【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(nèi)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(jié)構(gòu)等生理生化指標(biāo)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(xué)的影響;揭示了AMF對楊樹銨鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控作用。得出以下主要結(jié)果:1.施氮及接種AMF對楊樹生長、光合、水分及葉片解剖結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xué)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(dǎo)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(shí)際光化學(xué)效率(ФPSII)(10.29%~35.45%)。相關(guān)性分析表明,楊樹主葉脈平均導(dǎo)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(guān)。結(jié)果顯示,低氮水平下,AMF通過對楊樹葉片維管系統(tǒng)的調(diào)節(jié),改善了葉片水分狀況,增強(qiáng)了光合能力,從而促進(jìn)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(jié)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(guān)性分析表明,葉片鈣和鎂含量與Fv/Fm呈顯著正相關(guān),葉片磷和鋅含量與ФPSII呈顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明,R.irregularis可能通過促進(jìn)楊樹營養(yǎng)元素吸收、調(diào)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(xì)胞壁蛋白、細(xì)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(jié)果顯示,R.irregularis降低了楊樹葉片比葉重和氮向細(xì)胞壁蛋白的分配比例,增加了氮向細(xì)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(jié)構(gòu)物質(zhì)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(zhì)量葉氮含量的影響不顯著。同時(shí),P_(max)與P_C和P_B呈顯著正相關(guān),PNUE與P_C、P_B和P_(max)呈顯著正相關(guān),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(jié)果表明,AMF調(diào)控氮在葉片內(nèi)的分配模式,從而幫助楊樹適應(yīng)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(xué)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(xué)和NO_3~-吸收動力學(xué)特性的影響。結(jié)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(nèi),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(shù)(K_m)+S]。根據(jù)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(qiáng)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(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)技術(shù)研究了施氮及接種R.irregularis對歐美楊107葉片和根系銨鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響。結(jié)果顯示,在根中,施氮下調(diào)未接種楊樹AMT1;2、AMT2;1、NRT2;4B、NRT2;4C、NRT3;1A、NRT3;1B和NRT3;1C的表達(dá);在葉中,施氮上調(diào)未接種楊樹AMT1;2、AMT1;6、AMT2;1、NRT1;1、NRT2;4B的表達(dá),說明在氮不足時(shí),根中氮吸收相關(guān)基因表達(dá)量上升以提高楊樹獲取氮的能力,葉中由于氮不足而氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)量下降。低氮水平下,R.irregularis下調(diào)根系NRT1;2、NRT2;4B、NRT2;4C、NRT3;1A、NRT3;1B和NRT3;1C的表達(dá),上調(diào)葉片NRT2;4B的表達(dá),說明菌根化楊樹可能通過菌根途徑吸收氮而下調(diào)根系氮轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)。高氮水平下,R.irregularis上調(diào)根系A(chǔ)MT1;6、AMT2;1和NRT1;1的表達(dá),下調(diào)葉片AMT1;2、AMT1;6、AMT2;1、NRT1;1、NRT1;2和NRT2;4B的表達(dá)。以上結(jié)果表明,AMF能夠通過調(diào)控植株銨鹽和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)來調(diào)控植物對氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。
【圖文】：

壤氮素的競爭能力。Gobert and Plassard（2002）研究發(fā)現(xiàn)，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(xué)特性的影響還鮮為報(bào)導(dǎo)，AMF 如何影響植物對 NO3-和 NH4+的吸收動力學(xué)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(shí)生活在根內(nèi)環(huán)境和土壤環(huán)境中。在根內(nèi)，AMF 形成，包括叢枝（arbuscule）、根內(nèi)菌絲（hypha）、泡囊（vesicle）和根內(nèi)孢子（sp，叢枝是 AMF 和植物進(jìn)行物質(zhì)交換的場所；在土壤中，AMF 的結(jié)構(gòu)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(jìn)和陳應(yīng)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(jìn)入根表皮細(xì)胞或者根毛細(xì)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(nèi)菌絲轉(zhuǎn)運(yùn)氮素和從根內(nèi)菌絲向根系細(xì)素，這一途徑吸收的氮素直接進(jìn)入根皮層細(xì)胞（Smith and Smith 2011）（圖 1

第一章 文獻(xiàn)綜述 以 NH4+的形式轉(zhuǎn)運(yùn)給植物。Kobae et al.（2010）和 Breuillin-Sessoms et al.（2015）究結(jié)果支持這一觀點(diǎn)。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(xì)胞中特異性表達(dá)，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(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Guether et al.（2009b）研究發(fā)現(xiàn)，從根（Lotus japonicus）中克隆的得到的 LjAMT2;2 負(fù)責(zé)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(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S792.11


本文編號：2633679