摘要: 丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhiza fungi，AM真菌）是一类重要的土壤真菌，能够与绝大多数陆生高等植物形成共生体系。AM共生体系对于宿主植物的养分吸收和抗逆生理有突出的作用，尤其是可以有效改善宿主磷营养，但目前对于菌根植物体内调控磷信号... 展开 丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhiza fungi，AM真菌）是一类重要的土壤真菌，能够与绝大多数陆生高等植物形成共生体系。AM共生体系对于宿主植物的养分吸收和抗逆生理有突出的作用，尤其是可以有效改善宿主磷营养，但目前对于菌根植物体内调控磷信号传导和磷代谢途径复杂机制的认识还远远不够，同时菌根技术在实际生产中的应用研究也比较匮乏。本研究结合盆栽试验与田间试验，围绕AM共生体系响应磷胁迫的生理机制与实际应用展开研究。主要研究内容及结论如下: (1)盆栽试验设置不同施磷水平（0、15、30、60和120mg/kg），研究接种AM真菌与对照处理玉米生长发育、根系转录组和代谢组变化，探讨菌根共生体系对不同磷水平的响应机制。结果表明，低磷水平下(0、15、30mg/kg)，接种AM真菌显著促进了玉米生长和磷吸收。植物转录水平上的研究表明，磷水平较低时，接种AM真菌显著增强了淀粉和蔗糖代谢、糖酵解、氨基酸生物合成和代谢以及脂肪酸生物合成和代谢等植物碳氮代谢通路相关基因的表达，调控非生物胁迫响应与次级代谢调控网络的基因表达，从而有效缓解低磷对玉米的胁迫;磷水平比较高时，相关碳氮代谢过程的基因表达在AM共生体系中下调或无显著差异。接种AM真菌和不同磷添加处理均导致初级、次级代谢以及养分转运等途径发生改变，不同功能类别的基因差异表达共同响应土壤磷水平变化。代谢组研究表明，低磷水平下，接种AM真菌显著提高了苯丙氨酸、脯氨酸、纤维二糖、吡喃葡萄糖、磷酸、亚精胺等代谢物的累积，而显著减少了苏氨酸、缬氨酸、丁酸、莽草酸、葡萄糖酸的累积。供磷充足时，葡萄糖酸、二十碳四烯酸、蔗果三糖等在接种AM真菌的玉米中显著积累，苯丙氨酸、脯氨酸、腐胺等显著减少，而且供磷充足时苏氨酸、缬氨酸、丁酸含量在接种AM真菌的玉米根系中进一步降低。不同磷水平下玉米根系进行了氨基酸代谢的复杂调节，低磷条件下AM真菌促进了苯丙氨酸、脯氨酸等的积累以及植物次生代谢，从而稳定了植物蛋白质和膜结构，增强了植物对磷胁迫的适应。 (2)在北京延庆区唐家堡村布置小区试验考察接种AM真菌对玉米生长、养分吸收和籽粒产量及品质的影响，探索菌根技术应用范围与条件。设置不施磷不接种(-P-M)、不施磷接种(-P+M)、施磷不接种(+P-M)和施磷接种(+P+M)4个试验处理，分别在玉米拔节期取样分析玉米生长和养分吸收情况，完熟期取样测定玉米籽粒产量及元素含量。结果发现，不施磷情况下，接种AM真菌显著提高了玉米生物量和磷吸收量，增加了玉米籽粒产量和百粒重，同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量;施磷条件下，接种AM真菌对玉米生长、植株磷含量及籽粒产量均无显著影响。不施磷接种AM真菌和施磷条件下玉米生长及籽粒产量无显著差异。本试验表明，不施磷接种AM真菌可以促进玉米生长并提高籽粒产量和品质，达到和施磷同样的效果，因此接种AM真菌可以在不牺牲作物产量的前提下减少磷肥施用，有助于实现农业的可持续发展。 论文应用转录组学和代谢组学方法整体上揭示了不同供磷水平下菌根共生体的复杂调节网络，验证了田间菌根化育苗促进玉米生长以及籽粒产量和质量的积极效果，对认识菌根共生体系适应低磷胁迫的生理机制，以及推动菌根技术实际应用具有重要积极意义。 收起