丛枝菌根真菌与根际促生菌互作及其对枳生长发育的影响

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我国是柑橘生产大国,柑橘产业的良好发展对我国有重要意义,其中苗木质量发挥着至关重要的基础作用。目前枳(Poncirus trifoliata(L.)Raf)是柑橘栽培中应用最为广泛的砧木,因具有耐寒、早果、抗病的优点而广受欢迎。在我国长江中上游柑橘产区如重庆,主要为中偏微碱性土壤,生产上枳砧柑橘苗木常表现出早期生长慢、不耐碱性土,以及缺铁黄化等问题,对植株生长发育及柑橘产量品质产生了不利影响。因此,充分发挥枳砧木的优势,克服不利影响,对柑橘产业的优质高效发展具有重要意义。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和植物根际促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)是广为研究的土壤微生物,二者存在较好的互作关系,PGPR显著提升AMF的接种效果。但二者共生关系对枳的研究少见报道,关于二者之间互作的机制和优势菌株组合尚不明确。因此,有必要进行深入研究探讨。试验以枳为供试植株,选取与枳共生效果较好的两种AMF优势菌株:摩西斗管囊霉(Glomus mosseae,Fm)和幼套球囊霉(Glomus etunicatum,Ge)为试验菌剂,以及两种常见PGPR菌株:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,Bs)和胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus,Bm)为试验菌剂,设计单独接种AMF、单独接种PGPR、同时接种AMF和PGPR三种处理方式,共9个处理,每个处理重复3次,从枳幼苗生长发育、矿质营养、根际土壤环境及共生相关基因表达等方面展开研究。主要结果如下:1.Fm和Ge均能较好的侵染枳幼苗根系,接种PGPR后菌根侵染率得到显著提升,双接种处理的菌根侵染率分别增加了13.89%、8.06%、11.57%、14.57%。同时,幼苗对菌根的依赖性在双接种条件下更高。2.同时接种AMF和PGPR可以显著促进枳幼苗根系发育,提高植株的生物量,促进植株吸收矿质营养。与单接种处理相比,双接种处理的效果更好,显著提升了枳幼苗地上部和地下部的生物量(根系体积、一级新根数、最长侧根长、根冠比、根系活力、株高、茎粗),以及叶片光合能力。与在矿质营养方面,单接种处理均在一定程度上提高了枳幼苗体内的元素含量,双接种的效果更优,不同菌种处理之间有差异。3.单、双接种处理均改善了枳的生理代谢,增强了枳对逆境的响应能力。其中双接种处理的枳幼苗叶片和根系中游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的积累增加,抑制有害物质丙二醛、过氧化氢的产生,提高了过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性。相比单接种处理,双接种对枳的抗氧化能力和生理代谢提升效果更显著,说明AMF和PGPR之间存在相互促进的作用。4.与单接种相比,双接种处理枳幼苗根际土壤中的各类元素含量显著增加(尤其是利于植株吸收的速效养分)。脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、中性磷酸酶等土壤酶活性提高,球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量也显著增加。说明AMF与PGPR能改善土壤营养和微环境,益于枳的生长。5.单接种AMF和双接种处理的共生相关基因DMI1、DMI2、DMI3在转录水平的表达显著上调。其中,Fm的相关基因表达量要高于Ge,Fm Bs的表达量优于其他双接种处理。不同菌株组合的表达量有所不同,这与接种的菌种品种相关。说明双接种处理在一定程度上促进了AMF菌丝的生长,提高菌丝的侵染率和菌根对枳幼苗的定殖强度。6.综合枳幼苗生长发育、元素调控、生理代谢指标,发现相比其他双接种组合,摩西斗管囊霉(Fm)和枯草芽孢杆菌(Bs)同时接种对枳幼苗的促生效果最好,植株抗氧化能力最强。对于土壤各类元素含量、土壤酶活性及GRSP含量,均高于其他处理,Fm与Bs双接种更利于改善枳幼苗根际土壤环境,提高酶活性,对稳定土壤具有重要意义。由共生相关基因DMI1、DMI2、DMI3表达量的上调可知,Bs能更好促进Fm与枳根系形成共生体。因此,利用摩西斗管囊霉和枯草芽孢杆菌(Fm Bs)共生组合是柑橘菌根化苗木繁育的新技术。
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