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披碱草内生真菌对小麦抗旱性的影响机制

强晓晶  
【摘要】:植物内生真菌对宿主植物的生长、生理代谢和营养元素积累有重要影响,其丰富的次生代谢产物具有生物活性。在促进植物生长、生物防控、重金属污染修复和提高植物抗逆性等农业领域具有巨大的应用潜力。本论文从甘肃省和内蒙古干旱地区采集的披碱草种子中分离、纯化并鉴定内生真菌,通过测定内生真菌的生长特性以及分析其液体培养物中的植物激素,结合小麦温室盆栽和大田盆栽实验,研究从披碱草种子中分离的内生真菌对小麦响应干旱胁迫和复水的影响,旨在筛选能够提高小麦对干旱胁迫和复水恢复响应能力的内生真菌,明确其作用机理。本论文取得的主要研究进展如下:(1)从披碱草种子中共分离到12株内生真菌,菌落形态和ITS rDNA序列相结合鉴定内生真菌的分类,从甘肃省披碱草种子分离到5株内生真菌,均属于链格孢Alternaria alternata。从内蒙古披碱草种子分离到7株,其中5株为链格孢属Alternaria sp.,LQ141和LQ144为镰刀菌属Fusarium sp.。(2)菌株LQ1230和LQ141的生长速率较快,具有一定的抗旱性。内生真菌LQ1230、LQ2和LQ141均可以通过色氨酸依赖途径和非色氨酸依赖途径合成生长素(IAA)。其中LQ1230菌株的IAA合成量最高,分别为319.24±14.88μg/mL(添加色氨酸)和40.12±8.59μg/mL(不添加色氨酸)。内生真菌LQ1230、LQ1、LQ2和LQ141的发酵液促进了小麦种子萌发过程中胚芽鞘和根系的伸长,分别使小麦幼苗的胚芽鞘增加了32.11%、27.45%、47.25%和48.75%,根长分别增加了16.81%、17.52%、35.47%和34.76%。水培小麦幼苗实验结果表明,接种LQ1230增加了小麦种子的发芽率,小麦根长比对照增加了27.20%,减小了干旱胁迫对小麦根系和地上部生长的抑制作用。(3)内生真菌LQ1230促进了小麦的生长,显著增加了小麦植株的生物量。在干旱胁迫和复水处理下,LQ1230显著增加了小麦的叶绿素含量和根系干物质量,通过提高干旱胁迫下小麦植株的可溶性糖和脯氨酸的含量,降低小麦的丙二醛含量,从而增加植株对水分的吸收,减轻干旱胁迫对小麦生长的抑制作用。此外,LQ1230提高了小麦的抗氧化物酶POD和CAT的活性。在干旱胁迫和复水处理下,LQ1230抑制了小麦光合速率的降低并增加了光系统II的光合效率,LQ1230显著增加了小麦的C、N累积量,且C、N累积量与干物质量呈显著的正相关关系。(4)不同水分处理下,内生真菌LQ1230、LQ2和LQ141促进了小麦生育后期植株的生长,显著增加了地上部干重(23.48%~21.74%)、根系干重(26.93%~29.63%)和株高(4.23%~9.41%)。LQ1230、LQ2和LQ141通过促进小麦在干旱胁迫和复水处理下的光合速率和水分利用率,增加干旱胁迫和复水条件下的N累积量,平均增加了49.62%和22.85%,特别是提高干旱胁迫下的N累积量,从而增强小麦的抗旱性和复水恢复能力。此外,接种内生真菌LQ1230、LQ2和LQ141的小麦地上部和根系中的Zn含量平均比对照增加了70.77%和27.20%,小麦的产量分别增加了22.57%、23.96%和14.24%。综上所述,披碱草内生真菌促进了小麦的生长,提高了小麦在干旱胁迫和复水处理下的渗透调节能力、抗氧化物酶活性和光合特性,促进了小麦对碳、氮和锌的累积并增加了小麦产量,从而提高了小麦的抗旱性和复水恢复能力。


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