论文部分内容阅读
梨是我国重要的经济果树,重庆地区近年引进推广了一批优质早熟梨品种,在生产实际中砧木对品种的土壤适应性,起着至关重要的作用。在梨砧木材料中,川梨(Pyrus pashia Buch.-Ham)根系发达,具有抗旱、抗盐碱、抗病的特性,是我国南方应用最广泛的梨砧木。川梨是菌根植物,能够与丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)形成很好的共生关系,利于梨的生长发育。近年来,不少梨园为防治病虫害大量施用含铜制剂,由于专业知识欠缺、环保意识缺乏及治理方法不当,在一定程度上导致土壤中Cu2+含量超标,严重影响了植株的生长,果品安全问题也备受关注。有研究证明,丛枝菌根真菌能够提高植物抗重金属毒性,在缓解重金属胁迫方面具有很大潜力。目前在Cu2+胁迫下接种AMF对梨影响的研究较少,对其作用机制尚不完善。因此,研究丛枝菌根真菌、重金属与梨三者的关系尤为重要,并且为缓解重金属污染及提高梨品质提供了新思路。试验设定2个因素:接种AMF和模拟Cu2+胁迫。AMF接种有3个水平:不接种、接种Ce和接种Fm。试验以川梨幼苗为材料,以幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,记作Ce)及摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,记作Fm)为菌剂,施加CuSO4试剂(CuSO4浓度为0mg/kg,50mg/kg,100mg/kg,150mg/kg,200mg/kg,400mg/kg),试验基质土壤中原有的铜含量为12.46mg/kg。本文研究在Cu2+胁迫条件下AMF对梨苗生长、Cu2+吸收、抗Cu2+毒性的影响以及缓解铜胁迫的机理。主要研究结果如下:(1)Cu2+胁迫条件下接种AMF与梨苗能够形成菌根共生关系,侵染率是菌根形成的重要标志。试验所接种的AMF均能有效侵染梨苗根系。随着Cu2+处理浓度的增加,侵染率的变化趋势是先增大后减小,当Cu2+处理浓度为150mg/kg时,侵染率达到最大值,Ce与Fm的侵染率分别为57.01%和57.87%。随着Cu2+处理浓度的增加(>150mg/kg),菌根侵染率开始下降,但是侵染率仍可高于30%。由此表明,接种AMF能够与梨苗形成菌根共生关系。菌根依赖性是指接种AMF后,通过菌根真菌使植物自身生物量增加的百分比,菌根依赖性的变化趋势与侵染率变化趋势保持一致,说明菌根侵染率下降会导致植株生物量的减少,从而使梨苗对AMF的依赖性也随之减小。(2)重金属Cu2+对梨苗生长和根系发育情况表现出低促高抑的剂量效应。当Cu2+处理浓度为50mg/kg时,接种和不接种梨苗的株高、茎粗、叶片数、根冠比、根系体积、一级新根数、最长侧根长及根系活力均显著提高,Cu2+处理浓度为150mg/kg时,达到最大值,说明低浓度(≤150mg/kg)Cu2+对植物生长有促进作用。当Cu2+处理浓度上升到200mg/kg、400mg/kg时,梨苗的生长和根系发育情况受到了抑制,各指标显著下降。说明Cu2+在低处理浓度条件下能够促进梨苗根系的发育,为梨苗的生长提供了基础保障,在高处理浓度条件下则显著抑制梨苗的生长和根系的发育。(3)在Cu2+处理浓度为0-150mg/kg期间,接种AMF可以促进梨苗对Cu2+的吸收,而当处理浓度大于150mg/kg(Cu2+处理浓度为200、400mg/kg)时,所施加的Cu2+可能过量,对梨苗造成了一定的胁迫,接种AMF有效地降低了对Cu2+的摄入。并且,Cu2+在根部的富集量高于叶部。Cu2+胁迫对梨苗根和叶中的不同矿物质的吸收有所不同,接种菌根真菌的梨苗均能显著增加对N、P、K、Ca及Mg元素的吸收,这五种矿质元素在不同器官中的含量大小为叶>根。(4)随着Cu2+处理浓度的增加,各处理组植株叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均表现出先上升后下降的趋势。当Cu2+处理浓度上升到150mg/kg时,三者含量均达到最高,随着Cu2+处理浓度的升高,三者的含量随之降低。各处理均在浓度为200mg/kg时,叶绿素含量显著下降,说明此时梨苗已经受到了铜的胁迫。当处理浓度为高浓度(200-400mg/kg)时,处理组中各叶绿素含量均高于对照组,从而表明接种AMF能有效地缓解铜的毒害。(5)当Cu2+处理浓度为150mg/kg时,接种AMF的梨苗叶片保护酶活性最强,丙二醛的含量到最低,此时表明梨苗抗性最强。随着Cu2+处理浓度的增加,各处理梨苗叶片保护酶(SOD、CAT、POD)活性均表现出先上升后下降的趋势,Cu2+浓度为150mg/kg时,达到最大值,并且接种Fm效果优于Ce。对于丙二醛,各处理梨苗的含量先下降后上升,Cu2+处理浓度为150mg/kg时,含量降到最低;Cu2+处理浓度为400mg/kg时,达到最大值,说明此时梨苗受到的毒害最严重。(6)Cu2+胁迫条件下,各处理梨苗的可溶性糖和可溶性蛋白变化趋势均为先升高后降低,在处理浓度大于150mg/kg,含量开始下降,说明此时梨苗已经受到铜的毒害。而处理组中脯氨酸含量一直上升,对照组中先升高后降低。在Cu2+低处理浓度下,梨苗会增加叶片脯氨酸合成,提高细胞渗透调节功能以适应逆境;而处理浓度再升高,其渗透调节功能也受到影响,接种AMF会促进脯氨酸的增加,提高抗性,而对照组则显著下降。(7)Cu2+胁迫条件下,土壤中的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾及有机质含量先升高后降低,当Cu2+处理浓度为150mg/kg时,各含量达到最大值,菌根根际土壤养分含量显著高于非菌根根际;pH值则是随着Cu2+处理浓度增加,呈递减的趋势,菌根根际土壤pH值显著低于非菌根根际土壤。说明接种AMF明显提高了土壤的养分含量,改善了土壤环境,有助于梨苗适应重金属环境。(8)Cu2+胁迫条件下,接种AMF显著提高了根际土壤中球囊霉素(T-GRSP、EE-GRSP)的含量,进一步促进了土壤团聚体的形成,增强了土壤的保肥能力。土壤中球囊霉素能与Cu2+发生螯合,从而降低土壤中Cu2+含量,降低重金属的生物有效性,起到缓解Cu2+胁迫的作用。(9)试验结果表明,菌根根际土壤铜的有机态、碳酸盐态及铁锰氧化态含量显著高于非菌根,残渣态非菌根根际土壤则高于菌根根际土壤,而铜的交换态和有效铜含量在低处理浓度时菌根根际高于非菌根根际,高处理浓度时则相反。说明菌根根际Cu的形态较非菌根向稳定状态转移的程度更大,并且Cu在菌根际中的这种转移趋势,使得根际土壤中Cu有效性下降,从而导致在高处理浓度时,菌根植物Cu的积累量显著小于非菌根植物,保护梨苗的正常生长。