杜梨人工林土壤微生物群落结构与菌根化杜梨苗耐盐碱胁迫机制研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liming10060651088
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杜梨(Pyrus betulifolia)为蔷薇科落叶乔木,具备较好的抵御如干旱、严寒、瘠薄和盐碱等恶劣自然环境能力的优势,同时也在药物、繁育、家具等方面具有较大的经济开发利用价值,是中国干旱瘠薄山区中重要的造林先锋树种、城市园林绿化树种和重要的经济树种等。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)可以与绝大多数的陆生植物体建立亲和的共生关系,从而提高植物体自身的抗逆性,促进植物体的生长与发育。但目前,有关接种AMF后对植物体耐受能力增强的认识仍处在进一步丰富和探索的阶段。本试验以杜梨为目标材料,先通过调查盐碱地环境中杜梨人工林土壤微生物的情况,研究杜梨对盐碱地改良的效应,并明确杜梨根际土壤中本土丛枝菌根真菌;再进行盆栽试验探索AMF对杜梨根系侵染的接种技术方案;随后探索杜梨接种AMF后盐碱胁迫耐受性提高的生理生态机制;最后分析不同接种浓度对盐碱地杜梨人工林侵染情况的影响,确定实验室试验是否能推广到实际应用中来。研究结果如下:(1)栽培杜梨能够有效降低土壤中盐碱含量,并对根际土壤中的氮、碳、磷等养分元素的含量均存在不同程度的提高,促进假单胞菌属、溶杆菌属、被孢霉属和酵母属等有益菌属在根际土壤中富集,同时提高了在根际土壤中微生物网络的复杂性和稳性,对盐碱地改良具有较为明显的积极作用。同时在黄河三角洲盐碱地杜梨人工林土壤中共检测出4目,6科,10属,共计14种丛枝菌根真菌,并根据相对丰度较高和能够准确鉴别的条件筛选出本试验所用的AMF为根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)。(2)对杜梨的种子进行不同组分与浓度下的盐碱胁迫处理,研究其对杜梨种子萌发所产生的影响。本试验明确了在盐碱胁迫浓度低于3.0‰时,盐碱环境对杜梨种子的萌发、种子的活力和芽苗长势抑制作用较弱,B组甚至存在促进作用。但在盐碱浓度高于4.5‰后,各处理组中抑制了杜梨种子的萌发、种子活力和芽苗长势。同时确定了杜梨种子对滨洲地区的盐碱组成具有较高的耐受能力,从而为盆栽试验盐碱组成提供了数据依据。(3)在盆栽条件下,通过不同接种方式对杜梨根系侵染情况的影响,发现在盐碱程度为3.0‰时,盐碱胁迫对根内根孢囊霉侵染杜梨根系并未产生显著影响,并且穴施方式的侵染率(82.06%-84.57%)最高,打孔方式的侵染率(78.43%-80.43%)次之,这两种接种方式之间差异不显著,但均显著高于蘸根方式的侵染率(16.67%-19.33%)。并采用穴施方式,在盆栽条件下对3个月的杜梨实生苗与1年生的杜梨移栽苗在不同盐碱浓度下接种Ri,通过测定侵染率发现:当盐碱胁迫的浓度低于6.0‰时,盐碱胁迫对Ri侵染杜梨根系的影响较低,无论是杜梨实生苗还是1年生的杜梨移栽苗,侵染率之间差异均不显著,分别为79.35%-83.69%和72.91%-74.07%,但当盐碱浓度高于6.0‰后,Ri对于杜梨根系的侵染能力随着盐碱胁迫程度的加深而显著下降。(4)在盆栽条件下,通过对实生杜梨幼苗在0、1.5、3、4.5、6、7.5‰等不同浓度的盐碱胁迫下苗高生长量、地上与地下部生物量、杜梨根系构型、体内离子分布情况进行比较,结果表明:接种Ri能够有效促进杜梨幼苗生长并且提高杜梨幼苗各部分生物量,同时提高幼苗根系的表面积、体积和分枝数等,同时减少植物对土壤中Na+的吸收,促进对K+和Ca2+的吸收利用,提高K+/Na+和Ca2+/Na+,从而促进杜梨对不同盐碱胁迫的耐受能力。(5)在盆栽条件下,通过对实生苗杜梨幼苗在不同盐碱胁迫下体内生理指标和光合等指标进行分析,结果表明:接种Ri能够有效降低细胞膜透性,减少叶片中MDA和Pro的积累,促进植物体内如SS和SP等渗透调节物质的积累;提高叶片内SOD和POD等抗氧化酶的活性,有效缓解叶片细胞膜的损伤,清除活性氧对杜梨叶片的毒害作用。同时提高了叶片中Chl a和Chl b等光合色素的积累,提高了光合作用和气孔开放度,增强了实际光化学效率,提高光化学量子效率和电子传递能力,提高了光合作用,促进杜梨的生长发育和生物量的积累,从而提高了杜梨对盐碱胁迫的耐受能力。(6)在大田条件下,通过对施用不同浓度的Ri后杜梨人工林根系侵染率进行比较,结果表明:发现在实际盐碱环境中,接种根内根孢囊霉能够有效的侵染杜梨根系,并且10g/坑(208g/m~3)便能较好的侵染,侵染率能够达到70.45%,与20g/坑(417g/m~3)的侵染率(78.43%)之间差异不显著。这说明,试验室中的结果完全能够进一步在实际环境中进行应用,并且确定了实际环境中的施菌浓度。综上所述,栽培杜梨能够有效改善盐碱土壤环境,并且接种Ri对杜梨幼苗耐盐碱能力的提高可能是先通过改善盐碱胁迫下杜梨根系构型,抑制杜梨对土壤Na+的吸收,同时促进对Ca2+与K+等矿质元素的吸收,调节杜梨体内矿质元素的分布,从而调节细胞的渗透平衡,并通过促进渗透调节物质的积累进一步调节植物体内渗透平衡,缓解盐碱胁迫对杜梨叶片细胞膜系统的损伤程度;还能够通过增强抗氧化酶活性,促进活性氧的还原,来缓解盐碱胁迫对杜梨等植物体产生的损害作用。同时,接种Ri还能够促进杜梨对营养物质的吸收利用,进而影响杜梨叶片中光合色素的合成,促进杜梨幼苗对光能的吸收与利用的能力,最终一同促进杜梨幼苗的生长发育,提高杜梨幼苗对于盐碱胁迫的耐受能力。
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