盐胁迫对陇黄品种大豆-根瘤菌共生体系及其微生物群落影响的研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:edgecsst
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土壤盐渍化问题已严重制约农业发展,特别是我国大豆主要种植区西北地区,土壤盐渍化面积占可耕用土地面积大于10%。因此为提高西北地区大豆产量和品质,需要选育耐盐大豆新品种,甘肃省农科院培育的陇黄1号、2号和3号是适宜种植在我国西北地区的大豆新品种,其抗逆、稳产、广适应性等理化特征已在广泛实验中得到了肯定,但其与根瘤菌固氮共生的作用机制及其响应盐胁迫的差异性机制还有待进一步研究。因此,我们以广适种中黄13作为对照,陇黄1号、2号和3号作为研究对象,通过根瘤菌的分离鉴定,根瘤菌回接后的耐盐品种筛选,筛选出的耐盐陇黄大豆采用基质和原位土盆栽的方式种植,对耐盐陇黄大豆的生长表型、共生固氮、抗氧化防御、土壤理化和微生物多样性进行研究,揭示陇黄品种大豆-根瘤菌共生体系在盐逆境胁迫下的生理响应及其对微生物群落的影响,主要结果如下:(1)通过菌株的分离测序,我们发现三个陇黄品种大豆根瘤中的根瘤菌为同一种具有一定耐盐性的Sinorhizobium fredii菌株。(2)通过测定盐胁迫下中黄13、陇黄1号、陇黄2号和陇黄3号大豆在开花期(P1)、鼓粒期(P2)和成熟期(P3)的表型指标,采用模糊数学隶属函数的方法对各表型的耐盐指数进行耐盐指数隶属函数值的计算,对比筛选出最为耐盐的品种是陇黄3号。(3)在基质中种植陇黄3号和中黄13,通过对其不同生育期的生长表型、共生固氮能力和抗氧化等指标进行观察,发现接种根瘤菌均能显著缓解两个品种对高盐环境的适应性,而相较于中黄13,陇黄3号可以在P1时期对盐胁迫做出积极响应,促进早期豆血红蛋白的合成,从而加速根瘤生长,扩大固氮面积,提高根瘤的固氮能力,P2和P3时期两品种没有显著差异。此外,耐盐品种陇黄3号与大豆根瘤菌共生可通过抑制脂膜过氧化,减少丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的产生,从而特异性增强抗氧化防御能力,接种根瘤菌可以提高抗氧化酶活性,但与中黄13相比,二者的抗氧化酶活性没有显著性差异。(4)原位土种植实验发现,陇黄3号较中黄13更耐盐的特异性差异主要表现在开花期。两品种对营养生长与生殖生长所需N、P养分的分配不同。陇黄3号通过根系大量的积累Na+,阻止Na+向地上部转运,并通过吸收大量的K+维持根系Na+/K+平衡,从而提高抗盐能力。盐胁迫下P1时期陇黄3号可以通过提升碱性磷酸酶活性和微生物磷含量,促进土壤磷的有效性,其接种根瘤菌后在P1时期存在与土壤水溶性K+和有效磷(Olsen-p)显著相关的菌属类群,分别为Ellin6067、Gemmatimonas、MND1、Ideonella、Azotobacter、Noviherbaspirillum、Ram Libacter、Gaiella和Arthrobacter。因此,推测陇黄3号-根瘤菌共生体系通过协同根际促生菌,提高盐胁迫土壤中K和P等养分元素的有效性,进而提高其对盐的耐受性。综上所述,陇黄3号大豆品种接种根瘤菌后通过增强根瘤的共生固氮能力、抑制根系Na+向上运输,降低脂膜过氧化,提升土壤磷的有效性,以及通过影响土壤微生物群落组成增强土壤养分的有效性进而促进植株的耐盐能力,保证陇黄3号在盐胁迫下的生长和产量。本研究从植物生理响应,大豆-根瘤菌共生互作,根际和土壤微生态的角度全方位揭示了耐盐品种陇黄3号与根瘤菌共生的耐盐机制,对陇黄3号大豆在土壤盐渍化严重的西北地区进一步大面积推广和应用,提供了更多理论基础和科学依据。
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