【摘要】：本論文研究了不同施氮水平下接種叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)根內球囊霉(Rhizophagus irregularis)對歐美楊107(Populus×canadensis?Neva‘)生長、光合作用、營養(yǎng)狀況、葉片解剖結構等生理生化指標的影響;分析了AMF對楊樹葉片氮分配、NH_4~+和NO_3~-吸收動力學的影響;揭示了AMF對楊樹銨鹽轉運蛋白基因和硝酸鹽轉運蛋白基因表達的調控作用。得出以下主要結果:1.施氮及接種AMF對楊樹生長、光合、水分及葉片解剖結構的影響在未滅菌土壤中接種AMF于不同施氮水平(0、1、5、10、15 mM NH_4NO_3)的歐美楊107,發(fā)現施氮水平影響AMF對楊樹的接種效果。低氮水平(0、1 mM NH_4NO_3)下,接種R.irregularis提高了楊樹的株高(10.74%~16.38%)、地徑(4.20%~6.43%)、總生物量(1.17%~4.36%)、凈光合速率(16.88%~17.23%)、最大光化學效率(Fv/Fm)(2.10%~2.17%)、水分利用效率(29.15%~29.30%)、葉片相對含水量(4.61%~4.83%)和主葉脈平均導管直徑(11.79%~11.81%)。高氮水平(10、15 mM NH_4NO_3)下,接種R.irregularis提高了楊樹Fv/Fm(1.29%~1.65%)和實際光化學效率(ФPSII)(10.29%~35.45%)。相關性分析表明,楊樹主葉脈平均導管直徑與株高、地徑、總生物量、凈光合速率、蒸騰速率和葉片相對含水量之間呈顯著正相關。結果顯示,低氮水平下,AMF通過對楊樹葉片維管系統(tǒng)的調節(jié),改善了葉片水分狀況,增強了光合能力,從而促進楊樹生物量的積累;高氮水平下接種R.irregularis減緩了高氮造成的光系統(tǒng)II(PSII)損傷。2.施氮及接種AMF對楊樹營養(yǎng)狀況的影響不同施氮水平下,在未滅菌土壤中接種R.irregularis對歐美楊107葉片和根系大量元素和微量元素含量的影響。結果顯示,與不施氮對照相比,施氮提高了楊樹葉片碳、氮和銅含量以及根系氮和鐵含量,高氮水平降低了未接種楊樹葉片磷、鈣、鎂、鐵和錳含量以及根系磷、鉀、鈣和鋅含量。低氮水平下,接種R.irregularis對楊樹葉片和根系營養(yǎng)元素含量影響不顯著(除葉片鐵、銅、鋅含量和根系鈣含量外)。高氮水平下,接種R.irregularis提高了葉片碳、氮、磷、鈣、鎂、鐵、錳和鋅含量以及根系磷、鐵、錳和銅含量。相關性分析表明,葉片鈣和鎂含量與Fv/Fm呈顯著正相關,葉片磷和鋅含量與ФPSII呈顯著正相關。以上結果表明,R.irregularis可能通過促進楊樹營養(yǎng)元素吸收、調節(jié)營養(yǎng)元素在楊樹葉片和根系的含量,緩解了高氮造成的營養(yǎng)失衡和PSII損傷。3.接種AMF對楊樹葉片氮分配的影響在滅菌土壤中接種R.irregularis對歐美楊107葉片氮向細胞壁蛋白、細胞膜蛋白、水溶性蛋白和光合系統(tǒng)(包括羧化系統(tǒng)(P_C)、能量代謝(P_B)和捕光系統(tǒng))分配的影響。結果顯示,R.irregularis降低了楊樹葉片比葉重和氮向細胞壁蛋白的分配比例,增加了氮向細胞膜蛋白和水溶性蛋白的分配比例,說明R.irregularis通過降低氮向結構物質的分配,使更多的氮用于生長代謝。低氮水平下,接種R.irregularis提高了楊樹株高(18.76%~36.08%)、地上部干重(50.09%~63.97%)、總干重(43.42%~52.29%)、最大凈光合速率(P_(max))(16.83%~20.11%)、光合氮利用效率(PNUE)(40.01%~43.14%),P_C(33.52%~38.54%)和P_B(28.98%~33.90%),但對單位面積葉氮含量和單位質量葉氮含量的影響不顯著。同時,P_(max)與P_C和P_B呈顯著正相關,PNUE與P_C、P_B和P_(max)呈顯著正相關,說明R.irregularis通過增加P_C和P_B來提高楊樹光合能力和PNUE。以上結果表明,AMF調控氮在葉片內的分配模式,從而幫助楊樹適應低氮環(huán)境。4.施氮及接種R.irregularis對楊樹NH_4~+和NO_3~-吸收動力學的影響在滅菌土壤中接種R.irregularis對歐美楊107根系總吸收面積、活躍吸收面積、NH_4~+吸收動力學和NO_3~-吸收動力學特性的影響。結果顯示,接種R.irregularis提高了楊樹根系的活躍吸收面積/總吸收面積比值。在氮濃度不高于1 mM的范圍內,楊樹幼苗對NH_4~+和NO_3~-的吸收曲線符合Michaelis-Menten方程的特征,即吸收速率(V)=最大吸收速率(V_(max))×底物濃度(S)/[米氏常數(K_m)+S]。根據方程得出,接種R.irregularis提高了楊樹吸收NH_4~+和NO_3~-的V_(max)。表明楊樹與R.irregularis形成叢枝菌根共生體,提高了楊樹根系活躍吸收面積占總吸收面積的比例,增強了楊樹吸收NH_4~+和NO_3~-的能力。5.施氮及接種R.irregularis對楊樹銨鹽和硝酸鹽轉運蛋白基因表達的影響采用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術研究了施氮及接種R.irregularis對歐美楊107葉片和根系銨鹽轉運蛋白和硝酸鹽轉運蛋白基因表達的影響。結果顯示,在根中,施氮下調未接種楊樹AMT1;2、AMT2;1、NRT2;4B、NRT2;4C、NRT3;1A、NRT3;1B和NRT3;1C的表達;在葉中,施氮上調未接種楊樹AMT1;2、AMT1;6、AMT2;1、NRT1;1、NRT2;4B的表達,說明在氮不足時,根中氮吸收相關基因表達量上升以提高楊樹獲取氮的能力,葉中由于氮不足而氮轉運蛋白基因表達量下降。低氮水平下,R.irregularis下調根系NRT1;2、NRT2;4B、NRT2;4C、NRT3;1A、NRT3;1B和NRT3;1C的表達,上調葉片NRT2;4B的表達,說明菌根化楊樹可能通過菌根途徑吸收氮而下調根系氮轉運相關基因的表達。高氮水平下,R.irregularis上調根系AMT1;6、AMT2;1和NRT1;1的表達,下調葉片AMT1;2、AMT1;6、AMT2;1、NRT1;1、NRT1;2和NRT2;4B的表達。以上結果表明,AMF能夠通過調控植株銨鹽和硝酸鹽轉運蛋白基因的表達來調控植物對氮的吸收和轉運。
【圖文】：

