全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0320145206
VA 菌根真菌外生菌丝对难溶性
无机磷酸盐的活化及利用
Ⅰ. 32 P 间接标记法
姚　青　赵紫娟　冯　固　李晓林　陈保东
(中国农业大学植物营养系　北京　100094)
摘　要 :采用三室栽培装置培养三叶草 ,接种 VA 菌根真菌 Glom us mosseae。将根系
与 VA 菌根真菌外生菌丝隔开 ,在菌丝室施用 5 种磷酸盐和32 P 间接标记磷肥 ,研究
外生菌丝对难溶性磷酸盐的活化利用能力。结果表明 ,外生菌丝可以活化吸收磷酸
二钙、磷酸八钙、磷酸铝和磷酸铁 ,无法活化利用磷酸十钙 ;各种磷酸盐被活化吸收的量
及其对三叶草磷营养的贡献率的大小顺序是磷酸二钙 >磷酸八钙、磷酸铝 >磷酸铁。
关键词 :VA 菌根真菌 ; 32 P 间接标记 ; 难溶性磷酸盐 ; 活化吸收
收稿日期 :1999206221
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39525019 ,39790100)
作者简介 :姚青 (1970 —) ,男 ,安徽全椒人 ,硕士学位。研究方向为根际营养。
土壤中的无机磷酸盐大多数是难溶性的 ,仅有极少部分进入土壤溶液可被植物利用。土
壤中的磷酸盐包括非闭蓄态的磷酸二钙、磷酸八钙、磷酸十钙、磷酸铁、磷酸铝和闭蓄态磷。在
石灰性土壤中 ,磷酸钙含量较高 ,占无机磷的 3918 %～7514 %[1 ] ;在南方风化程度深的水稻土
中 ,磷酸铁和磷酸铝含量较高。研究表明[1 ,2 ,3 ] ,6 种非闭蓄态磷酸盐中 ,磷酸二钙的有效性最
高 ,磷酸铝次之 ,磷酸八钙和磷酸铁最低 ,而磷酸十钙几乎无效。但是 ,磷酸十钙的含量远远高
于磷酸二钙[3 ] 。因此 ,提高植物对土壤难溶性磷酸盐的利用成为一个重要的研究课题。
VA 菌根真菌能够提高植物对土壤磷的吸收利用能力 ,促进植物生长。一般认为其作用
机制包括以下几个方面[4 ] :外生菌丝扩大根系的吸收空间 ;对磷具有较高的 km 和较低的吸收
阈值 ;分泌酸性磷酸酶 ,降解土壤有机磷 ;分泌质子和有机酸 ,活化难溶性磷酸盐。因此 ,利用
VA 菌根真菌活化土壤中的难溶性磷酸盐 ,是人们长期探索的一个问题。
Murdoch 等人[5 ]及 Wibawa 等[6 ]分别发现 ,在以磷灰石和磷酸三钙为唯一磷源时 ,接种
VA 菌根真菌促进了玉米、咖啡和可可的吸磷量 ,增加生物量。冯固等[2 ]利用32 P 标记的方法 ,
在盆栽试验中证实了接种 VA 菌根真菌可增加玉米对磷酸二钙、磷酸八钙、磷酸铁和磷酸铝的
吸收。然而到目前为止 ,尚没有试验排除根系对难溶性磷酸盐活化的干扰 ,直接测定菌根真菌
的外生菌丝的活化吸收能力。
本试验利用三室隔网栽培装置 ,并结合32 P 间接标记磷肥的方法 ,排除根系的干扰 ,测定
和评价外生菌丝对磷酸盐的活化吸收能力及其对植物磷营养的贡献。
541　核 农 学 报　2000 ,14 (3) :145～150Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1 　材料与方法
111 　试验材料
供试植物为红花三叶草 ;供试菌种 Glom us mosseae 由中国农业科学院土肥所提供 ,接种
剂为土壤、孢子、菌丝和感染根段的混合物 ,由实验室以三叶草为寄主植物繁殖而成 ;供试土壤
取自山东泰山林地 ,属白浆化棕壤 ,Olsen2P 含量 1. 4mg/ kg ,p H ( H2O) 值 510 ,用 CaO 调节为
p H = 7. 1 ;底肥施用量如下 :N 200mg/ kg、K 200mg/ kg、Mg 100mg/ kg ;5 种无机磷酸盐为磷酸
二钙 CaHPO4·2H2O(Ca22P) 、磷酸八钙 Ca8 H2 ( PO4) 3·5HO (Ca82P) 、磷酸十钙 Ca10 ( PO4) ·F2 (Ca102
P) 、磷酸铁 FePO4·2H2O(Fe2P) 、磷酸铝 AlPO4·nH2O(Al2P)由中国科学院南京土壤所提供[7 ]。
图 1 　试验装置示意图
Fig. 1 　Device used in the experiment
