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丛枝菌根(arbuscualrmycorrhiza,AM)真菌是分布最广的植物根系共生菌物,能参预植物根系对养分吸收、能量转化与信息传递等多种生理过程。AM真菌可诱导植物合成信号分子,在AM真菌与植物相互识别和共生体发育过程中发挥多种生理效应。事实上,AM真菌-植物共生体信号问题是一个十分复杂而重要的研究领域,该真菌诱导植物所产生的信号物质种类、形态、传递途径、生理效应和作用机制等值得系统探索。
本研究旨在从测定AM真菌诱导番茄信号物质的种类和含量入手,初步探索该真菌所诱导的这些内源信号物质传递特点及其在番茄植株系统抗病性中的生理效应,以期为进一步阐明AM真菌提高番茄抗病性的生理效应与机制、进一步深入探索AM真菌与植物相互识别、共生体演化及其诱导的防御反应等方面奠定基础。本试验采用目前生产上推广应用的番茄(Lycospersiconesukurentamu)“菜都982”品种,于温室盆栽条件下,分别采用盆栽和改进的分根区室系统,分析评价了AM真菌地表球囊霉(Glomusversiforme)、摩西球囊霉(Glomusmosseae)、珠状巨孢囊霉(Gigasporamargarita)、根内球囊霉(Glomusintraradices)、幼套球囊霉(Glomusetunicatum)促进番茄植株生长发育、诱导番茄植株内源信号物质合成的效应、测定比较了摩西球囊霉所诱导的内源信号物质运转分配特点及其在番茄植株系统抗病性中的生理效应。
1.盆栽番茄幼苗分别接种AM真菌摩西球囊霉、地表球囊霉、根内球囊霉、幼套球囊霉及珠状巨孢囊霉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。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,以摩西球囊霉诱导作用最大,叶片和根系内结合态SA含量分别比对照增加了3.3和1.9、6.8和8.0、0.9和1.2、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%。
2.采用分根区室系统,对2叶期、4叶期和8叶期番茄植株接种所筛选获得的诱导番茄产生信号物质的高效AM真菌摩西球囊霉。3个接种时期均是接种室根系中的NO最先被诱导,接种35d后诱导含量峰值分别出现在第24h、36h和48h;而后,在接种室同侧地上部叶片、另一侧叶片、另一根室根系中检测到NO含量的峰值,并且分别延迟12h;随后是SA扣JA被诱导,变化趋势与NO相类似。菌丝中信号物质变化趋势与植物体内的相同,信号物质NO最先被诱导。表明,接种AM真菌于分根系统的一侧根室,能够明显影响番茄内源信号物质的传递,传递可能顺序依次为:接种室根系→接种室同侧地上部叶片→另一侧叶片→另一侧根系,即AM真菌诱导的番茄内源信号物质沿输导组织就近分配。
3.预先接种AM真菌35d后,摩西球囊霉+Meloidogyneincognita(Mi)于同一根室的番茄植株病情指数最低,比对照处理降低了近50%;并且比接种植株根内主要苯丙氨酸解氨酶、β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶的活性比单接种根结线虫的处理,分别提高了24.1%、68.5%和113.1%;同时,信号物质NO、SA、JA的诱导峰值最高,比单接种根结线虫的处理,分别提高了42.8%、45.6%和67%。这表明信号物质的变化与防御性相关酶活性的变化是相互联系的,导致降低植物病害。
作者认为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真菌侵染植物根系过程中所同时诱导的多种内源信号物质如SA、JA可能充当第一信使的作用,来激活植物体内抗性相关酶系统的活性,进而内源信号物质与抗性相关酶之间协同发挥防病效应。关于这些诱导的内源信号物质具体传导途径、以及它们之间的级联关系和级联反应特点有待深入研究。