壤氮素的競爭能力。Gobert and Plassard（2002）研究發(fā)現，接種外生菌根真菌菌（Rhizopogon roseolus）提高了海岸松對 NO3-的吸收速率。AMF 對宿主植物力學特性的影響還鮮為報導，AMF 如何影響植物對 NO3-和 NH4+的吸收動力學待研究。.2 菌根植物對氮素的吸收途徑AMF 侵染植物根系，同時生活在根內環(huán)境和土壤環(huán)境中。在根內，AMF 形成，包括叢枝（arbuscule）、根內菌絲（hypha）、泡囊（vesicle）和根內孢子（sp，叢枝是 AMF 和植物進行物質交換的場所；在土壤中，AMF 的結構主要包括和根外孢子，其中，根外菌絲是 AMF從土壤中吸收營養(yǎng)的主要部位（Smith and; 劉潤進和陳應龍 2007）。形成 AM 的植物具有兩條氮素吸收途徑：根系直接吸收途徑（direct pathway）收途徑（mycorrhizal pathway）。根系直接吸收途徑是指植物通過根系直接吸收氮素，這一途徑吸收的氮素進入根表皮細胞或者根毛細胞；菌根吸收途徑包括菌絲從外界吸收氮素、從根外菌絲向根內菌絲轉運氮素和從根內菌絲向根系細素，這一途徑吸收的氮素直接進入根皮層細胞（Smith and Smith 2011）（圖 1

第一章 文獻綜述 以 NH4+的形式轉運給植物。Kobae et al.（2010）和 Breuillin-Sessoms et al.（2015）究結果支持這一觀點。他們的研究表明，，大豆的 GmAMT4;1（Kobae et al. 2010）和苜蓿（Medicago truncatula）的 MtAMT2;3（Breuillin-Sessoms et al. 2015）在含有叢根皮層細胞中特異性表達，并且是在叢枝膜的分枝區(qū)域而不是主干區(qū)域特異性表明叢枝膜的分枝區(qū)域有活躍的銨鹽轉運蛋白。Guether et al.（2009b）研究發(fā)現，從根（Lotus japonicus）中克隆的得到的 LjAMT2;2 負責吸收 Gi. margarita 通過叢枝傳植物的氮，在 AM 共生體的形成中不可或缺，然而，LjAMT2;2 轉運的是 NH3而并H4+，說明除了 NH4+之外，NH3也參與了氮素從叢枝向植物細胞的轉運過程。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S792.11


本文編號：2633679