菌根化育苗对玉米生长和养分吸收的影响

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染作物根系形成菌根共生体系对于作物吸收磷具有重要作用,但该结果大多来源于室内受控试验,有限的田间试验因环境条件、试验材料与接种技术等差异致使AMF菌剂应用效果不一。本研究通过玉米菌根化育苗和田间移栽,分析了接种AMF对玉米生长、养分吸收、籽粒产量及养分含量的影响,以期推进菌根技术的实际生产应用。【方法】以自交品系玉米B73为供试作物,于2018年5月至10月在北京市延庆区进行了田间试验。田间小区设置基施磷(+P)和不施磷(–P)处理。供试AMF为Rhizophagus irregularis Schenck&Smith BGC AH01。玉米种子催芽后,分别播入加入AMF菌剂(+M)和菌剂过滤液(–M)的育苗钵内,培养两周后移栽至田间。玉米在田间条件下生长至拔节期时,使用便携式光合仪测定叶片光合速率与气孔导度,取样测定地上部与根部干重和养分元素含量,同时测定菌根侵染率;在玉米完熟期取样,测定籽粒百粒重、籽粒产量及养分含量。【结果】无论田间施磷与否,接菌植株根系的菌根侵染强度和丛枝丰度均显著高于不接菌植株。不施磷情况下,+M处理显著提高了玉米根系干重,玉米生长的菌根依赖性(163.7%)显著高于施磷情形(124.1%)。–P–M处理玉米叶片的光合速率和气孔导度显著低于其他3个处理。–P+M处理玉米叶片的光合参数、玉米地上部和根部磷含量与+P+M均无显著差异。与–P–M处理相比,–P+M显著提高了玉米籽粒产量和百粒重,同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量,且与+P+M处理相比均无显著差异。【结论】玉米幼苗接种AMF后再移栽到田间,可以显著提高拔节期玉米根系的菌根侵染率,促进玉米地上部和根部对磷及锌、锰和镁的吸收,进而促进玉米的生长,提高籽粒产量和养分含量。本试验条件下,菌根化育苗可以达到与施磷同样的效果,在保障作物不减产的前提下减少磷肥施用量。     

丛枝菌根真菌异形根孢囊霉14-3-3蛋白基因的克隆及功能验证

为证明丛枝菌根(AM)真菌在增强植物抗旱性方面的直接作用,克隆了AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)DAOM 197198中的14-3-3蛋白基因Ri14-3-3;通过设计特异性引物,在AM真菌中扩增到了该基因的全长片段。通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)177 w异源表达实验验证了Ri14-3-3的功能。结果表明:在正常水分条件和干旱胁迫下,Ri14-3-3均提高了酵母的生长速率和生长量。正常水分条件下,Ri14-3-3上调了钙调蛋白基因(MAC1)、下调了水孔蛋白基因(AQY3)的表达;干旱胁迫下,Ri14-3-3上调了质膜H+-ATP酶基因(PMA1)、水孔蛋白基因(AQY1)、钙调蛋白基因(CMP)的表达。Ri14-3-3基因能够上调酵母质膜H+-ATP酶基因和水孔蛋白基因,说明干旱胁迫下AM真菌14-3-3蛋白可以调控干旱胁迫响应基因,促进真菌向植物运输水分,从而增强植物抗旱性。     

菌根植物适应低磷胁迫的分子机制

丛枝菌根 (AM) 真菌能够和绝大多数陆生植物建立共生体系,对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。已有很多研究从不同角度揭示了宿主植物和AM真菌协同适应低磷胁迫的生理机制,并已深入到分子和信号水平。本文归纳了近年来相关研究成果,从磷胁迫信号感知、有机酸分泌、磷酸酶与激素合成相关基因、磷酸盐转运蛋白基因、转录因子与小分子物质miRNA等若干方面讨论了菌根共生体系响应和适应磷胁迫的分子机理,重点介绍了1) 环境磷浓度作为营养信号诱发菌根植物的生理响应过程及其在共生体系建立中的关键作用;2) AM真菌调节植物激素平衡进而影响植物生长发育和根系构型的生理机制;3) 丛枝菌根涉及的植物、真菌以及菌根特异诱导植物产生的磷酸盐转运蛋白基因在磷酸盐摄取中的特殊作用及可能调控机制;4) 转录因子作为感知磷胁迫信号和调控转录表达水平的枢纽,在增强植物适应磷胁迫能力方面的重要贡献。这些因素既单独作用又相互关联,共同构成菌根植物适应磷胁迫的分子调控网络。未来需要着重加强菌根共生界面的磷转运机制、菌根植物适应低磷胁迫的转录因子调节,以及各调控因子相互作用研究,从而全面揭示菌根植物适应低磷胁迫的分子调控网络,为发展和应用菌根技术调控植物磷营养奠定理论基础。     

土著菌根真菌和混生植物对羊草生长和磷营养的影响

植物种间相互作用直接影响植物生长、根系可塑性及养分吸收,而与植物共生的丛枝菌根真菌可以改变植物个体和种间养分资源的分配,具有协调种间竞争的潜力.以我国北方草甸草原建群种羊草(Leymus chinensis)和混生植物紫花苜蓿(Medicago sativa)及独行菜(Lepidium spetalum)为供试植物,通过模拟盆栽试验,研究了土著菌根真菌和混生植物对羊草生长、根系形态及磷营养的影响.试验结果表明,土著菌根真菌能够与羊草及紫花苜蓿形成良好共生,而独行菜根内基本未形成菌根共生结构.土著菌根真菌显著降低了羊草及独行菜的生物量,但促进了紫花苜蓿的生长;混种紫花苜蓿显著促进了羊草的生长,而混种独行菜则显著抑制了羊草的生长.土著菌根真菌对羊草根系形态的影响表现出与植株生物量类似的趋势,但不同混生植物对羊草根系生长均无显著影响.土著菌根真菌和混生植物对羊草植株磷含量均无显著影响.与混生植物相比,羊草具有较高的比根长和磷吸收能力,这也解释了其负向菌根依赖性.研究证实了菌根真菌和植物种间相互作用均是影响草原优势植物生长和根系发育的重要因素,深入研究其交互作用对于科学管理草地生态系统,维持植物群落的稳定性和生态系统生产力具有重要意义.     

