稻田湿地中AMF的群落动态及其对水稻生长的影响

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flowerofwind
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在中国,水稻生产中化肥及农药的大量使用导致了严重的土壤、水体污染;考虑到中国人多地少的基本国情,在保证水稻产量的前提下降低化肥、农药等投入成为农业可持续发展的必由之路。作为联接“植物-土壤”界面最重要的土壤微生物类群,丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrizal fungi,AMF)能与大多数陆生植物形成共生,并在改善植物养分吸收(尤其是P)、提高植物适生性方面发挥重要作用。作为农林、环境领域最具应用潜力的微生物类群,AMF在湿地生态系统中的广泛存在近年来逐渐获得证实,但是其在湿地环境下的多样性及生态功能所知甚少。水稻是世界上唯一种植在湿地环境下的主要粮作物,目前为止在稻田湿地中AMF多样性及生态学意义还缺乏认识。探究AMF在稻田湿地的存在多样性、分布特征以及它们在湿地环境中对水稻生长、养分吸收的影响不仅能够增加我们对湿地生境AMF多样性的认识,也将为将AMF应用于水稻的减肥增效、促进农业可持续发展提供重要参考。  本研究采用传统的生态学调查及最新分子生物学方法研究了华南地区超过20年处于高投入、集中灌溉水稻种植系统环境下的稻田湿地中水稻不同生长阶段(幼苗期、分蘖期、抽穗期和成熟期)根内及根际土壤AMF群落的多样性及群落动态;并通过模拟湿地环境下的AMF接种水稻盆栽试验,综合运用植物生理生态、分子生物学方法,探究了在不同磷营养水平下AMF对各个发育阶段水稻生长及养分交易的效应。主要研究内容和结果如下:  在水稻的幼苗、分蘖、抽穗和结实期调查分析了华南地区常见常规籼稻(华粳籼-74号、美香占、深港两优和粳稻优998)根系和根际土壤当中AMF共生状况。结果发现,在营养生长期(幼苗期和分蘖期)水稻根内几乎没有AMF定殖,而在水稻的生殖生长期(抽穗期和结实期)水稻根内具有典型的菌根结构,包括菌丝、囊泡和丛枝;其中,抽穗期水稻AMF定殖率为0.6%~7.4%,成熟期水稻根际AMF定殖率为3.3%~17.6%。在此基础上,本研究进一步分析了其中两处稻田湿地中水稻根内和根际土壤中AMF的多样性及群落动态。我们对样品中一段覆盖部分SSU,全部ITS以及LSU rDNA部分区域的AMF序列片段(约1500 bp)进行扩增、克隆和测序,并对获得的AMF序列进行系统发育分析。最终,从根系和土壤样品中我们一共获得639条AMF序列,并将其归类到16个AMF种系型,其中12个属于Glomeraceae、1个属于Claroideoglomeraceae、2个属于Paraglomeraceae,还有1个种系型尚无法在科的水平确认,这说明稻田湿地中AMF多样性水平较高。在考察的两个采样点之间,根际土壤中的AMF种系型构成非常类似,但从根系和从根际土壤中获得的群落之间有明显的差异。采样点的AMF种系型数量相对较高,这表明了一些AMF种类能适应于高投入、集中灌溉的生境条件,它们可能在传统水稻耕作系统具有重要的作用。根系中定殖的AMF的种丰度随水稻的生长而增加,这也表明水稻根际AMF多样性可能与水稻不同阶段对养分需求密切相关。  本研究设计了不同磷水平(高磷、中磷和低磷)下AMF接种水稻(对照、接种Funnelifomis mosseae(GM)和Rhizophagus irregularis(GI)混合菌株、接种农田扩繁的土著菌剂(L-AMF))的模拟湿地环境下的盆栽试验,在不同时期收获水稻,并比较分析不同生长期水稻株高、生物量、根体积、籽粒重、光合效率等指标来探究AMF对水稻生长影响及养分吸收的效应。结果表明:在水稻的生长后期(抽穗期和成熟期),水稻根系AMF定殖率最高,与野外调查结果相一致,说明AMF与水稻根系的共生可能和水稻不用生长阶段对养分需求有关。在低磷水平下,AMF对水稻的纵向生长(株高)有显著增长效应(P<0.05);而在高磷和中磷水平下,AMF对水稻株高均无明显效应。在低磷和中磷水平下,AMF增强了水稻叶片的光合效率,而在高磷水平下则无明显作用。在不同磷水平下,AMF对水稻的生物量均无显著的促进作用,甚至观测到对水稻的抑制作用。在不同磷水平下,接种AMF菌剂的水稻根系体积均显著低于对照。在不同磷水平下,接种GI.GM和本土AMF菌剂对水稻的产量无显著增长效应或是有抑制作用。后续研究中,我们将结合植物生理与分子生物学手段,进一步细致探究AMF对水稻生长及其养分吸收的影响。
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