丛枝菌根对吉贝和木棉抗旱性及其根区营养的影响

发布时间：2017-05-20 18:16

  本文关键词：丛枝菌根对吉贝和木棉抗旱性及其根区营养的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：木棉(Bombax ceiba L.)是干热河谷代表植物之一,研究其干旱适应机制以及丛枝菌共生效应对该区的生态恢复具有重要的意义。以培养6个月的2种木棉科植物(吉贝Ceiba pentandra L.和木棉)盆栽苗为材料,接种AM真菌(以不接种为对照),采用称重法控水,设置三个水分梯度:对照(田间持水量70%-75%),中度水分胁迫(田间持水量50%-55%)和重度水分胁迫(田间持水量30%-35%)。测定接种AM真菌(Arbuscular mycorrhiza)的吉贝和木棉干旱胁迫下的生长效应、光合生理、荧光参数变化、渗透调节机制、土壤养分、叶片营养和菌根侵染,探究接种丛枝菌与干旱胁迫对对木棉科植物的抗旱性、根区养分和养分传输规律的影响。结果表明:(1)吉贝和木棉对水分胁迫的生长响应敏感。随着胁迫强度提高和胁迫时间延长,地径、苗高、叶片数量和生物量逐渐降低。重度水分胁迫第1 d幼苗地径停止增长,中度水分胁迫第5 d地径停止增长,地径停止增长后逐渐出现“干缩”的现象。重度胁迫第7 d出现落叶,第25 d高生长停止,第45 d叶片全部掉落,第60 d植株死亡。对照处理组根茎叶水分含量基本相同,在胁迫条件下水分含量为:叶根茎,叶片优先获得水分其含水量维持在66%-80%之间。(2)干旱胁迫显著影响吉贝和木棉的光合能力。对照处理的吉贝和木棉Pn、Gs和Tr随干旱时间延长呈先增后降的变化趋势,而随胁迫程度增强而显著降低;中度和重度水分胁迫下,Pn、Gs和Tr存在先减后增,然后又降低的趋势。吉贝和木棉通过短期的干旱适应,光合速率在降低之后又稍有增加,但随胁迫时间延长,自身调节机制打破,光合降低。相同时间和相同水分条件,木棉的光合速率大于吉贝,Pn在第7 d时达到峰值,吉贝Pn最大为35.94μmol/m2·s,木棉Pn最大为41.74μmol/m2·s。(3)光合生理的内在调控机制受PSⅡ活性变化、电子传递和渗透调节物质的影响,干旱胁迫程度的显著影响PSⅡ。干旱初期,电子传递速率降低,Y[NPQ]逐渐降低,但是叶片能够维持较高的光化学效率Fv/Fm在0.63-0.77之间和PSⅡ潜在活性Fv/Fo(2.00-3.41),PSⅡ电子传递活性qP提高、耗散qN增强、Y[NO]随干旱程度的加剧而增加,由此避免PSⅡ产生光氧化或是光抑制,这是吉贝和木棉抗旱的光合特征。到干旱后期Fv/Fm,alpha出现下降,PSⅡ潜在活性受到抑制,电子传递速率降低。当游离脯氨酸和氨基酸的增加时,qN和Y[NO]升高,耗散增强,减小了Fo对PSⅡ的伤害。重度水分胁迫下,吉贝和木棉MDA峰值分别为36.24μmol/g FM和23.54μmol/g FM,达到峰值点的时间表现为MDA游离脯氨酸游离氨基酸,吉贝叶片MDA和游离氨基酸达到峰值较木棉提前。木棉受害的时间晚于吉贝,受害程度也低于吉贝。(4)干旱胁迫下木棉科植物的养分供应均有显著影响,不同器官中养分随干旱程度和土壤养分而变化。随胁迫时间延长,土壤TN、NO3-N、AP和AK含量增加,NH4-N含量减少,TP含量变化呈先增后减,TK含量与TP相反。而随干旱胁迫强度提高,土壤TN、TP、TK、NH4-N、AP和AK都是逐渐降低。根系对氮的吸收量提高,磷钾水平也相应提高,从而影响叶片中氮磷钾含量变化。