华北平原花生水力性状对水资源供给的响应

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水资源是决定植物生长的关键性因素之一。植物在生长过程中采取相应的策略来适应不同的水资源供给,从而避免其对植物生长造成不利影响。基于植物根、茎、叶等器官的水力性状,已经开展了较多的关于植物水资源调节策略的研究。然而,植物根和叶作为维管组织末端两个重要的器官,其对水资源供给变化的响应是独立响应还是存在关联关系目前还不清楚。此外,植物-土壤微生物互作是否以及如何影响植物根和叶水力性状对水资源供给变化的响应还鲜有报道。本研究以华北平原广泛种植的花生为研究对象,通过盆栽实验,采用水分供给(70%的最大持水量和35%的最大持水量)和接种土壤微生物(单接种丛枝菌根真菌、单接种根瘤菌、混合接种丛枝菌根真菌和根瘤菌以及不接种土壤微生物)的交互实验设计,开展花生根和叶水力性状对不同水资源供给和接种土壤微生物的响应研究,明确不同水资源供给条件下花生根和叶水力性状之间关系,揭示接种土壤微生物对花生根和叶水力性状及其相互关系的影响,从而阐明花生对水资源供给变化的适应机制。研究结果表明:(1)与70%最大持水量处理(Maximum field water holding capacity,FC)相比,35%的FC使花生叶脉密度(Vein density,VD)显著降低了0.8%,但是对叶片组织紧密度(Cell tense ratio,CTR)和上表皮的气孔密度(Upper stomatal density,USD)无显著影响。另外,在接种根瘤菌的情况下,接种丛枝菌根真菌使VD增加了81.8%;在不接种根瘤菌的情况下,接种丛枝菌根真菌使VD降低了4.9%。(2)与70%FC相比,35%FC分别使主根周皮厚度(Periderm thickness,Pe T)、导管总面积(Total vessel area,TVA)分别降低了4.3%和17.5%,但是对细根皮层厚度(Cortical thickness,CT)和细根直径(Fine root diameter,FRD)无显著影响。接种丛枝菌根真菌分别使细根比根长(Ratio of fine root length to fine root biomass,RLB)和TVA显著增加了93.8%和67.3%,但接种根瘤菌对根水力性状均无显著影响。此外,水资源供给和接种土壤微生物对主根直径(Root diameter,RD)也存在着显著交互作用。(3)对于叶水力性状间关系,水资源供给变化没有影响VD与CTR之间的权衡关系,但改变了VD与USD之间的相关关系。对于根水力性状间关系,水资源供给变化改变了RD与Pe T、TVA、RLB之间的相关关系。对于根-叶水力性状间关系,水资源供给变化改变了Pe T、RD、RLB与VD之间的相关关系,以及RD-CTR、RD-USD、TVAUSD之间的相关关系。(4)对于叶水力性状间关系,接种丛枝菌根真菌改变了VD与CTR、USD之间的相关关系,而接种根瘤菌没有影响VD与CTR之间的权衡关系。对于根水力性状间关系,接种丛枝菌根真菌没有影响RD-TVA和CT-FRD之间的协同关系,但改变了Pe T-RLB、TVA-RLB、TVA-USD之间的相关关系。接种根瘤菌没有影响RD与TVA之间的协同关系。对于根-叶水力性状间关系,接种丛枝菌根真菌改变了RD-VD、RD-USD、Pe TVD、Pe T-CTR、TVA-USD、TVA-VD之间的相关关系,而接种根瘤菌改变了TVA-VD、RD-VD、RLB-VD、RD-CTR、TVA-CTR、TVA-USD之间的相关关系。研究结果表明,水资源供给和接种土壤微生物均能够改变花生根与叶水力性状,且根和叶水力性状对水资源供给和接种土壤微生物的响应存在着协同或权衡关系。此外,接种丛枝菌根真菌能够减缓水资源供给减少对花生水力性状的影响。通过研究水资源供给变化和接种土壤微生物对花生水力性状及其相互关系的影响,增加了对植物水分调节策略的认识和理解。
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