丛枝菌根通过调节碳磷代谢相关基因的表达增强植物对低磷胁迫的适应性

丛枝菌根(AM)共生体系对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。AM不仅直接调节宿主植物对低磷胁迫的响应,还可能通过分泌物影响相邻的非菌根植物。该研究采用分室培养系统,以玉米(Zea mays)和AM真菌Rhizophagus irregularis为试验材料,考察低磷(10 mg·kg~(–1))和高磷(100 mg·kg~(–1))条件下,菌根共生体系对植物生长、磷营养以及碳磷代谢相关基因表达的影响,以揭示AM调节植物低磷胁迫响应的生理机制。分室培养系统由0.45μm微孔滤膜分隔成供体室、缓冲室和受体室3个分室,以供体室菌根化植物为AM分泌物来源,通过微孔膜阻止菌根真菌对未接种受体植物的直接影响,但允许AM分泌物在分室间的扩散。采用实时荧光定量PCR技术分析玉米以及AM真菌自身碳磷代谢相关基因的表达情况。试验结果表明,低磷条件下接种AM真菌显著提高了供体植物干质量和磷浓度,上调了玉米碳磷代谢相关基因的表达。AM真菌磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因在低磷条件下的表达水平显著高于高磷水平;对于受体植物而言,仅高磷处理显著提高了玉米植株干质量和磷含量,而接种处理显著上调了受体植物磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因的表达水平。该研究表明,低磷胁迫下AM可能通过分泌物调控植物碳磷代谢相关基因的表达,进而调节植物对低磷胁迫的生理响应。     

丛枝菌根真菌对番茄信号物质的诱导效应

盆栽番茄Lycopersicon esculentum幼苗分别接种丛枝菌根(AM)真菌摩西球囊霉Glomus mosseae、地表球囊霉G.versiforme、根内球囊霉G.intraradices、幼套球囊霉G.etunicatum及珠状巨孢囊霉Gigaspora margarita 35d后,开始测定番茄植株内源信号物质水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、一氧化氮(NO)和过氧化氢(H2O2)含量变化,抗性相关酶活性,丙二醛(MDA)含量以及生长量等指标。结果表明,接种AM真菌增加了番茄植株鲜重、株高、地上部和地下部干重、叶片和根系NO、JA、H2O2含量和结合态SA含量,其中,以摩西球囊霉G.mosseae诱导作用最大,叶片和根系内NO、JA、H2O2和结合态SA含量分别比对照增加了3.3和1.9倍、6.8和8.0倍、0.9和1.2倍、1.9和2.6倍,而根系中游离态SA含量一直处于较低水平,只有摩西球囊霉G.mosseae处理在诱导高峰时根系游离态SA含量比对照略有增加。接种AM真菌处理的番茄叶片和根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著增加,其中以摩西球囊霉G.mosseae的诱导效应最大,与未接种对照相比分别增加了0.6和0.3倍、7.9和3.1倍、0.4和1.2倍、2.3和1.9倍;幼套球囊霉G.etunicatum的诱导效应最小:与未接种对照相比分别增加了0.26和0.14倍、2.3和1.0倍、0.1和0.28倍、0.55和0.31倍;而MDA含量下降,分别降低了66%和68%、34%和41%、51%和50%、12%和26%、18%和29%。表明AM真菌能诱导植物同时产生多种信号物质,而且这些信号参与了AM真菌-番茄共生体系统抗性的表达。     

