AM真菌对刺槐光合固碳和能源性状的影响机制研究

【摘要】本论文研究了丛枝菌根（Arbuscularmycorrhizas,AM）真菌根内球囊霉（Rhizophagusirregularis）和地表球囊霉（Glomusversiforme）对刺槐（Robiniapseudoacacia）实生苗的生长、根系形态、营养吸收、叶片结构、光合作用的影响，在此基础上测定了菌根化刺槐的热值、碳含量、灰分、木质素、纤维素、生物量、能量积累和碳素积累等能源性状指标，研究了刺槐木质纤维素的氨水预处理和酶水解，揭示了AM真菌对刺槐光合固碳和能源性状的影响机制；同时，基于利用低产田种植能源植物的原则，进一步探索了AM真菌对盐胁迫下刺槐光合固碳和能源性状的影响。主要结果如下：1.AM真菌对刺槐生长、根系形态和营养成分的影响采用透明压片、根系扫描和营养测定等方法研究了AM侵染率的动态变化，分析了不同处理根系形态和营养成分含量的差异。结果表明，接种R.irregularis的刺槐AM侵染率一直很高，第3周已达到75.0%，而接种G.versiforme的侵染率较低，第9周才达到76.5%。R.irregularis和G.versiforme都促进了刺槐的生长和根的形态发育，接种R.irregularis的刺槐总根长、根表面积、根体积、根尖数和根分叉数分别比对照增加46.1%、118.1%、217.6%、134.6%和165.2%；而接种G.versiforme只显著增加了刺槐总根长、根表面积和根分叉数，分别比对照增加33.0%、14.5%和43.4%。同时AM真菌提高了刺槐矿质营养元素P、Mg的含量，其中接种R.irregularis的增加效果较好。相关性分析显示，刺槐的生物量（r=0.958,p<0.01）、根表面积（r=0.938,p<0.01）、根体积（r=0.932,p<0.01）与AM侵染率极显著正相关。说明AM真菌通过促进刺槐的根系发育和矿质营养元素吸收，显著增加了刺槐的生物量。2.AM真菌对刺槐叶片形态结构和光合作用的影响分析了刺槐叶片解剖结构、气体交换和叶绿素荧光参数，结果表明，接种R.irregularis或G.versiforme的刺槐叶片栅栏组织细胞排列紧密，栅栏组织层分别比对照增厚25.9%和23.1%。AM真菌显著（p<0.05）提高了刺槐的光合能力，接种R.irregularis的刺槐叶面积、叶绿素含量和净光合速率分别比对照增加460.0%、19.4%和13.0%；接种G.versiforme分别比对照增加491.0%、33.6%和19.6%，另外接种G.versiforme的刺槐羧化效率提高89.0%，说明接种G.versiforme极显著地提高了刺槐的固碳能力。通过叶绿素荧光分析显示，AM真菌显著（p<0.05）提高了刺槐光系统II的实际光化学效率和电子传递速率，表明AM真菌明显促进了刺槐对光能的利用。3.AM真菌对刺槐热值和碳含量、灰分含量的影响采用氧弹法和总碳测定等方法研究了刺槐的热值、碳含量和灰分含量，结果表明，接种R.irregularis或G.versiforme5个月后，菌根化刺槐的总生物量分别比对照增加311.0%和353.0%；接种R.irregularis的刺槐能量积累和碳素积累分别比对照提高345.2%和364.0%，接种G.versiforme的刺槐分别比对照提高了395.2%和393.7%。接种G.versiforme提高了5月龄刺槐根、茎、叶的干重热值，分别比对照提高9.5%、9.5%、7.3%，接种R.irregularis分别提高10.0%、5.4%、5.5%。接种R.irregularis或G.versiforme14个月后，刺槐的总生物量比对照增加89.6%和91.3%，能量积累分别增加102.2%和94.2%，碳素积累分别增加93.3%和77.2%。R.irregularis和G.versiforme都提高了5月龄刺槐碳含量，其中R.irregularis效果较好。接种5个月后，G.versiforme对刺槐热值、能量积累和碳素积累增加效果较好，而接种14个月后，R.irregularis对刺槐热值、能量积累和碳素积累增加效果较好。4.AM真菌对刺槐氨处理和酶水解的影响采用NREL（美国国家可再生能源实验室）、氨处理和酶水解方法研究了丛枝菌根化刺槐的纤维素和木质素含量、木质素脱除和纤维素的酶水解，结果表明，接种R.irregularis显著（p<0.05）提高了5月龄刺槐的纤维素和木质素含量，分别提高11.2%和13.4%，而14月龄的刺槐，仅提高了木质素含量，提高11.6%。接种G.versiforme提高了5月龄和14月龄刺槐的木质素含量，分别提高12.4%和7.9%。接种R.irregularis14月龄刺槐的葡萄糖得率为56.1%，低于5月龄没接菌处理的葡萄糖得率69.7%。电镜图片显示，接种AM真菌影响了刺槐茎的木质结构。对照和接种G.versiforme的刺槐氨处理后底物表面凹凸粗糙，孔隙度增高，这样有利于纤维素酶与纤维素的结合。5.盐胁迫和AM真菌对刺槐光合固碳和能源性状的影响在1.5gkg-1NaCl胁迫下，AM侵染率显著降低；接种R.irregularis明显提高了刺槐的叶绿素含量、总叶面积和净光合速率，分别提高15.5%、197.2%和39.9%；接种G.versiforme提高了刺槐叶绿素含量和总叶面积，分别提高8.3%和151.0%。同时，AM真菌提高了刺槐的热值和碳含量，并在无盐胁迫条件下提高了细胞壁和木质素含量。另外，刺槐净光合速率、热值与AM侵染率显著正相关，并有明显的线性关系，其线性方程分别为y=0.089x+3.632（R2=0.733,p<0.01）和y=0.022x+16.386（R2=0.434,p<0.01）。AM真菌明显改善了盐胁迫条件下刺槐的光合固碳和能源性状。以上结果表明，AM真菌通过促进刺槐营养吸收和光合固碳，提高了刺槐的热值和碳含量等能源性状，进而影响了刺槐的氨处理和酶水解；另外，在盐胁迫条件下利用AM真菌促进刺槐生长和改善能源性状有明显效果。
【作者】朱晓琴；
【导师】唐明；
【作者基本信息】西北农林科技大学，微生物学，2014，博士
【关键词】丛枝菌根真菌；光合固碳；热值；碳含量；生物量；

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