枝孢霉菌对白及生长与氮代谢的影响研究

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LittleE1032
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菌根真菌(mycorrhizal fungus)通过与兰科植物根系构成共生体,产生良好的菌根关系,以此促进宿主的生长、发育、生理活性和营养代谢。白及(Bletilla striata)作为一种名贵的中药材,在我国的药用历史悠久,其假鳞茎具有消肿生肌、消炎抗菌、清肺止血和美容养颜的功效,药用价值极高;白及花色丰富,绚丽多彩,也常用作来布置园林花坛,具有一定的观赏价值。但白及的种子萌发和生长发育都离不开菌根真菌的参与,野生资源匮乏,人工种植时营养元素吸收不高效,种种原因制约着白及产业的发展。基于共生菌根真菌对兰科植物表现出极好的促生和促代谢作用,本研究从野生未开裂的白及蒴果内取出种子,经已建立的优化快繁体系培育出无菌组培苗,以已从野生白及根系中分离鉴定的共生真菌枝孢霉菌(Cladosporium halotolerans)为供试菌种,探究枝孢霉菌对白及苗生长和氮代谢的影响,进一步验证枝孢霉菌是白及的菌根共生真菌,研究成果对白及产业的菌根苗培育与田间施肥管理有着重要的指导意义。因此,本文设计和开展了以下研究内容:从重庆市秀山县白及种植基地采集成熟未开裂的紫花大白及蒴果。将蒴果用自来水洗去泥尘后进行表面消毒,无菌条件下通过已建立的优化快繁体系培养,得到白及无菌组培苗。与此同时,将保存于4℃冰箱里的枝孢霉菌菌种进行活化,随后将白及无菌组培苗分别转接至氮素为N-1(1/10的1/2MS氮浓度)、N-2(1/20的1/2MS氮浓度)、N-3(1/40的1/2MS氮浓度)、N-4(1/80的1/2MS氮浓度)的低氮培养基上,并接种枝孢霉菌,对照组不接种。置于温度25℃,光照强度1700lx-2000lx下低氮供给浓度培养30d后,分别取样进行生长发育和氮营养指标测定,以期筛选出适宜的氮供给浓度,奠定氮代谢研究基础。随后将已筛选出的适宜低氮供给浓度培养的白及组培苗分为接种枝孢霉菌组和对照组,炼苗后移栽至盛有灭菌基质的分室系统里。设计分室系统5组,每组各50株。白及苗种植于分室系统的菌根室基质中,每周一次向分室系统的菌丝室定量加入配制的供试同位素(15N)标记营养液进行标记。于种植0-60d期间,依据试验需要取样,检测白及苗的生长发育指标和氮代谢有关指标。主要研究结果如下:梯度低氮供给水平处理的白及无菌组培苗的形态学特征(株高、叶片数、原球茎直径和根直径)、生理学特性(叶绿素含量、根系活力)及生物量(鲜重和干重)差异不显著,N-1和N-2氮浓度处理组促生效应略强。而当无菌苗接种枝孢霉菌之后,各指标值都显著提升且呈先升后降的趋势,由N-2氮浓度处理组表现最佳。显微观察发现,枝孢霉菌在白及根系根尖中段的皮层细胞里大量定殖,形成了典型的菌根结构——菌丝团。表明不同的低氮供给水平处理对白及苗有影响,接种枝孢霉菌对白及菌根共生体的株高、叶片数、原球茎直径、根直径、叶绿素含量、根系活力、鲜重和干重都具有明显的促进作用,N-2氮处理浓度为最适宜白及菌根共生体生长发育的低氮浓度。梯度低氮浓度处理下,白及无菌组培苗的氮营养状况良好,各组差异不明显。但在接种枝孢霉菌后,不管是直观反映氮营养状况的含氮量还是侧面反映氮营养状况的可溶性蛋白含量、精氨酸含量都显著提升。菌根苗和非菌根苗之间有显著差异。其中N-2氮浓度处理下白及菌根共生体的氮营养状况最佳,其含氮量、可溶性蛋白含量和精氨酸含量在各组之间均位于最高峰值。说明接种枝孢霉菌能通过促进渗透调节代谢能力和精氨酸代谢活性来更多地积累氮量,从而改善低氮环境下白及苗的氮营养状态。而N-2氮浓度为白及菌根共生体氮营养积累的适宜低氮浓度,同时进一步确立此浓度是研究枝孢霉菌对白及苗氮代谢机制影响的适宜基础浓度。将适宜低氮浓度下培养的白及组培苗接种活化枝孢霉菌,经炼苗后移栽至分室系统中的接受15N标记。与适宜低氮浓度(N-2)培养的白及无菌幼苗相比,接种枝孢霉菌的菌根苗的菌根侵染率、菌根依赖性、生长发育指标(株高、根长、叶片数、原球茎直径、根直径和生物量)和生理指标(光合作用参数、叶绿素含量和根系活力)均显著提高。而且在白及菌根苗根系根尖中段的皮层细胞里观测到了菌丝团。说明枝孢霉菌和白及幼苗建立了良好的共生关系。在适宜的低氮浓度下,枝孢霉菌发挥了很好的菌根效应,促进了白及幼苗的生长发育。枝孢霉菌是白及幼苗的共生菌根真菌。适宜低氮浓度下,白及幼苗接种枝孢霉菌后,与未接种的对照苗相比,反映氮含量水平的可溶性蛋白含量、精氨酸含量和总氮量显著增加。其中表示由菌丝跨网吸收并传递给白及苗的15N量占总氮量的比值较大。同时氮代谢关键酶(硝酸还原酶、谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶)的活性相应增强,表示枝孢霉菌帮助白及幼苗积累氮量,氮代谢效率提升。基于菌根真菌有参与并协助宿主植物氮代谢的作用,进一步确认枝孢霉菌是白及幼苗的共生菌根真菌。
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