黄土高原主要树种丛枝菌根真菌群落多样性及提高宿主抗旱性的研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruguofengdiao
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沙棘(Hippophae rhamnoides)和狼牙刺(Sophora davidii)是黄土高原地区常见的造林树种。本研究采用孢子密度、侵染率检测和变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术相结合的方法,研究了陕西黄土高原不同纬度生态地区、不同季节、不同地貌区沙棘根际丛枝菌根(AM)真菌定殖状况和群落多样性,并分析了沙棘根际AM真菌侵染状况、群落多样性与气候、土壤因子之间的关系。基于DGGE条带基因序列系统发育树所形成的序列群,对风沙草原区、丘陵沟壑区和渭北旱塬区三个地貌区的沙棘根际AM真菌群落结构差异性进行分析。利用盆栽试验探讨了在正常水分和水分胁迫条件下,接种AM真菌对狼牙刺生长、光合作用、根叶形态、营养状况、次生代谢物、渗透调节物质和抗氧化酶的影响,以及接菌对狼牙刺根际土壤中土壤酶、球囊霉素和水稳性团聚体的影响。获得以下主要结论:1.不同纬度生态区沙棘根际AM真菌群落多样性及影响因素五个不同纬度生态区(由南向北依次为:永寿、富县、志丹、横山、榆林)年均温和年均降雨量总体变化趋势是由北向南依次增加,而海拔、土壤pH、速效磷、速效氮和有机碳变化无显著规律。沙棘根际AM真菌总侵染率和孢子密度总体趋势为由北向南依次递增,相关性分析表明,孢子密度与速效磷、总侵染率与中性-微碱性土壤pH呈显著负相关。不同纬度地区AM真菌分子多样性指数差异显著,物种丰富度、Simpsom’s和Shannon-Weiner指数富县最高,均匀度指数志丹最高,永寿物种丰富度、Shannon-Weiner和Simpsom’s指数最低,榆林均匀度最低。不同纬度地区沙棘根际AM真菌群落和环境因子间典范对应分析(CCA)可将AM真菌群落分为4个不同AM真菌种群,各种群对上述气候和土壤因子的响应各不相同。通过Monte Carlo检验表明,土壤中有效磷(P=0.025,F=2.62)和孢子密度(P=0.006,F=1.76)对AM真菌群落结构影响最为显著。2.沙棘根际AM真菌群落季节变化动态及影响因素沙棘根际土壤中土壤酶、球囊霉素、微生物量碳和氮随季节变化均具有一定规律性。不同季节沙棘根际AM真菌定殖状况差异显著,侵染率和孢子密度春季(4月)最低,秋季(10月)最高。相关性分析表明,AM真菌总侵染率与碱性磷酸酶、总球囊霉素、易提取球囊霉素、微生物量碳和量氮呈显著正相关,与过氧化氢酶呈显著负相关;孢子密度与总球囊霉素、易提取球囊霉素、微生物量碳和量氮成显著正相关,与过氧化氢酶呈显著负相关。不同季节AM真菌分子多样性指数除均匀度无显著差异外,物种丰富度、Shannon-Weiner和Simpsom’s指数随季节变化明显,以上三个多样性指数变化趋势均为从春季(4月)至秋季(10月)逐渐上升。主成分分析表明,不同季节间的AM真菌群落多样性存在极显著差异,10月AM群落典型变量值的变异(离散)最小,表明沙棘根际AM真菌在10月最为稳定。不同季节AM真菌群落和土壤酶、球囊霉素、微生物量碳和氮含量变化的CCA分析可将AM真菌群落分为3个不同AM真菌种群。通过Monte Carlo检验表明,微生物量碳(P=0.002,F=2.676)对AM真菌群落结构的季节变化影响最为显著。3.不同地貌区沙棘根际AM真菌群落结构分析黄土高原三个地貌区的沙棘根际AM真菌孢子密度和总侵染率变化趋势为:渭北旱塬区>丘陵沟壑区>风沙草原区。三个地貌区沙棘根际AM真菌DGGE图谱中含有34个条带类型,共计180个条带,其中风沙草原区条带数最少(53个),渭北旱塬区和丘陵沟壑区条带数基本相同(分别为63和64个)。三个地貌区沙棘根际AM真菌DGGE图谱聚类分析表明,渭北旱塬区AM真菌群落结构与风沙草原区、丘陵沟壑区差异显著,风沙草原区和丘陵沟壑区之间AM真菌群落结构差异不显著。