112 　试验装置
试验装置用 PVC 管制成 (图 1) , 管高
13cm ,分 3 层 ,各层之间用 30μm 隔网分开。
上层根室高 8cm ,根系在其中生长 ;中层隔离
层 2cm ,以防止下层的磷向根室扩散或根系分
泌物向下层扩散 ;下层标记室 3cm ,各种形态
的无机磷酸盐和 32 P 间接标记的磷肥 Ca
( H2 PO4) 2 ,2H2O 按 5mgP/ kg 施在其中 ,32 P 施
用计量为 95μCi/ kg 土 ,相当于 14215μCi/ 盆。
113 　试验处理
试验设计为两因素完全随机区组设计。
因素一设接种或不接种两个处理 ,因素二设
CK、Ca22P、Ca82P、Ca102P、Fe2P、Al2P 6 个处理 ,
即分别在标记室不施或施用一种无机磷酸盐 ,施用量 70mg P/ kg ,合计共 12 个处理 ,每处理 4
次重复。
114 　测定方法
10 月 27 日播种三叶草 ,次年 1 月 15 日采样。以常规方法测定植株干重和含磷量 ;按
Phillips 和 Haymann 方法[8 ]对根段进行曲利本蓝染色 ,方格交叉法测定其侵染率[9 ] ;地上部放
射性强度由中国农业科学院原子能利用研究所用α、β射线测定装置测定。
115 　三叶草体内各种磷酸盐的计算方法
来自标记磷肥的磷 ( Pdff %) = (三叶草体内32 P 比活度/ 标记磷肥32 P 比活度) ×100
来自土壤和磷酸盐的磷 ( Pdfs + Pi) % = (100 - Pdff) %
来自标记磷肥的磷量 ( Pdff ,mg P/ 盆) = 生物量 ×P % + Pdff %
来自土壤和磷酸盐的磷量 ( Pdfs + Pi ,mg P/ 盆) = 生物量 ×P % ×( Pdfs + Pi) %
2 　结果与分析
211 　不同磷酸盐处理对植株侵染率和地上部干重的影响
在接种菌根真菌条件下 ,6 种磷酸盐处理都有侵染发生 ,侵染率在 3519 %和 5815 %之间 ;
不接种条件下 ,没有出现菌根侵染 (表 1) 。对于每一种磷酸盐处理而言 ,菌根侵染都增加了三
叶草地上部的生物量 ,不施磷的对照增加幅度最低 ,仅为 4181 % ,Ca22P 处理最高 ,达 36114 %
641 核　农　学　报 14 卷
(表 1) 。尽管如此 ,接种条件下 6 种磷酸盐处理之间的生物量没有差异 ,这可能是由于标记室
中磷酸盐的施用量较低 (70mg/ kg) ,使得菌丝可活化的磷很少。在不接种条件下 ,6 种磷酸盐
处理之间更无差异 ,因为根系只能吸收根室中等量的土壤磷。
表 1 　施用不同磷酸盐对三叶草的侵染率及其地上部干重的影响
Table 1 　Infection rate and shoot dry weight of clover with different phosphate application
处　理
treatments
侵染率
infection rate
( %)
- M + m
地上部干重
shoot dry weight
(g)
- M 　 + m
菌根真菌贡献率 3
contribution of
VAM fungus
( %)
CK — 5019 ±517 — 2118 ±0111 —
Ca22P 0 5815 ±317 1166 ±0110 2126 ±0109 36114
Ca82P 0 4912 ±812 1176 ±0119 2121 ±0107 25157
Ca102P 0 3519 ±216 1169 ±0110 2123 ±0113 31195
Fe2P 0 5211 ±610 1181 ±0105 2138 ±0124 31149
Al2P 0 5216 ±412 1175 ±0109 2135 ±0117 34129
注 :表中数据 a ±b 为平均值±标准差 (下同)
菌根真菌贡献率 = (菌根三叶草地上部干重 - 非菌根三叶草地上部干重) / 非菌根三叶草地上部干重
Note :Values of a ±b are mean ±SE. (the same as the following)
