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《西北农林科技大学》 2017年
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丛枝菌根真菌(AMF)提高青杨雌雄株抗旱性的研究

李朕  
【摘要】:本文调查了不同树龄、不同干旱地区青杨(Populus cathayana Rehder)雌雄株根系、根际菌根和土壤状况,采用Illumina Miseq技术研究了不同干旱地区青杨雌雄株根际细菌和真菌群落结构。利用人工模拟干旱胁迫研究了接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对青杨雌雄株生长、水分状况、光合、渗透调节、抗氧化酶活性等的影响,探究在正常水分和干旱胁迫条件下,青杨雌雄株之间的关系以及接种AMF的效应,揭示AMF提高青杨抗旱性的机制以及维持青杨性别平衡的潜在作用。主要结果如下:1.不同树龄青杨雌雄株菌根侵染和土壤状况青杨雌雄株根系和根际土壤养分含量、酶活性、球囊霉素含量、AMF孢子密度、AMF和外生菌根真菌(Ectomycorrhizal fungi,EcMF)侵染率均随土层深度增加而降低。球囊霉素对土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)的贡献随土层深度增加而增加,随树龄增加而逐渐降低。雌雄株AMF侵染率均随树龄增加而增加。雄株AMF孢子密度随树龄增加而增加,而雌株在10y后开始逐渐降低。雌雄株EcMF侵染率先增加后降低,在3y达到峰值,球囊霉素含量均为先增加,10y达到峰值后降低。雌株根际土壤元素和酶活性达到峰值的时间早于雄株。主成分分析(Principal components analysis,PCA)表明,10y树龄雌雄株间差别最大。同时,根际土壤速效钾、硝态氮、铵态氮和SOC含量对雄株根际土壤环境贡献较大,而土壤脱氢酶活性、AMF孢子密度、硝态氮和SOC含量对雌株根际土壤环境贡献较大。2.不同干旱地区青杨雌雄株菌根侵染和土壤状况青杨雌株的比例随不同干旱地区平均年降水量的降低而降低。青杨雌雄株菌根侵染状况和土壤酶活性等均呈现随土层深度增加而降低。AMF和深色有隔内生真菌(Dark separate endophytes,DSE)侵染率、AMF孢子密度、球囊霉素含量、土壤养分含量和土壤酶活性随干旱程度增加而降低。雄株在根际土壤养分含量和酶活性方面优于雌株。相关性分析显示,青杨菌根状况与绝大多数的土壤养分含量、土壤酶活性等呈显著正相关,与土壤电导率(Electric conductivity,EC)和pH负相关。PCA分析显示,在土层、干旱程度和性别三个因素中,土层的影响最大。土壤过氧化氢酶活性、AMF孢子密度、球囊霉素含量和硝态氮含量最能够反映青海高原青杨立地环境。3.不同干旱地区青杨雌雄株根际微生物群落结构随着不同样地干旱程度的加剧,青杨雌雄株根际真菌和细菌群落多样性均呈现先增加后降低。在雌雄株根际共检测到5个门380个真菌OTUs,仅在雌株有142个,仅在雄株有127个,雌雄株均有的为111个。其中,42个属在所有样地中均被检测到,而绝大部分的属只存在于某一个样地。共检测到21个门6396个细菌OTUs,绝大部分为雌雄株和各样地共同检测到。非度量多维尺度分析(non-metric Multidimensional scaling,nMDS)显示,不同样地间真菌和细菌群落相似度均高于80%,同一样地内雌雄株根际真菌和细菌群落相似度除样地1外均高于90%。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)表明,土壤速效磷、速效钾、铵态氮、EC、pH、水分含量、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性对真菌群落结构影响较大,速效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量,过氧化氢酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性,EC,pH对细菌群落影响较大。4.接种AMF和干旱处理对青杨雌雄株生长特性的影响正常水分和干旱胁迫下雄株的总侵染率为95.5%和86.8%,雌株为95.4%和87.0%。干旱胁迫显著抑制了雌雄株生长、光合、叶绿素荧光、叶片相对含水量(Relative water content,RWC),诱导了植物电解质渗透率(Relative electrolyte leakage,REL)、活性氧、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)和脯氨酸含量以及过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性的提高。接种AMF显著提高了雄株在正常水分和干旱胁迫的株高(43.05%和15.08%)、地径(12.14%和26.46%)、SPAD(2.61%和10.53%)、叶面积(22.77%和21.02%),光合速率(6.27%和16.11%)、气孔导度(22.47%和17.38%)、胞间二氧化碳浓度(1.29%和4.08%)、蒸腾速率(-3.18%和20.77%),对雌株的作用不显著。接种处理提高了雄株POD活性,抑制了雌株根系POD活性。PCA分析显示,接种处理对于雄株耐旱性的增强效果优于雌株。5.接种AMF和干旱处理对青杨雌雄株间相互关系的影响在正常水分中,与单一性别种植相比,雌雄混合种植的接种和未接种雌雄株的株高(雌株5.70%和3.16%,雄株15.78%和7.87%)、地径(23.38%和6.97%,14.81%和11.92%)、SPAD(3.41%和3.33%,2.26%和1.16%)、LA(25.81%和77.97%,1.14%和15.23%)均稍微增加;在干旱处理中,混合种植也提高了接种和未接种青杨的株高(27.39%和20.24%,5.99%和7.61%)、地径(31.02%和4.22%,3.23%和13.14%)、SPAD(6.66%和1.31%,4.69%和5.75%)和LA(46.67%和70.34%,18.29%和5.02%)。同时,混合种植也显著提高了雌雄株叶片和根系中C、N、P、K、Ca和Mg元素的含量,接种AMF缩小了雌雄株间生长和元素含量(除Mg元素)的差距。PCA分析显示,接种AMF对雄株有明显的促进作用,对雌株的影响不显著。同时,相较于单一性别种植,雌雄混合种植对于雌雄株均有一定的正效应。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S792.113;S714

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