Effects of Chloris virgata and arbuscular mycorrhizal fungi on the growth of Leymus chinensis under alkali stress

doi:10.11686/cyxb2023475

Abstract

Abstract:

Leymus chinensis and Chloris virgata are common plants that are able to tolerate the barren， saline-alkali soils of the Songnen grassland. This research investigated the effects of C. virgata and arbuscular mycorrhizal （AM） fungi on the alkali tolerance of L. chinensis. A pot experiment was conducted with L. chinensis as the host plant， C. virgata as the companion species， and AM fungal communities derived from the rhizosphere of L. chinensis from Songnen saline-alkali grassland as the inoculant. The experiment therefore had three variables： AM fungi， a companion plant， and alkali stress. The mycorrhizal infection rate， growth index， leaf chlorophyll content， malondialdehyde （MDA） content， antioxidant enzyme activity， and osmoregulatory substance content of L. chinensis were measured to analyze the effects of the companion plant and AM fungal inoculation on the physiology and growth of L. chinensis under alkali stress. The main results were as follows： 1） The AM fungi effectively colonized the roots of L. chinensis under alkali stress， and C. virgata inhibited this symbiosis. 2） Compared with uninoculated L. chinensis， plants of L. chinensis inoculated with AM fungi showed a significantly reduced MDA content， and increased biomass， chlorophyll content， antioxidant enzyme activities， and osmoregulatory substance contents， which resulted in enhanced alkali tolerance. 3） The biomass of L. chinensis was lower in the control than in the treatment groups. Compared with L. chinensis in the control group， L. chinensis in the alkali treatment group showed higher contents of osmoregulatory substances， increased enzyme activities， and improved growth. 4） The interaction between C. virgata and AM fungi was associated with increased leaf width， saturation fresh weight， chlorophyll content， soluble sugar content， and soluble protein content， and enhanced activities of peroxidase and catalasein L. chinensis. 5） A membership function analysis showed that AM fungi can interact with C. virgata and improve the tolerance of L. chinensis in alkali habits. These results provide a theoretical basis for evaluating the effects of AM fungi and C. virgata as a companion plant on the growth of L. chinensis under alkali stress. These findings also provide important data to assist development of methodologies for the ecological restoration of Songnen saline-alkali grassland by introduction of appropriate companion plants and exploitation of mycorrhizal symbioses.

Key words: Leymus chinensis, Chloris virgata, arbuscular mycorrhizal fungi, alkali stress

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Figures/Tables 10

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碱胁迫 Alkali stress	虎尾草伴生 C. virgata	侵染率 Colonization rate	侵染强度 Colonization intensity	泡囊丰度 Vesicular abundance	丛枝丰度 Arbuscule abundance
CK	NT	64.44±5.88c	2.63±0.29b	11.38±1.28c	6.29±1.29b
CK	MT	75.55±2.22bc	10.84±0.35b	16.17±1.95c	9.62±0.46b
ST	NT	97.78±2.22a	46.55±7.04a	87.36±3.87a	26.05±6.70a
ST	MT	84.44±4.44ab	15.70±3.72b	27.65±4.48b	12.54±3.15b

碱胁迫 Alkali stress	虎尾草伴生 C. virgata	侵染率 Colonization rate	侵染强度 Colonization intensity	泡囊丰度 Vesicular abundance	丛枝丰度 Arbuscule abundance
CK	NT	64.44±5.88c	2.63±0.29b	11.38±1.28c	6.29±1.29b
CK	MT	75.55±2.22bc	10.84±0.35b	16.17±1.95c	9.62±0.46b
ST	NT	97.78±2.22a	46.55±7.04a	87.36±3.87a	26.05±6.70a
ST	MT	84.44±4.44ab	15.70±3.72b	27.65±4.48b	12.54±3.15b

