灌溉制度对膜下滴灌棉花内生菌根群落结构的影响机制

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is one of the essential factors influencing the belowground ecosystems in agriculture. The community structure and stability of AMF are of importance for the maintenance of sustainable development in the agricultural ecosystem. In this project we will focus on the AMF community of the cotton plants using high throughput sequencing skills to investigate the structure features of cotton AMF community (species composition, diversity index, the dominant species and special species etc.) under different treatments of drip irrigation across series of cotton growth stages and soil depths. By doing so, we will be able to speculate the spatiotemporal dynamic influences of drip irrigation to the cotton AMF community under different treatments. Base on this, we will further analyze the correlation between the soil factors in the environment and the cotton AMF community potentially to discover the key soil factors that affect the AMF community structure changes. Furthermore, we will explore the sensibility response of the AMF community to specific single soil environmental factors, to initially screen the AMF population that has particular sensitivity to environment. Overall, this project will shed new light on utilizing the native AMF species for improving the resistance of cotton to drought and salt in the future.

内生菌根（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是影响农业地下生态系统过程的关键因素之一，其群落结构及稳定性对于维持农业生产的可持续性发展具有重要作用。本项目以膜下滴灌棉花内生菌根群落为研究对象，以高通量测序技术为手段，在不同滴灌处理条件下分别对在棉花不同生育阶段及不同土层深度的棉花内生菌根群落进行采样研究，通过揭示不同灌溉制度下棉花内生菌根群落的组成、多样性、优势种和特殊种等结构特征，阐明不同滴灌制度对棉花内生菌根群落的时空动态的影响规律。在此基础上进一步研究棉田土壤环境因子与棉花内生菌根群落之间的相关性，确定驱动棉花内生菌根群落结构变化的关键土壤环境因子；探索特殊菌根种群对于单一土壤环境因素的敏感性响应，初步筛选出具有特殊敏感性的内生菌根种群。本项目将为后续开发具有提高棉花抗旱抗盐性的本土AMF菌种研究提供相应的理论基础。

本研究以南疆棉田土壤真菌微生物为研究对象，在棉田四个生育期及土壤不同空间分布代表性取样基础上，利用二代测序方法开展了南疆棉花真菌群落结构研究。结果表明：共鉴定出1187个棉花土壤真菌OTU，分属于12门32纲68目131科213属，Cladospoorium delicatulum、Mycosphaerella tassiana、unclassified Tricharina和Metarhizium anisopliae为主要的优势种，其中275个OTU属于菌根真菌，同时还发现Lactuca、Bolbitius等外省菌根真菌属能与棉花形成共生；棉花不同生育期及土壤空间分布的真菌群落差异显著，苗期优势科为Pyronemataceae，蕾期优势科为Mycosphaerellaceae，花铃期优势科为Bulleribasidiaceae，吐絮期优势科为Pyronemataceae；根际真菌优势科为Chaetomiaceae,土壤真菌优势科为Pyronemataceae，根内真菌优势科为Pyronemataceae；四个生育期及不同空间中的共有种OTU分别为470个和471个，且相对丰度占全OTU的97.7%和97.3%，说明造成棉田不同时期及不同分布空间的真菌群落差异的原因主要是优势种相对丰度的变化。.灌溉定额和灌溉频率均对棉田真菌群落结构产生显著影响，真菌群落物种丰富度随着灌溉定额的增加呈现先升高后降低的趋势，过量灌溉会导致真菌群落多样性的下降，且病理营养型和腐生营养型真菌相对丰度增加较多，而共生营养型真菌增加较少；灌溉频率的改变虽然不会造成群落物种的改变，但会导致某些优势科相对丰度的显著增加，例如在中频灌溉频率下，Tricharina和Metarhizium属相对丰度显著增加；在高频灌溉频率下，Ascomycota属相对丰度显著增加。.此外，通过室内接种试验的转录组和蛋白组结果分析：接种内生菌根后的棉花mRNA基因表达量上调了2956个，下调了3805个；宏蛋白组上调蛋白质种类为154种，下调了155种；蛋白富集主要涉及植物抗压、生物代谢和生物合成等生物学过程，细胞溶胶、胞浆和细胞质等定位蛋白质和氧化还原酶活性、蛋白库和核糖体等分子功能方面。KEGG分析说明接种菌根真菌之后光合生物的碳固定作用、碳代谢、糖酵解/葡萄糖合成、丙酮酸代谢和核糖体等重要通路均发生了显著变化。