AM真菌对百合调节激素平衡与细胞渗透性以及改善耐盐性的研究

该试验以东方百合(Lilium brownii)品种‘西伯利亚’和丛枝菌根(AM)真菌摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)、变形球囊霉(Glomus versiforme)为材料,在温室盆栽条件下,设置NaCl胁迫(0、0.4%、0.8%和1.2%NaCl溶液处理)和接种AM真菌[接种摩西斗管囊霉、变形球囊霉、摩西斗管囊霉+变形球囊霉及未接种对照]双因素试验,分析各处理百合的激素平衡与细胞渗透性变化特征,以明确AM真菌提高百合耐盐性的效应,初步探索AM真菌增强百合耐盐性的作用机制。结果表明:(1)接种AM真菌能有效增加盐胁迫下百合植株的株高和生物量,显著提高百合耐盐系数,双接种处理的株高及地上、地下部分干重在1.2%NaCl胁迫下分别比未接种对照显著增加8.9%、14.5%和11.2%。(2)接种AM真菌能显著提高盐胁迫下百合植株叶片的矿质元素P、K、S含量,显著降低叶片内Na和Fe含量,双接种处理的P、K、S含量在1.2%NaCl胁迫下分别比对照提高10.9%、8.3%、13.7%,而其Na和Fe含量分别显著下降28.4%和66.4%。(3)接种AM真菌能显著提高盐胁迫下百合内源激素吲哚乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)含量,双接种处理在1.2%NaCl胁迫下百合内源IAA、ABA含量分别是对照的1.2和1.5倍。(4)接种AM真菌能显著提高盐胁迫下百合可溶性蛋白含量,显著降低其脯氨酸含量,双接种处理在1.2%NaCl胁迫下比对照的升降幅度分别为69%和31%。(5)接种AM真菌能显著降低盐胁迫下百合叶片丙二醛和相对电导率,双接种处理在1.2%NaCl胁迫下比对照分别显著下降58.1%和9.0%。研究发现,AM真菌可以通过增强百合对养分的吸收、降低氧化胁迫造成的伤害、调节植物内源激素平衡状况与细胞渗透性来增强自身的耐盐能力,且双接种处理的效果优于单一接种。     

外生菌根真菌菌丝对马尾松苗氮素传递的影响

为探究外生菌根真菌菌丝对马尾松Pinus massoniana幼苗氮素的吸收、传递及分配规律的影响,本研究应用¹⁵N示踪技术,采用四室隔网系统进行盆栽试验。研究表明：供体接种外生菌根真菌后,根外菌丝能够穿过粘土层和隔离层到达受体室,在供、受体植株之间形成菌丝桥。接种不同外生菌根真菌均显著增加供体植株苗高、地径及生物量(P<0.05),但对受体植株的影响有差异,其中接种橙黄硬皮马勃Scleroderma citrinum (Sc)对植株苗高、地径及生物量具有显著的促进作用(P<0.05)。接种对供、受体植株全氮含量无显著性的规律(P>0.05),只有接种东方豆马勃Pisolithus orientalis (Po)的植株全氮含量显著高于其他处理。接种能够显著提高供体植株根、茎、叶的吸氮量,且叶>根>茎,受体植株中,接种Po、Sc和褐环乳牛肝菌Suillus luteus (Sl)的植株总吸氮量较不接种(NE)显著增加(P<0.05),而接种混合菌(Sm)的植株与NE无显著差异(P>0.05)。接种Sl的植株¹⁵N传递率最高(75.86%),受体植株对¹⁵N吸收量最大(91.68 μg/pot),Po次之。供体植株中,除接种Sl的植株¹⁵N主要分配在叶外,其他处理的¹⁵N分配中心均在根部,在受体植株中,接种Po、Sl、Sm的植株¹⁵N主要分配在根部,而NE和接种Sc的植株¹⁵N主要分配在茎。综上,在马尾松供、受体苗木间能形成菌丝桥,接种外生菌根真菌能够促进马尾松供体植株苗高、地径的生长及生物量的积累,提高植株吸氮量,对于受体植株不同菌种的作用有差异,其中接种Sc的苗木表现最好。此外,不同的菌种菌丝对植株的全氮含量、¹⁵N吸收量、传递率及分配率的影响也不同,其中,以接种Po和Sl的苗木表现较好。     

