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在过去的8年中， Rodale Institute 与USDA-ARS合作开发了农用AM真菌接种物生产系统； 一个使菌根的经济和环境利益可供更多农民使用的系统。 多年来，我们的试验一直专注于开发低成本程序并确定可最大程度提高繁殖力的特征。 在这里，我们总结了从这些年中学到的知识，并分享了启动自己的农场系统所需的一切。
AM真菌基础知识
丛枝菌根（AM）真菌是农业生态系统中最重要的菌根，因为它们定居在大多数农作物中。 被称为“专性共生体”的AM真菌必须与植物根部结合才能生存。 正是这种联系开始了真菌和植物之间的互惠互利。 作为植物中糖的回报，真菌的长丝状结构（菌丝）充当了植物根系的延伸，并增加了植物获取包括磷（P），锌和铜在内的固定养分的途径。 当植物根毛伸入土壤1-2毫米时，菌根的菌丝会探索更大的土壤，并且可以延伸至植物根部15厘米。 菌根与农作物之间的关系通常会促进植物的生长和产量，但是即使没有生长促进发生，大部分的P吸收也可以归因于菌根。 菌根还被认为可以增强植物的抗病能力，提高植物在干旱条件下的生长能力以及改善土壤结构。
虽然一些标准的农业实践（包括频繁耕作和重施磷肥）对菌根产生了负面影响，但许多可持续的农业实践可用于加强当地的菌根真菌种群。 即使是经过长时间集约化管理的土壤，其菌根菌群也可以通过使用覆盖作物，发展多样化的作物轮作以及种植与AM真菌共生的作物来增加。
AM真菌接种物
接种菌根真菌为利用菌根的益处提供了另一个机会。 菌根孢子，定植的作物根碎片和可行的菌根菌丝均是AM真菌的活性繁殖体，可用作AM真菌“感染”其他植物的接种物。
在某些情况下，使用接种物比使用管理实践来加强AM真菌种群更为可取。 以前使用杀真菌剂和其他极端情况可能需要接种，以将AM真菌重新引入严重降解的土壤微生物群落。 在不太严重的情况下，接种物可用于生产预先定殖的幼苗，这些幼苗从田间第一天就可以利用菌根的好处。 过去的研究表明，这种竞争优势可以对产量产生积极影响。 在2008年的一项研究中，外植前接种AM真菌的草莓植株的果实产量比未接种的对照高出17％（Douds等，2008）。 一项关于辣椒的研究表明，在堆肥改良土壤中种植的接种植物的产量提高了14％到23％，而用化肥处理的接种植物在一年后的产量提高了34％（Douds和Reider 2003）。 还观察到各种其他农作物的增产，包括西红柿，土豆，洋葱，花生，西瓜，大蒜和芹菜。
虽然有商业生产的接种物，但对农民来说是有代价的。 商业接种物的价格反映了包括温室或实验室空间在内的当前生产方法的成本，以及与从原始培养基中分离AM真菌和/或将孢子与载体底物混合相关的人工和时间。 这些成本以及运输和处理都转移给了农民（Douds 2010）。
农场生产的接种物
我们研究的目的是开发一种农场接种物生产系统，该系统可产生价廉而有效的，有效的，物种丰富的接种物。 通过避免商业生产的接种物的相关成本，农场生产使AM真菌的经济和环境效益可供更多农民使用。
尽管产量的显着增加因年份，作物和品种而异，但我们的系统在设计时考虑了常规使用。 通过每年使用，当菌根缓解缓解降低产量的条件时，农民将有望获利，但是在接种物不影响产量的情况下，廉价的系统将不会带来经济负担。 我们针对的是菜农，他们在现场种植自己的幼苗，然后将其移植到田间，因此，调整他们当前的系统来种植定植的幼苗很简单。 尽管可以将接种物大规模直接施用到田间，但是诸如田间玉米和大豆的农作物的投资回报太低，以致于不能在经济上吸引接种物。
农场系统首先将“寄主”幼苗种植到黑色塑料袋中，该塑料袋中装有堆肥，ver石和当地田间土壤。 田间土壤中存在的AM真菌在寄主植物的根部定殖，并且在整个生长季节，菌根随着寄主植物的生长而增殖。 当宿主被冻害时，菌根会自然地在堆肥和ver石混合物中越冬，接种物将在春季准备使用。 系统的大多数方面，从堆肥的类型到稀释率，都通过实验进行了检查，以查明最佳方法以最大化产量。 结果是该系统已成功传播了所有测试过的AM真菌，每立方厘米可产生数百个繁殖体。 在一项试验中，生产了465繁殖体cm-3，相对于最初添加到袋子中的田间土壤浓度增加了7000倍。
