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冬小麦在不同磷源条件下根系特征和菌根响应度差异

张佳崎  
【摘要】:磷作为植物的大量元素,对植物生长发育具有重要作用,根系是获取磷的主要途径之一,根系结构和形态、生理特征对于植物磷效率具有重要作用,充分挖掘小麦根系特征是提高小麦吸收和利用土壤中磷的有效方法之一,同时土壤中存在着大量的丛枝菌根真菌(arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)可以与作物形成共生关系,形成的菌根途径可以扩大对磷的探索和吸收。本文通过盆栽试验和田间试验的方法,首先研究了在温室中高低磷水平下不同磷效率小麦地上部和地下部特征以及相关性策略变化。然后通过设置3个无机磷水平,5个有机磷水平以及接种AMF后研究小麦根系特征和地上部特征的变化以及不同品种的菌根响应度差异以及影响因素。最后,在田间添加苯菌灵(用于杀灭土壤中原位的AMF)研究自然条件下菌根侵染后根系特征变化。主要结论如下:(1)在低磷条件(0 mg·kg-1)下,高磷效率小麦的地上部生物量、地上部磷含量、磷浓度、相对生长速率和叶绿素含量均显著高于低磷效率品种。在低磷水平下,高磷效率的小麦比低磷效率小麦拥有更小的根长和更低的根冠比,但比它们具有更高的酸性磷酸活性、较多细根比例和较小的根系直径。无论是高磷效率小麦还是低磷效率小麦,在低磷水平下,植株的地上部策略与地下部策略的相关性更强;而在高磷水平(200mg·kg-1)下,相关性较少,地上和地下部的性状变化相对独立。(2)田间试验中添加苯菌灵后可明显减小小麦地上部干重和叶面积,使根际土酸性磷酸酶活性降低,根冠比、根重和根系直径显著降低。对于根直径和细根比例影响并不显著。低磷效率品种的侵染率降幅要低于高磷效率品种。(3)无机磷条件下,小麦根系分泌的低分子量有机酸主要为柠檬酸和酒石酸,接种AMF会抑制根际低分子量有机酸的分泌,但可明显促进磷酸性磷酸酶活性显增。菌根的存在促进小麦地上部干重和叶面积显著增加,在中磷水平(50 mg·kg-1)下,地上部干重增加达显著水平。但是菌根的存在降低了根系结构特征和形态特征的可塑性,但增加了根系生理特征的可塑性。接种AMF后的小麦在中磷水平下表现出最佳的侵染率和菌根响应度,并且高磷效率小麦表现出较高的菌根依赖性。(4)有机磷水平下,接种AMF 同样可明显增加小麦地上部干重,株高和茎粗,根际土有效磷含量以及植酸酶活性,但显著降低了叶片中含氮量。磷水平为50 mg·kg-1时,所有品种小麦地上部特征菌根响应达到最大,并且不同小麦品种间有较大差异。土壤磷水平较丰富时(50—200 mg·kg-1),小麦根系结构和形态特征对接种AMF的响应并不敏感,磷水平较低时(0-20 mg·kg-1),接种AMF可使根长,比根长,根冠比明显增加。磷水平为50mg·kg-1时各个品种生物量菌根响应度和侵染率均达到最佳,小麦品种之间的菌根响应度差异较大,但侵染率差异较小。根际土有效磷含量与植酸酶活性和侵染率具有良好的二次函数关系,生物量菌根响应度随着根际土有效磷含量增加呈现高斯函数关系。与无机磷相比,有机磷条件下小麦的侵染率和菌根响应度存在迟滞效应。小麦根长在有机磷条件下对AMF呈现出负效应,而在无机磷条件下呈正效应。小麦地上部干重生长随着磷水平的增加与无机磷呈现相同的规律。


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