锰胁迫下摩西斗管囊霉对盐肤木生长影响的研究

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盐肤木(Rhus chinensis)为漆树科盐肤木属落叶小乔木,具有分布广、生长快、生物量大、耐干旱、耐贫瘠、抗逆性强等特点。该植物为“五倍子”蚜虫的寄主植物,具有较高的经济价值。在湖南湘潭锰矿废弃地调查显示,盐肤木在该区生长良好,自然恢复成林,开花结实正常,说明该植物对高锰污染土壤具有较好的适应能力。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类广泛存在的土壤微生物,在重金属胁迫下AMF与植物之间存在共生关系,这较好地减轻了重金属对植物的毒害作用。为揭示AMF促进植物适应锰胁迫的机制,本研究采用已广泛应用于重金属污染修复的摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)为AMF的代表,以盐肤木为宿主植物,利用盆栽实验研究不同锰浓度下(CK、1、5、10、15 mmol/L)接种Fm对盐肤木植株生长、显微结构、光合特性、生理生化特征、锰富集特性、锰亚细胞组分及化学形态的影响。主要研究结果如下:(1)随着锰浓度的升高,盐肤木种子发芽率、发芽势、发芽指数均呈下降的趋势,且接种Fm组(接种组)种子发芽率、发芽势、发芽指数均低于未接种Fm组(未接种组)。随着锰浓度的升高,盐肤木的生物量呈下降趋势,接种组生物量在较高锰浓度(10、15 mmol/L)时高于未接种组。随着锰浓度的升高,盐肤木比叶面积则呈增加的趋势,接种组的比叶面积均低于未接种组。(2)随着锰浓度的升高,盐肤木叶片厚度、上表皮以及下表皮厚度均呈下降的趋势,且接种组叶片厚度、上表皮以及下表皮厚度均高于未接种组;浓度为15 mmol/L时,接种组叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度相比未接种组增加28.74%、49.79%、75.26%。随着锰浓度的升高,栅栏组织厚度、栅海比、组织结构紧密度呈下降的趋势,接种组栅栏组织厚度、栅海比、组织结构紧密度均高于未接种组;锰浓度为15 mmol/L时,接种组栅栏组织、栅海比、组织结构紧密度相比未接种组增加 54.52%、44.91%、19.89%。(3)随着锰浓度的升高,盐肤木叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均呈下降的趋势,接种组光合色素含量均高于未接种组;锰浓度为15mmol/L时,接种组叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量分别为未接种组的3.61、2.28、1.75倍。随着锰浓度的升高,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾强度(Tr)呈下降的趋势,接种组光合气体交换参数高于未接种组;锰浓度为15 mmol/L时,接种组Pn、Gs、Ci、Tr分别为未接种组的14.49、9.45、1.91、6.73倍。(4)随着锰浓度的升高,盐肤木叶片可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量均呈先增加后下降的趋势,且锰浓度为10、15 mmol/L时与CK相比下降;接种组渗透调节物质含量均高于未接种组。随着锰浓度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈先增加后下降的趋势,接种组抗氧化物酶活性均高于未接种组。高锰浓度胁迫使得盐肤木MDA含量急剧升高,而接种组丙二醛(MDA)含量显著低于未接种组。(5)随着锰浓度的升高,盐肤木中根、茎、叶锰含量均呈增加的趋势,且接种组锰含量高于未接种组;锰浓度为15 mmol/L时,接种组根、茎、叶锰含量分别为未接种组的1.44、1.20、1.07倍。盐肤木生物富集系数(BCF)随锰浓度的升高而下降,接种组中BCF均高于未接种组。转运系数(TF)则随锰浓度的升高呈先增加后下降的趋势,接种组中TF均低于未接种组。(6)从亚细胞组分来看,盐肤木细胞壁组分和可溶性组分中锰含量所占比例最大,且随锰浓度的升高有升高的趋势,接种组盐肤木细胞壁组分和可溶性组分中锰含量高于未接种组。从化学形态来看,随着锰浓度的升高氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态所占比例升高,接种组盐肤木的锰主要以氯化钠提取态和醋酸提取态为主,未接种组主要以去离子水提取态和乙醇提取态存在。本研究表明,在锰胁迫条件下,接种AMF可促进盐肤木生长和根系发育,提高盐肤木光合能力,并通过激活渗透调节系统和抗氧化系统来缓解锰对盐肤木的毒害作用,从而增强盐肤木对锰胁迫的耐受性。同时,AMF的接种提高盐肤木对锰的吸收,但降低其向地上部分的转移,并通过提高细胞壁固持作用以及液泡区隔化作用,降低强活性态锰含量,以此缓解锰对盐肤木的毒害作用。
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