小麦及其祖先物种的AM共生响应研究

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can form mutualistic symbioses with the roots of wheat. Wheat supply AM fungi with carbohydrates, and in return, fungi increase nitrogen and phosphorus uptake of the wheat; furthermore, AM fungi can enhance the tolerance of wheat against stresses of drought, cold and pathogen. The modern common wheat was originated from some ancestors such as Aegilops tauschii, Triticum urartu and other wild species. However, how these relative plants interact with AM fungi, how they respond to AM colonization, and whether soil nitrogen and phosphorus fertility will infulence these symbionts, are still pooly understood. To answer these questions, we plan to investigate the AM responsiveness of wheat (Triticum aestivum) and their ancestors (Aegilops tauschii, Triticum urartu, Aegilops speltoides, Triticum turgidum) under different soil fertility conditions, using AM inoculation technique in a greenhouse. By analyzing the AM fungal colonization and community structure, plant biomass and other agronomic traits, we aim to elucidate the symbiotic relationships between AM fungi and these plants, and to illustrate the AM responsiveness of these plants under different soil fertility conditions. Our research will provide new insights in the understanding of the evolution of AM-dependency of modern wheat, and will also facilitate the AM-based wheat breeding in future.

丛枝菌根（AM）真菌能与小麦根系形成基于C、N、P物质交换的互惠共生体，对小麦的营养吸收、抗病抗逆等具有综合有益效应。小麦（六倍体）起源于多个祖先物种，但迄今为止，小麦及其祖先物种与AM真菌的共生关系如何？它们的AM共生响应模式有何异同？是否受土壤N、P肥力的调控？这些问题仍未得到科学的回答，严重阻碍了我们从菌根共生角度进行高抗低肥小麦新品种的选育。针对上述问题，本项目拟以普通小麦及其祖先物种（包括：节节麦、乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、野生二粒小麦）为研究对象，通过在温室条件下人工接种AM真菌群落及控制土壤N、P肥力，结合AM真菌群落分析、AM侵染率测定、植物性状分析（生物量、氮磷含量、分蘖数、种子数等）等，研究不同土壤肥力下小麦及其祖先物种与AM真菌群落的共生关系，揭示这些亲缘植物的AM共生响应模式，并进一步探讨小麦菌根依赖性的可能性遗传来源，为基于AM共生体的小麦育种提供科学依据。

丛枝菌根（AM）真菌能与小麦根系形成互惠共生体，对小麦的氮磷营养吸收、抗病抗逆等具有综合有益效应。因此，阐明不同氮磷肥力下小麦及其祖先物种与AM真菌的共生关系，对高抗低肥小麦新品种的选育具有重要的理论和实际意义。本项目以普通小麦及其祖先物种（包括：节节麦、乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、野生二粒小麦）为研究对象，通过在温室条件下人工接种AM真菌群落，研究了不同土壤氮磷施肥制度下小麦及其祖先物种的AM菌根响应。结果表明：施肥对不同植物物种的AM真菌指标影响各异，也显著影响了不同物种的生物量及氮磷含量；从单物种水平来看，施肥显著降低了节节麦和普通小麦根系中的AM真菌总侵染率。此外，接种AM 真菌显著提高了山羊草和节节麦的总生物量以及节节麦的磷含量，但降低了野生二粒小麦的磷含量；菌根接种及物种对地上生物量、地下生物量、总生物量、根冠比及磷含量均有显著影响和交互效应，且植物氮含量及氮磷比受菌根接种、物种和施肥的三元交互影响。不同植物的菌根响应模式有显著性差异，且对施肥处理的响应也各异：在未施肥处理下，野生二粒小麦的菌根生长响应（MGR）为显著负效应（表明AM真菌抑制植物生长），节节麦和山羊草的菌根氮吸收响应（MNR）为显著正效应（表明AM真菌促进植物氮吸收）；在施氮处理下，小麦的MGR和MNR均为正效应；在施磷处理下，小麦的MGR和菌根磷吸收响应（MPR）均为负效应，但山羊草的MGR则为正效应；在氮磷混施处理下，节节麦的MGR、MNR和MPR均为正效应，但山羊草的MGR和野生二粒小麦的MNR和MPR均为负效应。聚类分析表明，普通小麦和节节麦的菌根响应模式较类似，暗示了普通小麦的菌根依赖性的遗传来源可能是节节麦。本项目研究结果为为基于AM共生体的小麦品种选育提供了一定的理论依据和技术支撑。