus nutrition ,
mycorrhizae development , dry matter partioning and yield of maize.
Plant and Soil ,199 :177～186
12 　Ridge EH and Rovira AD. 1971. Phosphatase activity of intact young
wheat roots under sterile and non2sterile conditions. New Phytol ,70 :
1017～1026
13 　Tarafdar J C and Claassen N. 1988. Organic phosphorus compounds as a
phosphorus source for higher plants though the activity of phosphatases
produced by plant roots and microorganisms. Biol Fertil Soil ,5 :308～
312
14 　Tarafdar J C and Marschner H. 1994. Phosphatase activity in the rhizo2
sphere and hyphosphere of VA mycorrhizal wheat supplied with inor2
ganic and organic phosphorus. Soil Biol Biochem ,26 :387～395
15 　Wang Y(王　云) ,Liu C(刘 　忱) . 1988. Mycorrhizae and ecological
study. A dv Ecol (生态学进展) ,5 (1) :34～42 (in Chinese)
作者简介 　宋勇春 ,女 ,1979 年生 ,现为南京大学生命科学学院
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 P 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 ,发表论文 3 篇. E2mail :songyouch @263. net
695 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