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醉马草—内生真菌共生体对干旱胁迫的响应

夏超  
【摘要】:醉马草(Achnatherum inebrians)是广泛分布在我国北方的烈性毒草之一,其与内生真菌形成了互利互惠的共生关系,从而具备较强的抗逆能力。本研究以带内生真菌(Endophyte-infected,EI)和不带内生真菌(Endophyte-free,EF)的醉马草为材料,通过田间和温室试验,系统比较了参试植株在不同土壤含水量处理下生长、光合与养分吸收能力,及内生真菌对其宿主耐旱能力的调控机制,以期明确醉马草-内生真菌共生体在干旱生境中形成的特殊生存策略。主要研究结果如下:1.设置人工遮雨、灌溉等处理,以自然降水为对照,在田间建立了干旱(≤15%土壤相对饱和含水量,RSMC)、水分充盈(45%-60%RSMC)及对照(20-30%RSMC)等三个土壤含水量梯度。通过两年的试验,发现内生真菌显著提升了醉马草植株的抗旱能力(P0.05)。干旱处理下EI植株叶绿素及净光合速率分别比EF植株高18.6%和65.8%,株高、生殖枝数量及生物量分别增加了16.7%、39.6%和84.5%。2.在温室盆栽试验中建立了重度干旱(15%RSMC)、干旱(30%RSMC)、对照(45%RSMC)和水分充盈(60%RSMC)等四个土壤含水量梯度,以采自夏河[草原湿润度指数(K)=2.00)]和榆中(K=0.64)生境型的EI、EF醉马草种子为试验材料,采用表面及底部两种不同的浇水方式开展试验,发现在15%和30%RSMC条件下,可利用水分主要集中于土壤表面时,EF幼苗根系比EI幼苗更为发达,夏河、榆中母本生境型EI幼苗根系生物量比EF幼苗降低了16.5%、11.0%和20.9%、7.0%;而当可利用水分主要集中于土壤深层时,EI幼苗根系比EF更为发达,夏河、榆中EI幼苗根系生物量比EF幼苗增加了14.4%、12.3%和8.2%、11.9%。在15%和30%RSMC条件下,夏河、榆中母本生境型的EI幼苗比EF幼苗的叶绿素含量增加了11.3%、12.7%和9.6%、11.5%,地上生物量增加了23.7%、14.1%和8.5%、16.7%。而在水分充盈处理下,内生真菌未对两种母本生境型幼苗根系生长、叶绿素含量及生物量积累产生显著影响(P0.05)。母本生境型对醉马草子代抗旱能力也有显著影响(P0.05),表现为榆中母本生境型的幼苗比夏河的叶绿素含量高3.6%,地上生物量高10.8%。3.在土壤相对饱和含水量为15%、30%的条件下,内生真菌和母本生境型显著影响了盆栽醉马草幼苗内源激素,包括脱落酸(Abscisic acid,ABA)、吲哚乙酸(Indoleacetic acid,IAA)和细胞分裂素(Cytokinin,CtK)等,及N、P等养分元素含量(P0.05)。EI比EF幼苗ABA和IAA含量分别高8.5%、43.4%和11.7%、11.4%,CtK含量低13.6%、16.8%,N和P元素含量分别高20.8%、21.0%和24.2%、24.3%。榆中母本生境型的幼苗比夏河的ABA和P含量分别高20.4%和113.2%,CtK和N含量低4.1%和11.5%。4.为期10周的有限供水盆栽试验中,EI与EF幼苗总的水分消耗量无显著差异(P0.05),但夏河、榆中两种生境型EI幼苗平均净光合速率和生物量分别比EF幼苗增加了57.8%和13.2%,表明内生真菌提高了醉马草幼苗的水分利用效率。其中榆中母本生境型EI幼苗的光合速率和地上干重比夏河的分别高出了40.8%和14.7%,但两地EF幼苗间仅净光合速率存在显著差异(P0.05),表现为榆中比夏河高37.0%,表明内生真菌在垂直传播过程中可能作为一种潜在的遗传物质携带者或信息携带者,放大母本对子代抗旱能力的影响。


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