在这里，我们将逐步完成该过程，并分析使您的农场系统成功的细节。 提供引文可将您引向文章以供进一步阅读（有关所有参考信息，请参见本文结尾）。
选择寄主植物
选择寄主植物的最重要因素是选择支持菌根生长的植物。 菠菜，甜菜，羽扇豆等农作物和芥菜家族成员不会与AM真菌共生。 作为大多数AM真菌物种的可靠寄主，Bahiagrass（Paspalum notatum Flugge）已被广泛使用。 此外，为防止病原体传播，寄主植物应与接种农作物来自不同的科。 由于接种系统以蔬菜生产者为目标，因此bahiagrass是草科的一员，是理想的普通寄主。 最后，作为热带植物，Bahiagrass将被冻死，并且不会在田间变成杂草害虫。
到目前为止，Bahiagrass幼苗还没有商业化。 为了使用Bahiagrass作为寄主植物，农民必须建立自己的幼苗。 我们只需在ver石或种子发酵剂中使巴希格拉斯种子发芽，然后将幼苗移植到装有沙子和土壤混合物的锥形塑料盆中即可。 这些圆锥形盆比典型的温室高，可种植具有长根系统的幼苗。 当将长根球移植到稀释后的堆肥袋中时，其与袋中深处的繁殖体的接触要比在较浅盆中产生的幼苗更快。 我们在圆锥形花盆中使用的沙子和土壤混合物是1：3的土壤：沙子（基于体积）的混合物，它使用了无菌田间土壤和粗糙的游泳池沙子。 如果Bahiagrass幼苗在典型的温室盆栽培养基中生长，我们发现它们变得铁缺乏。
通常在最后霜冻日期前四个月在温室中开始发芽巴哈格拉草并建立幼苗的过程，因此可以在霜冻后尽快移植植物。 （有关可打印的时间表和有关在何处找到这些材料的信息，请参阅《农场中菌根接种物生产的简易指南》。）
寻找合适的媒体组合
当宿主幼苗准备好在室外种植时，将它们移植到合适的培养基中很重要。 培养基的养分利用率对产生的菌根真菌繁殖体数量有重大影响。 在高营养条件下（尤其是高磷）生长的植物会限制其根部的定居，从而限制真菌的繁殖。 由于使用这些培养基观察到的低定植和/或低AM真菌孢子产生，使用纯土壤，纯堆肥或用ver石稀释的土壤的可能性都被消除了。
然而，选择的堆肥稀释液已经成功地产生了菌根接种物。 堆肥作为一种营养密集的培养基，可提供马铃薯生长所需的所有养分，以及各种有益于土壤健康和抑制植物病害的微生物。 但是，由于堆肥的高P浓度，必须用营养不良的基质（例如ver石，珍珠岩或泥炭）稀释。 这种稀释的另一个好处是所得的轻质培养基可以轻松回收和利用。
我们的研究表明，最佳的堆肥稀释率随AM真菌的种类和所用堆肥的类型而变化。 2003年和2004年进行的实验表明，一般稀释水平能更好地支持菌根的总体生长（Douds等，2008）。 氮含量高，磷含量低，钾含量适中的堆肥（在本研究中为堆肥堆肥，奶牛粪便和叶片堆肥）以1：2至1：4的稀释比例成功的可能性很高[堆肥：稀释剂]基于体积。 高磷，低氮和适度高钾水平的堆肥（可控制的微生物堆肥）以1:19或1:49的稀释比例最成功。 通常，我们通常会以1：3至1：9的稀释比取得成功，并且通常将使用1：4体积比的稀释，使用市政堆肥设施生产的任何堆场堆肥。
我们还对稀释剂的类型进行了实验，并定量了基于珍珠岩，ver石和泥炭的园艺盆栽培养基对接种量的影响（Douds等，2010）。 可以通过所有媒体修改成功生产接种物； 在使用不同稀释剂的混合物中，研究的所有AM真菌产生的孢子没有显着差异。 但是，最可能的数量生物测定法（一种用于确定传染性繁殖体密度的技术）显示，than石确实比基于泥炭的盆栽培养基更容易产生总体繁殖体。 我们假设that石的层状薄片可能是菌根菌丝生长和持久性的理想环境。 三种稀释剂之间相似的孢子种群和根定殖支持了这一理论。
