菌根真菌提高禾叶贝母兰(附生兰)抗旱性的作用及机制研究

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兰科植物是有花植物最大的科之一,生活形式多样,其中有约70%左右的兰科植物为附生兰,是热带及亚热带地区兰科植物的主要生活形式。与地生兰相比,附生兰会面临更多的生境胁迫,其中干旱是最主要的胁迫之一,季节性的干旱使附生兰具有较强的抗旱能力。作为兰科植物重要的共生伙伴--兰科菌根真菌(OMF)已被认为有可能在兰科植物生态适应过程中起到重要作用。本文以附生型兰科植物--禾叶贝母兰Coelogyne viscosa为实验材料,在分离获得OMF的基础上,明确其在干旱胁迫下对禾叶贝母兰幼苗的生长及提高抗旱性的作用和可能的机制,本文的主要研究结果如下:1、运用单菌丝团分离法和组织块分离法从禾叶贝母兰根部分离获得了 7株真菌,经形态学和分子学鉴定为2株胶膜菌科真菌(hy-111和hy-1)、1株外瓶霉属Exophiala深色有隔内生真菌(DSE,HB3-1)、1株火菇属真菌(HBS1)和3株子囊菌(cvl-1、C-11、C-22)。2、通过对禾叶贝母兰种子的消毒、播种和无菌培养,建立了禾叶贝母兰的无菌苗培养体系。并通过对栽培基质组分、含水量等共生条件的探索将所分离的共生真菌成功回接到无菌苗根部,经过100天的共生培养获得了各菌株的菌根化幼苗。3、对分别与7种真菌共生培养100天后的各组幼苗鲜重进行测定,计算幼苗与接种真菌前相比的鲜重变化。结果表明,DSEHB3-1显著促进了幼苗的生长(P<0.01),胶膜菌hy-111与火菇属真菌HBS1对幼苗生长的促进作用具有边缘显著性(P=0.065,P=0.068)。对干旱持续第0、3、6、9、12天的各接菌组幼苗叶片的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、可溶性蛋白、可溶性糖以及脯氨酸含量进行检测。结果表明:接种胶膜菌hy-111和DSE HB3-1的幼苗表现出显著高于对照组幼苗的抗氧化酶(POD、SOD、CAT)水平、渗透调节物(可溶性蛋白及可溶性糖)水平、以及低于对照组幼苗的脯氨酸水平。结合鲜重变化量数据,初步推定这两种真菌能够提高禾叶贝母兰幼苗的抗旱性。4、选取干旱胁迫第6天采集的分别接种hy-111、HB3-1及未接种真菌(对照)的共3组幼苗叶片进行转录组测序分析。GO功能富集分析显示,接种hy-111的幼苗差异表达基因(DEGs)显著富集于“碳水化合物代谢过程”、“氧化还原过程”和“氧化还原活性”等;接种HB3-1的幼苗DEGs主要富集于“细胞多糖代谢”、“翻译”和“氧化还原过程”等。KEGG途径富集分析发现,接种hy-111的幼苗上调的DEGs主要富集于“植物激素信号转导”、“甘油磷脂代谢”、“苯丙素代谢”,此外发现“糖鞘脂生物合成-globo和isoglob系列”、“光合作用-天线蛋白”通路上调;下调的DEGs主要富集于“碳代谢”、“核糖体”、“氨基酸生物合成”等通路上。接种HB3-1的幼苗上调的DEGs显著富集于“植物-病原体相互作用”、“植物激素信号转导”和“MAPK信号通路-植物”,此外还在上调通路中发现了“糖鞘脂生物合成”、“类胡萝卜素生物合成”、“抗坏血酸和醛酸代谢”;下调的DEGs主要富集于“核糖体”、“碳代谢”、“氧化磷酸化”等通路。上调通路与植物抗旱性密切相关,表明胶膜菌hy-111和DSE HB3-1对禾叶贝母兰幼苗的抗旱性均有一定的积极作用。通过本文的研究,我们从禾叶贝母兰根部分离得到了具有促进C.viscosa幼苗生长同时能够提高其抗旱性的OMF菌株hy-111,说明菌根真菌在附生兰的生态适应中具有重要的作用;另外,与OMF hy-111菌株具有相似功能的DSE菌株HB3-1的发现,暗示DSE同样在附生兰的抗逆胁迫中起到重要作用。后续仍需进一步挖掘OMF或其他内生真菌在兰科植物生态适应中所发挥的作用,对未来兰科植物保护、功能菌剂开发等方面提供理论支撑。
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