菌根真菌对青冈栎幼苗耐旱性和土壤特性的影响及机理研究

发布时间：2020-08-13 14:58

【摘要】：菌根真菌在环境修复中的作用成为近年来生态学领域的一个研究热点。由于菌根在促进植物生长、提高植物抗逆性、修复退化与污染土壤、保持生态平衡、稳定生态系统等方面具有显著作用,因而受到越来越多的关注。我国西南岩溶石漠化地区是典型的生态脆弱区,表层土壤缺水是制约石漠化地区植被恢复的关键因素,土壤浅薄,富钙缺磷,水土流失等因素非常不利于该地区的植被恢复,而菌根真菌所具有的优良生态特性与石漠化地区植被生长的限制因子之间具有较好的耦合关系。本研究对西南石漠化地区常用造林树种青冈栎进行接种菌根真菌试验,以期阐明菌根真菌对提高石漠化造林树种耐旱性与喀斯特土壤特性的影响与作用机制,探讨菌根真菌在石漠化退化生态系统恢复中的生态学意义,为菌根技术在石漠化植被恢复中的广泛应用奠定基础。本研究用3种菌根真菌(摩西球囊霉Glomus mosseae、根内球囊霉Glomus intraradices和彩色豆马勃Pisolithus tinctorius)对喀斯特地区造林树种青冈栎进行接种育苗,在温室大棚内进行盆栽试验,设置正常水分、中度干旱和重度干旱3种水分梯度模拟干旱胁迫,研究了菌根真菌对不同水分条件下青冈栎幼苗生长、叶绿素含量、光合作用、养分吸收、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响作用；利用根系扫描仪Epson PerfectionV700和根系分析软件WinRhizo Pro,分析菌根真菌对青冈栎根总长、根系表面积、根体积等根系形态指标的影响；通过设计分室装置,隔离菌根和菌丝,研究菌根网络对青冈栎根际pH值、养分含量、土壤酶活性、土壤微生物量碳／氮和土壤水稳性团聚体的改良和促进作用；利用分室装置和重氢同位素示踪剂,研究菌根网络(Common Mycorrhizal Networks, CMNs)的水分传输功能,研究菌根网络在促进青冈栎水分吸收和水分再分配中的作用,估算了干旱条件下菌根网络对青冈栎水分吸收的贡献。本研究主要得出以下结论：(1) G. mosseae (Gm)、G.intraradices (Gi)和P. tinctorius (Pt)和混合接种(Mi)均能有效侵染青冈栎幼苗根系,形成菌根共生体。与对照处理相比,在中度干旱胁迫下,接种菌根真菌处理对青冈栎生物量、株高、地径、叶绿素含量和叶片相对含水量均有显著促进作用；在重度水分胁迫下,Pt处理对植株生长指标和叶片相对含水量无显著促进作用。中度干旱条件下,4种接种处理菌根依赖性大小顺序为：Pt(47.68%)Gm(46.27%)Mi(45.47%)Gi(40.87%),在重度干旱条件下,Gm和Gi处理菌根依赖性增加,而Pt处理菌根依赖性下降24.03%。在中度干旱胁迫下,Gm、Gi、Pt和Mi处理青冈栎水分利用效率比对照处理分别提高了23.6%、15.1%、21.7%和18.8%,在重度干旱胁迫下,分别比对照提高了41.1%、39.6%、9.5%和32.6%。(2)与对照处理相比,中度干旱下,Pt处理显著提高了植物总氮含量,而在重度干旱下,Gi处理对植物总氮含量具有显著提高作用；无论土壤是否干旱,所有接种处理均能显著促进青冈栎总磷和总钾的含量。土壤干旱胁迫时,接种菌根真菌使青冈栎体内可溶性糖含量增加,使脯氨酸含量降低,与未接种处理相比,接种菌根真菌使植株更易保持体内水分。与对照处理相比,接种处理植株超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase, POD)和过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性增强,尤其是在重度干旱胁迫下,接种处理POD酶活性显著高于未接种处理,Gm、Gi和混合接种SOD酶活性显著高于对照,而Pt处理与对照处理差异不显著。(3)与未接种处理相比,接种处理青冈栎根系生物量、总根长、根体积和根表面积均显著增加,而根平均直径降低。在中度干旱下,Gm、Pt、Gi和Mi处理根生物量分别比对照处理高86.6%、66.1%、88.4%和84.7%；在重度干旱时,对照处理和Pt处理根生物量显著下降,而其余处理无显著性变化；总根长在中度干旱条件下最大,Gm、Gi、Pt和Mi处理分别比未接种处理高128.3%、120.9%、139.7%和132.5%；重度干旱使青冈栎根总长显著下降。中度干旱胁迫下,未接种处理根平均直径显著高于接种处理,Gm、Gi、Pt和Mi处理根平均直径分别比对照处理低22.4%、31.1%、45.3%和46%。重度干旱条件下,对照处理根平均直径显著大于Gm和Gi处理,而与Pt和Mi处理无显著性差异,接种处理使青冈栎根系变得更细,使青冈栎根系更易从土壤中吸收水分和养分。(4)与对照相比,接种菌根真菌显著降低青冈栎根际土壤pH值；接种处理使根际土壤和非根际土壤碱解氮和速效磷含量显著升高；与非接种处理相比,接种菌根真菌能够显著提高土壤有机质含量；接种处理根际土壤菌丝密度大小顺序为PtGmGi,非根际土壤菌丝密度为GmGiPt;接种处理根际土壤脲酶和酸性磷酸酶活性显著高于非根际土,Pt处理和未接种处理非根际土壤脲酶和酸性磷酸酶活性显著低于Gm和Gi处理。接种处理显著提高了根际土壤微生物量碳含量,而对根际土壤微生物量氮无显著性影响,Pt和未接种处理非根际土壤微生物量碳和微生物量氮均显著低于Gm和Gi处理。同时,接种处理还显著提高了根际和非根际土壤0.25mm土壤水稳性团聚体含量。(5)同位素示踪结果表明,在干旱期间,青冈栎根系具有水分提升和水分再分配功能,相邻青冈栎之间能够通过菌根网络传输水分。根据混合线性模型公式估算,干旱期间,受体室青冈栎体内水分有1.66%的比例是通过菌根网络吸收,由于未考虑尼龙网的阻隔效应和受体室土壤水分部分来自供体室,实际通过菌根网络传输的水分量要远高于估算值。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S792.16;S714

【参考文献】