丛枝菌根真菌对柑橘抗旱性的作用及其机理研究

论文摘要

丛枝菌根是土壤中的丛枝菌根真菌与寄主植物根系形成的一种互惠共生体，能帮助寄主植物从土壤中吸收更多的水分和矿质元素，从而成为土壤与植物间物质的运输载体，对植物的生长和发育显得尤为重要。柑橘多栽培于丘陵山地，水分是其获得高产优质的主要限制因子之一。在栽培条件下柑橘根系根毛少且短，甚至无，需要依赖丛枝菌根的吸收作用维持其生长，从而对丛枝菌根的依赖性强。本研究从丛枝菌根真菌的角度，探讨其对柑橘抗旱性的作用及其机理，为阐明菌根抗旱提供理论依据；期望从球囊霉属（Glomus）中筛选出适合我国柑橘发展的真菌／菌种，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）柑橘丛枝菌根真菌菌种抗旱比较研究。以G．mosseae、G．versiforme、G．diaphanum、G．geosporum和G．etunicatum为供试菌种，接种于正常水分或水分胁迫下的枳（Poncirus trifoliata（L．）Raf．）和红橘（Citrus tangerine Hort．ex Tanaka）实生苗上进行盆栽试验，从菌根发育、植株生长、碳水化合物以及抗氧化酶等方面比较上述5种菌种的抗旱效果。结果表明，水分胁迫明显抑制5种菌种对柑橘根系的侵染，但菌根的各部分结构联系更紧密。丛枝菌根真菌对柑橘抗旱性的作用存在种间差异，正常水分和水分胁迫下对枳实生苗高效的菌种分别是G．versiforme和G．mosseae，G．diaphanum是一个很弱的菌种，不具有抗旱潜力；正常水分和水分胁迫下G．mosseae和G．geosporum均对红橘实生苗具有很强的抗旱潜力，G．etunicatum在红橘实生苗上不具备抗旱潜力。（2）丛枝菌根真菌对柑橘水分和渗透调节的影响。以G．mosseae和G．versiforme为供试菌种，接种于不同水分处理的枳或红橘实生苗上进行盆栽试验。结果表明，在20％、16％和12％土壤含水量条件下接种G．mosseae的枳实生苗根系总吸收面积和活跃吸收面积均明显高于对应的未接种植株，有的达到显著水平；G．mosseae接种提高枳实生苗的水分利用效率达20.0％～39.9％。研究还表明，无论在正常水分还是水分胁迫下，G．versiforme接种明显提高枳或红橘实生苗叶片和根系的可溶性糖、可溶性淀粉和非结构性碳水化合物含量，降低脯氨酸含量；在2种水分条件下接种G．versiforme提高枳实生苗根系葡萄糖、果糖和蔗糖含量，对叶片则依水分状况而异。G．versiforme接种提高了2种水分状况下的枳或红橘实生苗叶片和根系的K+和Ca2+浓度，对Mg2+反应不一致。接种G．versiforme显著提高正常水分和水分胁迫下的红橘实生苗叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度。本研究首次观察到，无论正常水分还是水分胁迫下接种G．versiforme都显著降低红橘实生苗叶片温度（降温效果为0.80℃～1.82℃），从而减少叶片水分向外界的蒸散。较高的渗透调节物质提高了菌根化柑橘的渗透调节能力，这种提高与脯氨酸无关，与非结构性碳水化合物、葡萄糖、果糖、蔗糖、K+、Ca2+、Mg2+相关。（3）丛枝菌根真菌对柑橘活性氧代谢的影响。以G．