一种提高植被混凝土中高羊茅净光合速率的方法

技术领域

本发明涉及生态修复及微生物利用领域，具体涉及一种利用丛枝菌根真菌提高植被混凝土中高羊茅净光合速率的方法。

背景技术

丛枝菌根真菌是一种能与90%以上的陆地植物共生的土壤真菌。它们在自然和农业生态系统中发挥着关键作用，因为它们能够与植物共生形成多功能丛枝菌根，被认为是自然界中最古老、分布最广和最重要的共生组合；丛枝菌根真菌具有泡囊和丛枝两种特殊结构，这些结构可以帮助植物和真菌之间进行良好的物质交流，使宿主具有更强的营养吸收能力。丛枝菌根种类众多，随着地域差异，土壤结构和理化性质的不同，分布于不同土壤中的土著丛枝菌根也往往不同，随着前期针对植被混凝土中土著菌种的调查，及在碱性土壤中菌种侵染效率的对比选择摩西球囊霉（Glomus mosseae）、根内球囊霉（Glomusintraradices）作为供试菌种，并设置单接种与双接种方式进行高羊茅净光合速率提高量的对比，同时为了减少变量的误差，针对单接种组同时接种灭菌后的另一菌种菌剂，探究最适合提高植被混凝土中高羊茅净光合速率的菌种及其接种方式。

净光合速率是指光合作用产生的糖类减去呼吸作用消耗的糖类（即净光合作用产生的糖类）的速率或者说净光合速率是指植物光合作用积累的有机物，是总光合速率减去呼吸速率的值。对于植物生长初期来说，提高其净光合速率可以提高前期的生长速率，提高植物在生态系统的竞争力及在逆境环境下存活的可能性，从而提高边坡防护工程植被覆盖率；因此在边坡防护工程中提高植物前期净光合速率是很有意义的。

植被混凝土生态防护技术是由三峡大学科研技术人员开发的具有自主知识产权的生态防护技术，根据边坡所处地理位置、坡度、岩石理化性质以及绿化设计等要求确定基材中种植土、水泥、绿化添加剂、有机质和混合植绿种子的配比，并将配置好的基材利用常规喷锚设备喷射至坡面，从而满足边坡修复和植被恢复目的的一项技术。

发明内容

本发明提供一种提高植被混凝土中高羊茅净光合速率的方法，通过接种丛枝菌根真菌促进高羊茅生长过程中有机物的积累。

本发明的技术方案是，一种提高植被混凝土中高羊茅净光合速率的方法，包括以下步骤：

S1、根据植被混凝土基材特性选择丛枝菌根真菌菌种，并对其进行扩繁，制备成菌剂；

S2、配制植被混凝土，然后将植被混凝土进行消毒，高羊茅种子进行浸种，最后将菌剂与浸种处理后的高羊茅种子混合，将其喷播到植被混凝土基层的表面，后喷播面层。

进一步地，所述的丛枝菌根真菌菌种为摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomus intraradices），接种方式采用同时接种摩西球囊霉与根内球囊霉，摩西球囊霉与根内球囊霉接种剂量为1：1。

进一步地，S1中扩繁时，扩繁基质采用草炭土：蛭石：河沙按质量比2~3：2~3：1~1.5配制，扩繁基质进行灭菌处理。

进一步地，S1中扩繁时，将灭菌风干后的扩繁基质装入灭菌后的无纺布袋子内，然后置于灭菌盆内，将待扩繁的菌种平铺在扩繁基质上，再覆盖风干后的扩繁基质2~3cm，并播种宿主植物，扩繁期间每周浇一次无磷Hoaglands营养液。摩西球囊霉和根内球囊霉均按照上述操作进行，分别独立扩繁，确保扩繁基质中孢子的浓度及纯度。

进一步地，所用宿主植物为高粱。

进一步地，扩繁4个月后，剪去盆栽地上部分，收获盆中无纺布内所有培养物，粉碎后即得扩繁后的菌剂。

进一步地，所用的植被混凝土为符合水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范要求。

进一步地，植被混凝土通过在阳光下暴晒消毒至土壤干燥松散不结块。

进一步地，高羊茅种子与菌剂的质量比为1~2:50~100，浸种时间为12~24h；菌剂与高羊茅种子混合物喷播厚度为1~1.5cm，面层喷播厚度为3~3.5cm。

本发明还涉及丛枝菌根真菌在提高植被混凝土中高羊茅净光合速率中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明在菌种选择的过程中更具有针对性，通过前期针对植被混凝土基材进行pH和土壤养分检测及土壤中土著丛枝菌根菌种调查，根据植被混凝土pH偏碱性及基材养分丰富及宿主植物高羊茅（Festucaelata Keng ex E. B. Alexeev）为多年生草本植物，其根系发达，接种丛枝菌根真菌效果更加显著的特征，选择更适宜在碱性环境下与植物形成共生结构的摩西球囊霉（Glomus mosseae）、根内球囊霉（Glomus intraradices）,并且同时接种两种菌种达到促进效果优于单一接种其中任一菌种，且接种比例为1：1效果最佳。

