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《兰州大学》 2010年
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干扰与竞争条件下丛枝菌根菌和数种作物的互作

段廷玉  
【摘要】: 丛枝菌根菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AM)广泛存在于农业系统中,其可与80%的维管植物共生形成内生菌根,提高宿主植物对营养元素和水分的吸收,增加植物产量和抗逆性,进而影响系统中植物群落的组成和演替。本论文在甘肃省庆阳黄土高原于2004年和2005年连续两年研究了传统耕作、免耕、传统耕作+秸杆覆盖和免耕+秸杆覆盖等耕作方式对丛枝菌根菌的影响。在此基础上,以小麦(Triticum aestivum)和野生型(A17)蒺藜苜蓿(Medicago truncatula var. Jemalong)为轮作作物,在温室条件下模拟了黄土高原耕作方式下,土壤干扰和秸秆覆盖对根内球囊霉(Glomus intraradices)和珍珠巨孢囊霉(Gigaspora margarita)等两种丛枝菌根菌和蒺藜苜蓿互作的影响;并以野生型(A17)和突变体(dmi1)蒺藜苜蓿为竞争组合,采用同位素32P标记,进一步研究了丛枝菌根菌在植物竞争中的作用机理。主要结果如下: 1、田间条件下,丛枝菌根菌与玉米(Zea mays)、冬小麦、大豆(Glycine max)等三种轮作作物在苗期均建立了共生关系,但丛枝菌根菌对3种作物的侵染率均较低,分别为玉米11%~30%,冬小麦8%~31%,大豆3%~30%。耕作方式对丛枝菌根菌侵染率的影响因作物、年份和生长阶段而异。与传统耕作相比,免耕和耕作+秸秆覆盖对3种作物菌根菌侵染率平均提高了10%~15%。3种作物在盛花(结荚)期的菌根菌侵染率均高于苗期,2005年的菌根菌侵染率总体高于2004年。耕作方式对作物产量、地上生物量和作物P吸收未产生显著影响,但三者变化趋势较为一致。 2、温室内模拟黄土高原耕作方式,土壤干扰和秸秆覆盖未影响丛枝菌根菌对蒺藜苜蓿的侵染率,亦未影响菌丝室(hyphal compartment, HCs)和根室(root hyphal compartment, RHCs)土壤中的丛枝菌根菌的菌丝长度。根内球囊霉和珍珠巨孢囊霉单独或混合接种,在A17出苗4周后的侵染率分别达到70%、30%和60%,混合接种效应介于单独接种效应之间。7周时,A17单独接种的侵染率均为60%,混合接种的侵染率为25%,混合接种效应表现为对侵入位点的竞争。土壤干扰通过对丛枝菌根菌的作用而影响A17的P吸收和生物量,未接种处理未对干扰表现出任何响应。干扰显著降低了接种丛枝菌根菌A17的P含量和生物量。两种丛枝菌根菌单独接种或混合接种表现出不同的效应,混合接种和珍珠巨孢囊霉使4周龄A17地上部分组织P含量分别降低37.64%和69.67%;但未影响接种根内球囊霉A17地上组织P含量,在7周龄时,干扰使接种根内球囊霉的A17地上组织P含量降低了30.29%,但未影响其他接种处理A17的地上组织P含量。秸秆覆盖仅提高了干扰条件下HCs土壤接种根内球囊霉和RHC土壤混合接种的菌丝长度,或降低了未干扰条件下RHCs土壤菌丝长度(P<0.05),但未对丛枝菌根菌和A17互作产生显著影响。土壤干扰、秸秆覆盖和丛枝菌根菌接种亦影响了土壤水稳性团聚体,但因土壤团聚体颗粒直径而异,土壤干扰降低了1~2 mm和0.25~0.5mm直径土壤团聚体,秸秆覆盖提高了1~2 mm和0.25~0.5 mm直径土壤团聚体,丛枝菌根菌仅提高了直径>2 mm土壤团聚体形成(P<0.05)。 3、筛选出了对丛枝菌根菌生长正效应的野生型蒺藜苜蓿A17和无反应型蒺藜苜蓿突变体dmil,并用于不同基因型蒺藜苜蓿生长竞争试验。A17对dmi1的竞争优势主要是通过其与丛枝菌根菌建立共生体实现,A17中通过丛枝菌根菌吸收的32P含量为dmi1的100~200倍。在不接种丛枝菌根菌的条件下,A17和dmi1对P的吸收和生物量基本相同。接种丛枝菌根菌后,提高了A17在A17+dmi1和A17+17组合中的竞争能力,尤其是在低P水平下,A17的P含量和生物量可达dmi1的1~2倍。丛枝菌根菌-植物组合对竞争反应存在多样性。A17在接种根内球囊霉后,其在不同竞争组合中的侵染率较一致,不施P处理下约为75%,施P处理下约为40%;但接种珍珠巨孢囊霉后,其在A17+A17中的侵染率高于在A17+dmi1中的侵染率。dmi1在dmi1+dmi1组合中,仅个别植株检测到共生体结构,且侵染率极低(<2%),但在A17+dmi1中,个别植株侵染率可高达15%。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S154.3

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