丛枝菌根(AM)对根瘤菌趋化作用研究

对紫穗槐非接种(AM- Rh-)、单接种根瘤菌(Rh )、单接种AM真菌(AM )和双接种(AM Rh )处理,研究AM真菌、根瘤茵对宿主植物紫穗槐侵染情况,并采用经过改良的根部微生物趋化试验手段研究AM真菌侵染根系后分泌物对根瘤茵的趋化性.实验结果表明:在接种AM Rh 情况下,使宿主先于AM ,Rh '处理形成根瘤,且双接种能够显著提高菌根侵染率;在共生体形成期间,AM真菌与根瘤菌之间存在着识别互动反应和一定的信号物质,接种AM真菌对根瘤菌有正趋化作用;同时,外界温度对AM真菌.宿主植物一根瘤茵三者共生体初始信号识别也起到一定的调控作用.     

干旱条件下AM真菌对植物生长和土壤水稳定性团聚体的影响

采用分室培养系统,模拟正常水分和干旱胁迫两种环境条件,探讨不同丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)生长和土壤水稳性团聚体的影响.试验条件下,Glomus intraradices对苜蓿根系的侵染率均显著高于Acaulospora scrobiculata和Diversispora spurcum接种处理.正常水分条件下,供试AM真菌均能显著提高植株生物量及磷浓度.干旱胁迫显著抑制了植株生长和菌根共生体发育,总体上菌根共生体对植株生长没有明显影响,接种D.spurcum甚至趋于降低植株生物量;同时,仅有G.intraradices显著提高了植株磷浓度.AM真菌主要影响到＞2mm的水稳性团聚体数量,以G.intraradices作用效果最为显著.在菌丝室中,G.intraradices显著提高了总球囊霉素含量.研究表明AM真菌对土壤大团聚体形成具有积极作用,而菌根效应因土壤水分条件和不同菌种而异,干旱胁迫下仅有G.intraradices对土壤结构和植物生长表现出显著积极作用.在应用菌根技术治理退化土壤时,需要选用抗逆性强共生效率高的菌株,对于不同AM真菌抗逆性差异的生物学与遗传学基础尚需进一步研究.     

丛枝菌根菌丝桥介导的番茄植株根系间抗病信号的传递

菌根菌丝桥是植物间在地下进行物质交流的通道, 但它能否作为植物间地下化学通讯的通道来传递抗病信号则缺乏研究. 本文利用丛枝菌根真菌（AMF）摩西球囊霉在供体与受体番茄植株间建立菌丝桥, 对供体植株接种早疫病病原菌茄链格孢菌, 研究供体与受体番茄植株根系间是否存在抗病信号的传递. 荧光定量PCR检测表明, AMF侵染后的供体番茄植株再接种病原菌, 其根系中苯丙氨酸解氨酶基因（PAL)、脂氧合酶基因（LOX）和几丁质酶基因（PR₃）的转录水平显著高于仅接种病原菌、未接种病原菌和AMF, 以及只接种AMF的番茄植株. 更重要的是, 与供体有菌丝桥连接的受体番茄根系中PAL、LOX和PR₃的基因的表达量也显著高于无菌丝桥连接、菌丝桥连接被阻断以及有菌丝桥连接但供体植物未接种病原菌的处理,3个基因最高转录水平达到无菌丝桥连接对照受体植物的4.2、4.5和3.5倍. 此外, 供体植株根系启动防御反应的时间（18和65 h）比受体（100和140 h）早. 表明病原菌诱导番茄供体根系产生的抗病信号可以通过菌丝桥传递到受体根系.     