干旱条件下AM真菌对植物生长和土壤水稳定性团聚体的影响

采用分室培养系统,模拟正常水分和干旱胁迫两种环境条件,探讨不同丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)生长和土壤水稳性团聚体的影响.试验条件下,Glomus intraradices对苜蓿根系的侵染率均显著高于Acaulospora scrobiculata和Diversispora spurcum接种处理.正常水分条件下,供试AM真菌均能显著提高植株生物量及磷浓度.干旱胁迫显著抑制了植株生长和菌根共生体发育,总体上菌根共生体对植株生长没有明显影响,接种D.spurcum甚至趋于降低植株生物量;同时,仅有G.intraradices显著提高了植株磷浓度.AM真菌主要影响到＞2mm的水稳性团聚体数量,以G.intraradices作用效果最为显著.在菌丝室中,G.intraradices显著提高了总球囊霉素含量.研究表明AM真菌对土壤大团聚体形成具有积极作用,而菌根效应因土壤水分条件和不同菌种而异,干旱胁迫下仅有G.intraradices对土壤结构和植物生长表现出显著积极作用.在应用菌根技术治理退化土壤时,需要选用抗逆性强共生效率高的菌株,对于不同AM真菌抗逆性差异的生物学与遗传学基础尚需进一步研究.     

长期围封对不同放牧强度下草地植物和AM真菌群落恢复的影响

为探明人为干扰对草地生态系统生态恢复的影响,以不同放牧强度试验草地为研究对象,调查了围封14a后草地植物群落的多样性,并应用第二代高通量测序技术454测序法分析了植物根际土壤中AM真菌的群落结构。研究结果显示,14a围封保育使得不同放牧强度小区与长期封育小区植被盖度及植物多样性指数基本恢复至同一水平。土壤速效磷含量在重度放牧小区最低(1.00 mg/kg),轻度放牧区最高(2.25 mg/kg),其它土壤理化性质指标在不同小区之间没有显著差异。通过分子鉴定发现所有土壤样品中AM真菌共有87个分类单元(VT),隶属于Diversispora、Otospora、Scutellospora、Glomeraceae Glomus、Rhizophagus、Paraglomus和Archaeospora 等7个属。对不同放牧强度小区AM真菌进行多样性分析,结果表明长期封育小区AM真菌Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数最低,且显著低于中度放牧区,而AM真菌多样性在各放牧小区之间差异不显著。本研究表明长期围封可以有效促进退化草地植物群落的恢复,而AM真菌表现出与植物群落恢复的不同步性。对于草地生态系统退化及恢复过程中植物和土壤功能微生物类群的协同关系还需要进一步系统深入的研究。     

AMF对铁尾矿区草本植物生长参数、营养吸收及种间竞争的影响

采用温室盆栽试验研究了丛枝菌根真菌(AMF)?摩西球囊霉(Funneliformis mosseae)?(FM)和3种不同种植模式对铁尾矿白三叶(Trifolium repens)和黑麦草?(Lolium perenne)生长参数、矿质营养吸收及种间竞争的影响,以期筛选一种既能增强植物定植的能力又能提高尾矿先锋植物重建...     

丛枝菌根真菌对青稞生长发育及磷营养的影响研究

青稞是大麦类作物中的一种，是西藏地区栽培面积最大、产量最多、分布最广的农作物品种。近年来，青稞的保健作用（富含-β葡聚糖和“生育三烯酚”）已得到国内外公认，因而青稞生产受到更广泛的关注。然而，根据西藏首次土壤资源调查结果，全自治区低磷（速效磷〈10mgkg^-1）土壤占总耕地面积的46．9％～72．3％（内部资料）。土壤供磷不足是限制青稞高产的重要潜在因素之一，同时西藏目前没有一家化肥厂，生产、科研所需肥料全靠从内地长途运输。寻找一条经济有效的途径缓解西藏地区农业生产肥料紧缺的状况成为一项迫切的任务。     

施用沼液和接种丛枝菌根真菌对甘草生长及重金属累积的影响

甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)是一种重要的补益中草药。由于野生甘草面临过度采撷和资源耗竭,人工种植甘草规模日益扩大,发展低耗高效的甘草种植技术成为迫切需要。通过盆栽试验考查了不同沼液添加水平(沼液/去离子水体积比:10/0、9/1、5/5、1/9及0/10)下,接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌Rhizophagus intraradices对甘草生长及重金属累积的影响。试验结果表明,AM真菌能够对甘草根系形成良好侵染,菌根侵染率在25.0%~48.4%之间。AM真菌对甘草表现出显著促生作用,接种处理使植株生物量、磷浓度及叶片叶绿素含量分别提高了171%~271%、64%~143%和98%~127%。施用沼液显著提高了植株磷浓度和叶片叶绿素含量,在提高土壤有机质含量和土壤全磷的同时,也增加了植物及土壤铬、铜和铅浓度。在沼液稀释比为10/0和9/1水平下,植物铬、铜和铅浓度超标,而接种AM真菌显著降低了植株重金属浓度至安全阈值以内。施用沼液同时接种AM真菌可在促进甘草生长的同时保障甘草品质,因而在甘草人工种植中具有潜在应用价值。