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AMF联合生物炭增强玉米对重金属镉耐受性的作用研究认领

作者：

欧卢艳

学位授予单位：

云南大学

摘要：

随着工业化以及现代农业化的飞速发展,人类的生产活动导致了许多有毒重金属对环境造成污染,进而危害了人类和动植物的生存空间。其中,重金属镉对土壤的污染问题尤为突出。因此,在农业生产中,如何治理土壤重金属镉污染,增强作物对重金属镉的耐受性,是促进农业绿色发展保护粮食安全的一项重要课题。目前,丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)和生物炭(Biochar)是治理土壤重金属污染、提高植物对重金属耐受性的两大前沿热点。前人的研究表明AMF能利用根外菌丝和分泌的特异性蛋白如球囊霉素等直接将重金属镉固定,减轻重金属对植物的危害,而生物炭能改善土壤pH,为富集的耐镉微生物提供栖息环境,提高植物对重金属镉镉的耐受性。但同时将生物炭与AMF联合使用促进玉米生长并提高玉米对重金属镉耐受性的联合效果还鲜有报道。本研究通过盆栽实验(实验组:AMF处理,Biochar处理,AMF+Biochar处理;对照组:不施加AMF和Biochar)探究了AMF联合生物炭处理是否会对提高玉米镉耐受性产生积极影响,同时通过多组学联合分析探究了AMF联合生物炭增强玉米镉耐受性的作用机制。得到的研究结果如下: 1.镉胁迫下,AMF处理、Biochar处理、AMF+Biochar处理均能提高玉米株高、叶绿素含量和玉米生物量,其中AMF+Biochar处理对玉米株高、叶绿素、生物量的提高效果最优。在10 mg/kg镉浓度下,相较于对照组(CK,不施加AMF和Biochar),AMF+Biochar处理的玉米植株株高增加了3 1.74%,叶绿素含量增加了9.53%,地上部干重增加了60.86%,地下部干重增加了60.28%。 2.镉胁迫下,AMF处理、Biochar处理以及AMF+Biochar处理均能有效提高玉米抗逆酶活性、叶片脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量,并减少叶片丙二醛含量。其中,AMF+Biochar处理在10 mg/kg镉浓度下提高玉米抗逆酶活、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及降低丙二醛含量的能力显著高于Biochar处理和AMF处理。与对照相比,10 mg/kg镉浓度下,AMF+Biochar 处理分别增加了27.10%,11.8%和 30.11%的 SOD、POD 和 CAT活性和29.29%,10.07%的可溶性糖与可溶性蛋白含量。 3.镉胁迫下,添加Biochar能促进AMF与玉米共生;接种AMF能有效促进Biochar吸附重金属镉。 4.镉胁迫下,对AMF处理、Biochar处理以及AMF+Biochar处理的TI(耐性指数)、TF(转移系数)和BCF(富集系数)进行分析,结果显示三种处理均为TI>0.5,TF<1,BCF>0.5。因此,与对照组相比,三个处理均能减弱镉从地下部向地上部的转运能力,其中AMF+Biochar处理的玉米植株对重金属镉的富集能力更强。 5.镉胁迫下,通过对根际细菌16S rRNA发现,AMF+Biochar处理显著提高了玉米根际土壤细菌群落的丰富度和多样性;通过根际细菌宏基因组测序发现,AMF+Biochar处理显著改变了玉米根际微生物重金属抗性和抗氧化活性;通过玉米根部转录组发现,AMF+Biochar与对照相比的DEGs通过提高镉胁迫下玉米的膜转运、次生代谢物的生物合成、光合作用、苯丙类生物合成、各种植物次生代谢如核苷酸代谢、氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢等功能,增强玉米对重金属镉的耐受性。综上所述,AMF联合生物炭处理能够提高玉米镉耐受性,改变玉米根际土壤细菌群落结构,丰富根际土壤细菌群落的功能。

摘要译文

关键词：

AMF; 生物炭; 根际微生物; 镉胁迫; 耐受性

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

农艺与种业（专业学位）

导师：

刘芳刘丽

中图分类号：

X53[土壤污染及其防治⑨];S513[玉米（玉蜀黍）⑨]

学科分类号：

0713[生态学];083002[环境工程];120116[资源与环境管理];120406[土地资源管理];0901[作物学]

D O I：

10.27456/d.cnki.gyndu.2024.001147