丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的效应及其作用机理

论文摘要

丛枝菌根真菌是地球上广谱分布的一类土壤微生物,能够与寄主植物形成互惠共生体,帮助寄主植物从土壤中吸收更多的矿质元素和水分,因而对植物的生长和发育尤其重要。在栽培条件下柑橘根系根毛很少且短,甚至无,需要依赖丛枝菌根的吸收作用维持其正常生长,从而对丛枝菌根的依赖性强。柑橘是一类缺铁敏感的果树,生产上常常因土壤中高钙或高pH等因子影响出现缺铁现象,严重引起产量降低、品质下降。本研究以柑橘常用砧木枳和红橘为试材、以丛枝菌根真菌球囊霉属（Glomus）中的3个菌种为菌剂,探讨其对柑橘铁吸收的影响及其作用机理,为阐明菌根真菌提高矿质营养吸收提供理论依据,进而为丛枝菌根真菌在柑橘上的应用提供参考。本研究主要内容和结果如下:（1）丛枝菌根真菌对柑橘及其微域环境影响的研究。以G.mosseae、G.versiforme和G.diaphanum为供试菌种,接种于枳（Poncirus trifoliata（L）Raf.）实生苗上进行4种基质盆栽试验,从菌根发育、植株生长和土壤微生物等方面比较上述3种菌种的接种效果。结果表明,丛枝菌根真菌对柑橘的作用存在种间差异,4种基质中,接种G.versiforme的枳实生苗菌根发育最好（如菌根侵染率和菌丝密度最高）,其株高、茎粗和根系体积明显高于接种G.mosseae和G.diaphanum的,且根围土壤中细菌、真菌和放线菌的微生物量最大,分别达到了155.66×106cfu/g、71.25×106cfu/g和36.61×105 cfu/g,其它两种真菌效应比较没有一定规律。因此,G.versiforme是这3种丛枝菌根真菌中最适合柑橘接种的。（2）不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收影响。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳（Poncirus trifoliata（L.）Raf.）和红橘（Citrus reticulata Blanco）实生苗上进行盆栽砂培试验,营养液pH值分别设置4个水平,枳的为pH 5.0、6.0、7.0和pH 8.0,红橘的设置为pH 5.2、6.2、7.2和pH 8.2。从植株生长量、叶绿素和叶片铁含量、根系质子分泌等方面衡量菌种G.versiforme对柑橘铁吸收的影响。结果显示,丛枝菌根真菌提高了枳和红橘实生苗株高、干重、叶绿素、叶片活性铁和全铁含量,最大增幅分别为33.34%、26.83%、32.72%、24.37%和13.75%。在高pH处理下,未接种的枳和红橘根系分泌大量的质子,表现出强烈的缺铁信号,而接种处理的质子分泌量明显较少,这说明丛枝菌根真菌提高了柑橘体内铁营养。（3）缺铁和重碳酸盐处理下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的作用。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳和红橘实生苗上进行盆栽砂培试验,缺铁和重碳酸盐处理分别设置4个水平,枳的为CK（pH 6.0）、-Fe（pH 6.0）、CaCO3（pH 7.0）和CaCO3 {pH 8.0),红橘的设置为CK（pH 6.2）、-Fe（pH 6.2）、CaCO3（pH 7.2）和CaCO3（pH 8.2）。从植株生长量、叶绿素和叶片活性含量、叶片组织结构以及叶片矿质元素的比值及根系FCR活性、总酚等方面研究接种G.versiforme对柑橘铁吸收的作用。结果显示,缺铁条件下,柑橘叶片变薄,栅栏组织和海绵组织二者界限模糊,细胞排列紧密;接种G.versiforme促进了叶片活性铁的积累和叶绿素的合成,提高了叶片Fe/Mn和K/Ca的比值,增强了叶片POD、CAT以及根系FCR活性和总酚含量,最大增幅分别为66.67%、22.46%、54.04%、50.17%、12.87%和12.70%;降低了P/Fe、50（10P+K）/Fe,最大降幅分别达到了52.33%和35.58%。