丛枝菌根真菌与独角金内酯对作物生长的影响

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丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza)是由植物根系与丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizal fungi,AMFs)形成的一种共生体,是最为古老且分布最为广泛的一类菌根。在自然界中,约80%的陆地植物能够形成菌根。其中,几乎全部的农作物都能形成丛枝菌根共生体。丛枝菌根的形成能够显著提高植物对氮磷的吸收。丛枝菌根真菌作为养分交换的通道,能够促进生态系统地上和地下部分养分的交流,在生态系统养分循环中起重要的调节作用。随着有机农业的发展,尤其是近几年丛枝菌根的作用受到特别关注。独角金内酯(Strigolactones)是新近发现的一类植物激素,可作为一种植物生长调节剂不仅影响植物侧芽分枝和寄生植物种子的萌发,还可作为一种信号通过激活丛枝菌根真菌线粒体,为丛枝菌根真菌菌丝提供能量而诱导丛枝菌根真菌菌丝的分枝。因此,独角金内酯对于丛枝菌根真菌在宿主植物根部的定殖起着至关重要的作用。同时,菌丝又是真菌和宿主植物进行营养交换的重要联系部分。尽管丛枝菌根真菌与独角金内酯在植物生命活动中均发挥着重要的作用,但在实际农业生产中两者是否对农作物生长具有协同促进作用目前尚不清楚。因此,本研究以我国典型农作物水稻和玉米为例,研究丛枝菌根真菌与独角金内酯对作物生长的影响,可望为丛枝菌根真菌与独角金内酯在实际农业生产中的运用提供理论依据。主要结论如下:  1)丛枝菌根真菌与独角金内酯对水稻生长的协同作用具有一定的时间效应  在未接种丛枝菌根真菌(AMF)的处理中添加GR24(独角金内酯合成类似物)对水稻的生物量和养分吸收都没有显著影响,但提高了水稻根际土铵态氮的含量(水稻分蘖3-4周添加GR24,增幅为86.2%)和土壤氮的损失率(水稻分蘖3-4周添加GR24,增幅为64.7%),以及根际土的pH值(从5.03±0.05增加到5.31±0.16)。在接种外源丛枝菌根真菌的处理中GR24的协同作用表现出明显的时间效应。在接种丛枝菌根真菌的处理中水稻分蘖前期(第1-2周)和完全分蘖期(1-4周)添加GR24,均没有影响水稻的生物量和养分吸收,但在分蘖期后期(第3-4周)添加GR24则显著提高了水稻磷的吸收量(增幅为66.5%)。虽然在分蘖后期添加GR24,水稻的总氮含量没有显著改变,但根际土的总氮含量显著降低(降幅为43.2%),而铵态氮含量显著增高(增幅为86.0%),土壤氮损失率没有明显改变;同时,根际土pH值显著降低(从5.10±0.17降低到4.74±0.02),而在水稻分蘖期前期和全期添加GR24均没有影响水稻根际土的pH值。可见,在分蘖期后期添加GR24,丛枝菌根真菌与GR24对水稻生长表现出协同促进作用。  2)丛枝菌根真菌与独角金内酯对玉米生长的影响不显著  无论是否接种丛枝菌根真菌,添加GR24(玉米抽雄前一个月)对玉米生长、养分吸收均没有显著影响,对土壤理化性质也没有显著影响。接种外源丛枝菌根真菌对玉米的生物量和氮吸收均没有显著影响,但玉米根部的磷含量显著降低(降幅为36.4%),土壤pH值(从7.34±0.11升高到7.65±0.04)和铵态氮含量(增幅为10.3%)显著增高。  3)绿肥多样性与独角金内酯对水稻生长未表现出协同促进作用  多种绿肥的处理(紫云英+白三叶和冬牧+紫云英+白三叶)能够显著降低土壤的pH值(从5.56±0.15到4.99±0.17和5.07±0.09),但施加独角金内酯(GR24,在水稻分蘖期1-4周添加)并未改变土壤pH值。无论是绿肥处理还是GR24添加均未显著改变土壤的其他理化性质。随着绿肥多样性的增加,水稻的生物量和氮磷吸收量均显著提高(与空白对照处理相比,紫云英+白三叶和冬牧+紫云英+白三叶处理水稻的总生物量增幅分别为71.4%和80.3%,氮吸收量增幅分别为34.1%和30.2%,磷吸收量增幅分别为39.4%和47.7%)。但施加GR24反而降低了多种绿肥处理的水稻生物量(冬牧+紫云英、冬牧+白三叶、紫云英+白三叶、冬牧+紫云英+白三叶处理添加GR24后水稻生物量降幅分别为31.0%、24.2%、42.1%和35.6%),而对单一绿肥处理的水稻没有影响;同时,水稻对磷的吸收受到抑制(对照,白三叶、冬牧+紫云英、冬牧+白三叶、紫云英+白三叶、冬牧+紫云英+白三叶处理添加GR24后水稻对磷吸收降幅分别为47.7%、25.2%、29.7%、23.9%、30.2%和23.1%),氮吸收没有受到显著影响。可见,绿肥多样性可促进水稻生长及对养分的吸收,但GR24的添加并未表现出协同促进作用。  总之,丛枝菌根真菌对作物生长有促进作用,但与GR24的协同促进作用表现出明显的时间效应。在分蘖期全期和前期添加GR24甚至可能抑制丛枝菌根真菌的作用,而在分蘖期后期添加GR24,可促进丛枝菌根真菌作用的发挥。研究结果还发现GR24促进作用的发挥总是伴随着土壤pH值的降低,两者的相关性和内在调控机制有待进一步探讨。
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