叶片中氮磷钾含量与根中氮含量最为密切,其次就是磷钾。不同器官中磷和钾营元素含量高低水平:茎根叶;而氮在吉贝中为:叶根茎,而木棉中为:茎叶根。土壤养分库间接影响叶片中氮磷钾含量,尤其是NH4-N升高时对植物受害程度加剧。干旱胁迫条件下不同器官中磷含量都高于对照处理,土壤水分在13.75%-12.36%之间磷吸收量最高,磷钾含量增加可能是吉贝和木棉抗旱的营养特征之一。(5)重度干旱处理侵染率下降,干旱影响了菌根的形成。吉贝中度胁迫(Cp-MS)菌根依赖性最高为50.55%,其次为木棉对照处理(Bc-CK)菌根依赖性为45.15%;而相对产量也随菌根依赖性的变化而变化。(6)菌根的形成是木棉适应干热河谷气候重要机制。接种AM真菌可以促进苗高和地径生长,加快生长速率,增加叶片数量,延缓生长停止的时间和叶片掉落的时间,显著促进生物量的增加。AM真菌提高植株光合能力的表观机制是改善植物体水分含量,促进Gs和Tr升高(分别为28%-54%和30%-57%);而内在机制是PSⅡ反应中心电子传递速率ETR和电子传递活性qP提高(分别为13%-28%和10%-28%),并促进Fm、Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、alpha升高,但不利于提高qN、Y[NPQ]和Y[NO]。同时,接种AM真菌缓解了胁迫程度,从而导致用于渗透调节的MDA和游离氨基酸含量降低(分别为6%-14%和3%-11%),游离脯氨酸含量提高,增强了活性氧清除能力,降低了膜脂的伤害。接种AM真菌提高土壤TN、TK、NH4-N、NO3-N、AP和AK含量,并提高根中氮磷钾磷的含量,叶片氮磷钾含量也随之增加。综上结果:干旱是影响吉贝和木棉生长、光合和养分变化的主控因素。AM真菌对干旱胁迫具有延缓作用,此种作用是基于改善植物体水分稳态、促进气孔开合,提高ETR和qP、以及降低MDA和游离氨基酸;同时AM真菌有效提高植物营养水平,从而提高寄主植物抗旱性。
【关键词】：干旱胁迫 丛枝菌 吉贝 木棉 生长 光合 荧光参数 土壤养分
【学位授予单位】：西南林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q945
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 木棉研究概况13-14
• 1.3 丛枝菌类群研究概况14
• 1.4 树木对干旱胁迫的响应和抗旱机理14-16
• 1.4.1 生理调节响应机理14-15
• 1.4.2 生化调节响应机理15
• 1.4.3 形态上的变化响应15-16
• 1.5 干旱胁迫对树木养分供应的影响16-17
• 1.5.1 干旱胁迫下土壤养分的供应16-17
• 1.5.2 干旱胁迫下叶片养分的变化17
• 1.6 丛枝菌根与树种抗旱性的关系17
• 1.6.1 提高抗旱性的分子机制17
• 1.6.2 提高抗旱性的生理响应17
• 1.6.3 提高抗旱性的生化响应17
• 1.7 丛枝菌根与根区养分供应的关系17-18
• 1.8 研究的目的和意义18-19
• 2 材料和方法19-23
• 2.1 试验材料19
• 2.2 丛枝菌分离鉴定与扩繁19
• 2.2.1 土壤采集19
• 2.2.2 室内分离19
• 2.2.3 扩繁19
• 2.3 苗木培育19-20
• 2.3.1 催芽处理19-20
• 2.3.2 播种和接菌20
• 2.4 干旱处理20
• 2.5 样品采集20-21
• 2.5.1 叶片采集20-21