Contribution of mycorrhial fungus = (DW of VAM shoot - DW of non2VAM shoot) / DW of non2VAM shoot
212 　不同磷酸盐处理对植株地上部含磷量和吸磷量的影响
接种菌根真菌促进三叶草的生长是由于改善了三叶草的磷营养的结果。表 2 表明 ,6 种
磷酸盐处理中 ,接种菌根真菌均增加了三叶草地上部的含磷量。菌根三叶草的含磷量在 0173
mg/ g 以上 ,其中以 CK和 Ca102P 处理最低 ,Ca22P 处理最高 ,达 0192mg/ g ;非菌根三叶草的含
磷量均在 0170mg/ g 以下。菌根三叶草地上部的吸磷量也高于非菌根三叶草 (表 2) 。菌根真
菌的促进程度 ,即菌根真菌表观贡献率 ,在不同磷酸盐处理中有差异 , CK 处理为最低
(12141 %) , Ca22P 为最高 ( 79131 %) , Ca82P、Al2P、Fe2P、Ca102P 分别为 68114 %、61134 %、
49159 %、48118 %。
表 2 　施用不同磷酸盐条件下三叶草的磷营养状况
Table 2 　Phosphorus status of clover with different phosphate application
处　理
treatments
含磷量
P content
(mg/ g)
- M + m
吸磷量
P uptake
(mg/ plant)
- M 　 + m
菌根真菌贡献率 3
contribution of
VAM fungus
( %)
CK — 0173 ±0105 — 1163 ±0116 —
Ca22P 0. 70 ±0. 06 0. 92 ±0. 21 1. 16 ±0. 10 2. 08 ±0. 54 79. 31
Ca82P 0. 64 ±0. 03 0. 85 ±0. 12 1. 13 ±0. 15 1. 90 ±0. 29 68. 14
Ca102P 0. 65 ±0. 02 0. 73 ±0. 03 1. 10 ±0. 09 1. 63 ±0. 12 48. 18
Fe2P 0. 67 ±0. 03 0. 76 ±0. 02 1. 21 ±0. 06 1. 81 ±0. 24 49. 59
Al2P 0. 68 ±0. 03 0. 80 ±0. 05 1. 19 ±0. 10 1. 92 ±0. 29 61. 34
注 : 3 菌根真菌贡献率 = (菌根三叶草地上部吸磷量 - 非菌根三叶草地上部吸磷量) / 非菌根三叶草地上部吸磷量
Note :Contribution of mycorrhial fungus = ( P uptake of VAM shoot - P uptake of non2VAM shoot) / P uptake of non2VAM shoot
213 　菌根真菌外生菌丝对磷酸盐的活化和吸收
根据计算公式可以得到各处理三叶草地上部来自标记磷肥的磷 ( Pdff ) 、来自土壤及磷酸
741　3 期 VA 菌根真菌外生菌丝对难溶性无机磷酸盐的活化及利用
盐的磷 ( Pdfs + Pi)占地上部总磷的百分数。由表 3 可见 ,不接种各处理的 Pdff 值仅为 0101 %
～0102 % ,换算成磷量则全部为 0 (图 2) 。这表明在不接种条件下 ,三叶草没有从标记室的标
记磷肥中获得磷素 ,同时也表明 2cm 隔离层有效地阻止了标记室的32 P 向根室移动 ;同样 ,非
菌根三叶草也不能活化吸收标记室的磷酸盐 ,其唯一磷源是根室中土壤磷 (图 2) 。
表 3 　三叶草地上部来自标记磷肥的磷( Pdff)及土壤和磷酸盐的磷( Pdfs + Pi)的比例
Table 3 　Percentage of P derived from fertilizer or f rom soil and phosphate in clover shoot
处　理
treatments
Pdff ( %)
- M + M
Pdfs + Pi ( %)
- M 　 + M
CK 0. 02 3. 13 99. 98 96. 87
Ca22P 0. 02 2. 03 99. 98 97. 97
Ca82P 0. 02 1. 38 99. 98 98. 62
