丛枝菌根真菌(AMF)对玉米(Zea mays L.)和烟草(Nicotiana tabacum L.)耐旱性的改善

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:fz1122
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干旱胁迫是导致作物严重减产的重要限制因素。主要通过阻碍离子吸收、影响酶活性和降低土壤水势,从而导致植物根系吸收水分受阻,减缓生长过程,进而影响植物的生长和发育。因此,提高植物对胁迫环境的耐受性,改善其在多变环境中的生长状况和提高作物产量就显得尤为重要。在有益的土壤微生物中,丛枝菌根真菌(Glomus versiforme,AMF)是存在于土壤中的主要真菌,与90%的植物物种存在共生关系。通过施用适当的有益微生物增强植物的耐受机制作为一项应对干旱胁迫的新策略得到了越来越多的关注。中国西北干旱或半干旱地区中,关于玉米(Zea mays L.)和烟草(Nicotiana tabacum L.)在干旱胁迫下接种AMF及其相互作用的研究文献较少。因此,在不同水平干旱胁迫下,研究AMF如何影响玉米和烟草的生长参数、农艺和生化特性,以及AMF在调控干旱胁迫耐受性方面的有效性,如分析生长性状和营养成分、光合改变、上调抗氧化系统和植物生长激素、渗透物质的积累、次生代谢产物和油脂含量以及化学成分和球囊霉素(Glomalin)含量等。主要研究结论如下:1. 干旱胁迫对玉米的生长和生理生化特性有显著影响,中度干旱(MD)和重度干旱(SD)胁迫下,玉米株高、叶绿素含量、类胡萝卜素含量均有所降低,从而阻碍了光合作用。此外,由于植物受到MD和SD胁迫,导致植物体内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)(包括H2O2)含量增加,从而导致脂质过氧化程度加深,最终导致细胞膜损伤、电解质泄漏,甚至植株死亡。相比于MD和对照组,SD条件下胁迫效应更为显著。接种AMF可以显著改善干旱胁迫引起的有害氧化损伤。与对照组相比,接种AMF可以显著提高叶绿素含量,促进矿物质吸收,增强同化作用,进而促进光合作用和植株生长。此外接种AMF还可增加渗透性物质含量,脯氨酸、游离氨基酸、甘氨酸甜菜碱和糖含量分别比对照(不接种AMF)增加69.84%、49.87%、107.14%和142.8%,有助于维持植株的相对含水量。在接种AMF的植株中,抗氧化系统上调明显,说明植株通过消除ROS减轻干旱的氧化胁迫。2. AMF可以改善植物对磷(P)的吸收,并在干旱胁迫条件下促进植株生长。土壤干旱胁迫下添加40 mg·kg-1的磷(P)和接种AMF菌种(Glomus versiforme)显著提高了烟草的生长性能。在干旱条件下,添加磷和接种AMF可以显著提高定植率,分别增加64%和78%,此外,生物量积累和根系活性也显著增强,并减轻了干旱胁迫引起的烟草植株生长受阻现象。在AMF+P处理中,叶绿素a、b、总叶绿素和类胡萝卜素含量的增幅分别比对照组提高93.40%、156.87%、92.99%和76.21%;渗透保护物质如脯氨酸、可溶性糖和游离氨基酸含量分别增加23.77%、41.79%和45.53%。与对照相比,在AMF+P处理和干旱+AMF+P处理中,相对含水量分别提高了23.60%和62.96%。与干旱胁迫相比,AMF+P处理中的烟草叶片的苯酚累积(27.93%)较为明显,脱落酸含量也有所增加,其中叶片和根系分别增加87.44%和168.80%,同时,叶片和根系中生长素含量大量累积,分别提高634.78%和471%。3. 接种AMF可显著增强丛枝菌根真菌在烟草根部的定殖能力,提升植株高度和鲜生物量,吸收大量矿物质,增加次生代谢产物,提高干物质量和油分含量,并且增强对氮(N)、磷(P)及钾(K)的吸收能力,增加球囊霉素相关蛋白含量。与对照组相比,EE-GRSP(易提取球囊霉素相关蛋白)、DE-GRSP(难提取球囊霉素相关蛋白)和TGRSP(总球囊霉素相关蛋白)分别增加了50.80%、177.75%和212.86%。此外,接种AMF还可显著提高植物体内的酚类和黄酮含量及植株精油的含量和组成成分,皮脂原酶(LOX)和苯丙氨酸氨解酶(PAL)含量分别增加90%和125%,显著减轻干旱胁迫产生的氧化伤害;在非接种AMF接种的植株中检出60、56和51种香精油化合物,而在接种AMF的植株中观察到82、82和80种化合物。说明接种AMF改善了烟草植株的次生代谢,从而增强了AMF共生植物在防御干旱胁迫中的作用。综上所述,AMF在植物生长和发育中具有积极作用。AMF通常被称为生物肥料,接种AMF为宿主植物提供了增强各种胁迫(如干旱)耐受性的可行性技术途径。本文阐明了丛枝菌根真菌在缓解干旱对玉米和烟草生长和生理生化特性影响方面的作用机制,主要通过AMF的协同作用增强干旱胁迫下植株的生长性能并调节其生化特性,从而减少氧化损伤并增强对干旱胁迫的耐受性,为AMF改善干旱胁迫下植物的生长发育,促进其共生植物防御非生物胁迫提供理论依据和技术支撑。
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