• 2.5.2 土壤采集21
• 2.6 测定项目及方法21-22
• 2.6.1 生长测定21
• 2.6.2 光合荧光测定21-22
• 2.6.3 生理生化测定22
• 2.6.4 土壤与叶片养分测定22
• 2.6.5 丛枝菌侵染测定22
• 2.7 数据分析22-23
• 3 结果与分析23-57
• 3.1 接种AM真菌与干旱胁迫对吉贝和木棉生长的影响23-28
• 3.1.1 接种AM真菌和干旱对地径变化的影响23-24
• 3.1.2 接种AM真菌和干旱对株高变化的影响24-25
• 3.1.3 接种AM真菌和干旱叶片数量变化的影响25-26
• 3.1.4 接菌和干旱各器官对生物量和含水量的影响26-28
• 3.2 接种AM真菌与干旱胁迫对吉贝和木棉叶片光合作用的影响28-31
• 3.2.1 接种AM真菌与干旱胁迫叶片光合速率响应机制28-29
• 3.2.2 接种AM真菌与干旱胁迫叶片气孔导度响应机制29-30
• 3.2.3 接种AM真菌与干旱胁迫叶片胞间CO_2浓度响应机制30-31
• 3.2.4 接种AM真菌与干旱胁迫叶片蒸腾速率响应机制31
• 3.3 接种AM真菌与干旱胁迫对吉贝和木棉叶绿素荧光参数的影响31-40
• 3.3.1 接种AM真菌与干旱胁迫叶片Fo、Fo′、Fm和Fm′的响应31-34
• 3.3.2 接种AM真菌与干旱胁迫叶片Fv/Fm、Fv/Fo和ETR的响应34-36
• 3.3.3 接种AM真菌与干旱胁迫叶片qP、qN、Y[NPQ]和Y[NO]的响应36-39
• 3.3.4 接种AM真菌与干旱胁迫棉叶片alpha的响应39-40
• 3.4 接种AM真菌与干旱胁迫对吉贝和木棉生理生化的影响40-42
• 3.4.1 接种AM真菌与干旱胁迫MDA响应机制40-41
• 3.4.2 接种AM真菌与干旱胁迫游离脯氨酸响应机制41
• 3.4.3 接种AM真菌与干旱胁迫下游离氨基酸响应机制41-42
• 3.5 接种AM真菌与干旱胁迫吉贝和木棉根区养分和根茎叶营养变化42-50
• 3.5.1 接种AM真菌与干旱胁迫对根区TN、TP和TK的影响42-44
• 3.5.2 接种AM真菌与干旱胁迫对NH4-N、NO_3-N、AP和AK的影响44-47
• 3.5.3 接种AM真菌与干旱胁迫对不同器官全效氮磷钾含量的影响47-50
• 3.6 接种AM真菌与干旱胁迫对吉贝和木棉菌根化的影响50
• 3.7 吉贝和木棉接种AM真菌与干旱胁迫响应的综合分析50-57
• 3.7.1 接种AM真菌与干旱胁迫对生长指标的影响50-51
• 3.7.2 不同生理指标相关性分析51-53
• 3.7.3 叶片和土壤养分相关性分析53-55
• 3.7.4 接种AM真菌和干旱对Pn影响的关系55-57
• 4 讨论57-61
• 4.1 接种AM真菌与干旱胁迫吉贝和木棉生长情况响应57
• 4.2 接种AM真菌与干旱胁迫吉贝和木棉光合和荧光参数的响应57-59
• 4.3 AM真菌与干旱吉贝和木棉MDA、游离脯氨酸和氨基酸的响应59
• 4.4 AM真菌与干旱胁迫吉贝和木棉土壤和根茎叶养分影响的响应59-60
• 4.5 接种AM真菌与干旱胁迫吉贝和木棉菌根化的响应60-61
• 5 结论61-62
• 参考文献62-69
• 附图69-70
• 作者简介70-71
• 论文发表情况71-72
• 导师简介72-73
• 致谢73

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