【摘 要】
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全球气候变化背景下的粮食安全是人们关注的热点问题。干旱、盐碱等环境胁迫进一步加剧,显著影响了农作物的生长发育和粮食产量。因此,提高农作物对环境胁迫的抗逆性是保障粮食安全的重要途径,其中利用菌根真菌促进植物生长并提高植物抗逆性具有绿色环保的特点,在农业生产中备受青睐。印度梨形孢(Piriformospora indica)是层菌纲蜡壳耳科梨形孢属的内生菌根真菌,由于其宿主的广泛性以及可以离体培养的特
【基金项目】
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The Shandong Province “Double-Hundred Talent Plan” Project(No.WSG2018023); Natural Science Foundation of Shandong Province,China (No.ZR2020MC035); Seed funding for In
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全球气候变化背景下的粮食安全是人们关注的热点问题。干旱、盐碱等环境胁迫进一步加剧,显著影响了农作物的生长发育和粮食产量。因此,提高农作物对环境胁迫的抗逆性是保障粮食安全的重要途径,其中利用菌根真菌促进植物生长并提高植物抗逆性具有绿色环保的特点,在农业生产中备受青睐。印度梨形孢(Piriformospora indica)是层菌纲蜡壳耳科梨形孢属的内生菌根真菌,由于其宿主的广泛性以及可以离体培养的特性而受到广泛关注。印度梨形孢与植物建立共生关系后能够促进植物生长并提高抗逆性,开发潜力巨大。欧洲油菜(Brassica napus)别名油菜,是一种典型的十字花科植物,是我国重要的经济作物,已有研究发现油菜可以与印度梨形孢形成共生关系。本研究以印度梨形孢和油菜为研究对象,采用温室控制实验,探究了印度梨形孢与油菜形成共生的最适培养方法,分析了印度梨形孢对油菜的促生能力以及对抗旱性和耐盐性的影响。主要研究结果和结论如下:(1)通过筛选印度梨形孢培养基和针对油菜的接种方法,探究了印度梨形孢与油菜共生体系的建立方案。本实验比较了 5种不同的培养基(PDA、MS、AMM、KM和MMN的固体和液体形态)和4种接种方式对共生效果的影响。研究结果表明,KM固体和液体培养基最有利于印度梨形孢的生长,孢子的产生率最高。当采用油菜与印度梨形孢在培养基上共培养的接种方法时达到了最佳根定殖效果,定殖率可达52%。利用以上共生体系,进一步分析了印度梨形孢在根系中定殖成功后对植物的促生能力。研究结果表明,MS培养基上接种菌根真菌后第3天起开始提高植物叶片相对叶绿素含量,第7天起即可对植物产生促生效果,且这种促生效果在幼苗转移到土壤后仍然显著。(2)在建立印度梨形孢与油菜稳定的共生体系的前提下,分析了印度梨形孢共生对油菜耐盐性的影响。通过温室控制实验设置了五个盐分胁迫水平(0、1 00、200、300和400 mMNaCl溶液),实验末期测定植物生长、生理和分子性状,分析了印度梨形孢对油菜响应盐分胁迫的影响。研究结果表明,盐分胁迫显著降低了油菜株高、基径、总叶面积和生物量等生长指标,但接种印度梨形孢很大程度上降低了盐分对植物带来的影响。盐分显著降低了植物的叶片气体交换、叶绿素荧光、叶片水分含量等生理指标,但接种印度梨形孢可显著提高100 mMNaCl浓度下的气孔导度,以及200 mMNaCl浓度下的地上氮含量和400 mM NaCl浓度下的地下磷含量。盐分胁迫增加了植物地上地下部分钠离子的积累,显著降低了地上部分钾、钙、镁离子的浓度。根系中钙离子浓度随着盐分浓度的增加显著下降,而钾和镁离子浓度变化并不显著。盐分胁迫显著影响了质膜水通道蛋白PIP基因的相对表达量,接种印度梨形孢上调了BnPIP1;1基因但下调了PIP2;5基因的相对表达量。(3)我们还探究了印度梨形孢共生对油菜抗旱性的影响。干旱胁迫通过称重法实现,设置了田间持水量的30%、60%、90%三个水分处理水平,分别模拟重度干旱、轻度干旱、良好土壤水分条件,实验进行14天后,测量了株高、基径、生物量、叶片气体交换参数和叶片水分含量等植物生理和生长指标。研究结果表明,在植物生长方面,干旱胁迫显著降低了油菜地上、地下生物量和比叶面积,对于生理指标而言,干旱胁迫显著降低了油菜的蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和叶绿素含量等参数。印度梨形孢接种组的植物生物量和生理活性显著高于对照组,并且印度梨形孢对植物生长的这种提升作用在干旱处理下表现的更加明显。与良好水分处理相比,严重干旱会显著降低油菜叶片相对水分含量和叶片正午水势,而接种组叶片水分含量并未受到干旱的显著影响。综上所述,本研究通过对印度梨形孢培养基的筛选和对油菜接种方法的筛选,构建了印度梨形孢与油菜的稳定共生体系,验证了接种印度梨形孢对油菜的促生作用,阐明了印度梨形孢促进油菜耐盐性和抗旱性的生理机制。研究结果丰富了植物-微生物的共生理论,并对我国农业生产中微生物菌剂的开发和应用提供了理论依据。
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