丛枝菌根真菌对西瓜盐碱胁迫的缓解效应及其调控机理

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:robert198121
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土壤盐渍化已成为我国,乃至全球备受关注的土壤环境灾害之一。中国盐碱地面积约1亿万hm2,在我国北方和沿海分布较广。而盐碱是限制植株生长、减少作物产量、降低果实品质的主要非生物胁迫因素之一。随着全球气候环境的不断恶化,盐碱地面积持续增大,使得盐碱成为制约农业生产的一个重大环境问题。西瓜果实味美多汁、营养丰富,是世界广受欢迎的、重要的一种园艺经济作物。尤其是设施礼品西瓜,非常受大众喜爱,然而,随着设施面积的不断扩大,土壤次生盐渍化也在不断加重,严重影响设施西瓜的产量和品质,现已成为制约设施蔬菜产业发展的限制因子。丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)是自然界中普遍存在的一种真菌,其实质是土壤中的丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungus,AMF)与宿主植物建立的互惠共生体。AMF侵染植物根系后,可参与植物进行生理生化代谢,改善植物营养,提高植物抗逆性。本研究以礼品西瓜品种“福运来”为试材,采用基质土栽培的方法,试验共设4个处理分别是:(1)CK(对照,不接种AMF);(2)S(盐碱胁迫);(3)M(接种AMF);(4)MS(接种AMF+盐碱胁迫)。盐碱混合溶液浓度为60 mmol·L-1,配方为:将NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3四种盐按1:9:9:1复配混合,pH为8.63,EC为0.45mS/cm。研究盐碱胁迫条件下接种摩西球囊霉(G.mosseae)对西瓜植株生长、水分、养分吸收,叶绿素含量、光合特性、叶黄素循环、D1蛋白周转、根系分泌物、根区土壤微环境及西瓜产量及品质等方面的影响,探讨接种AMF对盐碱胁迫下西瓜植株的缓解效应及其稳产提质机理。主要研究结果如下:1、盐碱胁迫下,不同丛枝菌根真菌菌种接种西瓜幼苗的耐盐碱性品比筛选试验,其中摩西球囊霉(G.mosseae)表现最好。与其它菌种接种西瓜幼苗相比,接种摩西球囊霉西瓜盐害指数更低,侵染率更高、干物质的量更多;与其它菌种相比,西瓜的株高更高和叶面积更大;也能够积累更多的可溶性糖和可溶性蛋白有机渗透调节物质,叶绿素和多酚含量明显增加;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的含量也显著增加。上述综合效应,表明较其它菌种,接种摩西球囊霉(G.mosseae)西瓜幼苗的耐盐碱能力的综合表现最好。2、盐碱胁迫显著抑制了西瓜幼苗生长,接种AMF可以促进西瓜叶片的水分利用效率和植株的茎流量;接种AMF促进了西瓜根系对矿质营养元素的吸收,及其植株地上部生长发育;接种AMF刺激光合作用产物碳水化合物向根系的传递,促进其在根系中形成碳库;接种AMF促使了油菜素甾醇和玉米素核苷在西瓜植株体内的生成;盐碱胁迫条件下,接种AMF提高西瓜植株叶片赤霉素含量,降低了脱落酸和生长素的含量,改善西瓜植物体内激素水平,提高了西瓜植株耐盐碱胁迫的能力。3、接种AMF提高了西瓜幼苗的耐盐碱性。与未接种植株相比,接种AMF降低了西瓜叶片的超氧阴离子(O2-)和过氧化氢(H2O2)含量;接种AMF降低了西瓜叶片的MDA和电解质透出率;接种AMF提高了可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸三种可溶性物质的含量;接种AMF提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)抗氧化酶活性;接种AMF提高了抗氧化物质抗坏血酸(ASA)、抗坏血酸与脱氢抗坏血酸的比值(ASA/DHA)和谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽的比值(GSH/GSSG);接种AMF上调了RBCL、Cu-Zn SOD、CAT、cAPX和cGR基因的表达量。4、盐碱胁迫条件下,接种AMF增加了西瓜植株的干物质的量、叶绿素含量,光合速率;提升了盐碱胁迫下西瓜幼苗类囊体膜的脂质抗过氧化能力,稳定西瓜幼苗的叶绿体及类囊体膜结构,缓解了盐碱胁迫对西瓜幼苗生长的抑制作用;与此同时,盐碱胁迫下,接种AMF增强了西瓜的光化学淬灭系数,提高了紫黄素、玉米黄素和总叶黄素库,降低脱环氧化速率,诱导了西瓜叶片对环氧玉米黄素(A)和玉米黄素(Z)的合成,加速叶黄素循环,增大了过剩能量耗散,有效提高了D1蛋白的含量,防止了D1蛋白的降解,从而加速了D1蛋白的周转,保护了西瓜叶片PSⅡ反应中心结构的稳定,缓解了盐碱胁迫对西瓜植株的光抑制。5、AMF与西瓜幼苗根系建立互惠共利的共生体系。盐碱胁迫下,接种AMF增加了西瓜幼苗根长、根系表面积、总体积和分叉数;提高根系活力和根系伤流强度,促进了根系对养分和水分的最大吸收;同时提高了根区土壤酶活性,丰富了土壤微生物数量,增加了根系分泌物,营造了良好的根区土壤微生态环境。6、盐碱胁迫条件下,接种AMF提高了西瓜果实的单瓜重和总产量,增加了西瓜果瓤的亮度、红色饱和度、色饱和度和果形指数,提升了西瓜果实的商品性;盐碱胁迫条件下,接种AMF提高了西瓜的果实可溶性固形物、可溶性糖、VC和可溶性蛋白的含量,降低硝酸盐含量,提高了西瓜的品质;接种AMF增加了西瓜抗氧化酶和抗氧化物质超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、番茄红素、总黄酮和总酚的含量;接种AMF影响了西瓜的挥发性物质成分,促进了特殊香气成分,降低了西瓜的苦味,提高了西瓜的风味口味。
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