本发明通过将摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomusintraradices）两种丛枝菌根真菌菌剂混合接种，来减少单一接种在植被混凝土这种碱性基材中出现的侵染率低及侵染效率慢的现象，通过菌种间相互协作，导致侵染速率加快、侵染率提高；并且丛枝菌根真菌侵染植物根系后，可以通过提高叶绿素a和叶绿素b含量以及单叶表面积来提高植物净光合速率，并且两种菌种接种比例为1：1时效果最好，避免了同时接种后单一菌种生长从而抑制另一菌种，从而产生不良竞争。

本发明在扩繁过程中根据丛枝菌根真菌的侵染特性改良了扩繁基质的配比，采用草炭土：蛭石：河沙质量比2~3：2~3：1~1.5的扩繁基质，改善了传统的扩繁基质的配比及材料，用蛭石代替沸石，增加了基质中的微量元素，添加了草炭土提高了扩繁基质中有机质的含量，调节土壤孔隙度，使基质更有利于植物的生长，并且草炭与菌丝交织在一起，也利于菌丝的生长，从而促进丛枝菌根真菌与植物根系形成共生结构，使宿主植物根系生长更快，真菌侵染速率更高，扩繁基质中含有真菌孢子的范围更大，并且有利于孢子更好的从植物内获取光合作用产物来促进自身的生长与分裂，反过来高浓度的孢子含量也会为植物提供更多的土壤中微量元素来促进植物生长，最终致使扩繁基质中孢子含量更高。宿主植物采用高粱，高粱的根系生长范围较大且较深，所得扩繁基质内根系分布更加丰富，从而能确保基质中孢子分布范围更大，提高最后收获的菌剂中每g菌剂所含孢子数。以满足生态修复工程上对菌剂的大量需求。

扩繁基质中过高的磷元素水平会导致丛枝菌根真菌侵染速率变慢，为了提高丛枝菌根侵染速率以实现高效率大批量的生产，使丛枝菌根可以应用到生态修复工程中去，在扩繁过程中采用了无磷Hoaglands营养液，取代了原本的Hoaglands营养液，以达到提高扩繁过程中丛枝菌根真菌侵染率。

本发明扩繁在过程中仍在盆内套用了一个无纺布袋子减少了扩繁过程中从盆中感染杂菌的可能性，并且减小了收获过程中由于人为操作感染杂菌的可能性，有效提高菌剂的收获效率减少了菌剂的损失量。

本发明在接种过程中采用菌剂与植物种子事先进行混合后再进行喷洒，改善了原本接种时使种子与碱性土壤直接接触的情况产生，改善了种子周围环境的pH，减少了种子因基材碱性而受到的危害，并且进一步提高在生态修复工程中丛枝菌根真菌的侵染率。

本发明提高植物生理特性利用外接微生物的技术，减少了化肥等物质的使用，绿色环保。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1：

丛枝菌根真菌选择：根据对植被混凝土基材养分，pH测量，及与高羊茅共生关系选择丛枝菌根真菌中分布范围最广的摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomusintraradices），购买于北京市农林科学研究院“丛枝菌根真菌种质资源库”。

丛枝菌根真菌菌剂扩繁基质准备：草炭土2kg、蛭石2kg、河沙1kg，蛭石过2mm筛子，河沙过1mm筛子，用蒸馏水清洗河沙与蛭石，风干后与草炭土共同装入30*40cm无纺布袋子，在121℃条件下灭菌1h，灭菌后存放于无菌室24h后再次灭菌1h，第二次灭菌完成后存放于无菌室自然风干，放置一周待用。

丛枝菌根真菌的扩繁：将灭菌后的扩繁基质放置于超净工作台上，开启紫外灭菌30min，30min后关闭紫外，后续操作均在超净工作台，用75%酒精将花盆内外擦拭干净，将风干后的扩繁基质装至花盆的三分之二处，再将待扩繁菌剂25 g均匀平铺在基质上一薄层，再覆盖风干后的扩繁基质2 cm。摩西球囊霉和根内球囊霉均按照上述操作进行，分别独立扩繁，确保扩繁基质中孢子的浓度及纯度。首次将盆栽浇透水，播种高粱25粒/盆，移入灭菌后的种植温棚内进行扩繁，从播种之日起根据具体情况人工浇水确保基材干湿交替。第二周后每周浇一次无磷Hoaglands营养液，每次100mL/盆。

