丛枝菌根菌提高沙生植物甘草抗逆性机理及其应用

摘要

土地荒漠化是一个世界性生态环境问题。由于自然条件和人为活动的影响，我国荒漠化形势日益严重，已成为我国社会、经济发展的制约因素。本论文的主要研究目标是寻找筛选荒漠化地区植被重建恢复过程中，能够帮助植物抵御干旱、营养贫瘠等逆境条件的植物根际有益微生物，并开展相关微生物与植物协同抗逆的机理研究；同时集成对植物当代具有刺激效应，提高植物耐旱的离子束技术和具有吸水保水特性的吸水树脂，开展适宜荒漠化地区植被重建的集成固沙新技术研究。为我国荒漠化治理提供更好的理论支持和应用新技术。
　　 1、研究了丛枝菌根菌(Glomus mosseae(Nicolson& Gerdemann)Gerd.&Trappe and Glomus veriforme(P.Karst.))和硅酸盐细菌(Bacillus edaphicus)单独接种或混合接种对甘草(Glycyrrhiza uralensis)生长、营养元素的吸收和根部有效成分甘草酸含量的影响。短期的温室培养和长期的户外沙池栽培结果表明：丛枝菌根菌能够和甘草建立共生关系，侵染率为80％-85％，丛枝形态为Arum-type；丛枝菌根菌能够提高甘草对P元素的吸收，促进甘草生物量的增加，四个月时接种丛枝菌根菌的甘草叶片P含量比对照高2.5-3.2倍，30个月时甘草酸含量比不接菌对照提高1.34-1.43倍。丛枝菌根菌的混合接种和单独接种对甘草的增效没有明显差异。硅酸盐细菌对甘草生长的增效作用不明显。
　　 2、研究了在干旱所导致的渗透胁迫和氧化胁迫伤害下丛枝菌根菌对甘草抗逆性的影响。研究表明：丛枝菌根菌能增加植物体叶绿素含量，增强植物光合效率；胁迫条件下能够有效提高植物生长，通过增加甘草根部可溶性糖和脯氨酸含量增强植物渗透调节能力，使根部具有较低的水势利于水分吸收，从而保持叶中较高的水势；并在一定程度上通过提高甘草体内抗氧化系统如SOD酶等的活性(但对类黄酮等抗氧化剂DPPH自由基清除能力影响不大)，降低脂质过氧化水平，从而帮助植物在干旱胁迫条件下生长和提高抗旱性。
　　 3、利用低能离子束注入后对植物当代的刺激效应，开展了不同剂量的离子注入对甘草生长的影响和提高抗旱性的研究，探索了丛枝菌根菌和离子束协同增强甘草抗逆的作用。研究表明：无论在正常水势还是水分胁迫下，12×2.6×1015N+(ions)/cm2的离子注入剂量能够显著促进甘草增高和生物量的累积，分别提高甘草地上鲜重和干重54.9％，52.8％；提高根鲜重和干重42.1％，55.3％。在干旱条件下，合适的注入剂量能够提高甘草体内抗氧化酶SOD和CAT酶活性，显著增强植物叶片抗氧化剂的DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)自由基清除活力，降低氧化胁迫，增强植物抗旱性。研究还发现12×2.6×1015N+(ions)/cm2剂量的离子注入和接种丛枝菌根菌对甘草生长和提高抗旱有协同增效的作用。通过克隆G. mosseae，G. etunicatum和甘草核糖体DNA的部分18S和ITS序列，经序列多重比对分析，并设计特异引物，建立了运用nested-PCR技术进行新鲜甘草根段内AM真菌的快速分子检测方法。
　　 4、开展了丛枝菌根菌和吸水树脂联合使用的固沙技术研究。通过对11种吸水树脂理化性质的测定和吸水树脂与植物、微生物相容性的研究，筛选到了适宜荒漠化地区植被重建的吸水树脂。通过实验室模拟干旱条件试验和设计“微环境体系营养钵”技术体系，建立了丛枝菌根菌和吸水树脂联用的固沙方法。
　　 5、在库布齐沙漠十二连城试验站开展了丛枝菌根菌和吸水树脂联用固沙技术的野外试验研究。结果表明：在不同的立地条件下，该技术为甘草成苗提供2个月以上的水分和营养支持，甘草出苗率比常规撒播的种植方式提高2倍左右；同时能促进甘草株高和叶片数的增加(期间不依赖外界供水)；体系中丛枝菌根菌的侵染率为50％以上。栽种一年后，该技术体系下生长的甘草叶片中P含量、株高和株重明显高于对照，说明该营养体系对甘草的生长还有持续的增效作用，适用于在荒漠化地区春季少雨的情况下甘草等植被的营建。

目录

文摘

英文文摘

第1章文献综述

第1节荒漠化现状和治理

1.1荒漠化的现状

1.2荒漠化治理策略和技术

第2节植物对干旱胁迫的响应

2.1渗透调节与抗逆性

2.2抗氧化与细胞膜的稳定性

第3节丛枝菌根菌与植物的互惠共生关系

3.1 前言

3.2丛枝菌根菌与植物共生的机理研究

3.3丛枝菌根菌对植物生长的促进作用和应用

第4节离子束工程学研究概括

4.1 离子束生物工程学

4.2离子注入对生物诱变的基本原理

4.3离子束生物技术遗传育种中的应用

论文主要研究内容

第2章丛枝菌根菌和硅酸盐菌对甘草产量和品质的影响

前言

1.1材料与方法

1.2试验结果

1.3 讨论

第3章丛枝菌根菌和离子注入提高甘草抗旱的生理、生化分析

前言

第1节丛枝菌根菌提高植物抗旱性研究

1.1材料与方法

1.2试验结果

1.3 讨论

第2节离子束注入对甘草生长和提高抗氧化的研究

2.1材料与方法

2.2试验结果

2.3分析与讨论

第3节丛枝菌根菌和离子束协同促进甘草生长和抗旱的研究

3.1材料与方法

3.2结果与分析

3.3 讨论

第4章两种AM真菌特异性引物及用于根内菌根的分子检测

1.1材料与方法

1.2结果与分析

1.3讨论

第5章丛枝菌根菌与吸水树脂联合应用甘草等植被重建固沙技术

前言

第1节丛枝菌根菌与吸水树脂联合固沙技术的建立

1.1材料与方法

1.2结果与分析

1.3 结论

第2节丛枝菌根菌与吸水树脂联合固沙技术在沙漠中的试验

2.1材料与方法

2.2结果与分析

2.3模拟技术野外试验的初步结果和基本结论

第6章总结

参考文献

论文工作期间发表文章和获得专利

致 谢