可持续的温室番茄生产：在低氮和低磷条件下接种丛枝菌根真菌的好处

《Plant-Environment Interactions》：Sustainable Greenhouse Tomato Production: Benefits of Inoculation With Arbuscular Mycorrhizal Fungi Under Low Nitrogen and Phosphorus Conditions

　　番茄植株接种丛枝菌根真菌（AMF）及调控氮磷水平对生长、产量和果实品质的影响研究。实验采用Rio Grande和Nadir两个番茄品种，接种Glomus claroideum、etunicatum、fasciculatum和mosseae四种AMF，在三种N:P剂量（200:60、140:42、100:30 mg/L）下进行温室试验。结果表明，G. mosseae与140:42 mg/L N:P组合显著促进植株生长（株高增加14%，干物质23.59%）、营养吸收（氮16.4%、磷37.5%）、光合作用（叶绿素a/b分别提升15.18%、25.19%）及果实品质（直径+9.98%，维生素C+16.75%）。不同品种对AMF响应差异显著，Nadir在果实硬度（18.45%）、汁液含量（15.20%）方面表现更优，而Rio Grande在干物质（12.62%）和产量（2.05 kg/株）上更突出。最佳组合下番茄产量达2.33 kg/株，较对照提升38.57%。该研究为减少化肥依赖、提高番茄可持续生产提供了理论依据。

　　本研究聚焦于化学肥料过度使用对土壤、植物及人类健康带来的负面影响，旨在探索一种既能提升番茄产量和品质，又能减少环境和健康风险的可持续农业策略。研究采用温室实验方法，通过不同种类的丛枝菌根真菌（AMF）对番茄的生理生长、产量和果实品质的影响进行系统评估，尤其是在不同氮（N）和磷（P）施用量下的表现。实验选取了两种番茄品种：Rio Grande 和 Nadir，并使用了四种AMF菌种：Glomus claroideum（GC）、Glomus etunicatum（GE）、Glomus fasciculatum（GF）和Glomus mosseae（GM）。这些菌种均来源于印尼土壤，具有较强的环境适应性，能够在不同条件下促进植物生长和营养吸收。研究结果表明，与未接种对照组相比，Glomus mosseae（GM）在多个关键指标上表现出显著的提升效果，包括植物高度、茎粗、干物质含量、氮磷钾吸收量、叶绿素含量以及产量等。此外，GM还显著改善了果实的直径、硬度、汁液含量、可滴定酸度（TA）和维生素C（ascorbic acid）的浓度。实验数据进一步显示，在140:42 mg/L的N:P配比下，结合GM接种的处理组表现最佳，综合提升了生长、产量和果实品质。而Rio Grande品种在多个生长和产量相关指标上优于Nadir，而Nadir在茎粗、果实大小、硬度、维生素C和TA等方面表现突出。这些结果表明，AMF的接种不仅能够改善植物的营养吸收和生长表现，还能够优化果实的品质特性。同时，研究也指出，AMF对不同品种的响应存在差异，这种差异可能与植物的遗传特性、碳分配机制及环境适应能力有关。

在实验设计方面，研究在受控的温室环境中进行，温度维持在25°C±2°C，湿度控制在60%，光照时长为14小时/天。实验地点位于巴基斯坦旁遮普省的Kalar Kahar，以确保实验环境的稳定性。研究采用了随机完全区组设计（RCBD），并设置了三个因素：AMF种类、N:P浓度以及番茄品种。每个处理组种植10株植物，确保数据的代表性与可靠性。AMF的接种时间安排在播种和移栽前后，确保其能够充分建立与植物根系的共生关系。营养液的配制则根据不同的N:P浓度进行了调整，使用了多种肥料，如尿素（CO(NH?)?）、三料磷酸盐（TSP）等，并通过表格详细列出了各处理组的肥料类型和浓度，以便更清晰地展示营养供给的差异。

在实验过程中，研究人员对番茄的生长、生理指标、叶绿素含量、果实质量以及土壤微生物的根系定殖率进行了系统监测。通过测量植物高度、茎粗、干物质含量等参数，评估AMF对植物生长的影响。对于根系定殖率，研究人员采用了一套标准化的染色和显微镜观察方法，首先用10%的氢氧化钾（KOH）溶液清洗根系，随后用过氧化氢（H?O?）进行漂白处理，再用盐酸（HCl）调节pH值，最后用亚甲蓝染色进行分析。这种方法能够有效识别根系中被AMF定殖的部分，从而评估AMF的共生效率。此外，研究还对番茄的氮、磷、钾等矿物元素含量进行了测定，采用的是灰化法和光谱分析技术，确保了数据的准确性。叶绿素含量则通过提取叶片中的叶绿素，并在紫外可见分光光度计（UV–VIS spectrophotometer）下进行测量，进一步验证了AMF对植物光合作用的促进作用。