丛枝菌根真菌菌剂的制备：高粱生长4个月后，剪去盆栽地上部分，收获盆中所有培养物，包括植物根系、菌丝、孢子和基质，粉碎后即收获为扩繁后的菌剂，将收获的摩西球囊霉菌剂、根内球囊霉菌剂按1：1的比例混合装入酒精消毒后的自封袋备用。

植被混凝土的配置：依照水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范；

接种处理：将高羊茅种子干重1000g浸泡清水中24h，将混合菌剂50000g与浸泡过24h的种子分别置于搅拌机中混合均匀至种子与外包裹一层扩繁基质，后将混合物喷播在基层表面1cm厚，再喷播植被混凝土面层3cm。

净光合速率测定：待喷播后60天，利用便携式光合仪（LI-6800），将高羊茅叶片铺满叶室，选用开放式气路及红蓝光源（LED），设置光强为1500 cd，进行净光合速率测定。

试验结果：60天时测定高羊茅光合速率为7.925μmol•m

实施例2

丛枝菌根真菌选择：根据对植被混凝土基材养分、pH测量，及与高羊茅共生关系选择丛枝菌根真菌中分布范围最广的摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomusintraradices），购买于北京市农林科学研究院“丛枝菌根真菌种质资源库”。

丛枝菌根真菌菌剂扩繁基质准备：草炭土2kg、蛭石2kg、河沙1kg，蛭石过2mm筛子，河沙过1mm筛子，用蒸馏水清洗河沙与蛭石，风干后与草炭土共同装入30*40cm无纺布袋子，在121℃条件下灭菌1h，灭菌后存放于无菌室24h后再次灭菌1h，第二次灭菌完成后存放于无菌室自然风干，放置一周待用。

丛枝菌根真菌的扩繁：将灭菌后的扩繁基质放置于超净工作台上，开启紫外灭菌30min，30min后关闭紫外，后续操作均在超净工作台，用75%酒精将花盆内外擦拭干净，将风干后的扩繁基质装至花盆的三分之二处，再将待扩繁菌剂25 g均匀平铺在基质上一薄层，再覆盖风干后的扩繁基质2 cm。摩西球囊霉和根内球囊霉均按照上述操作进行，分别独立扩繁，确保扩繁基质中孢子的浓度及纯度。首次将盆栽浇透水，播种高粱种子25粒/盆，移入灭菌后的种植温棚内进行扩繁，从播种之日起根据具体情况人工浇水确保基材干湿交替。第二周后每周浇一次无磷Hoaglands营养液，每次100mL/盆。

丛枝菌根真菌菌剂的制备：高粱生长4个月后，剪去盆栽地上部分，收获盆中所有培养物，包括植物根系、菌丝、孢子和基质，粉碎后即收获为扩繁后的菌剂，将收获的摩西球囊霉菌剂进行灭菌，将灭菌后的摩西球囊霉菌剂、未灭菌的根内球囊霉菌剂按1：1的比例混合装入酒精消毒后的自封袋备用。

植被混凝土的配置：依照水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范；

接种处理：将高羊茅种子干重1000g浸泡清水中24h，将混合菌剂50000g与浸泡过24h的种子分别置于搅拌机中混合均匀至种子与外包裹一层扩繁基质，后将混合物喷播在基层表面1cm厚，后喷播植被混凝土面层3cm。

净光合速率测定：待喷播后60天，利用便携式光合仪（LI-6800），将高羊茅叶片铺满叶室，选用开放式气路及红蓝光源（LED），设置光强为1500 cd，进行净光合速率测定。

试验结果：60天时测定高羊茅光合速率为7.165μmol•m

实施例3

丛枝菌根真菌选择：根据对植被混凝土基材养分、pH测量，及与高羊茅共生关系选择丛枝菌根真菌中分布范围最广的摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomusintraradices），购买于北京市农林科学研究院“丛枝菌根真菌种质资源库”。

丛枝菌根真菌菌剂扩繁基质准备：草炭土2kg、蛭石2kg、河沙1kg，蛭石过2mm筛子，河沙过1mm筛子，用蒸馏水清洗河沙与蛭石，风干后与草炭土共同装入30*40cm无纺布袋子，在121℃条件下灭菌1h，灭菌后存放于无菌室24h后再次灭菌1h，第二次灭菌完成后存放于无菌室自然风干，放置一周待用。