从三个地貌区AM真菌DGGE条带得到25个AM真菌基因序列,这些序列通过系统发育树分析,可归纳到Glomus属的12个序列群,其中序列群Glo-C、Glo-D和Glo-G分别与G. indicum、G. constrictum和G.iranicum具有高度相似性,其他九个序列群均与Glomus属的未鉴定种具有高度相似性。12个序列群在三个地貌区分布频率具有一定差异性,Glo-A、C、D、E、G和K为三个地貌区的常见种,Glo-B、F、H、J和L为三个地貌区的偶见种,Glo-I为稀有种。4.干旱胁迫条件下AM真菌对狼牙刺生长及光合特性的影响干旱胁迫条件下,接种G. constrictum和G. mosseae狼牙刺芽干重提高27.5%和15.0%、根干重提高37.3%和17.3%、株高提高36.1%和23.4%、地径提高25.5%和10.2%;狼牙刺叶片净光合速率、最大光化学效率变化趋势为:G. constrictum> G. mosseae>未接种,三处理间差异显著;接种G. constrictum和G. mosseae的狼牙刺相对水分含量提高9.3%和6.1%、水分利用效率提高39.6%和16.2%、实际光化学量子产量提高25.0%和29.2%、光化学淬灭系数提高12.8%和12.8%,而胞间二氧化碳浓度降低29.1%和22.6%、水分饱和亏缺降低29.5%和19.1%,两接种处理间差异不显著;未接种、接种G.constrictum和G. mosseae三处理间狼牙刺叶片叶绿素相对含量、蒸腾速率无显著差异。5.干旱胁迫条件下AM真菌对狼牙刺营养、形态及根际土壤状况的影响水分胁迫条件下,狼牙刺叶片和根系中全N含量以及根系中全P含量变化趋势为:接种G. constrictum>接种G. mosseae>未接种,且三处理间差异显著;接种G.constrictum和G. mosseae叶片中全P含量提高15.4%和14.6%、叶长提高10.6%和7.7%、叶宽提高4.1%和10.0%、根尖数提高11.5%和10.4%,两接种处理间均无显著差异;狼牙刺叶面积、总根长和根表面积的变化趋势为:接种G. constrictum>接种G. mosseae>未接种,碱性磷酸酶活性和易提取球囊霉素含量变化趋势为:接种G. constrictum>接种G. mosseae>未接种,三处理间差异显著;接种G. constrictum和G. mosseae的狼牙刺根际总球囊霉素含量提高34.1%和42.6%、蔗糖酶活性提高40.5%和40.5%、脲酶活性提高61.6%和72.8%,两接种处理间均无显著差异;三处理间的狼牙刺根际过氧化氢酶活性无显著差异;接种G. constrictum和G. mosseae均显著提高了水稳性团聚体比例,其中>2mm土壤提高149.1%和13.5%、0.5-1mm提高23.8%和21.2%、0.25-0.5mm提高14.5%和8.2%、>0.25mm提高20.0%和12.5%。6.干旱胁迫条件下AM真菌对狼牙刺渗透调节物质和抗氧化能力的影响干旱胁迫条件下,根系中淀粉、叶片中游离氨基酸总量以及叶片和根系中黄酮、生物碱、多酚含量变化趋势均为:接种G. constrictum>接种G. mosseae>未接种,根系中游离氨基酸总量变化趋势为接种G. mosseae>接种G. constrictum>未接种,三处理间差异显著;狼牙刺叶片和根系中还原糖、可溶性糖、脯氨酸含量、叶片中淀粉含量以及SOD、CAT和POD活性均为接种AM真菌处理显著高于未接种处理,接种处理之间无显著差异;狼牙刺叶片中MDA、H2O2和O2-含量变化趋势是:接种G. constrictum <接种G. mosseae <未接种,三处理间差异显著;接种G. constrictum和G. mosseae的狼牙刺根系中MDA含量降低15.1%和18.6%、H2O2含量降低29.8%和24.9%、O2-含量降低20.4%和18.9%,两接种处理间无显著差异。
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