对于果实品质的评估，研究关注了果实的直径、硬度、汁液含量、TA以及维生素C的浓度。这些指标直接关系到番茄的食用价值和市场竞争力。结果显示，GM接种的处理组在果实直径、硬度、汁液含量、TA和维生素C方面均显著优于对照组，其中果实直径增加了9.98%，硬度提升了18.45%，汁液含量增加了15.20%，TA增加了10.42%，维生素C浓度提高了16.75%。这些改善不仅提升了番茄的外观和口感，还增强了其营养价值。而Nadir品种在果实大小、硬度、汁液含量和TA方面表现更优，这可能与其自身的生理结构和对AMF的响应机制有关。与此同时，不同N:P配比对果实品质的影响也得到了详细分析，其中140:42 mg/L的N:P配比表现出最佳的综合效果，显著提升了果实的各项指标。

研究还对AMF与N:P配比的交互作用进行了深入分析，发现不同菌种与不同营养供给之间的组合对番茄的生长和果实品质具有显著影响。例如，GM与140:42 mg/L的N:P配比结合时，能够带来最全面的生长和品质提升，而其他菌种则表现出不同程度的改善效果。这种交互作用不仅体现在植物的生长和生理参数上，也影响了果实的多个质量指标。此外，研究通过主成分分析（PCA）对实验数据进行了可视化处理，结果显示，前两个主成分（Dim1和Dim2）解释了总方差的96.3%和2.7%，合计达到99%。这表明大多数变量在Dim1上表现出高度的正相关性，而Dim2则贡献较小，暗示了部分变量之间的区分度有限。通过PCA，研究人员能够更直观地理解AMF接种、营养供给和果实品质之间的多维关系。

在讨论部分，研究指出AMF对番茄生长和果实品质的促进作用主要依赖于其独特的共生机制。AMF通过形成菌丝网络，扩展植物根系的吸收范围，使其能够获取更多土壤中的营养元素，尤其是磷（P）和氮（N）。此外，AMF还能调节植物体内的一些重要激素，如生长素（auxins）、细胞分裂素（cytokinins）和脱落酸（ABA），从而影响根系发育和植物整体的生长表现。这种激素调节机制不仅有助于植物吸收营养，还可能通过影响根系结构，提高其对土壤养分的利用效率。同时，AMF能够改善土壤结构，通过分泌胶质物质（如glomalin）促进土壤颗粒的聚集，从而增强土壤的通气性、持水性和养分保持能力，为植物提供更优质的生长环境。

此外，研究还探讨了AMF与不同N:P配比之间的相互作用。实验结果表明，尽管在100:30 mg/L的N:P配比下AMF的根系定殖率最高，但此时植物的生长和果实品质并未达到最佳。相比之下，140:42 mg/L的N:P配比虽然没有达到最高定殖率，却在植物高度、干物质含量、茎粗、N、P、K吸收以及果实品质等方面表现最佳。这表明，AMF与营养供给之间的平衡是关键，过量的肥料不仅可能抑制AMF的生长，还可能带来不必要的环境负担。而适度的肥料供给则有助于维持AMF的活性，同时促进植物的生长和果实的发育。

研究还发现，不同番茄品种对AMF的响应存在差异。Rio Grande品种在生长指标上表现更为突出，而Nadir则在果实品质方面具有优势。这种差异可能源于植物基因型对AMF的适应性不同，或者由于不同品种对碳源和营养元素的利用效率存在差异。进一步分析显示，AMF对果实品质的改善不仅限于单个品种，而是能够通过影响植物的代谢途径，提升果实中的抗氧化物质含量，如过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，从而延长果实的保鲜期和营养价值。同时，AMF还能通过改变根系周围的化学环境，如pH值和营养可利用性，影响土壤微生物群落的组成，进而间接促进植物的健康生长。

在实际应用层面，研究建议在商业种植中结合AMF接种和适度的N:P供给，以实现番茄生长、产量和果实品质的综合提升。这种方法不仅能够减少对化学肥料的依赖，降低环境污染和健康风险，还能够提高农业生产的可持续性。此外，研究还指出，AMF的接种效果可能受到不同种植条件的影响，例如土壤类型、气候条件以及植物品种的特性。因此，未来的研究应进一步探索AMF在不同农业环境中的适应性和应用潜力，尤其是在长期可持续种植和规模化应用方面。同时，研究还强调了对土壤微生物群落和AMF与植物根系之间复杂关系的深入分析，以期找到更高效的菌种组合和营养供给策略。

总的来说，本研究为减少农业中化学肥料的使用、提升番茄种植的可持续性提供了一个可行的替代方案。通过AMF的接种，不仅能够改善植物的营养吸收和生长表现，还能提升果实的品质，使番茄在生长过程中获得更均衡的养分供应。这种生物技术的应用，为农业的绿色转型和生态友好型生产模式提供了重要的理论依据和实践指导。未来，随着对AMF作用机制的进一步研究，以及在田间条件下的应用验证，这一技术有望在更大范围内推广，为全球农业可持续发展做出贡献。