玉米接种丛枝菌根真菌后对重金属铅(Pb)胁迫的生理响应机制

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重金属铅胁迫使玉米生长受到抑制,而丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与植物共生后可以提高植物的抗逆性,但是,AMF与玉米共生后玉米对铅胁迫的抗逆性如何以及其抗逆机理是什么目前还不清楚。因此,本研究采用温室盆栽试验模拟土壤铅污染,研究玉米接种AMF和不接种之间的差异,揭示AMF共生对玉米铅胁迫的缓解效应及作用机理。试验选用玉米品种为“桂单0810”,采用4×2完全随机设计,包括4个铅浓度水平(0、900、1800、2700 mg/kg)和2个接菌处理(不接种AMF、接种FM:Funneliformis mosseae),并分三个生育时期(喇叭口期,V6;抽雄期,VT;乳熟期,R3)取样,分别测定玉米的农艺性状、叶片荧光特性、抗氧化酶活性、渗透调节物质等生理指标,并检测植株体内的铅含量,计算铅转移系数(TF)和生物富集因子(BF)。主要研究结果如下:(1)接种FM的玉米根系侵染率均达到40%,且在铅浓度900 mg/kg时最大,抽雄期时可达到77%,为整个生育时期各处理中最高值。(2)随着土壤中铅浓度的升高,玉米叶片和根系中重金属铅含量显著增加。接种FM后玉米地上部铅含量降低7.5~64.8%,根系铅含量增加68.9~160.7%,BF和TF显著降低,表明菌根共生抑制铅向地上部的转移(P<0.05)。(3)土壤铅浓度的升高使玉米所受的胁迫增强,其株高、茎粗、干重、鲜重、有效叶片比例与叶面积、根系形态指标显著降低(P<0.05)。而接种FM则使玉米的株高增加10.7~153%,茎粗增加11.4~102.1%,鲜重和干重也显著增加;玉米的有效叶片数、叶面积、叶绿素含量也在接菌后得到提升;玉米根系形态指标中根系长度增加0.65~337.7%、根表面积增加12.5~5.83、根体积增加11.9~1193.3%、根系平均直径增加18.2~568.0%、分叉数增加10.5~470.9%、根尖数增加7.5~500.4%,表明接菌促进玉米根系的生长,延缓叶片衰老,促进玉米对土壤养分的吸收,保证光合作用的正常进行。(4)气体交换参数中的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度分别增加15.5~1381.6%、21.0~168.2%、57.0~190.9%,胞间CO2浓度(Ci)下降45.8~82.3%,且均达到显著水平(P<0.05);快速叶绿素荧光诱导动力学曲线及其相关参数表明,叶片的最大荧光强度(Fm)、可变荧光强度(Fv)以及2 ms(FJ)、30 ms(FI)的瞬时荧光强度均得到提高,单位面积吸收的能量(ABS_CS)、电子捕获的能量(TR0_CS)、电子传递的能量(ET0_CS)以及耗散的能量(DI0_CS)均有不同程度的提高,从而提高玉米叶片对光能的利用效率,促进有机物的合成与生物量的积累。(5)接种FM后玉米叶片SOD酶活性显著增加0.6~12.6%、POD含量增加8.8~193.4%,CAT含量最大提高4.8倍,根系SOD含量显著升高64.3~252.7%,POD含量最大提高90.9%,CAT含量显著增加2.2~526.2%;在抗氧化酶的作用下玉米体内的O2·-含量下降2~53.7%,H2O2也有所降低;同时降低MDA含量,提高脯氨酸与可溶性蛋白的含量;还原型谷胱甘肽(GSH)在乳熟期得到大幅提升,而氧化型谷胱甘肽(GSSH)则有所降低。(6)接种FM的玉米籽粒干重显著提高6~11倍(P<0.05),籽粒中蛋白质含量也高于NM处理。综上所述,玉米接种Funneliformis mosseae可以缓解铅胁迫对其造成的损伤,保证玉米的正常生长。
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