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土壤镉积累超标是制约农业生产发展的主要因素之一。大豆是重要的粮油作物,华南地区土壤镉超标严重限制了大豆的生长。植物在镉胁迫条件下进化出一系列的耐镉机制,其中,与丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)共生是提高作物耐镉能力的一条重要途径。耐镉能力不同的大豆基因型对AMF侵染的反应是否存在差异?接种AMF能否提高大豆的耐镉能力,其机理是什么?目前这方面的研究还鲜有报道。本研究选用四种不同大豆基因型,进行不同镉浓度和不同接菌处理,通过培养基和砂土培实验,研究了不同镉浓度处理和接种处理对大豆植株生长、根系性状、体内必需营养元素分布,以及基因表达的影响,试图解析AMF接种提高大豆耐镉能力的分子和生理机制。主要研究结果如下:(1)镉严重抑制大豆的生长。不同镉浓度的大豆萌发培养基实验中,镉显著抑制大豆萌发时主根的生长,在镉浓度达到500μM时,主根基本不生长。在镉处理条件下,不同基因型大豆不仅根系生长受到严重影响,地上部也严重受到镉毒害,生长迟缓。四种基因型耐镉性存在显著差异,华夏3号(HX)和桂夏豆2号(GX)耐镉性强,而巴西10号(BX)和本地2号(BD)对镉敏感。(2)接种AMF能促进大豆生长,并且,在不同镉浓度处理条件下,不同基因型大豆接种效果存在明显差异。不加镉条件下,接种AMF后BX、GX和HX生物量显著增加。在10 mg/kg Cd与20 mg/kg Cd条件下,只有耐镉基因型HX接种AMF生物量显著增加,与不接种AMF相比,HX接种AMF生物量分别增加了44%和17%,并且在10 mg/kg Cd时HX侵染率显著高于其他基因型。表明HX与AMF共生,帮助其缓解镉毒害效果明显。(3)在10 mg/kg Cd与20 mg/kg Cd条件下,耐镉基因型HX地上部和根部的磷含量均显著高于不接菌植株。并且,相应地,菌根诱导表达的GmPT8、GmPT9和GmPT10的表达量在接种AMF的HX根部显著上调,表明镉毒害条件下接种AMF,磷营养主要通过菌根途径转运给耐镉基因型供其生长,从而缓解植株由于镉毒害造成的根系吸收能力减弱。(4)除了磷营养以外,镉敏感基因型与耐镉基因型植株体内其他养分元素浓度变化也存在显著差异。从地上部来看,与不接种AMF相比,接种AMF后,镉敏感的BX的K和Zn浓度显著变化;而耐镉的HX的Cu和Mn浓度有明显改变。从根部来看,与不接种AMF相比,接种AMF后,BX的Mg浓度变化显著;而HX的Cu和Mn浓度变化显著。表明接种AMF调节了植株体内养分变化,可能也是帮助植株缓解镉毒害的机制之一。(5)丛枝菌根真菌Rhizophagus irregularis与毛根共生的培养基实验中,在显微镜下观察发现,生长在含有镉的培养基中的菌丝有较强的荧光,表明AM真菌菌丝可以直接吸附镉,在一定程度上减少植株对镉的吸收,从而帮助植物缓解镉毒。综上所述,不同基因型大豆对镉的耐受性不同,BX和BD是镉敏感基因型,GX和HX属于耐镉基因型。接种AMF可通过促进磷的吸收,改变体内其他养分元素浓度,缓解镉的毒害。此外,AMF菌丝可以直接吸附镉,减少植株对镉的吸收。研究结果将为通过菌根途径提高大豆耐镉性提供理论依据。