Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on ion absorption and distribution in Leymus chinensis under saline-alkaline stress

doi:10.11686/cyxb2020036

Abstract

Abstract:

To explore the mechanism by which arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） improve plants’ tolerance to saline-alkaline stress， we determined their effects on ion absorption and distribution in above- and below-ground plant parts in a pot experiment. The dominant species in Songnen grassland， Leymus chinensis， was used as the experimental material. Saline-alkaline stress increased the Na⁺ content and reduced the contents of K⁺， Ca²⁺， and Mg²⁺ in above-ground parts， enhanced Na⁺ transport from below-ground to above-ground parts， inhibited the transport of K⁺， Ca²⁺， and Mg²⁺， and altered above- and below-ground ion distribution in L. chinensis. Under saline-alkaline stress， AMF inhibited the absorption of Na⁺， promoted the absorption of K⁺， Ca²⁺， and Mg²⁺， and improved the ability of L. chinensis roots to retain Na⁺. The ion balance was maintained by the ion transport ratio and the cation transport selection ratio， and this improved the salt and alkali tolerance of L. chinensis.With increasing saline-alkaline stress， the hyphal colonization rate and hyphal density of AMF decreased significantly， but vesicle colonization increased. This helped the AMF store more saline-alkaline ions in the vesicles， thereby reducing the damage caused by saline-alkaline stress to L. chinensis roots. Therefore， under saline-alkaline stress， AMF enhanced the salt-alkali tolerance of L. chinensis by inhibiting absorption of Na⁺， by using the vesicle structure to help the root intercept Na⁺， and by promoting the absorption of K⁺， Ca²⁺， and Mg²⁺. The results suggest that the L. chinensis-AMF symbiosis has the potential to improve the health of grasslands affected by salinization-alkalization. In addition， these results provide insights into the mechanisms by which AMF enhance plants’ salt-alkali tolerance.

Key words: grassland salinization-alkalization, arbuscular mycorrhizal fungi, Leymus chinensis, ion absorption and distribution

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Figures/Tables 6

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项目 Item	盐碱梯度 Saline-alkaline gradient	处理 Treatment	K⁺/Na⁺	Ca²⁺/Na⁺	Mg²⁺/Na⁺
地上Aboveground	L	-AMF	1.49±0.11Aa	0.45±0.02Ab	0.23±0.02Ab
	L	+AMF	2.62±0.46Aa	0.88±0.11Aa	0.40±0.05Aa
	M	-AMF	0.78±0.05Bb	0.23±0.02Bb	0.12±0.01Bb
	M	+AMF	1.25±0.13Ba	0.44±0.05Ba	0.22±0.02Ba
	S	-AMF	0.47±0.04Ca	0.14±0.02Cb	0.07±0.01Bb
	S	+AMF	0.62±0.07Ba	0.21±0.01Ca	0.13±0.01Ca
地下 Belowground	L	-AMF	0.73±0.05Aa	0.41±0.02Ab	0.10±0.01Ab
	L	+AMF	1.04±0.12Aa	0.60±0.04Aa	0.15±0.01Aa
	M	-AMF	0.55±0.02Ba	0.30±0.02Bb	0.07±0.00Bb
	M	+AMF	0.71±0.06Ba	0.40±0.03Ba	0.10±0.01Ba
	S	-AMF	0.45±0.03Ba	0.24±0.02Bb	0.05±0.00Bb
	S	+AMF	0.53±0.04Ba	0.32±0.02Ba	0.08±0.00Ca

项目 Item	盐碱梯度 Saline-alkaline gradient	处理 Treatment	K⁺/Na⁺	Ca²⁺/Na⁺	Mg²⁺/Na⁺
地上Aboveground	L	-AMF	1.49±0.11Aa	0.45±0.02Ab	0.23±0.02Ab
	L	+AMF	2.62±0.46Aa	0.88±0.11Aa	0.40±0.05Aa
	M	-AMF	0.78±0.05Bb	0.23±0.02Bb	0.12±0.01Bb
	M	+AMF	1.25±0.13Ba	0.44±0.05Ba	0.22±0.02Ba
	S	-AMF	0.47±0.04Ca	0.14±0.02Cb	0.07±0.01Bb
	S	+AMF	0.62±0.07Ba	0.21±0.01Ca	0.13±0.01Ca
地下 Belowground	L	-AMF	0.73±0.05Aa	0.41±0.02Ab	0.10±0.01Ab
	L	+AMF	1.04±0.12Aa	0.60±0.04Aa	0.15±0.01Aa
	M	-AMF	0.55±0.02Ba	0.30±0.02Bb	0.07±0.00Bb
	M	+AMF	0.71±0.06Ba	0.40±0.03Ba	0.10±0.01Ba
	S	-AMF	0.45±0.03Ba	0.24±0.02Bb	0.05±0.00Bb
	S	+AMF	0.53±0.04Ba	0.32±0.02Ba	0.08±0.00Ca

盐碱梯度Saline-alkaline gradient	处理Treatment	Na⁺	K⁺	Ca²⁺	Mg²⁺
L	-AMF	0.47±0.02Ca	0.97±0.02Aa	0.52±0.01Ab	1.07±0.01Aa
L	+AMF	0.41±0.03Ca	0.99±0.02Aa	0.59±0.01Aa	1.07±0.02Ca
M	-AMF	0.64±0.02Ba	0.91±0.02Ba	0.50±0.01Ab	1.11±0.04Aa
M	+AMF	0.52±0.03Bb	0.91±0.02Ba	0.55±0.01Ba	1.13±0.01Ba
S	-AMF	0.77±0.01Aa	0.79±0.01Ca	0.45±0.02Ba	1.15±0.05Aa
S	+AMF	0.71±0.01Ab	0.81±0.02Ca	0.48±0.01Ca	1.18±0.02Aa

盐碱梯度Saline-alkaline gradient	处理Treatment	Na⁺	K⁺	Ca²⁺	Mg²⁺
L	-AMF	0.47±0.02Ca	0.97±0.02Aa	0.52±0.01Ab	1.07±0.01Aa
L	+AMF	0.41±0.03Ca	0.99±0.02Aa	0.59±0.01Aa	1.07±0.02Ca
M	-AMF	0.64±0.02Ba	0.91±0.02Ba	0.50±0.01Ab	1.11±0.04Aa
M	+AMF	0.52±0.03Bb	0.91±0.02Ba	0.55±0.01Ba	1.13±0.01Ba
S	-AMF	0.77±0.01Aa	0.79±0.01Ca	0.45±0.02Ba	1.15±0.05Aa
S	+AMF	0.71±0.01Ab	0.81±0.02Ca	0.48±0.01Ca	1.18±0.02Aa

盐碱梯度 Saline-alkaline gradient	处理Treatment	K⁺/Na⁺	Ca²⁺/Na⁺	Mg²⁺/Na⁺
L	-AMF	2.06±0.08Aa	1.11±0.04Ab	2.27±0.10Aa
L	+AMF	2.45±0.20Aa	1.46±0.11Aa	2.66±0.20Aa
M	-AMF	1.42±0.06Bb	0.78±0.04Bb	1.73±0.05Bb
M	+AMF	1.75±0.08Ba	1.07±0.05Ba	2.18±0.12Ba
S	-AMF	1.04±0.02Ca	0.58±0.03Cb	1.50±0.07Ba
S	+AMF	1.14±0.04Ca	0.67±0.01Ca	1.65±0.05Ca