versiforme为供试菌种接种于正常水分或水分胁迫的枳和红橘实生苗上进行盆栽试验，结果表明接种丛枝菌根真菌降低或显著降低柑橘叶片和根系的MDA、H2O2和O2·—含量，提高各种抗氧化酶（如SOD、G-POD、CAT、GR和APX）活性和各种抗氧化剂（如ASC、TASC、GSH、TASC）含量，使ASC-GSH循环更快，清除更多的ROS，从而减轻水分胁迫产生的氧化破坏，使菌根化柑橘在水分胁迫下处于更有利的地位。（4）磷和球囊霉素在丛枝菌根提高柑橘抗旱性的作用及磷与抗氧化的关系。以G．mosseae、G．versiforme和G．diaphanum为供试菌种，接种于正常水分或水分胁迫下的枳实生苗上进行盆栽试验。结果表明水分胁迫增加根际菌丝密度和球囊霉素含量，降低根系ALP和SDH活性。在根系中，菌根侵染率＞SDH＞ALP。接种丛枝菌根真菌提高根际酸性磷酸酶和总磷酸酶活性，使土壤中更多的有机P转化为无机P被植株吸收，导致植株叶片和根系的P含量升高，土壤有效P含量降低。相关性分析表明，菌根的结构、土壤磷酸酶和根内SDH共同促进植株吸收P。根系抗氧化的菌根贡献与菌根对P的贡献之间存在间接的相关关系，与菌根对植株生长和矿质元素（除Ca和Mg）的贡献间没有相关关系。研究首次发现，无论在正常水分还是水分胁迫下接种丛枝菌根真菌在枳实生苗根际都产生一种糖蛋白——球囊霉素，范围在1.63 mg／g～1.93 mg／g。由于球囊霉素的“超级胶水”功能，将小的团聚体粘合成大的团聚体，使2 cm、1 cm和大于0.25 cm的水稳性团聚体提高，0.25 cm的水稳性团聚体降低。据此菌根化土壤具有高度的空隙性和持水性，延迟水分向土壤毛细管流动，最终提高植株的抗旱性。（5）柑橘丛枝菌根发育特性研究。田间条件下观察到柑橘根系具有泡囊、丛枝、侵入点、根内菌丝、根外菌丝等结构，说明柑橘是丛枝菌根类植物。田间条件下国庆1号温州蜜柑（Citrus unshiu Marc Guoqing No．1）和国庆4号温州蜜柑（C．unshiu Marc Guoqing No．4）菌根侵染率和孢子密度年变化均呈“∧”形，有效磷和中性磷酸酶年变化呈“V”形。在不同的土壤深度以10 cm～20 cm的菌根侵染率和孢子密度最高。覆草有利于柑橘菌根发育，施N肥和翻耕抑制柑橘菌根发育。红橘+枳、红橘+粗柠檬、枳、枳橙和枳柚5种盆栽柑橘砧木的侵染率和孢子密度以红橘+枳最高。相关性表明，2种试材的菌根侵染率都与孢子密度呈极显著正相关，与有效磷呈极显著负相关，说明较高的孢子密度和较低的有效磷对菌根侵染率有促进作用；2柑橘品种的孢子密度均与有效磷极显著负相关，与中性磷酸酶和总磷酸酶极显著正相关，表明较高的中性磷酸酶和总磷酸酶对孢子密度有刺激作用，而较高的有效磷对其有抑制作用。柑橘园土壤有机磷矿化主要以中性磷酸酶的酶促为主。最后，结合前人的研究，作者初步提出丛枝菌根真菌提高寄主植物抗旱性的机理模式图，并探讨了菌根化柑橘存在交叉抗性的特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第一章 前言
• 1 课题的提出
• 2 丛枝菌根的结构与功能
• 3 果树丛枝菌根的研究进展
• 3.1 概述
• 3.2 果树丛枝菌根真菌的种类和资源
• 3.3 丛枝菌根对果树的生理效应
• 3.3.1 营养
• 3.3.2 生长
• 3.3.3 代谢
• 3.3.4 抗旱性
• 3.3.5 抗病性
• 3.3.6 果实品质
• 3.4 影响果树丛枝菌根形成的因素
• 3.4.1 寄主
• 3.4.2 土壤
• 3.5 丛枝菌根真菌的繁殖
• 3.6 丛枝菌根真菌在果树生产实践中的应用
• 4 丛枝菌根真菌与植物水分代谢关系的研究进展
