丛枝菌根真菌在植物种间互作中的调节机制

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JINZI1975
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间作最主要的优势在于比单作栽培可获得较高的产量,即间作优势,特别是在低肥力低投入土壤中间作优势更加显著。间作优势的形成与植物种间互作密切相关。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF)作为一类重要的土壤微生物,能与80%的陆生植物形成共生关系。因此理解间作体系植物种间互作的作用机制,不可忽视AMF的作用。本论文在室内模拟条件下,以豆类/禾谷类间作体系为研究对象,探讨了AMF对植物种间(内)互作的调节作用及对杂草生长的影响;利用Logistic models检测了互作过程中植物生长和养分吸收的动态过程;分析了微生物和不同磷形态对种间互作的调节作用,以及AMF和根瘤菌互作对间作作物生长和养分吸收的影响。以期揭示土壤微生物在作物种间互作中的调节机理。主要结果如下:(1)不接种条件下,P养分资源的缺乏抑制了玉米、小麦、蚕豆和狗尾草的生长,减弱了植物地下部的互作强度。当接种Funneliformis mosseae时,AMF对单作玉米、小麦、蚕豆和狗尾草的生长及N和P养分吸收均具有显著的促进作用;在玉米/小麦/狗尾草或蚕豆/玉米/狗尾草混作的条件下,根系互作和AMF对植物种间(内)互作具有显著的促进作用,加强间作优势,而根系互作和AMF则显著抑制了狗尾草的生长。(2)在小麦/蚕豆间作体系中,不接种条件下,小麦的最大瞬时生长速率(0.303,4).396 g·d-1)约是蚕豆(0.081~0.093 g.d-1)的3-5倍。当接种Funneliformis mosseae时,小麦和蚕豆的最大瞬时生长速率分别为0.286~0.437 g.d-1和0.149~0.277 g·d-1。相对于不接种处理,接种F. mosseae未改变小麦达到最大瞬时生长速率及N和P养分吸收速率的时间,但接种蚕豆的最大瞬时生长速率、N和P养分吸收速率则分别延迟了2-9天、11-16天和16-24天。小麦对AMF的响应较小,接种F. mosseae改变了小麦/蚕豆的竞争关系,AMF不对称性的偏利于蚕豆,提高了蚕豆对N和P养分资源的获取。AMF对小麦/蚕豆在生长、N和P养分资源吸收利用时间上的改变是其共存的重要机制。(3)相对于灭菌处理,不施肥土壤微生物显著抑制了小麦的生长(生物量)、N和P养分的吸收,抑制作用分别达到了253.0、327.0和66.1%。施用植酸钠和KH2PO4促进了小麦的生长和对N和P养分吸收,土壤微生物的抑制效应分别降至149.1、184.9和9.3%(植酸钠);49.0、22.4和44.9%(KH2P04)。施用羟基磷酸钙对小麦的生长无显著影响,KH2PO4对小麦生长的促进作用最为显著。小麦/蚕豆间作在一定程度上可降低土壤微生物对小麦生长的负反馈。与小麦相反,土壤微生物显著促进了蚕豆对P养分的吸收利用,相对于灭菌处理,P吸收量平均增加了31.3%。不同P形态对蚕豆的生长影响较小。小麦/蚕豆间作对根际微生物群落结构无显著影响。小麦/蚕豆在不同P形态利用上的生态位互补及对土壤微生物响应的不同可能有利于间作优势。(4)单一接种AMF (Funneliformis mosseae)和蚕豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)及双接种均显著促进了单作或间作小麦的生长、N和P养分的吸收利用。双接种显著增加了蚕豆的根瘤数。接种AMF促进了根瘤形成及其固氮作用,改善了宿主植物和相邻植物的生长,双接种优势明显大于单一接种。蚕豆通过有机酸或质子释放活化土壤P,有利于种间互作。
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