【摘要】：叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能與小麥根系形成基于碳、氮、磷物質交換的互惠共生體,對小麥的營養(yǎng)吸收、抗病抗逆等具有綜合的有益效應�，F代普通小麥(六倍體)起源于多個祖先物種,但迄今為止,小麥及其祖先物種與AM真菌的共生關系如何?它們的AM共生響應模式有何異同?是否受土壤氮、磷肥力的調控?這些問題仍未得到科學的回答,嚴重阻礙了我們從菌根共生角度進行高抗低肥小麥新品種的選育。針對上述問題,本研究以普通小麥(Triticum aestivum)及其祖先物種(包括:擬斯卑爾脫山羊草[Aegilops speltoides]、烏拉爾圖小麥[Triticum urartu]、節(jié)節(jié)麥[Aegilops tauschii]、野生二粒小麥[Triticum turgidum])為研究對象,通過在溫室條件下人工接種AM真菌(接菌及不接菌)及施肥處理(未施肥,施氮,施磷及氮磷混施),結合AM侵染率測定、植物性狀分析(生物量、氮磷含量)等,研究不同土壤肥力下小麥及其祖先物種與AM真菌的共生關系,揭示這些親緣植物的AM共生響應模式,并進一步探討小麥菌根依賴性的可能性遺傳來源,為基于AM共生體的小麥育種提供科學依據。主要研究結果如下:(1)接種AM真菌后,各供試植物材料均被AM真菌侵染,但施肥對不同物種的AM真菌指標的影響各異。從單物種水平來看,施肥顯著降低了節(jié)節(jié)麥和普通小麥根系中的AM真菌總侵染率,但對山羊草、烏拉爾圖小麥和野生二粒型小麥則無顯著影響。雙因素方差分析表明,施肥及物種對叢枝侵染率、泡囊侵染率和孢子密度均有顯著影響(all P0.03),且叢枝侵染率、孢子密度及根外菌絲密度受施肥和物種的交互影響(all P0.01)。(2)不同物種的生物量及氮磷含量均受施肥處理的顯著影響,施氮及氮磷混施能顯著提高多數物種的總生物量及氮含量。接種AM真菌顯著提高了山羊草和節(jié)節(jié)麥的總生物量,提高了節(jié)節(jié)麥的磷含量,但降低了野生二粒小麥的磷含量。三因素方差分析表明,植物地上生物量、總生物量、根冠比、氮含量和磷含量均受施肥、物種及兩者交互的顯著影響(all P≤0.005);菌根接種對地下生物量(P=0.056)及植物磷含量(P=0.05)有接近顯著的影響,但菌根接種及物種對地上生物量、地下生物量、總生物量、根冠比及磷含量均有顯著的交互效應(all P0.03);此外,菌根接種、物種和施肥對植物氮含量(P=0.049)及氮磷比(P=0.002)有三元交互影響。(3)在不同施肥處理下,不同物種的菌根響應模式各異。在未施肥處理下,野生二粒型小麥的菌根生長響應(MGR)為顯著負效應(表明AM真菌抑制植物生長),節(jié)節(jié)麥和山羊草的菌根氮吸收響應(MNR)為顯著正效應(表明AM真菌促進植物氮吸收);在施氮處理下,小麥的MGR和MNR均為正效應;在施磷處理下,小麥的MGR和菌根磷吸收響應(MPR)均為負效應,但山羊草的MGR則為正效應;在氮磷混施處理下,節(jié)節(jié)麥的MGR、MNR和MPR均為正效應,但山羊草的MGR和野生二粒小麥的MNR和MPR均為負效應。聚類分析表明,普通小麥和節(jié)節(jié)麥的菌根響應性關系較近,暗示了普通小麥的菌根依賴性的遺傳來源可能是節(jié)節(jié)麥。上述研究結果表明,小麥及其祖先物種與AM真菌的相互關系各異,AM真菌對宿主植物生物量及營養(yǎng)吸收的作用受土壤肥力的調控。此外,本研究結果還表明,現代小麥的菌根依賴性可能來源于節(jié)節(jié)麥。本研究為小麥育種與共生微生物交叉研究開拓新的思路,為基于AM共生體的小麥品種選育提供科學依據。
【圖文】：

圖 1 叢枝菌根的典型結構-叢枝（a）和泡囊（b）. 圖片由趙亞楠拍攝Fig. 1 Typical structures of arbuscular mycorrhizal Arbuscular (a) and Vesicular (b) .Pictureby ZhaoYananAM 真菌通過菌絲在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用(Rillig, 2004)。根外菌絲通過形成水穩(wěn)定的大團聚體來維持土壤結構(Rillig et al., 2010)，并且 AM 真菌的根外生物量與土壤的有機碳、有機氮含量都有較強的正相關作用(Wilson et al.,2009)。Fellbauma et al. (2012) 認為，AM 真菌能將大部分的礦質營養(yǎng)元素轉運到植物，并且 AM 真菌產生的球囊霉素為土壤碳固持做了重要貢獻 (Rillig, 2002) 。有研究表明，，菌根途徑對植物磷的貢獻率可高達 100%，對植物鋅的貢獻率可達25% (Ma et al., 2019)，并且可為宿主植物提供多種益處，例如：增強宿主植物的抗旱性和抗病性(Hage-Ahmed et al., 2019)。AM 真菌能與大多數農作物形成互惠共生體，基于其對農作物的益處，AM 真菌常被用作農業(yè)和園藝中的生物肥料(Hamel, 1996)。近年來，農業(yè)生態(tài)對 AM 真菌生物肥料的需求也不斷增長，生產AM 菌劑的公司數量增加了一倍多(Vosátka et al., 2013)。但與此同時，菌根共生體也受到多種農業(yè)實踐的影響，如土壤耕作、施肥、農藥等(Jansa et al., 2002; Frank

本研究的實驗技術路線圖
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S512.1;S154.3

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本文編號：2700843