盐碱复合胁迫对小麦幼苗生长和根相关微生物群落结构的影响

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由于土地管理不当以及伴随着气候变暖等原因,全球土壤盐碱化日趋严重,对粮食安全威胁越来越重。小麦作为全球四大粮食作物之一,盐碱胁迫是其生产的主要限制因素之一。其中,作为中国重要粮食基地的内蒙古河套地区的小麦种植就受盐碱影响较重。宿主种类和土壤等环境因子是影响微生物群落结构的重要因素。非生物胁迫下,植物会调控根相关微生物群落结构和功能、通过强化与特定微生物的互作而增强对逆境的耐受,而研究微生物群落的变化可为利用微生物降低胁迫危害提供指导。国内外对盐胁迫下植物生长和微生物群落结构研究已较多,但盐碱复合胁迫下,特别是有盐胁迫时不同p H的相关影响的研究还相对缺乏。综上,本研究设置浇灌无额外添加Na Cl和固定盐度(添加Na Cl,工作浓度100 m M的Na Cl)复合不同p H的Hoagland营养液处理,即S0P7(无Na Cl添加,p H 7.0)、S1P7(100 m M的Na Cl,p H 7.0)、S1P8(100 m M的Na Cl,p H 8.0)、S1P9(100 m M的Na Cl,p H 9.0),对比分析了不同处理下小麦幼苗生长和根相关(根际和和根内生)微生物群落结构的变化,主要结果和结论如下:1.盐碱复合胁迫显著抑制了小麦的生长、提高了叶片抗氧化酶活性(如POD、SOD等):小麦幼苗的株高、根长以及地上和地下生物量显著降低,且伴随碱度(p H)的升高而大幅度降低(S1P8和S1P9较S1P7的株高分别降低了11.2%和15.2%);功能叶片(倒二叶)的叶绿素含量及叶片面积也有类似变化,表明复合胁迫可引起光合系统损伤、降低光合生产力。2.盐碱复合胁迫可降低根际土主要有效养分速效氮(available nitrogen,AN)、速效磷(available phosphorus,AP)及土壤有机质(soil organic matter,SOM)的含量,提高抗氧化酶(CTA等)的活性。3.盐碱复合胁迫可影响根相关微生物群落多样性。根内生细菌多样性Shannon和丰富度Chao1均低于根际土,说明根际土中微生物细菌群落多样性丰富度高于根内生,且在根际土中丰富度随着盐碱胁迫的增加而升高;根内生真菌的丰富度Chao1指数低于根际土,且随着盐碱复合胁迫浓度的增加,根际土和根内生真菌群落多样性和丰度均降低。4.盐碱复合胁迫改变了根相关微生物群落结构:细菌群落门水平下,根内生和根际土都包括Proteobacteria(65.8%~81.3%)、Actinobacteriota(5%~20.8%)、Firmicutes(1.1%~10.9%)、Bacteroidota(1.2%~9.6%)、Myxococcota(0.27%~4.3%)、Gemmatimonadota(0.01%~1.3%)、Desulfobacterota(0.02%~1.2%)、Acidobacteriota(0.5%~3.4%)这几类。其中Proteobacteria、Actinobacteriota和Bacteroidota在根内生菌群中的相对丰度高于根际土;Firmicutes、Myxococcota、Gemmatimonadota、Desulfobacterota和Acidobacteriota在根际土菌群中的相对丰度大于根内生。同时,Enterobacter相对丰度在根际和根内随p H增大而增加,特别是在根内提高显著。门水平下,根际土和根内生真菌群落优势门子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉菌门(Mortierellomycota),其相对丰度随盐碱程度的增加而增加,分别为63.2%~93%、0.13%~14.3%和1%~5.1%。5.盐碱胁迫下,AN、AP、SOM及土壤酶活可显著影响根相关微生物群落结构。其中,AN、碱性磷酸酶(soil alkaline phosphatase,S-ALP;P<0.05)、脱氢酶(soil dehydrogenase,S-DHA;P<0.05)、碱性蛋白酶(soil Alcalase protease,S-ALPT;P<0.05)和蔗糖酶(soil sucrase,S-SC;P<0.05)可显著影响根际土细菌群落结构;AP可显著影响根际土真菌群落结构(P<0.01)。
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