丛枝菌根真菌的扩繁：将灭菌后的扩繁基质放置于超净工作台上，开启紫外灭菌30min，30min后关闭紫外，后续操作均在超净工作台，用75%酒精将花盆内外擦拭干净，将风干后的扩繁基质装至花盆的三分之二处，再将待扩繁菌剂25 g均匀平铺在基质上一薄层，再覆盖灭菌扩繁基质2 cm。摩西球囊霉和根内球囊霉均按照上述操作进行，分别独立扩繁，确保扩繁基质中孢子的浓度及纯度。首次将盆栽浇透水，播种高粱种子25粒/盆，移入灭菌后的种植温棚内进行扩繁，从播种之日起根据具体情况人工浇水确保基材干湿交替。第二周后每周浇一次无磷Hoaglands营养液，每次100mL/盆。

丛枝菌根真菌菌剂的制备：高粱生长4个月后，剪去盆栽地上部分，收获盆中所有培养物，包括植物根系、菌丝、孢子和基质，粉碎后即收获为扩繁后的菌剂，将收获的根内球囊霉菌剂在121℃下灭菌1h，将未灭菌的摩西球囊霉菌剂、灭菌后的根内球囊霉菌剂按1：1的比例混合装入酒精消毒后的自封袋备用。

植被混凝土的配置：依照水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范；

接种处理：将高羊茅种子干重1000g浸泡清水中24h，将混合菌剂50000g与浸泡过24h的种子分别置于搅拌机中混合均匀至种子与外包裹一层扩繁基质，后将混合物喷播在基层表面1cm厚，后喷播面层3cm。

净光合速率测定：待喷播后60天，利用便携式光合仪（LI-6800），将高羊茅叶片铺满叶室，选用开放式气路及红蓝光源（LED），设置光强为1500 cd，进行净光合速率测定。

试验结果：60天时测定高羊茅光合速率为7.730μmol•m

对比例1

丛枝菌根真菌选择：根据对植被混凝土基材养分、pH测量，及与高羊茅共生关系选择丛枝菌根真菌中分布范围最广的摩西球囊霉（Glomus mosseae）和根内球囊霉（Glomusintraradices），购买于北京市农林科学研究院“丛枝菌根真菌种质资源库”。

丛枝菌根真菌菌剂扩繁基质准备：草炭土2kg、蛭石2kg、河沙1kg，蛭石过2mm筛子，河沙过1mm筛子，用蒸馏水清洗河沙与蛭石，风干后与草炭土共同装入30*40cm无纺布袋子，在121℃条件下灭菌1h，灭菌后存放于无菌室24h后再次灭菌1h，第二次灭菌完成后存放于无菌室自然风干，放置一周待用。

丛枝菌根真菌的扩繁：将灭菌后的扩繁基质放置于超净工作台上，开启紫外灭菌30min，30min后关闭紫外，后续操作均在超净工作台，用75%酒精将花盆内外擦拭干净，将风干后的扩繁基质装至花盆的三分之二处，再将待扩繁菌剂25 g均匀平铺在基质上一薄层，再覆盖灭菌扩繁基质2 cm。摩西球囊霉和根内球囊霉均按照上述操作进行，分别独立扩繁，确保扩繁基质中孢子的浓度及纯度。首次将盆栽浇透水，播种高粱种子25粒/盆，移入灭菌后的种植温棚内进行扩繁，从播种之日起根据具体情况人工浇水确保基材干湿交替。第二周后每周浇一次无磷Hoaglands营养液，每次100mL/盆。

丛枝菌根真菌菌剂的制备：高粱生长4个月后，剪去盆栽地上部分，收获盆中所有培养物，包括植物根系、菌丝、孢子和基质，粉碎后即收获为扩繁后的菌剂，将收获的摩西球囊霉菌剂和根内球囊霉菌剂在121℃下灭菌1h，将灭菌后的摩西球囊霉菌剂、灭菌后根内球囊霉菌剂按1：1的比例混合装入酒精消毒后的自封袋备用。

植被混凝土的配置：依照水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范；

接种处理：将高羊茅种子干重1000g浸泡清水中24h，将混合菌剂50000g与浸泡过24h的种子分别置于搅拌机中混合均匀至种子与外包裹一层扩繁基质，后将混合物喷播在基层表面1cm厚，后喷播面层3cm。

净光合速率测定：待喷播后60天，利用便携式光合仪（LI-6800），将高羊茅叶片铺满叶室，选用开放式气路及红蓝光源（LED），设置光强为1500 cd，进行净光合速率测定。

试验结果：60天时测定高羊茅光合速率：6.155μmol•m