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丛枝菌根对环境变化的响应及其对宿主植物的调节

杨如意  
【摘要】: 地球上80%以上的陆生植物都可与丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)形成菌根共生体,菌根可以改变植物之间的竞争关系、调节植物共存。人类活动引起的全球环境变化(如大气CO_2浓度升高、氮(N)沉降引起的土壤N有效性增加和外来物种入侵等)将直接或间接影响到植物与丛枝菌根真菌的相互作用,潜在地改变植物之间的相互关系。本研究通过在温室内进行的盆栽和根箱试验,研究了丛枝菌根对环境变化(大气CO_2浓度增加、模拟N沉降和外来物种的入侵)的响应及其对宿主植物的调节,取得了以下一些主要结果: 1丛枝菌根对环境变化的响应 CO_2浓度倍增对AMF侵染率和孢子数量的影响不同物种间有很大差异。C_3豆科、C_3非禾本科和C_4非禾本科植物的AMF侵染率显著下降(P<0.05),而C_4禾本科植物牛筋草的AMF侵染率显著增加(P<0.05)。大豆和无芒稗根际土壤中AMF的孢子数量极显著下降(P<0.01),而C_3禾本科植物的显著增加(P<0.05)。AMF与宿主植物之间存在一定程度的选择性,有些AMF能够侵染大部分的宿主植物(common AMF group,CAG),而有些AMF只侵染某个特定的宿主植物(unique AMF group,UAG)。不同类型的AMF对CO_2浓度增加的响应明显不同:CO_2浓度增加使UAG减少而CAG增多。 模拟N沉降处理对大部分植物的AMF侵染率没有显著影响,只有早熟禾、白车轴和婆婆纳的分别下降了49.30%,67.84%和74.52%(P<0.05)。早熟禾、野燕麦、无芒稗和北美车前根际的孢子数量显著增加(P<0.05),而黑麦草、天兰苜蓿、白车轴和婆婆纳根际的孢子数量显著降低(P<0.05)。 外来入侵植物加拿大一枝黄花显著改变构建的AMF群落的孢子组成,地球囊菌(Glomus geosporum)和幼套球囊菌(Glomus etunicatum)的孢子数量显著高于透光球囊菌(Glomus diaphanum)和摩西球囊菌(Glomus mosseae)。被加拿大一枝黄花改变的AMF群落(altered AMF community,A-AMF)和原先的AMF群落(original AMF community,O-AMF)对加拿大一枝黄花和本地种鸡眼草的侵染情况有显著差异:O-AMF对鸡眼草的侵染率显著低于A-AMF,但对加拿大一枝黄花的侵染率两者之间无明显变化。另外,O-AMF和A-AMF在两种植物根部的群落组成和物种相对丰富度也有明显差异。 2宿主植物对环境变化的响应 CO_2浓度升高对植物的株高和生物量均有促进作用,其中C_3非禾本科植物婆婆纳、北美车前和鼠曲草的株高分别提高了130.85%、85.84%和32.13%(P<0.01);不同功能类群植物的生物量增幅依次为C_3豆科>C_3非禾本科>C_3禾本科>C_4禾本科>C_4非禾本科植物。CO_2浓度升高使大部分植物的N、P含量有所增加,但没有达到显著水平。模拟N沉降对植物的株高和生物量也有显著的促进作用,C_3非禾本科植物北美车前和婆婆纳株高的增加均达到了极显著水平(P<0.01),分别提高了14.63%和102.84%。5个功能群中C_3豆科植物的生物量增加最为显著,其次为C_4禾本科和C_3非禾本科(P<0.01)。模拟N沉降处理对大部分植物的N和P含量均有明显的促进作用。 3不同环境下菌根对植物相互作用的调节 未接种AMF条件下,CO_2浓度升高显著增加陆稻和无芒稗的总生物量,促进陆稻的N和P含量,但对无芒稗的影响年间差异很大;接种AMF条件下CO_2升高对植物总生物量和营养吸收的影响不显著。与未接种处理相比,接种AMF显著降低陆稻的生物量以及N和P的含量,对无芒稗却有一定的促进作用。因此,CO_2浓度升高条件下AMF提高了无芒稗对陆稻的竞争力。 模拟N沉降对混种条件下陆稻和无芒稗的总生物量有明显的促进作用。未接种AMF时,陆稻与无芒稗的生物量之比以及陆稻的P含量都随着模拟N沉降处理而下降;而接种AMF时两者的生物量之比年间差异很大,陆稻对N的吸收情况甚至略好于无芒稗。与未接种处理相比,接种AMF使陆稻所有的测定参数均出现显著下降,而无芒稗的响应有较大的年间差异。虽然各项参数均显著降低,但模拟N沉降条件下接种AMF有提高陆稻竞争能力的趋势。 加拿大一枝黄花改变了入侵地AMF的孢子组成、植物根部的AMF群落结构和物种相对丰富度,进而影响本地植物菌根的形成和功能。未被改变的AMF群落(O-AMF)处理中鸡眼草的冠层宽、分枝数、总生物量、总N含量、地上部分~(15)N含量和地上部分P含量比被加拿大一枝黄花改变的AMF群落(A-AMF)处理分别高15.58%(单种),42.42%和53.23%(单种和混种),55.82%和110.14%(单种和混种),64.01%和58.13%(单种和混种),157.19%和113.65%(单种和混种),12.56%和39.20%(单种和混种);而A-AMF处理中加拿大一枝黄花的P含量、地下部分N含量和地上部分~(15)N含量比O-AMF处理分别高61.81%,105.53%和235.35%。


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