滨梅与丛枝菌根真菌的共生机制及其应用研究

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滨梅为蔷薇科李属的多年生木本植物,它自然分布于美国东部大西洋沿岸。作为开发利用盐碱滩涂、干旱贫瘠废弃地等的候选物种之一,2001年被引入中国。滩涂等地几年的试验表明,它能在我国滩涂、干旱贫瘠等地上正常生长结实,是多用途的优良特色林果植物,特别是作为海滨绿化植被和第三代果品开发的潜力很大。但目前由于繁殖体的限制及幼苗在重盐碱滩涂生存的低成活率,极大地限制了其在国内的推广。菌根技术的适当使用为我们展示了一条希望之路。本论文以集经济、生态和社会效益于一身的耐盐特色林果滨梅和AM真菌为研究对象,对两者的共生机制进行了初步研究,探索AM真菌在滨梅扦插育苗、耐盐性及引种推广中的应用,旨在为特色林果滨梅滩涂生存的响应和适应提供理论和实践方面的基础材料,为滨梅的无性快繁和栽培提供科学依据和基础,为滨梅在滩涂区的大面积示范推广提供有效的生物技术。这不仅在理论上探讨滨梅菌根生理生态及滨梅对盐沼生境的适应机制,而且在实践上可为滩涂资源、盐碱地的开发利用提供新的优异种质资源和配套的生物技术,对经济、高效、可持续地开发利用滩涂资源具有重要意义。   (1)引种滨梅能与土著AM真菌形成菌根结构,有限样地的观察中未发现丛枝结构(三地滨梅根部细胞内均形成泡囊结构);AM真菌的鉴定显示,滨梅和AM真菌之间匹配没有特异性,侵染的 AM真菌种类取决于土壤的理化性质、土壤中 AM真菌的分布、孢子丰度及植物的种类等诸多因素。侵染率随土壤矿质元素含量的加大而降低,随土壤有机质含量的加大而升高,随土壤盐分含量升高而下降。适当生草有利于AM真菌的侵染。   (2)滨梅扦插育苗所接种的三种AM真菌(Glomus mosseae,G.diaphanum和G.etunicatum)中,G.mosseae侵染导致了最高的生根百分率最多的次生细根,最高的根干重,最高的地上部分干重,最高的幼苗高度及最大的总叶面积。所有AM真菌接种处理形成的初生根的条数与对照的水平差不多。接种G.etunicatum导致了最长根。在大量元素的吸收方面,G.mosseae对大量元素吸收增加的效果最好,G.etunicatum其次,而G.diaphanum的效果与对照很接近;在微量元素的吸收方面,接种3个Glomus种的滨梅插条对于微量元素Mn,Cu,和Zn都显著高于对照,而接种G.diaphanum后对微量元素Fe的吸收量与对照相当接近。根部侵染率及土壤中真菌孢子统计表明,接种G.mosseae插条的根部的侵染率最高,根际中的孢子数量也最多。与对照相比,接种的三个Glomus种都显著增加了滨梅插条根部对AM真菌的侵染率及根际土壤中的孢子数量。在幼苗光合作用方面,接种AM真菌后滨梅幼苗叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均高于对照,且提高了叶绿体a/b的比值,菌根植株的光合速率与对照相比有明显提高,宿主植物硝酸还原酶活性也有显著提高。4种处理中,接种G mosseae和G.etunicatum后每一指标的效果均优于对照,而接种G.diaphanum的指标效果与对照相当接近。接种不同种的AM真菌,在侵染同一种宿主后,效应上出现了差异,提示了筛选与宿主最大匹配的特定AM真菌种的重要性。在本文有限的真菌接种试验中实验中,G.mosseae和G.etunicatum是较好的选择。   (3)滨梅苗能耐受适度的盐胁迫(0.5%NaCl促进,1%NaCl和对照差异不显著,2%NaCl胁迫以后出现明显受伤症状);滨梅叶内的脯氨酸含量在盐胁迫下,含量变化并不明显,暗示脯氨酸可能不宜作为滨梅耐盐性指标,可溶性糖可能是滨梅响应盐胁迫主要渗透调节物质之一。通过扫描电镜结合能谱仪进行Ⅹ-ray微区分析表明滨梅根尖凯氏带对离子的吸收有明显的阻滞作用。但Na原子含量在所选取直线上都低于同位置K原子含量,因此凯氏带对离子的阻隔可能不是滨梅耐盐的主要机理。在根尖切面的元素分析中,Na原子含量明显少于K原子的含量,说明Na+离子没有大量进入滨梅根尖,这也与线扫描分析中Na原子在所选取直线上都低于同位置K原子含量相吻合。并且随着外界盐胁迫程度的提高,Na原子的含量基本保持稳定,没有明显的提高。因此,我们认为可能滨梅根尖细胞在吸收离子时具有选择性,拒绝Na+离子进入植物体内,来抵御外界环境的盐胁迫。通过这种拒盐的方式,滨梅得以具有在盐胁迫下的高耐受性。   (4)菌根真菌接种至滨梅中能促进该经济果树对盐渍土壤的适应。接种了Glomus mosseae和Glomus etunicagum的滨梅所含的干物质总量明显大于未接种的植物(分别高出47和43%)。菌根化滨梅在2%NaCl胁迫下的P含量比未形成菌根的对照要高(其他条件一致);然而接种AM真菌后滨梅叶片中N含量与对照相比无差别;2%NaCl胁迫下,滨梅的菌根苗植株的Ca含量比对照要高。随着土壤盐水平的提高,滨梅根部丛枝菌根真菌的侵染受到不同程度的抑制;盐胁迫下,三种AM真菌的孢子密度显示出相似的变化趋势。Glomus mosseae和Glomus etunicarum显然能增加滨梅在盐胁迫下的抗性。   (5)盐胁迫下外源Glomus mosseae接种实验显示:NaCl胁迫下,随处理时间延长,接种Glomus mosseae滨梅的Ch含量下降幅度小,Ch a+b含量高,Ch a含量显著提高,Ch a/b极显著增大,叶绿素Fo的上升及Fm与Fv的下降受到抑制,Fv/Fm尤其是Fv/Fo显著提高,表明外源Glomus mosseae有利于保护滨梅的PSⅡ,增强其PSⅡ在盐胁迫下的原初光能转化效率,促进光合作用原初反应过程,进而促进光合作用;对NaCl胁迫下滨梅叶绿体超微结构的观察发现外源Glomua mosseae可对滨梅光合膜起显著的保护作用,进一步证明了前述结果;在反映PSⅡ状况的2项关键性指标中,是Fv/Fo而非Fv/Fm更能灵敏地反映盐胁迫下滨梅耐盐性与其叶绿素荧光动力学特征的关系。   (6)菌根化滨梅根部微环境的研究结果表明,AM菌根对滨梅根际微生物数量没有产生影响,而只是对根面、根系上微生物数量影响较大,每个处理苗木根部微生物种类以细菌为优势种群,真菌最少,接种 AM菌根真菌的滨梅苗根部微生物总量与菌根侵然率呈正相关(r=0.914,r0.05=0.878)。在一个生长季内AM菌根没有对根际的细菌和放线菌种群数量产生影响。而根面和根系上的细菌总数随着处理不同,表现出较大的差异性。接种Glomus mosseae、Glomus etunicatum处理的苗木根面、根系细菌、放线菌数量均与对照相比表现差异显著。而Glomusdiaphanum处理的苗木根面、根系上的细菌、放线菌数量与对照差异不显著。AM真菌对根部真菌类群的数量没有产生影响。菌根真菌侵染使滨梅根际土壤pH值降低,且降低幅度与菌根侵染率呈正相关。各种处理的滨梅无论是全磷量还是速效磷都表现出正根际效应,并且接种处理苗木根际土壤磷素营养富集显著高于对照。
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