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丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的效应及其作用机理

王明元  
【摘要】: 丛枝菌根真菌是地球上广谱分布的一类土壤微生物,能够与寄主植物形成互惠共生体,帮助寄主植物从土壤中吸收更多的矿质元素和水分,因而对植物的生长和发育尤其重要。在栽培条件下柑橘根系根毛很少且短,甚至无,需要依赖丛枝菌根的吸收作用维持其正常生长,从而对丛枝菌根的依赖性强。柑橘是一类缺铁敏感的果树,生产上常常因土壤中高钙或高pH等因子影响出现缺铁现象,严重引起产量降低、品质下降。本研究以柑橘常用砧木枳和红橘为试材、以丛枝菌根真菌球囊霉属(Glomus)中的3个菌种为菌剂,探讨其对柑橘铁吸收的影响及其作用机理,为阐明菌根真菌提高矿质营养吸收提供理论依据,进而为丛枝菌根真菌在柑橘上的应用提供参考。本研究主要内容和结果如下: (1)丛枝菌根真菌对柑橘及其微域环境影响的研究。以G.mosseae、G.versiforme和G.diaphanum为供试菌种,接种于枳(Poncirus trifoliata(L)Raf.)实生苗上进行4种基质盆栽试验,从菌根发育、植株生长和土壤微生物等方面比较上述3种菌种的接种效果。结果表明,丛枝菌根真菌对柑橘的作用存在种间差异,4种基质中,接种G.versiforme的枳实生苗菌根发育最好(如菌根侵染率和菌丝密度最高),其株高、茎粗和根系体积明显高于接种G.mosseae和G.diaphanum的,且根围土壤中细菌、真菌和放线菌的微生物量最大,分别达到了155.66×10~6 cfu/g、71.25×10~6 cfu/g和36.61×10~5 cfu/g,其它两种真菌效应比较没有一定规律。因此,G.versiforme是这3种丛枝菌根真菌中最适合柑橘接种的。 (2)不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收影响。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳(Poncirus trifoliata(L.)Raf.)和红橘(Citrus reticulata Blanco)实生苗上进行盆栽砂培试验,营养液pH值分别设置4个水平,枳的为pH 5.0、6.0、7.0和pH 8.0,红橘的设置为pH 5.2、6.2、7.2和pH 8.2。从植株生长量、叶绿素和叶片铁含量、根系质子分泌等方面衡量菌种G.versiforme对柑橘铁吸收的影响。结果显示,丛枝菌根真菌提高了枳和红橘实生苗株高、干重、叶绿素、叶片活性铁和全铁含量,最大增幅分别为33.34%、26.83%、32.72%、24.37%和13.75%。在高pH处理下,未接种的枳和红橘根系分泌大量的质子,表现出强烈的缺铁信号,而接种处理的质子分泌量明显较少,这说明丛枝菌根真菌提高了柑橘体内铁营养。 (3)缺铁和重碳酸盐处理下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的作用。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳和红橘实生苗上进行盆栽砂培试验,缺铁和重碳酸盐处理分别设置4个水平,枳的为CK(pH 6.0)、-Fe(pH 6.0)、CaCO_3(pH 7.0)和CaCO_3 {pH 8.0),红橘的设置为CK(pH 6.2)、-Fe(pH 6.2)、CaCO_3(pH 7.2)和CaCO_3(pH 8.2)。从植株生长量、叶绿素和叶片活性含量、叶片组织结构以及叶片矿质元素的比值及根系FCR活性、总酚等方面研究接种G.versiforme对柑橘铁吸收的作用。结果显示,缺铁条件下,柑橘叶片变薄,栅栏组织和海绵组织二者界限模糊,细胞排列紧密;接种G.versiforme促进了叶片活性铁的积累和叶绿素的合成,提高了叶片Fe/Mn和K/Ca的比值,增强了叶片POD、CAT以及根系FCR活性和总酚含量,最大增幅分别为66.67%、22.46%、54.04%、50.17%、12.87%和12.70%;降低了P/Fe、50(10P+K)/Fe,最大降幅分别达到了52.33%和35.58%。 (4)丛枝菌根真菌与柑橘不同根围土壤中各形态铁的关系。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳和红橘实生苗上进行盆栽砂培试验,利用根袋技术将根围土壤分为0-2 cm、2-4 cm和4-8 cm 3个土层,研究丛枝菌根真菌对柑橘不同根围土壤中交换态铁,氧化锰结合态铁,碳酸盐结合态铁,有机质结合态铁,无定型氧化铁结合态铁,晶形氧化铁结合态铁、残渣态铁和有效铁及土壤球囊霉素年动态变化的影响。结果表明,残渣态铁、有机结合态铁以及交换态铁是土壤中有效性铁的组成部分,而碳酸盐结合态铁和无定形氧化铁结合态铁则抑制了土壤中铁的有效性。丛枝菌根真菌基本上降低了不同根围土壤中残渣态铁、有机结合态铁以及交换态铁的含量,最大降幅分别达到55.27%、42.15%和59.10%,促进有效铁的吸收。此外,土壤中球囊霉素能够螯合铁、锰、铜和锌等金属,具有缓解土壤铁紧张的作用。 (5)柑橘根系FR01基因克隆以及丛枝菌根真菌对FR01表达分析。提取枳和红橘根系RNA,利用同源序列法克隆柑橘根系FR01基因,并利用Real time QT-PCR技术分析接种G.versiforme对柑橘根系FR01表达的影响。结果显示,同源序列法克隆了枳和红橘根系FR01基因,片段长度同为350 bp,与豌豆、苜蓿中三价铁螯合物还原酶基因同源性达到80%以上。接种丛枝菌根真菌提高了不同时期柑橘根系FR01表达量,且缺铁条件下,其表达量要高于正常铁处理的。


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