（4）丛枝菌根真菌与柑橘不同根围土壤中各形态铁的关系。以G.versiforme为供试菌种,接种于枳和红橘实生苗上进行盆栽砂培试验,利用根袋技术将根围土壤分为0-2 cm、2-4 cm和4-8 cm 3个土层,研究丛枝菌根真菌对柑橘不同根围土壤中交换态铁,氧化锰结合态铁,碳酸盐结合态铁,有机质结合态铁,无定型氧化铁结合态铁,晶形氧化铁结合态铁、残渣态铁和有效铁及土壤球囊霉素年动态变化的影响。结果表明,残渣态铁、有机结合态铁以及交换态铁是土壤中有效性铁的组成部分,而碳酸盐结合态铁和无定形氧化铁结合态铁则抑制了土壤中铁的有效性。丛枝菌根真菌基本上降低了不同根围土壤中残渣态铁、有机结合态铁以及交换态铁的含量,最大降幅分别达到55.27%、42.15%和59.10%,促进有效铁的吸收。此外,土壤中球囊霉素能够螯合铁、锰、铜和锌等金属,具有缓解土壤铁紧张的作用。（5）柑橘根系FR01基因克隆以及丛枝菌根真菌对FR01表达分析。提取枳和红橘根系RNA,利用同源序列法克隆柑橘根系FR01基因,并利用Real time QT-PCR技术分析接种G.versiforme对柑橘根系FR01表达的影响。结果显示,同源序列法克隆了枳和红橘根系FR01基因,片段长度同为350 bp,与豌豆、苜蓿中三价铁螯合物还原酶基因同源性达到80%以上。接种丛枝菌根真菌提高了不同时期柑橘根系FR01表达量,且缺铁条件下,其表达量要高于正常铁处理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1 课题的提出
• 2 铁元素在植物中的作用
• 2.1 植物体内铁的含量及分布
• 2.2 植物体内铁的生理功能
• 2.3 植物吸收铁的机理
• 2.4 植物铁研究分子进展
• 3 果树缺铁症状、诊断与矫正
• 3.1 果树缺铁黄化的主要原因
• 3.1.1 土壤高含量碳酸钙和重碳酸盐
• 3.1.2 土壤中高含量的磷
• 3.1.3 土壤中的氮素形态
• 3.1.4 其它因子
• 3.2 诊断果树缺铁的方法
• 3.2.1 土壤分析
• 3.2.2 组织分析
• 3.3 矫正果树缺铁的技术与方法
• 3.3.1 叶面喷肥
• 3.3.2 土壤改良
• 3.3.3 断根处理
• 3.3.4 树干注射或埋植
• 3.3.5 滴灌
• 3.3.6 微生物修复
• 3.3.7 更换砧木或品种改良
• 4 丛枝菌根真菌的研究进展
• 4.1 影响丛枝菌根真菌生长与分布的因子
• 4.1.1 影响AM真菌的生态环境条件
• 4.1.2 影响AM真菌繁殖的内在因素
• 4.2 丛枝菌根真菌的主要作用
• 4.2.1 溶解、活化土壤养分、改善作物矿质营养
• 4.2.2 加强寄主植物光合作用及水分循环运转,提高抗旱性
• 4.2.3 提高植物抗病性
• 4.2.4 促进植物生长发育,增加产量,改善品质
• 4.3 丛枝菌根真菌在果树上的研究
• 4.3.1 果树菌根资源及分类
• 4.3.2 丛枝菌根真菌对果树的生理效应
• 5 本研究的内容、目的和意义
• 第二章 丛枝菌根真菌对柑橘及其微域环境影响研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 丛枝菌根真菌萌发率
• 2.2 丛枝菌根真菌对枳实生苗侵染情况
• 2.3 丛枝菌根真菌对枳实生苗生长的影响
• 2.4 丛枝菌根真菌对根围微生物分布的影响
• 2.5 丛枝菌根真菌对基质中土壤酶类的影响
• 3 讨论
• 3.1 丛枝菌根发育的比较
• 3.2 丛枝菌根真菌对柑橘生长的影响
• 3.3 丛枝菌根真菌对根围微生物的影响
• 3.4 丛枝菌根真菌对土壤酶类的影响
• 第三章 不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 丛枝菌根真菌对柑橘侵染情况
• 2.2 丛枝菌根真菌对柑橘生长的影响
• 2.3 丛枝菌根真菌对柑橘叶绿素和叶片铁含量的影响
• 2.4 丛枝菌根真菌对柑橘叶片P/Fe和50（10P+K）/Fe比值的影响
• 2.5 丛枝菌根真菌对柑橘POD和CAT活性的影响
• 2.6 丛枝菌根真菌对柑橘根系FCR活性和总酚的影响
• 2.7 丛枝菌根真菌对柑橘根系质子分泌的影响