Ca102P 0. 01 3. 22 99. 99 96. 78
Fe2P 0. 01 1. 61 99. 99 98. 39
Al2P 0. 02 2. 09 99. 98 97. 91
对于接种处理的三叶草而言 ,由于外生菌丝进入标记室 ,因此能够吸收标记磷肥中的32 P ,
经计算得到其 Pdff 值为 1161 %～3122 %(表 3) ,对应的吸磷量为 01026～01053mg (图 2) 。这
个数值较低 ,可能与施用磷肥量偏低 (5 mg/ kg) 有关。因为 CK处理的标记室未施任何磷酸
盐 ,故其磷素来源于标记磷肥和土壤磷 ,以其土壤磷吸收量为标准 (11576 mg) ,可以计算其它
5 种磷酸盐处理中来自磷酸盐的磷量。其中 , Ca22P 处理最高 ,为 01466mg , Ca102P 最低 ,为
01004mg ,Ca82P、Al2P、Fe2P 分别为 01302mg、01288mg、01205mg (图 2) 。
图 2 　接种与不接种条件下三叶草地上部分别来自肥料、土壤和磷酸盐的磷量
Fig12 　P uptake from fertilizer , soil and phosphates by uninoculated
or inoculated clover shoot
214 　菌根真菌扩大吸收空间所吸收的磷量
本试验中 ,非菌根三叶草的磷全部来自根室的土壤 ;菌根三叶草的磷来源包括磷肥中磷、
磷酸盐中的磷以及土壤磷 ,三者中前两者是外生菌丝从标记室中吸收的 ,后者由两部分构成 ,
即根系从根室中吸收的土壤磷和外生菌丝从根室、隔离层、标记室的整个土体中吸收的土壤
磷。和非菌根三叶草的土壤磷相比 ,菌根三叶草的土壤磷较高 ,高出的部分是外生菌丝因扩大
841 核　农　学　报 14 卷
吸收空间从土壤中获取的磷。这个值可以用两种土壤磷的差值来表示 (表 4) 。从表 4 可以看
出 ,5 种磷酸盐处理中的外生菌丝从土壤中吸收的磷量基本一致 ,这是因为外生菌丝所进入的
土壤空间体积相等。
表 4 　菌根真菌外生菌丝从土壤中吸收的磷量
Table 4 　P uptake by the external hyphea from soil (mg)
处理　treatment
Ca22P Ca82P Ca102P Fe2P Al2P
01445 ±01080 0. 487 ±0. 141 0. 477 ±0. 090 0. 364 ±0. 064 0. 370 ±0. 103
3 　讨 　论
VA 菌根真菌的外生菌丝能活化和吸收土壤中的难溶性磷酸盐 ,一直是菌根真菌促进寄
主植物对磷的吸收的机制之一[10 ] 。许多研究未能将根系与菌丝分开 ,仅仅比较了菌根和非菌
根对难溶性磷酸盐的活化和吸收[2 ,5 ,6 ] 。本试验用 30μm 隔网把根系和菌丝分开 ,将难溶性磷
酸盐施在不受根系活动影响的标记室 ,得出菌根真菌的外生菌丝活化磷酸二钙、磷酸八钙、磷
酸铁、磷酸铝的结果 (图 2) 。在施磷量相同的条件下 ,外生菌丝活化吸收磷酸盐的顺序是磷酸
二钙 > 磷酸八钙、磷酸铝 > 磷酸铁 ,对磷酸十钙几乎无法活化利用。这与冯固等人[2 ]的结果
相似。在石灰性土壤中 ,磷酸二钙是作物的有效磷 ,磷酸八钙、磷酸铝、磷酸铁可作为作物有效
磷的直接补给者 ,而磷酸十钙对作物基本无效[11 ] 。这表明菌根真菌能够活化和利用各种磷酸
盐的种类与植物一致。但不同植物的活化能力有很大的差异[12 ] ,白羽扇豆[13 ] 、肥田萝卜[14 ]
由于根系分泌大量的有机酸 ,能够活化、吸收较多的难溶性磷酸盐 ,而其它植物活化能力较弱。
因此 ,接种 VA 菌根真菌 ,对不同植物利用难溶性磷酸盐的能力有显著不同的影响。此外 ,植
物根系所占据的土壤空间有限 ,活化磷能力受到限制 ,而菌根真菌的外生菌丝能使有效土壤空
间扩大许多倍 ,大大增加了磷的活化。菌根真菌的外生菌丝分泌的有机酸与根系分泌的有机
酸是否在质与量有差异 ,进而这种差异是否导致两者活化效率的差异 ,有待证实。
外生菌丝吸收自 5 种磷酸盐的磷素对三叶草地上部磷营养的贡献率分别是 22140 % (磷
酸二钙) 、15189 %(磷酸八钙) 、0125 %(磷酸十钙) 、15168 % (磷酸铝) 、11133 % (磷酸铁) ,大小
