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我国拥有丰富的沿海滩涂资源,如何合理高效地开发利用滩涂资源一直是环境科学领域迫切需要研究和解决的问题之一,而在滩涂围垦过程中丛枝菌根(arbuscualr mycorrhizal,AM)真菌的生理生态特征变化及其作用机制尚不清楚。本文选择江苏省东台市弶港镇进行调查采样,通过将苏北沿海滩涂不同围垦区AM真菌群落水平上的变化和个体水平上的孢子萌发相结合来研究AM真菌在苏北沿海滩涂围垦区的生理生态特征;同时利用土著AM真菌布置番茄盆栽试验进行AM真菌在盐碱土中的功能研究,最后再布置菌根化育苗试验,通过检测不同盐碱环境中番茄生理指标及盐离子流变化,明确了盐碱环境中AM真菌对番茄的促生及抗逆机制。本文主要研究结果如下: (1)从2011、2007和1979年围垦的苏北沿海滩涂围垦区采集土样,利用Illumina高通量测序技术获得20474条目标序列和742个可操作分类单元(operational taxonomicunits,OTUs),包括球囊霉科(Glomeraceae)、巨孢囊霉科(Gigasporaceae)、无梗囊霉科(Acaulosporaceae)和原囊霉科(Archeaosporaceae)等4个科,其中球囊霉科和球囊霉属(Glomus)分别是优势科属,而第二大科巨孢球囊霉科主要存在于2011和2007年围垦的裸地中;围垦(围垦的不同阶段以及植被演替)过程中,随着土壤可溶性盐含量(SSC)降低和NO3--N上升,无梗囊霉科和巨孢囊霉科均呈下降趋势,而球囊霉科则呈上升趋势。同时,围垦过程中,AM真菌多样性指数(E、H和ChaoI)随着土壤SSC的下降或NO3--N的上升而逐渐下降,而AM真菌多样性指数Ea则随着pH的下降而呈增加。结果表明,在过去三十多年的围垦中,AM真菌的群落结构和多样性发生了很大变化,其变化的主要驱动因子是土壤SSC和NO3--N。 (2)通过单孢分离技术从滩涂盐碱地中获得12株土著AM真菌,经过单孢鉴定发现包括摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)、根内根生囊霉(Rhizophagus intraradices)和隐类球囊霉(Paraglomus occultum)等3个属,其中摩西管柄囊霉有8株(2、14、15、19、23、26、39和87)、根内根生囊霉有3株(5、38和53),而隐类球囊霉菌仅有1株(29)。经不同pH(pH分别为7、8、9、10和11)条件和NaCl浓度(0、50、100、150、200和250mM)下孢子萌发结果发现,摩西管柄囊霉19号的孢子在不同pH条件和NaCl浓度下均可较好地萌发,不受pH和NaCl的影响;26号的孢子在不同NaCl浓度下均可较好地萌发,不受NaCl的影响;2、15和39号的孢子在低盐环境中有很好的萌发,但明显受高盐环境的抑制(P<0.05),其中2号孢子在不同pH条件下均可较好地萌发;根内根生囊霉53号在高盐环境中可较好地萌发,但受低盐条件的影响(P<0.05)。结果表明,根内根生囊霉53号则仅对高盐环境有较好适应性,摩西管柄囊霉26号对不同盐环境具有较强的适应能力,2号对不同pH具有较强的适应性,而摩西管柄囊霉19号对不同pH和盐环境均有较强的适应能力,明显优于其他菌株;。 (3)盆栽条件下将不同的番茄菌根化苗移栽入滩涂盐碱土中继续培养,结果发现,番茄移栽前不论是否菌根化,在移栽后均被AM真菌侵染,且除摩西管柄囊霉15号外的所有菌根化番茄处理均显著高于CK(P<0.05),其中在番茄苗期,摩西管柄囊霉2和19号的侵染效果最好,收获期则是摩西管柄囊霉19号的侵染效果和促生效果最好。通过番茄果实产量及品质指标发现,摩西管柄囊霉15号同时显著促进番茄产量及果实中糖酸比(P<0.05),而摩西管柄囊霉19号同时显著促进番茄产量及果实中可溶性固体物含量(P<0.05)。综合各种指标,摩西管柄囊霉19号对滩涂盐碱土中番茄生长和果实品质的作用最佳。 (4)利用土著和外源AM真菌进行番茄菌根化育苗,分别用pH7与pH9条件下的NaCl溶液(0,100和300 mM)对番茄苗进行处理,并采用酶联免疫吸附分析(enzyme-linkedimmunosorbent assay,ELISA)和非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)等测定番茄的生理指标及离子流,结果发现,当不接种AM真菌时,pH7条件下,Cl-以及渗透胁迫是主要胁迫因子,pH9条件下,pH的升高会抑制Cl-内流,进而降低Cl-对CK植株的毒害作用(P<0.05),但高pH抑制Na+外排,进而造成K+/Na+失衡以及膜脂过氧化。不同来源的AM真菌发挥功能所需的环境及其作用机制均有所不同,其中土著AM真菌主要在pH7环境中的高盐条件或pH9的低盐条件下发挥作用,其主要调控机制分别是调控H+内流或通过影响番茄渗透物质(脯氨酸)、膜脂过氧化产物(malonaldehyde,MDA)及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶)活性来作用番茄;而外源AM真菌主要在pH7条件下发挥作用,无盐胁迫或低盐胁迫下明显促进番茄的生长(P<0.05),其主要作用机制是通过调控Cl-、K+/Na+以及渗透胁迫等,进而降低膜脂过氧化反应和抗氧化酶活性。结果表明,不同pH条件下,盐胁迫对番茄的胁迫因子不同,而土著和外源AM真菌的作用机制亦有所变化。 综上所述,滩涂围垦区AM真菌在群落水平上主要受围垦过程中土壤可溶性盐和NO3--N的影响,而个体水平上不同AM真菌对盐碱的响应有所不同;土著AM真菌在滩涂盐碱土中可很好地发挥促生效果,其作用机制主要是影响植物渗透物质、膜脂过氧化产物及抗氧化酶活性等生理代谢及促进H+内流。