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木麻黄属植物(Casuarina spp.)被广泛用作沿海防护林,但滨海沙地含盐量高、营养匮乏,导致木麻黄生长被抑制。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌可以与粗枝木麻黄(Casuarina glauca Sieb.ex Spreng.)形成菌根,增强其耐盐性,促进其生长,但具体作用机制尚不明确。本研究在600 mM NaCl胁迫下接种AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)于粗枝木麻黄,探究AM真菌对粗枝木麻黄生长状况、光合作用和耐盐性的影响,采用转录组测序技术分析菌根化粗枝木麻黄的基因表达,通过实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析和基因全长克隆技术研究AM真菌对粗枝木麻黄Na+和Cl-转运蛋白基因的调控表达。从生理生化和分子水平揭示AM真菌增强粗枝木麻黄耐盐性机制。主要结论如下:1.NaCl胁迫下AM真菌对粗枝木麻黄生长状况和光合作用的影响600 mM NaCl胁迫下,菌根化粗枝木麻黄地上鲜重、地下鲜重、地径和株高分别显著提高368.96%、265.14%、76.79%和116.38%。600 mM NaCl胁迫下,粗枝木麻黄的地上和地下部分菌根依赖度分别显著提高39.41%和13.02%,菌根化粗枝木麻黄地上和地下部分盐耐受指数分别显著提高35.09%和9.13%。说明600 mM NaCl胁迫不仅提高了AM真菌对粗枝木麻黄生物量的影响程度,还增加了粗枝木麻黄生物量对AM真菌的依赖程度。表明AM真菌可以促进粗枝木麻黄的生长,增强其耐盐性。600 mM NaCl胁迫下AM真菌促进了粗枝木麻黄光合作用,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)分别显著提高48.68%、39.74%、13.79%和41.26%,最大荧光效率(Fv/Fm)、实际光化学量子产量(ФPSII)和电子传递速率(ETR)分别显著提高8.79%、32.16%和32.21%。Gs与Tr的提高有助于CO2与叶绿体上羧化位点的结合,Ci的提高增加了光合作用底物浓度,二者相结合,有利于NaCl胁迫下CO2固定作用,可以消耗光合细胞中过剩的能量,减少电子向O2的转移,从而减少活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的产生,缓解由光能过剩引起的光合器官损伤。较高的ETR和ФPSII缓冲了光合活性叶表面积的损失。这些影响最终表现为NaCl胁迫下AM真菌促进粗枝木麻黄光合作用。2.NaCl胁迫下AM真菌对粗枝木麻黄耐盐性的影响600 mM NaCl胁迫下,菌根化粗枝木麻黄Na+和Cl-转移系数分别显著提高28.02%和22.63%,地上和地下部分Na+含量分别显著提高306.28%和233.55%、Cl-含量分别显著提高329.30%和260.06%,土壤中Na+和Cl-含量分别显著降低37.47%和18.10%。600 mM NaCl胁迫下AM真菌将粗枝木麻黄地上和地下部分K+含量分别显著提高391.09%和337.90%、脯氨酸浓度分别显著提高22.55%和38.63%,地上部分过氧化物酶(Peroxidase,POD)和地下部分超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性分别显著提高10.91%和62.76%,地上和地下部分Na+/K+分别显著降低7.72%和23.79%、丙二醛(Malonaldehyde,MDA)浓度分别显著降低38.54%和24.06%。表明AM真菌可以在NaCl胁迫下促进粗枝木麻黄细胞清除ROS、降低渗透势,缓解Na+和Cl-胁迫,增强其耐盐性。3.NaCl胁迫下菌根化粗枝木麻黄根系差异表达基因分析AM真菌诱导粗枝木麻黄K+转运蛋白基因5(High-affinity K+transporter gene 5,CgHAK5)、K+通道蛋白基因3(K+channel gene 3,CgKAT3)和K+外向整流蛋白基因(Stelar K+outward rectifier gene,CgSKOR)表达上调,促进粗枝木麻黄吸收K+、维持Na+/K+平衡;同时诱导质膜内在蛋白基因1-2(Plasma membrane intrinsic proteins gene1-2,CgPIP1-2)表达上调,促进粗枝木麻黄吸收水分。通过上调过氧化物酶基因64(Peroxidase gene 64,CgPER64)、细胞色素c过氧化物酶基因(Cytochrome c peroxidase gene,CgCPER)、CgPER53和类萌发素蛋白基因10(Germin-like protein gene 10,CgGLP10)表达,促进粗枝木麻黄根系POD和SOD合成;上调MYB、NAC和WRKY等转录因子相关基因CgMYB46、CgNAC43、CgWRKY1和CgWRKY19表达,缓解600mM NaCl胁迫对粗枝木麻黄根系的损伤。结果显示,AM真菌通过参与离子转运、抗氧化酶活性、碳水化合物代谢、细胞壁合成和转录因子调节等过程,增强了粗枝木麻黄根系对NaCl胁迫的耐受性。4.NaCl胁迫下AM真菌对粗枝木麻黄Na+和Cl-转运蛋白基因表达的影响600 mM NaCl胁迫下,AM真菌通过调控粗枝木麻黄Na+外排相关基因CgNHX7(Na+/H+逆转运蛋白基因7,Na+/H+exchanger gene 7)的表达,使粗枝木麻黄地上部分表达量降低35.50%,削弱了Na+外排能力;地下部分表达量提高50.68%,增强了Na+外排能力;同时,AM真菌诱导粗枝木麻黄CgNHX1和CgNHX2-1表达上调,促进液泡中的Na+区隔化和K+稳态,缓解Na+胁迫。600 mM NaCl胁迫下,AM真菌通过上调粗枝木麻黄Cl-通道蛋白基因G(Cl-channel gene G,CgCLCG)表达,促进叶肉中Cl-从细胞质到液泡的转移;同时上调粗枝木麻黄CgCLCD和CgCLCF表达,促进细胞中的Cl-区隔化,从而增强菌根化粗枝木麻黄对NaCl胁迫的耐受性,促进其生长。明确了粗枝木麻黄不同的Na+和Cl-胁迫应对机制,即对Na+采取积盐方式,将Na+从根部转移到地上部分,这一过程与CgNHX7有关;对Cl-耐受机制是从积盐转变为拒盐,Cl-不再大量转移到地上部分,而是开始在根部积累。