水稻菌根共生体碳-镉互作机制及其关键影响因素研究

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can form mutualistic mycorrhizal symbioses with most terrestrial plants. In rice-mycorrhizal fungal symbioses, the host plants preferentially allocate more carbon (C) to beneficial fungus, which could affect cadmium (Cd) uptake and accumulation in the host plants. Thus, it is essential to study the interaction between C and Cd in rice-mycorrhizal fungal symbioses in order to explore the rules of Cd uptake and accumulation in rice (Oryza sativa L.). In this project, we will use triple stable isotopic labeling of C (13C) and Cd (106Cd and 108Cd) within split root chambers to investigate the trade-off of C and Cd in rice-mycorrhizal fungal symbioses under different soil Cd-contaminated conditions. Moreover, two key environmental factors, including light and passivation, will also be involved in this project to study their influences on the trade-off of C and Cd. In a word, this project will help to reveal the effect of AMF toward Cd uptake and accumulation in rice, which will lay theoretical foundations for precise regulation of Cd accumulation in rice to ensure food security.

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）可与绝大多数陆生植物形成互利互惠的共生关系。在水稻菌根共生体系中，AMF使得宿主碳存在优先分配的现象，且AMF抑制宿主吸收、累积镉的生理过程依赖宿主的碳分配。因此，有必要以菌根共生体内宿主碳-镉的互作关系为切入点，来探讨镉在水稻体内吸收、累积的规律。本项目拟以菌根共生体碳优先分配理论为依据，采用室内分根培养装置，结合稳定同位素示踪技术，从元素计量学角度出发，探讨不同镉污染程度土壤条件下水稻菌根共生体内宿主碳-镉之间的互作关系。同时，研究光照、钝化等关键环境因素的变化对菌根共生体内宿主碳-镉互作关系的影响及其机理。通过本项目的实施，将有助于更好地揭示AMF对水稻镉吸收、累积的影响机制，为稻米镉累积的精细调控提供重要的理论支撑，对于保障粮食安全具有重要意义。

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）可与水稻形成共生体，在镉污染土壤中，宿主对重金属的吸收与共生体碳分配密切相关。为了明确共生体碳镉互作规律，本项目以菌根共生体碳优先分配理论为依据，采用分根培养装置，结合稳定同位素示踪技术，设定三个主要试验，探讨镉污染土壤水稻菌根共生体内宿主碳-镉之间的互作关系。同时，研究光照、钝化等关键环境因素的变化对共生体碳-镉互作关系影响机理。研究结果表明：.试验1：污染土壤中，Glomus mossseae可以显著促进水稻地上和地下部生长，侵染率随着土壤镉含量增加而增加；在洁净土壤和污染土壤中，水稻均优先分配较多的碳到Glomus mossseae一侧；宿主碳优先分配程度随土壤镉含量增加而下降。宿主从Glomus versiforme一侧吸收的镉高于Glomus mossseae一侧。.试验2：Glomus mossseae菌根效应高于Glomus versiforme，生物量随光照时长减少而降低；所有光照处理下，宿主优先分配较多的碳到Glomus mossseae一侧，并随光照时长减少而降低，而分配给Glomus versiforme的碳并未随遮光时长而改变；不同遮光时长条件下，宿主从Glomus versiforme一侧吸收较多的镉，吸收比例随遮光时长增加而增加。.试验3：高镉污染土壤添加钝化剂石灰可以显著增加水稻生物量，接种了Glomus mossseae的水稻生物量显著高于Glomus versiforme，Glomus versiforme并未显著促进水稻生长；Glomus mossseae菌根效应高于Glomus versiforme，但不同钝化剂处理间不存在显著差异；水稻优先分配较多的碳到Glomus mossseae一侧，并随着石灰用量增加而增加，分配到Glomus versiforme的碳有所增加但不显著；水稻从Glomus versiforme一侧吸收的镉高于Glomus mossseae一侧，随着石灰用量增加而下降；石灰钝化剂处理条件下，Glomus mossseae可有效降低宿主对镉的吸收。.研究结果揭示了镉污染土壤水稻菌根共生体碳分配和镉吸收规律，明确了光照、钝化剂等调控措施对共生体碳镉互作的影响。研究对实现镉污染土壤水稻生长精细调控、保障粮食安全具有重要意义。