• 2.8 菌根侵染率与柑橘缺铁指标的相关性分析
• 2.9 柑橘叶绿素与各缺铁指标的相关性分析
• 3 讨论
• 3.1 不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘侵染状况
• 3.2 不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘缺铁指标的影响
• 3.3 不同pH下丛枝菌根真菌对柑橘根系质子分泌的影响
• 第四章 重碳酸盐引导的缺铁胁迫下丛枝菌根真菌对柑橘铁吸收的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 丛枝菌根真菌对柑橘生物量的影响
• 2.2 正常供铁与缺铁下叶片组织结构观察
• 2.3 丛枝菌根真菌对柑橘叶片叶绿素和铁含量的影响
• 2.4 丛枝菌根真菌对柑橘叶片矿质元素含量的影响
• 2.5 丛枝菌根真菌对柑橘叶片矿质元素比值的影响
• 2.6 丛枝菌根真菌对柑橘POD和CAT活性的影响
• 2.7 丛枝菌根真菌对柑橘根系FCR活性和总酚的影响
• 3 讨论
• 3.1 缺铁和重碳酸盐胁迫对菌根侵染率和柑橘生长的影响
• 3.2 缺铁下叶片组织结构变化
• 3.3 缺铁和重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对矿质元素含量的影响
• 3.4 缺铁和重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对诊断植株缺铁指标的影响
• 第五章 丛枝菌根真菌对土壤中不同形态铁年动态变化的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 丛枝菌根真菌对柑橘根围土壤有效铁年动态变化的影响
• 2.2 枝菌根真菌对柑橘根围土壤各形态铁年动态变化的影响
• 2.3 丛枝菌根真菌对柑橘根围土壤球囊霉素年动态变化的影响
• 2.4 球囊霉素螯合金属含量年动态变化
• 2.5 丛枝菌根真菌对柑橘根围土壤有效磷年动态变化的影响
• 2.6 柑橘根围土壤菌丝密度与球囊霉素以及螯合金属含量的相关性
• 2.7 菌根侵染率与土壤中各形态铁等的相关分析
• 2.8 各形态铁与有效铁的线性回归分析
• 3 讨论
• 3.1 土壤有效性铁与各形态铁的关系
• 3.2 丛枝菌根真菌对土壤有效铁及各形态铁的影响
• 3.3 土壤球囊霉素蛋白结构及作用
• 第六章 铁胁迫下枳和红橘FCR基因的克隆及表达分析
• 1 材料与方法
• 1.1 试剂与试剂盒
• 1.2 缓冲液、试剂的配置
• 1.3 试验材料
• 1.4 试验设计
• 2 试验方法
• 2.1 生理指标的测定
• 2.2 总RNA的提取
• 2.3 总RNA完整性检测
• 2.4 cDNA第一链的合成
• 2.5 PCR扩增条件
• 2.6 目的片段回收
• 2.7 目的片段与载体链接
• 2法制备感受态细胞'>2.8 CaCl₂法制备感受态细胞
• 2.9 目的片段的转化及克隆鉴定
• 2.10 序列合成与测定
• 2.11 FRO1基因在枳和红橘组织中的表达分析
• 2.12 定量PCR检测柑橘根系FRO1基因的表达
• 2.13 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 FRO1的克隆
• 3.2 缺铁与正常铁处理下丛枝菌根真菌对柑橘SPAD值和叶绿素的影响
• 3.3 缺铁和正常铁处理下丛枝菌根真菌对柑橘活性铁含量的影响
• 3.4 缺铁和正常铁处理下丛枝菌根真菌对柑橘根系FCR活性的影响及其Real Time PCR结果
• 4 讨论
• 4.1 柑橘根系FRO1核酸序列的特性
• 4.2 缺铁和正常铁处理下柑橘不同时期根系FRO1表达分析
• 小结
• 1 丛枝菌根真菌提高柑橘铁吸收的机理
• 2 本文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 图版及说明
• 附录Ⅰ:课题资助项目
• 附录Ⅱ:硕博连读期间已发表论文（第一作者）
• 附录Ⅲ:参加学术会议