根系分泌物对间作体系种间根系相互作用的调控及其关键成分研究

发布时间：2020-04-05 14:04

【摘要】：越来越多的证据表明植物在遇到相邻植物时在根系生长和根系形态方面做出相应改变。在本小组的前期工作中发现,小麦/压米间作体系中,小麦的根系可以扩展到玉米地下生长空间,而玉米的根系在共同生长期内侧向分布受限。在蚕豆和玉米间作体系中,共生期内蚕豆和玉米根系可以相互交叉生长在一起。为了阐明不同作物组合在根系生长上出现的这种差异的机制,本研究在室内条件下,以小麦/玉米、大麦/玉米和蚕豆/玉米间作体系为研究对象,通过多种研究方法研究种间相互作用介导的根系分布、根识别及根系分泌物对根系生长和形态变化的影响,并确定根系分泌物中起关键作用的化学物质成分。研究得出以下主要结果和结论:(1)植物遇到不同邻居时在根系分布上做出响应。小麦、大麦、蚕豆和玉米植株在相邻同种植物不同植株时,根系在自我和共同生长区域平均分布。而当小麦和玉米间作时,小麦根系趋向玉米根系生长,玉米根系躲避小麦根系生长。大麦与玉米间作时,大麦根系躲避玉米生长,玉米根系在自我生长区域和共同生长区域共同分布。蚕豆与玉米间作时,蚕豆和玉米根系分布没有改变。(2)根系分泌物在不同间作体系中的效应不同。小麦/玉米种间互作中根系分泌物对玉米是抑制作用,而对小麦是促进作用。在无分隔情况下,邻居侧添加活性炭的玉米根长比无分隔处理的增加了 40%,自我侧添加和邻居侧添加活性炭的小麦根长比对照的降低27%和15%。根系分泌物在蚕豆/玉米种间互作中促进蚕豆和玉米生长。在尼龙网分隔情况下,两侧都添加活性炭处理的蚕豆根长比对照处理降低了 46%。在无分隔情况下,邻居侧添加活性炭的玉米根长比对照降低45%。(3)根系分泌物在植物种间相互作用中具有物种特异性。不同禾本科根系分泌物对玉米生物量和根系形态参数的效应不同。添加小麦根系分泌物相对于不添加小麦根分泌物(对照)分别降低玉米的地上部干重59%、地下部干重55%和根长64%。而添加玉米根系分泌物和大麦根系分泌物对玉米的生长无影响。添加玉米根分泌物使蚕豆根长增加了 142%,而小麦和大麦根系分泌物对蚕豆的这些根系性状没有显著的影响。(4)门布可能是根系分泌物中影响小麦/玉米种间竞争的关键物质。小麦/压米间作体系的根系分泌物中的门布含量高于单作小麦、单作玉米根系生长介质中门布含量以及单作体系加权平均值,分别高出477%、224%和315%。间作种植条件下,1,5,10 μg/L门布处理的小麦根长比对照分别高55%、58%和52%。间作种植方式下,1 μg/L门布处理的间作玉米根长比对照显著低24%。(5)玉米根系分泌物显著增加蚕豆结瘤,染料木素等黄酮类化合物可能是根系分泌物影响蚕豆/玉米种间互利互惠的关键物质。在尼龙网分隔情况下,自我(蚕豆)侧添加活性炭、邻居(玉米)侧添加活性炭和两侧都添加活性炭显著降低蚕豆根瘤数,比不添加活性炭分别降低了 42%、24%和64%。此外,直接外源添加玉米根系分泌物增加蚕豆的根瘤数,比对照增加了 137%。蚕豆和玉米根系分泌物中均检测到了染料木素、槲皮素和毛地黄黄酮的存在。综上所述,在小麦/压米竞争体系中,小麦可通过根系分泌物中的关键物质例如门布显著抑制玉米的根系生长和根长,是该体系根系趋避现象的主要机制。在蚕豆/玉米互惠体系中,玉米根系分泌物促进蚕豆根系生长及结瘤,玉米根系分泌物中也存在染料木素、槲皮素和毛地黄黄酮等黄酮类化合物,这些黄酮类化合物可能是玉米根系分泌物促进蚕豆生长和结瘤的重要原因。
【图文】：

预测模式,根系

逦第一章绪论逡逑的根干重，这种预测模式是假设这两株植物的根系相距甚远，且每种植物不延伸到Ｆ３的远端边界逡逑（图１－１）。如果倾向于邻株植物方向，根的生长增加，那么可以预计高度混合的根系模式。在这逡逑种预测模式下，在一个给定体积的基质上的根干重高于远离邻株植物的两个相同体积的基质上的根逡逑干重，即Ｆ３的根质量＞邋Ｆ２邋＋邋Ｆ４的根质量（图１－１）。如果在任何方式下根对邻居的存在没有响应，逡逑那么两个植物根系会混合，但是但低于侵入模式。植物在两个植物之间的给定体积的基质上的根质逡逑量应该等于远离邻株植物的两个相同体积的基质上的根质量，即Ｆ３的根质量＝Ｆ２邋＋邋Ｆ４的根质量逡逑（图邋１－１）。逡逑在临近的植物出现时，根系逦？逡逑的生长减少，预测为躲避肖逡逑式，，且不受植物种类的限制。逦规避模逡逑根系相互作用４根系的生长不受临近植逡逑物的影响

研究思路

第二章研究目标、内容和思路逡逑２．１研究目标逡逑本研究主要关注小麦／玉米、大麦／玉米和蚕豆／玉米体系，以种间竞争和促进作用为切入点，逡逑研宄种间相互作用介导的根识别及根系分泌物对根系生长和形态变化的影响，从根系分泌物信号逡逑传导等方面系统阐述种间根系竞争与促进的机制。逡逑２．２研究内容逡逑⑴种间相互作用对作物根系生长分布的影响。探宄小麦／玉米、大麦／玉米和蚕豆／玉米间作体系逡逑种间互作对作物根系分布的影响。逡逑（２）根系分泌物在间作体系中种间根系互作的作用。探宄根系分泌物在小麦／玉米间作体系和蚕豆／逡逑玉米间作体系中的作用。逡逑（３）种间根系识别中关键根系分泌物成分的鉴定。主要分离和坚定小麦／玉米间作体系根系分yU物逡逑中生长抑制物质和蚕豆／玉米根系分泌物中生长促进物质。逡逑２．３研究思路逡逑
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S311

【参考文献】