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广西甘蔗根际土壤丛枝菌根(AM)真菌多样性研究

廖楠  
【摘要】:广西是我国最大的甘蔗种植区,干旱和长期单一连作引致土壤退化,已成为制约甘蔗产业发展的主要问题之一。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizas, AM)真菌能促进宿主对水分和养分(特别是磷)的吸收和利用,促进土壤生态系统的良性循环。本研究在我们对广西甘蔗根际土壤AM真菌初步调查的基础上,系统采集广西主要甘蔗种植区不同土壤类型的甘蔗根系和根际土壤,通过分子生物学辅助技术,鉴定AM真菌种类,以了解不同土壤类型AM真菌的侵染特点,揭示广西甘蔗根际土壤AM真菌多样性、优势种群及分布特点,以及探究土壤理化性质对AM真菌多样性的影响,为进一步利用AM真菌提高甘蔗抗逆性和土壤养分的利用率提供理论依据。主要结果如下:1.本研究共采集了26个市(县/区),包含7种不同土壤类型的甘蔗根系和根际土壤作为研究对象,获得52份根系、52份土壤。测定了土壤pH值、有机质、总氮、有效磷和交换性Mg2+。研究表明,广西甘蔗土壤酸化严重,pH 6.0以下的占61.5%,其中pH 4.0以下的占5.8%,pH 4.0-5.0占28.8%,pH 5.0-6.0占26.9%。pH 6.0-7.0占25%,pH 7.0以上的占13.5%。有机质、氮含量等土壤营养物质含量偏低。除了有效磷,其余各项土壤理化性质的最高值均为石灰土,而最低值均为砖红壤。2.甘蔗属于菌根型作物。研究表明,甘蔗根系均能与AM真菌形成互惠共生体。经Pearson相关性分析结果表明,根上菌丝与根内菌丝侵染率(R=0.558,P=0.00)、与泡囊的侵染率(R=0.588,P=0.00)呈极显著正相关。根内菌丝侵染率与泡囊侵染率(R=0.435,P=0.001)呈极显著正相关。3.甘蔗根系菌根侵染率受到土壤理化性质的影响。pH值(R=0.367,P=0.007)、有效磷(R=-0.609,P=0.000)与根内菌丝侵染率呈极显著负相关。土壤理化性质对甘蔗根系侵染率的影响因土壤类型不同而存在差异。在赤红壤中,有机质(R=-0.478,P=0.028)、总N(R=-0.541,P=0.01 1)和有效P(R=-0.709,P=0.00)与根内菌丝侵染率呈显著负相关。在砖红壤中,总N与根内菌丝侵染率(R=-0.823,P=0.044)呈显著负相关;有效P和根内菌丝侵染率(R=-0.926,P=0.008)呈极显著负相关。在红壤中,pH值与根内菌丝侵染率(R=0.924,P=0.008)呈极显著正相关;有机质(R=-0.865,P=0.026)、总N(R=-0.860,P=0.028)、有效P(R=-0.877,P=0.022)与根内菌丝侵染率均呈显著负相关。4.本研究采用Nested-PCR扩增AM真菌18S rDNA目的片段,对广西主要甘蔗种植区甘蔗根系和根际土壤样品AM真菌克隆文库进行分子多样性分析。以97%的阈值划分操作分类单元(OTU),将所得到的AM真菌序列划分为32个OTU,通过聚类分析划分为7科13属32种AM真菌。分别为球囊霉科(Glomeraceae)有5属17种;多样孢囊霉科(Diversisporaceae)有2属3个科,:无梗囊霉科(Acaulosporaceae)1属1个种;巨孢囊霉科(Gigasporaceae)有2属2个种;Claroideoglomeraceae科有1属5个种;原囊霉科(Archaeosporaceae)有1属2个种;类球囊霉科(Paraglomaceae)有1属2个种。在32个分子种中,有7个分子种和己知种聚在一起。所有土壤类型均以球囊霉科为主,其次为Claroideoglomeraceae科和类球囊霉科,其他科在所有样地均比较稀有。所以球囊霉科为7种土壤类型的优势科;Rhizophagus属为优势属。5.不同土壤类型的AM真菌多样性。赤红壤发现7科11属22种,砖红壤发现5科7属11种,红壤发现4科8属12种,石灰土发现4科8属14种,其他类型土壤发现5科9属12种。在不同的土壤类型中,根系及根际土壤AM真菌的丰富度和香农维纳指数最高值均为红壤。不同土壤类型的AM真菌物种丰富度、香农维纳指数不存在显著性差异。6.经Pearson相关性分析表明,在砖红壤、红壤、石灰土以及其他类型的土壤中,土壤理化性质与AM真菌物种丰富度没有显著的相关性;在赤红壤中,土壤的pH值与根系AM真菌的物种丰富度呈显著负相关(R=-0.474,P=0.03),交换性Mg2+与根系AM真菌的物种丰富度呈极显著负相关(R=-0.583,P=0.006)。7.对AM真菌分子种进行群落排序发现,根部和根际土壤的AM真菌的群落分布差异较显著。虽然不同类型的根际土壤中,AM真菌的群落结构差异不明显,但在赤红壤和石灰土的甘蔗根系中,AM真菌群落结构分布差异比较明显。此外,将群落排序和环境因子拟合,发现甘蔗根际土壤AM真菌的群落分布与土壤理化性质之间并不存在关系。


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