蜈蚣草高效AM真菌的筛选

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我国西南地区特别是广西砷(As)污染严重,且石灰岩发育土壤比重大,p H值高、As活性强,威胁粮食安全生产。蜈蚣草对土壤As具有良好的富集效果,但在中轻度As污染土壤的修复效率有待提高。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)在提高蜈蚣草(Pteris vittata L.)修复As污染土壤方面具有巨大的应用潜力。但不同种类AM真菌对蜈蚣草生长及As吸收影响差别较大,目前AM菌株资源有限,亟需筛选高效菌株提高蜈蚣草修复效率。本课题组前期对广西南丹县高As矿区及周边地区蜈蚣草根系及根区土壤中AM真菌的资源进行了调查。为了筛选出适应亚热带地区土壤和气候的高效菌株,采集了土壤As浓度不同的4个样地的蜈蚣草根区土样,采用湿筛倾析法分离出4个样地的AM真菌孢子接种到蜈蚣草根系,进行砂培盆栽试验。以30 mg·L-1的Na3As O4·12H2O(aq)作为As源,研究砷胁迫下4个样地的AM菌群及其优势种对蜈蚣草生长及As吸收的影响。对优势种侵染率、P、As吸收促进率进评估行,从中筛选出AM高效菌株,采用形态学和分子学方法对AM高效菌株进行菌种鉴定。主要研究结果如下:1、4个样地的AM菌群(S1、S2、S3和S4)均能侵染蜈蚣草根系,其中S1和S3的侵染率分别为12.80%、10.62%,显著高于S2(7.47%)和S4(5.35%)。S1的孢子密度和产孢量显著高于S2、S3和S4。接种S1、S2、S3、S4,蜈蚣草根部鲜重分别增加了12.3%、13.8%、9.1%、48.8%;蜈蚣草地上部鲜重,除S2降低了4.0%,S1、S3和S4分别增加了7.7%、11.2%和24.8%,接种S4对蜈蚣草的促生作用最显著。接种S1、S2、S3、S4,蜈蚣草地上部磷(P)含量分别增加了17.5%、48.4%、6.0%、28.4%,接种S2显著提高了蜈蚣草根部P含量,接种S1、S3、S4对蜈蚣草根部P含量无显著影响。接种S1、S2、S3、S4,蜈蚣草地上部As含量和As累积量分别增加了73.14%、20.58%、2.20%、9.43%和64.77%、16.65%、5.79%、26.15%。接种S1、S2、S3、S4降低了蜈蚣草根系As含量,但促进了蜈蚣草根系中的As向地上部的转移,As转运系数和As有效转运系数分别提高了57.17%、8.83%、14.13%、14.37%和82.04%、59.92%、50.31%和11.17%。来自低浓度As污染土壤的S1促进蜈蚣草As吸收转运效果最显著。2、9个优势AM真菌菌株对蜈蚣草生长及砷吸收的影响不同。与CK相比,接种K45、F20、K54、F65、B13提高了蜈蚣草地上部鲜重,分别增加了18.68%、14.77%、8.68%、6.92%、1.28%;接种G20、G3-3和K50降低了蜈蚣草地上部鲜重,分别减少了6.61%、13.16%、21.76%和20.51%。9个优势AM真菌均促进了蜈蚣草根部对氮(N)、P的吸收,除K54外的8个AM真菌均提高了蜈蚣草地上部的N、P含量。接种G20、K54、F20、B13、K50和F65显著增加蜈蚣草地上部As含量,分别增加了36.00%、30.77%、23.70%、23.44%、20.32%和17.10%。接种K54、B13、F20、K50、G20、F65、Ce、B1和K45显著提高了As在蜈蚣草地上部的累积,分别增加了62.49%、47.60%、34.23%、34.07%、33.95%、31.65%、31.38%、23.97%和19.40%。F20的As转运系数、As有效转运明显高于其他所有处理,其他优势菌对蜈蚣草地上部As向地上部转移无显著促进作用。除K45外,接种优势、菌提高了蜈蚣草的P吸收促进率,G20、K54、K50、F20、B13对蜈蚣草的P吸收促进率大于20%,而G20的As吸收促进率显著高于其他AM真菌。除K54外,接种优势菌提高了蜈蚣草的P吸收促进率,其中K50、B13、G3-3、F20、G20的P吸收促进率高于20%。3、综合侵染率和P、As吸收促进率,F20、G20为蜈蚣草高效AM真菌。F20、G20的侵染率分别19.56%和17.14%,显著高于其他AM优势菌。F20、G20的P、As吸收促进率均显著高于Ce。与CK、Ce相比,接种G20、F20均显著提高了蜈蚣草地上部As含量,分别增加了36.00%、23.70%和31.09%、19.24%。与Ce相比,接种F20和G20蜈蚣草地上部As累积量分别增加了2.16%和1.95%。G20的砷含量最高,As吸收促进率也最显著,F20的As转运系数和As有效转运系数均大于CK和Ce,有效促进蜈蚣草As的迁移。4、通过18S r DNA AML1-AML2区域序列分析,F20与斗管囊霉属(Funneliformis)的各个种均有较高的序列同源性,与脆层斗管囊霉-Funneliformis fragilistratum能聚为一簇,同源性高达98%。G20与近明球囊霉属(Claroideoglomus)各个种均有较高的序列同源性,与幼套近明球囊霉-Claroideoglomus etunicatum能聚为一簇,同源性高达99%。综合形态学特征,将F20鉴定为脆层斗管囊霉,G20鉴定为幼套近明球囊霉。
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