这种稀释的堆肥混合物用于填充四分之三的七加仑塑料袋。 如下所述，将田间土壤作为接种剂混入每个袋子中，然后将Bahiagrass幼苗种植到这种混合物中。 所需的培养基总量取决于次年春季将接种的植物数量。 我们的可打印的《农场菌根接种生产快速简便指南》包含有关制作200或400 ft3的接种温室盆栽培养基的说明，该说明可以用作计算各种规模接种物原料所需的基准。
接种启动器
尽管我们最常繁殖特定AM真菌的分离株进行研究，但我们的第一批试验强调了使用农场方法繁殖本地菌根真菌的可能性。 在这项早期试验中，在原本应该是单一物种的接种物中发现了污染真菌。 这些污染物真菌很可能来自上一年转入混合肥料的土壤。 天然AM真菌的这种无意繁殖说明，农场中的方法可用于创建接种物，该接种物不仅比单种商业接种物便宜，而且还具有包含多种不同的本地适应性菌根真菌的额外好处。可以用来增加农场的本地人口（Douds等，2005）。
研究表明，出于多种原因，使用带有局部分离株的多物种接种物非常重要。 许多AM真菌物种具有独特的特征，例如它们的定殖模式，土壤中P的空间探索，在植物物种之间产生生长反应的能力以及gloomalin的产生。 通常不存在于商业接种剂中，但存在于健康土壤中，Gigaspora spp。 是gloomalin的重要生产者，后者有助于土壤聚集。 此外，一些研究表明，与引入物种相比，本土AM真菌在促进当地土壤中植物生长方面更有效。
为了获得适应当地情况和分类学上的多样性的接种物，可将田间土壤作为天然AM真菌的来源混入稀释的堆肥混合物中（Douds等，2010）。 为确保对菌根进行多样化采样，应从农场的自然区域（如木地或栅栏）收集土壤。 从这些地区收集土壤是可取的，因为它应包含不受农业习惯影响的多样化且健康的菌根真菌种群。 从生产田中收集土壤也是一种选择，但是过去两年中不应该使用该田来种植将要接种的农作物。 这种预防措施是为了避免将病原体引入接种物中。 另外，由于菌根真菌可以不规则地分布，建议合并四个到五个样本。 大多数菌根在土壤的最上面10厘米处发现，因此样品不需要包括比该层更深的土壤。
收集到所有样本后，筛出任何岩石或根。 从收集的样品中向每个装有培养基的100加仑袋子中添加3 cmXNUMX的土壤，充分混合，然后将XNUMX到XNUMX株Bahiagrass幼苗移植到每个袋子中。 在最后一次霜冻后应尽快执行此步骤，以使宿主植物的生长时间最大化。
收获接种物
在整个季节中，这些袋每周只需要工作5至10分钟； 袋子应根据需要浇水并除草，以免将杂草种子引入接种物中。 随着寄主植物的生长，菌根会增殖。 在季节结束时，宿主的衰老将促使菌根形成孢子。 正如田间自然发生的那样，孢子会在堆肥和ver石混合物中越冬，接种物将在春季准备使用。
孢子，定殖的根块和菌根菌丝均具有传染性，它们都是通过农场系统生产的。 从上一季的生长开始，菌丝和被定植的根部将很丰富，而孢子的密度则可以根据AM真菌的种类以及培养基达到理想稀释度的程度而变化。 在过去的研究中，典型的院子屑堆肥：ver石的1：4稀释平均产生30孢子cm-3（Douds等，2006）。 结合定殖的根块和菌丝的数量，农场系统使用3：1稀释液可产生数百个cm-4繁殖体。 数量超过目标“批量生产”接种密度80-100毫克cm-3（Douds等，2005）。
在将孢子和菌丝与堆肥和ver石培养基混合的同时，必须切碎宿主植物的根，以便利用其中的菌根囊泡。 囊泡是大多数AM真菌产生的，是具有能量储备的类孢子状球状器官。 在春季，菌根可以从这些囊泡中再生。 使用农场系统时，菌根通常有70-80％的根长被菌根真菌定殖。 因此，即使很小的块根也含有AM真菌，并且可以混入培养基中以增加感染性繁殖体的数量。
我们发现，收获接种物的孢子和可行的菌丝部分的最佳方法是切掉枯叶，从袋子中取出根球，然后将培养基摇成大容器。 然后可以用剪刀将根系切成小块，然后混入接种物中。 现在可以将接种物与温室中的盆栽培养基混合。
生产定植的移栽苗