丛枝菌根真菌对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙抗旱性的影响

采用盆栽试验,研究了自然水分胁迫和胁迫解除复水条件下接种AM真菌摩西球囊霉对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙生长和保护系统能力的影响.结果表明,接种AM真菌的柑橘嫁接苗的株高、穗粗、叶面积和新梢生长量显著或极显著地高于未接种植株.在胁迫解除复水第4天,接种AM真菌的根系可溶性蛋白质含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著或极显著高于未接种植株.在自然水分胁迫和胁迫解除复水过程中,接种AM真菌较未接种处理降低叶片丙二醛(MDA)含量,提高可溶性糖和可溶性蛋白质含量,增强SOD、过氧化物酶(POD)、CAT活性,从而增强柑橘嫁接苗的渗透调节和保护防御能力,提高柑橘嫁接苗的抗旱能力.水分和菌根显著交互影响叶片SOD活性.AM真菌提高寄主植物的抗旱性机制可能与寄主植物的保护系统能力的改变有关.     

丛枝菌根真菌对福鼎大白茶生长、侧根数和根系内源激素的影响

该研究以盆栽福鼎大白茶(Camellia sinensis‘Fuding Dabaicha’)为材料,通过对其接种丛枝菌根真菌(AM真菌)幼套球囊霉(Clariodeoglomus etunicatum)、地表球囊霉(Diversispora versiformis)、粘屑多孢囊霉(D. spurca)以及上述三菌种的混合菌剂,研究AM真菌对茶生长、侧根数及根系內源激素的影响。结果表明:接种12周后福鼎大白茶根系能被AM真菌侵染,为18.85%～40.23%。接种AM真菌处理促进了福鼎大白茶株高、叶面积、主根长以及一级侧根和三级侧根数量,但抑制了二级侧根数(除混合菌种)。单一的AM真菌接种显著提高了福鼎大白茶根系脱落酸、玉米素核苷、赤霉素和油菜素内酯的含量,但降低了根系茉莉酸甲酯含量(除Clariodeoglomous etunicatum)。相关性分析揭示菌根诱导的福鼎大白茶根系激素变化与菌根促进福鼎大白茶侧根数有关。此外,幼套球囊霉的促生效果最显著,而混合菌种对根系形态和侧根数影响最显著。今后茶树栽培中应加强菌根管理。     

接种菌根真菌对青冈栎幼苗耐旱性的影响

利用丛枝菌根真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)、根内球囊霉(Glomus intraradices)和外生菌根真菌彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius)对石漠化地区造林树种青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)幼苗进行接种试验。在大棚盆栽条件下模拟土壤干旱胁迫,研究菌根真菌对青冈栎生长和耐旱性的影响。结果表明:在土壤干旱条件下,接种菌根处理植株生物量显著高于未接种处理(P0.05),菌根依赖性随土壤水分含量降低而升高;未接种处理植株叶绿素含量在土壤干旱条件下显著降低(P0.05),除接种Pisolithus tinctorius处理外,其它接种处理叶绿素含量无显著变化。土壤干旱使植株体内脯氨酸和可溶性糖含量上升,在中度干旱条件下,接种处理可溶性糖含量均显著高于对照处理,接种Glomus intraradices、Pisolithus tinctorius处理脯氨酸含量显著低于对照(P0.05);在重度干旱条件下,接种Glomus mosseae和Glomus intraradices处理可溶性糖含量显著高于对照处理(P0.05),而相应的脯氨酸含量显著低于对照处理。当土壤水分含量在田间持水量55%—65%时,接种处理植株SOD、POD和CAT酶活性显著高于未接种处理(P0.05),在土壤水分含量降至35%—45%时,Glomus mosseae和Glomus intraradices处理SOD酶活性显著高于对照,并且所有接种处理POD酶活性均显著高于对照。此外,在水分干旱条件下,植株全磷和全钾含量也显著高于未接种处理(P0.05)。研究表明,丛枝菌根真菌和外生菌根真菌均能够侵染青冈栎幼苗根系;在干旱胁迫条件下,接种菌根真菌能够提高青冈栎植株生物量、抗氧化酶活性、增加植株可溶性糖含量和促进植株养分吸收,提高植株耐旱性,从而使青冈栎幼苗在岩溶干旱环境下更容易存活。