• 4.1 丛枝菌根真菌与土壤水分的关系
• 4.2 正常水分下丛枝菌根对植物水分代谢的效益
• 4.3 干旱条件下丛枝菌根对植物水分代谢的效益
• 4.3.1 生长
• 4.3.2 水分状况
• 4.3.3 内源激素
• 4.3.4 苗木成活率
• 4.4 丛枝菌根改善植物水分代谢的作用机制
• 5 本研究的内容、目的与意义
• 第二章 柑橘丛枝菌根真菌菌种抗旱比较研究
• 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 5种丛枝菌根真菌对柑橘菌根发育的影响
• 2.2 5种丛枝菌根真菌对柑橘干物质和菌根依赖性的影响
• 2.3 5种丛枝菌根真菌对柑橘生物学形态特征的影响
• 2.4 5种丛枝菌根真菌对柑橘可溶性糖和可溶性淀粉含量的影响
• 2.5 5种丛枝菌根真菌对红橘实生苗光合特性的影响
• 2.6 5种从枝菌根真菌对柑橘叶片保护酶活性的影响
• 3 讨论
• 3.1 水分胁迫对柑橘菌根发育的影响
• 3.2 寄主植物对丛枝菌根真菌发育的影响
• 3.3 水分胁迫对柑橘菌根依赖性的影响
• 3.4 丛枝菌根真菌对柑橘生长的影响
• 3.5 丛枝菌根真菌对柑橘碳水化合物含量的影响
• 3.6 丛枝菌根真菌对柑橘抗旱性的影响
• 3.7 柑橘抗旱丛枝菌根真菌有效性比较
• 第三章 丛枝菌根真菌对柑橘水分和渗透调节的影响
• 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 柑橘菌根发育状况
• 2.1.1 G.mosseae接种的枳实生苗菌根侵染率
• 2.1.2 G.versiforme接种的枳实生苗菌根发育
• 2.1.3 G.versiforme接种的红橘实生苗菌根发育
• 2.2 丛枝菌根真菌对柑橘叶片RWC的影响
• 2.3 丛枝菌根真菌对柑橘叶片水势的影响
• 2.4 丛枝菌根真菌对枳实生苗根系吸收面积的影响
• 2.5 丛枝菌根真菌对枳实生苗水分利用效率的影响
• 2.6 丛枝菌根真菌对柑橘可溶性碳水化合物和脯氨酸含量的影响
• 2.7 丛枝菌根真菌对枳实生苗葡萄糖、果糖和蔗糖含量的影响
• 2.8 丛枝菌根真菌对柑橘无机离子含量的影响
• 2.9 丛枝菌根真菌对柑橘光合色素含量的影响
• 2.10 丛枝菌根真菌对红橘实生苗光合特性的影响
• 3 讨论
• 3.1 丛枝菌根真菌对红橘实生苗光合特性的作用
• 3.2 丛枝菌根真菌对柑橘可溶性碳水化合物运转的影响
• 3.3 丛枝菌根真菌提高柑橘抗旱性与其提高根系吸收面积的相关性
• 3.4 丛枝菌根真菌对柑橘渗透调节的影响
• 第四章 丛枝菌根真菌对柑橘活性氧代谢的影响
• 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 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 丛枝菌根真菌对柑橘 MDA和 ROS含量的影响
• 2.2 丛枝菌根真菌对柑橘 SOD活性的影响
• 2.3 丛枝菌根真菌对柑橘 G-POD活性的影响
• 2.4 丛枝菌根真菌对柑橘 CAT活性的影响
• 2.5 丛枝菌根真菌对柑橘 APX活性的影响
• 2.6 丛枝菌根真菌对柑橘 GR活性的影响
• 2.7 丛枝菌根真菌对柑橘可溶性蛋白含量的影响
• 2.8 丛枝菌根真菌对柑橘抗坏血酸含量的影响
• 2.9 丛枝菌根真菌对柑橘谷胱甘肽含量的影响
• 3 讨论