碱胁迫 Alkali stress	接菌 AMF	虎尾草伴生 C. virgata	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	鲜重 Fresh weight （g·plant^-1）	饱和鲜重 Saturation fresh weight （g·plant^-1）	干重 Dry weight （g·plant^-1）
CK	NM	NT	13.53±0.61b	0.28±0.02a	0.567±0.007a	0.767±0.065a	0.127±0.016a
	NM	MT	10.77±0.38c	0.25±0.03a	0.133±0.014e	0.227±0.024e	0.044±0.004d
	AM	NT	16.50±0.92a	0.25±0.03a	0.450±0.026b	0.570±0.010b	0.080±0.003bc
	AM	MT	11.70±0.86bc	0.23±0.04a	0.300±0.006c	0.407±0.022c	0.072±0.003bcd
ST	NM	NT	10.73±0.18c	0.27±0.02a	0.233±0.020d	0.293±0.029de	0.059±0.015cd
	NM	MT	12.00±0.56bc	0.32±0.02a	0.310±0.021c	0.360±0.021cd	0.067±0.005bcd
	AM	NT	11.77±0.41bc	0.28±0.02a	0.563±0.009a	0.603±0.015b	0.081±0.002bc
	AM	MT	10.60±0.82c	0.32±0.02a	0.540±0.015a	0.640±0.031b	0.093±0.006b

碱胁迫 Alkali stress	接菌 AMF	虎尾草伴生 C. virgata	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	鲜重 Fresh weight （g·plant^-1）	饱和鲜重 Saturation fresh weight （g·plant^-1）	干重 Dry weight （g·plant^-1）
CK	NM	NT	13.53±0.61b	0.28±0.02a	0.567±0.007a	0.767±0.065a	0.127±0.016a
	NM	MT	10.77±0.38c	0.25±0.03a	0.133±0.014e	0.227±0.024e	0.044±0.004d
	AM	NT	16.50±0.92a	0.25±0.03a	0.450±0.026b	0.570±0.010b	0.080±0.003bc
	AM	MT	11.70±0.86bc	0.23±0.04a	0.300±0.006c	0.407±0.022c	0.072±0.003bcd
ST	NM	NT	10.73±0.18c	0.27±0.02a	0.233±0.020d	0.293±0.029de	0.059±0.015cd
	NM	MT	12.00±0.56bc	0.32±0.02a	0.310±0.021c	0.360±0.021cd	0.067±0.005bcd
	AM	NT	11.77±0.41bc	0.28±0.02a	0.563±0.009a	0.603±0.015b	0.081±0.002bc
	AM	MT	10.60±0.82c	0.32±0.02a	0.540±0.015a	0.640±0.031b	0.093±0.006b

指标 Index	接菌 AMF	虎尾草伴生 C. virgata	碱胁迫 Alkali stress	接菌×虎尾草伴生 AMF×C. virgata	接菌×碱胁迫 AMF×alkali stress	虎尾草伴生×碱胁迫 C. virgata×alkali stress	接菌×虎尾草伴生×碱胁迫AMF×C. virgata×alkali stress
丙二醛含量MDA content	3.464	47.486***	350.118***	104.261***	63.160***	1.012	11.021**
可溶性糖含量Soluble sugar content	4045.727***	78.128***	164.486***	207.761***	3.972	43.756***	23.549***
可溶性蛋白含量Soluble protein content	48.495***	14.248**	127.662***	27.157***	104.476***	26.156***	2.475
叶绿素含量Chlorophyll content	0.033	3.419	0.369	0.182	0.182	0.054	3.862
脯氨酸含量Proline content	139.226***	203.910***	36.856***	2029.885***	833.404***	122.917***	7386.285***
超氧化物歧化酶活性SOD activity	2.741	2.799	0.125	1.295	0.194	0.906	0.008
过氧化物酶活性POD activity	414.609***	428.090***	299.047***	0.390	136.834***	17.185**	998.947**
过氧化氢酶活性CAT activity	16.781**	11.521**	0.342	57.877***	0.671	0.014	8.562*
干重Dry weight	1.645	8.735**	1.008	10.825**	7.775*	21.424***	8.409*
鲜重Fresh weight	168.286***	127.040***	17.492**	15.201**	117.633***	183.322***	66.457***
饱和鲜重Saturation fresh weight	42.203***	46.220**	0.690	15.429**	47.252***	83.544***	21.233***
叶长Leaf length	3.801	16.974**	16.673**	6.074*	5.543*	17.896**	0.049
叶宽Leaf width	0.222	0.222	5.556*	0.000	0.889	3.556	0.222