中科院成都生物所:NMT发现在水分和N素充足时定殖ECM致云杉根铵硝吸收↓ 为发现土壤资源越充足ECM作用越弱提供关键证据
转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟
基本信息
主题:NMT发现在水分和N素充足时定殖ECM致云杉根铵硝吸收↓ 为发现土壤资源越充足ECM作用越弱提供关键证据
期刊:Physiologia Plantarum
影响因子:4.5
研究使用平台:NMT植物营养创新平台
标题:Inorganic nitrogen uptake rate of Picea asperata curtailed by fine root acclimation to water and nitrogen supply and further by ectomycorrhizae
作者:中国科学院成都生物研究所、中国科学院大学尹春英、谢路路
检测离子/分子指标
NO3-、NH4+
检测样品
云杉根,距根尖16.5~18 mm根表上的点
中文摘要
外生菌根(ECM)真菌定殖和功能依赖于土壤水分和养分供应。为了研究资源供应对云杉幼苗根系ECM定殖和无机氮(N)吸收的影响,作者在一个5年的长期试验结束时进行了一项研究,该试验包括5种灌溉方式(40、50、60、80和100%的田间持水量)和3种NH4NO3施用量(0 [N0]、20 [N1]和40[N2] g N m-2 year-1)。使用非损伤微测技术(NMT)检测了铵(NH4+)和硝酸盐(NO3-)在定殖根和未定殖根中的流速。研究发现在不同的供N水平下,ECM定殖率从最高供水水平到最低供水水平增加了53±14%。在所有不同灌溉方式下,与在添加N下生长的根相比,在自然N供应下菌根根尖的比例高39±4%。正如对针叶树所预期的那样,定殖和未定殖的根对NH4+的吸收速率都高于NO3-。N添加降低了在低供水条件下生长的未定殖根的瞬时离子吸收速率,但增加了在土壤水分充足条件下生长的根的流速。土壤水分供应提高了非定殖根对无机N的吸收,但降低了定殖根的效率。在最低供水条件下,定殖根系对NH4+和NO3-的吸收率为未定殖根系的40%~80%,随着土壤供水的提高,NH4+和NO3-的吸收率降低到20%~30%。综上,本研究认为随着土壤资源可获得性的提高,外生菌根在云杉幼苗养分获取中的作用可能减弱。
离子/分子流实验处理方法
定殖或未定殖ECM
离子/分子流实验结果
在所有的供N水平下,未定殖根在土壤水分可利用率最高条件下的NH4+和NO3-净流速比土壤水分可利用率最低条件下的NH4+和NO3-净流速高3~5倍,NH4+的净流速大约比NO3-的净流速高30%(P<0.05,图1A-D)。增加供N量也会影响未定殖根系中的离子流速,对适应低水分利用率的根产生负面影响,对适应高水分利用率的根产生积极影响,但N诱导的影响小于水分利用率的影响。对于适应高水分和高N添加量的根系而言,进入定殖根的NH4+和NO3-净流速最高,而在自然N条件下生长的定殖根的吸收率没有随供水量变化而变化(图1E–H)。但与未定殖的根系不同,在两种N形态下根系的流速都在60%田间持水量左右趋于饱和。
图1. 云杉未定殖的根和定殖的根NH4+和NO3-净流速(A , C , E , G)和相对净流速(B, D, F, H)对土壤水分和氮素有效性变化的响应。正值代表NH4+和NO3-外排,负值代表NH4+和NO3-吸收。
其他实验结果
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在自然N(N0)条件下,土壤pH随供水量增加而增加,但无论供N量是N1还是N2都对土壤pH变化起到了缓冲作用。
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在60%及以上田间持水量的灌溉条件下,土壤NH4+-N浓度在N0时最高,在N1时最低,但在60%田间持水量以下,没有观察到添加N对NH4+-N的影响;相比之下,低于60%田间持水量的NO3--N浓度在供N水平之间和两种土壤灌溉方式之间存在很大差异,而在较高的供水量下没有观察到处理间的差异。
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土壤浸提液中总无机N浓度在不同N处理之间没有表现出一致的差异,在整个不同土壤供水范围内也没有明显的趋势。
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随着土壤水分可利用率的降低,云杉幼苗根系ECM定殖率呈线性增加,而两种施N量均抑制了定殖率。比根长和比根面积对水分和N供应的变化均无响应。
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进入定殖根的NH4+流速相对于进入非定殖根的流速,随着土壤水分可利用率的增加而下降。同样,进入定殖根的NO3-流速相对于进入未定殖根的NO3-流速,也随着土壤水分可利用率的增加而下降,但与NH4+吸收相比,趋势不太明显。
测试液
NH4+:0.1 mM NH4Cl, 1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, pH 5.5
NO3-:0.1 mM KNO3, 1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, pH 5.5
结论
本项研究中已经确定和分析了ECM定殖率和瞬时离子吸收率对定殖和未定殖根的响应。根据研究结果,外生菌根在云杉幼苗养分获取中的作用可能随着土壤资源可利用率的增加而减弱。研究结果为进一步研究外生菌根在N吸收和碳氮平衡中的功能提供了理论依据。
NMT实验标准化方案
NMT仪器信息
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.13562
供稿:赵雪琦
编辑:杨爽
校稿:卻彦晗
关键词:云杉;外生菌根;NH4+和NO3-流速;土壤资源可利用率;植物类