顺序是磷酸二钙 > 磷酸八钙、磷酸铝 > 磷酸铁 ,磷酸十钙几乎没有贡献。从外生菌丝吸收的角
度来看 ,这个贡献率较大 ,可能与本试验中土壤有效磷极低、根系吸收的磷非常有限有关。从
非菌根三叶草的地上部生物量仅介于 1166g 和 1181g 之间也可以看出这一点。在自然条件
下 ,菌根真菌的外生菌丝对寄主植物的磷营养贡献有多大 ,应该决定于土壤养分的高低。土壤
有效磷很低时 ,外生菌丝的伸展空间比本试验条件下的伸展空间大得多 ,因而贡献率可能更
大 ;土壤有效磷较高时 ,根系本身可以获得较多的磷 ,外生菌丝的贡献率可能降低。
本试验通过间接标记磷肥 ,设置不施磷酸盐对照和差减法来计算外生菌丝对磷酸盐的活
化吸收量 ,这是以各处理中外生菌丝对土壤磷的吸收量一致为前提的 ,这种计算方法可能掩盖
了处理间微小的量的差异。因此 ,对于得出的部分结果从定性的角度加以理解更为恰当。对
磷酸二钙、磷酸八钙、磷酸十钙、磷酸铝、磷酸铁中的磷素进行32 P 直接标记[15 ]可以排除差减法
带来的误差。因此 ,用通过原子反应堆辐照获得32 P 直接标记的磷酸盐来研究这个问题 ,将有
助于从定量地揭示菌根真菌外生菌丝的活化吸收能力。
本文承蒙陆景陵教授修改 ,在此表示由衷感谢。
941　3 期 VA 菌根真菌外生菌丝对难溶性无机磷酸盐的活化及利用
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MOBIL IZATION AND UTIL IZATION OF SPARINGLY SOL UBL E PHOSPHATES
BY VA MYCORRHIZAL FUNGUS EXTERNAL HYPHAE
Ⅰ—32 P INDIRECTLY LABELL ING
YAO Qing 　ZHAO Zi2juan 　FEN G Gu 　L I Xiao2lin 　CHEN Bao2dong
( Plant N ut rition Depart ment China A gricult ural U niversity , Beiji ng , 100094)
ABSTRACT :Red clover were grown in three2compartment boxes , and were inoculated with VA
mycorrhizal f ungus , Glomus mosseae. External hyphae were seperated from root system by 30
μm pore size membrane. Phosphorus fertil izer indirectly labeled with 32 P and f ive kind of phos2
phates were applied in the hyphae compartment , and the abil ity of external hyphae to mobil ize
the sparingly soluble phosphates were evaluated. The results showed that external hyphae mobi2
l ized and uptook Ca22P , Ca82P , Al2P , Fe2P , but not Ca102P. The phosphorus uptake by clover
from phosphates and the contribution of phosphates to clover phosphorus nutrition were ranked
as Ca22P > Ca82P , Al2P > Fe2P.
Key words :VA mycorrhizal fungus ; 32 P indirectly labelling , sparingly soluble phosphates ; mobi2
lization and uptake
051 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (3) :145～150