在决定应向盆栽混合物中添加多少接种物时，应考虑接种物的效力和将要生长幼苗的细胞的体积。 当七个合作农场使用农场系统生产接种物三年时，平均产量为82±20繁殖体cm-3。 但是，在2006年的一项研究中，我们观察到场剪枝堆肥和ver石分别以503：240和3：1的稀释度分别平均有4和1繁殖体cm-9（Douds等，2006）。 在这两种情况下，每个单元仅需要几个立方厘米即可为每个植物提供目标100-200个繁殖体。
尽管理论上盆栽土壤只需要少量的接种物，但由于难以获得完全异质的混合物，我们建议使用比必要的稀释率低的稀释率。 一项研究使用1繁殖体cm-9的接种物测试了1：19和120:3接种物：盆栽培养基的稀释度（基于体积）（Douds 2009）。 将八个不同品种的辣椒和番茄种植到混合物中，并在50个单元的平板中生长（每个单元70 cm3）。 四周后，分别以30.5：12.9和1:9的稀释度，番茄的平均根长定植分别为1％和19％。 辣椒的AM真菌定植率平均为14.8％和8.0％。 所有这些定居程度都足以影响生长或产量。 细胞大小最终将决定应使用哪种稀释液。 为确保每个细胞有足够的繁殖体，在1 cm9或更小的细胞中应使用50：3稀释，在较大的细胞中可以使用1:19稀释。
适应温室做法
考虑到共生对磷水平的敏感性，重要的是要确保对接种的幼苗修改温室施肥方案。 磷的可用性直接通过影响AM真菌菌丝的生长来控制根部定植的水平，并通过植物组织中P浓度对根部信号分子分泌的影响来间接控制根部定植的水平。 研究清楚地显示了磷的有效性与菌根真菌定殖之间的反比关系。 面临的挑战是确定一种温室盆栽混合肥和施肥方式，以产生具有令人满意的定殖水平的幼苗，并且其大小应与在高磷条件下生长的植物竞争。
对于常规种植者，我们建议使用标准的盆栽混合物，并补充低磷的平衡营养液（Douds 2009）。 建议每周添加不超过3 ppm的磷。 与含31 P的P溶液每周施肥XNUMX次实际上不会导致AM真菌定植，但与P和P少的辣椒和番茄幼苗相比，芽重几乎没有增加或没有增加。
由于难以精确控制磷水平，有机种植者的情况比传统种植者更具挑战性。 该项目的这一部分仍在进行中。 目前，我们建议有机种植者使用未改变的盆栽混合物。 在一项研究中，我们使用了有机批准的盆栽混合物（来自美国新泽西州新沙龙的Living Acres的NP混合物），NPK分析为0.4-0.5-0.3。 制造商建议不要在温室中的这种培养基中生长的幼苗中添加任何营养素。 将未经修改的培养基与包括including石和补充受精培养基的处理进行了比较。 在未经改良的培养基中生长的植物的定植性要好于某些常规管理的温室，因此我们建议将未经改良的盆栽混合物作为开始的地方。 如果您的盆栽介质需要额外的施肥，请使用低磷溶液，例如鱼的水解产物。
对于混合自己的盆栽培养基的有机种植者，重要的是要考虑混合物的养分利用率。 如果中等配方中包括堆肥，那么减少堆肥以限制磷的利用率可能很重要。 当然，这里的复杂性是随之而来的是其他营养素利用率的降低。 本季的韭菜，辣椒和西红柿温室试验包括10％的堆肥和50％的堆肥处理。 媒介处理采用两种施肥方案进行了修改，每周一次或每周三次使用水解鱼肥（12-0.5-1）。 在所有有机处理中观察到的低定植表明，即使在施肥频率不高的10％堆肥培养基中，P水平也过高。 但是，在另一项试验中，以堆肥为基础的10％的盆栽混合物在19天后产生的玉米幼苗的根长定殖率为19％。 这被认为是令人满意的定植水平。 尽管这些不同的定植水平说明了不同作物的不同反应，但也说明了需要继续寻找理想的农场生产的盆栽培养基配方，该配方具有理想的营养水平以促进定植。
使系统运行
我们的研究研究了接种物对有机和常规系统以及高磷土壤中多种农作物的影响。 在每种情况下，由于接种而导致的产量增加每年都可能变化，甚至在不同品种之间也是如此。 但是，当共生抵消了降低产量的条件时，所获得的收益可能会很大。
农场接种物的生产使利用AM真菌的好处变得容易。 由于所需的动手时间短，我们的低成本农场系统易于集成到任何农业系统中。 只需预先计划以使您的农场系统成功； 请记住，生产接种物需要一个完整的季节。