干旱胁迫及复水对燕麦根系-根际土壤微生物学特性的影响

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:CayleeDak_83
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开展燕麦生长早期根系生长、生理特性和解剖结构以及根际土壤微生物学特性对干旱胁迫及复水的响应规律和适应机制研究,阐明生长早期干旱胁迫及复水对燕麦产量的影响,可为旱作区燕麦生长早期抗旱性栽培、根系根际调控管理提供实践和理论依据。本研究采用盆栽控水,设置燕麦生长早期中度干旱(MS,55%土壤相对含水量)、重度干旱(SS,35%土壤相对含水量)胁迫处理,干旱-复水-干旱-复水交替(MS-CK;SS-CK)胁迫处理(干旱,复水各为7 d),对照CK为75%土壤相对含水量,各处理均共持续28 d。在干旱胁迫和复水后测定燕麦生长早期根系指标、根际土壤微生物特性指标及成熟期燕麦籽粒产量,并对干旱胁迫及复水下燕麦生长早期根系-根际土壤微生物学特性及产量变化进行了综合分析。主要研究结果如下:(1)短期(14 d)中度干旱胁迫对燕麦生长早期根系生长指标及活力有促进作用,重度干旱胁迫持续抑制此类根系指标,在28 d后,SS处理根系总长、根系总表面积、根体积、根尖数、根系平均直径、根系干重以及根系活力比MS处理降低幅度分别达44.54%、48.30%、51.16%、62.54%、44.27%、38.96%和44.71%;根系丙二醛(MDA)和脯氨酸含量及抗氧化酶活性随干旱胁迫程度加重而提高;随干旱胁迫程度的加重、时间的延长,根系中柱面积、导管直径呈减小的趋势,根系导管壁变形程度加重。阶段性复水使受干旱胁迫抑制的根系总长、根系总表面积、根系平均直径、根系干重和根系活力提高,使受干旱胁迫提高的根系MDA和脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,使根系中柱面积、导管直径增加,导管变形收缩恢复,但根系生长、生理和解剖结构指标均未达到对照水平。且复水效应在再次遭受干旱胁迫时,仍能维持一定时间。(2)干旱胁迫有制约燕麦生长早期根际土壤细菌和真菌生长繁殖的趋势,会降低根际土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量以及脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,且抑制作用大致随干旱胁迫程度的增强而增大。阶段性复水能使受干旱胁迫影响的根际土壤细菌数量、真菌数量、MBC含量、MBN含量、脲酶活性、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、碱性磷酸酶活性得到补偿或恢复,在中度干旱胁迫下复水使根际土壤细菌数量、真菌数量、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、碱性磷酸酶活性能恢复到对照水平。根际土壤细菌数量、真菌数量、MBC含量、MBN含量、脲酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性在再次遭受干旱胁迫时,复水效应仍能维持一定时间。(3)干旱胁迫有降低燕麦生长早期根际土壤微生物群落对总碳源和各类碳源利用能力的趋势,使土壤微生物群落各功能多样性指数均降低,阶段性复水可以缓解干旱胁迫对根际土壤微生物群落利用总碳源能力的负面影响,但恢复不到对照水平。中度干旱胁迫下复水可使燕麦生长早期根际土壤微生物群落各功能多样性指数达到或超过对照水平。中度干旱胁迫下复水,显著提高燕麦生长早期根际土壤微生物群落对多类碳源的利用,对糖类、氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类碳源利用的提高幅度分别为58.22%、55.19%、11.11%、1.84%和61.14%,且对部分碳源的利用能达到对照水平。而重度干旱胁迫下复水,仅能显著提高根际土壤微生物群落对糖类碳源的利用,提高幅度为113.82%。根际土壤微生物群落碳源利用主成分分析表明表明,糖类、聚合物类和氨基酸类碳源是造成干旱胁迫及复水处理燕麦生长早期根际土壤微生物群落碳源代谢差异的主要碳源。中度干旱胁迫下复水,燕麦生长早期根际土壤微生物群落更倾向于提高对羧酸类、胺类和聚合物类碳源的利用。(4)MS-CK处理燕麦籽粒产量显著高于MS处理,提高的幅度达182.48%,SS-CK处理燕麦籽粒产量也显著高于SS处理,提高的幅度达569.57%,MS-CK处理和SS-CK处理燕麦籽粒产量分别比CK降低12.84%和65.32%。表明燕麦生长早期阶段性复水可减轻持续中度和重度干旱胁迫对燕麦籽粒产量的影响,但燕麦籽粒产量均未能达到对照水平。相关性分析表明燕麦籽粒产量的降低与受干旱胁迫影响的根系生长、生理特性与根际土壤微生物特性指标有关。(5)冗余分析结果表明干旱胁迫及复水下燕麦生长早期根系指标与根际土壤微生物学特性指标之间存在一定正相关和负相关关系。其中Shannon-Wiener指数和MBC相对贡献率为76.3%和6.4%,对根系特性指标呈现显著影响。(6)根系与根际土壤微生物学特性指标主成分分析表明根系总长度、根系总表面积、根体积、根尖数、根系平均直径、根系过氧化物酶(POD)活性、根际土壤细菌数量、Mclntosh指数、MBC和脲酶活性这10个指标可以作为干旱胁迫及复水下影响燕麦生长早期根系和根际土壤微生物学特性的代表性指标。
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