• 3.1 水分胁迫对柑橘活性氧代谢的影响
• 3.2 丛枝菌根真菌对柑橘 MDA和 ROS含量的影响
• 3.3 丛枝菌根真菌对柑橘抗氧化酶活性的效应
• 3.4 丛枝菌根真菌对柑橘非酶类保护物质含量的效应
• 3.5 菌根化柑橘的交叉抗性
• 第五章 磷和球囊霉素在丛枝菌根提高柑橘抗旱性中的作用及磷与抗氧化的关系
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计及处理
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 枳实生苗根系菌根发育状况
• 2.2 丛枝菌根真菌对根际菌丝密度和球囊霉素的影响
• 2.3 丛枝菌根真菌对根系 ALP和 SDH的影响
• 2.4 菌根发育与菌丝密度、ALP、SDH、球囊霉素的相关关系
• 2.5 丛枝菌根真菌对枳实生苗干物质和菌根依赖性的影响
• 2.6 丛枝菌根真菌对枳实生苗N和 P含量的影响
• 2.7 丛枝菌根真菌对枳实生苗金属元素含量的影响
• 2.8 丛枝菌根真菌对枳实生苗 MDA和 ROS含量的影响
• 2.9 丛枝菌根真菌对枳实生苗抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的影响
• 2.10 丛枝菌根真菌对土壤磷酸酶活性及土壤有效磷含量的影响
• 2.11 丛枝菌根真菌对土壤水稳性团聚体的影响
• 2.12 丛枝菌根真菌对土壤碳水化合物含量的影响
• 3 讨论
• 3.1 菌根的发育与ALP和 SDH的关系
• 3.2 丛枝菌根对柑橘 P的吸收及 P与根系抗氧化的相关关系
• 3.3 球囊霉素在菌根抗旱中的作用
• 3.4 丛枝菌根真菌提高植物抗旱性的机理
• 第六章 柑橘丛枝菌根发育特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验地点和材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 取样及预处理
• 1.4 测定方法
• 1.5 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 柑橘丛枝菌根的结构
• 2.2 柑橘丛枝菌根发育的年动态变化
• 2.2.1 柑橘根系菌根侵染率的年动态变化
• 2.2.2 柑橘根际孢子密度年动态变化
• 2.3 柑橘根际有效磷含量的年动态变化
• 2.4 柑橘根际磷酸酶活性的年动态变化
• 2.4.1 酸性磷酸酶活性的年动态变化
• 2.4.2 中性磷酸酶活性的年动态变化
• 2.4.3 碱性磷酸酶活性的年动态变化
• 2.4.4 总磷酸酶活性的年动态变化
• 2.5 柑橘丛枝菌根真菌的生长与根际有效磷和磷酸酶活性的相关性
• 2.6 柑橘菌根在不同土层深度的发育状况
• 2.7 盆栽5种柑橘砧木菌根侵染率和孢子密度
• 2.8 3种农业措施对柑橘菌根侵染率和孢子密度的影响
• 3 讨论
• 3.1 柑橘菌根的结构和侵入部位
• 3.2 柑橘丛枝菌根发育的年动态变化
• 3.3 菌根侵染率与孢子密度的关系
• 3.4 土壤磷与菌根发育状况的关系
• 3.5 不同砧木对菌根发育的影响
• 3.6 不同土层菌根发育状况
• 3.7 农业措施对柑橘菌根发育的影响
• 参考文献
• 图版及图版说明
• 致谢
• 附录I:课题资助项目
• 附录II:硕博连读期间已发表和已接受论文（第一作者）
• 附录III:参加学术会议