丛枝菌根真菌提高枇杷苗抗旱性及其相关机制研究

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枇杷(Eriobotrya japonica Lind1.)起源于中国,是蔷薇科苹果亚科的多年生常绿果树。枇杷根系分布浅,须根少,根系不发达。我国枇杷多种植于丘陵山地,水分是限制枇杷生产的主要生态因子之一,提高枇杷抗旱性及其水分利用率是枇杷获得高产优质的重要途径。丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)是由土壤中普遍存在的球囊菌门(Glomeromycota)真菌与宿主植物根系形成的一种互惠共生体。研究表明,接种AM真菌能够增强宿主植物的抗旱性。枇杷是菌根植物,接种AM真菌能够促进枇杷生长。因此,研究AM真菌提高枇杷抗旱性具有重要的理论价值和应用前景。然而,目前有关AM真菌提高枇杷抗旱性的研究还未见报道。  本研究以‘早钟6号’枇杷为材料,在温室内的水分胁迫条件下,通过比较接种AM真菌的枇杷苗与对照枇杷苗在植株生长、养分吸收、抗氧化物酶活性、内源激素含量、光合荧光特性以及质膜水孔蛋白表达等方面的差异,揭示AM真菌提高枇杷抗旱性的作用机制。研究结果表明:  (1)分别接种3种AM真菌(光壁无梗囊霉Acaulospora laevis,摩西球囊霉Glomusmosseae和苏格兰球囊霉Glomus caledonium)后,无论是正常供水还是轻度、重度水分胁迫条件下,枇杷实生苗的生物量干重、株高、茎粗、叶片数、总叶面积均得到不同程度的提高,植株对N、K、P、Ca、Mg.Zn、Cu的吸收量也增加。这个结果表明3种AM真菌都能够提高枇杷苗的抗旱性;但是,它们的促进效应不尽相同,其中的高效菌种是苏格兰球囊霉,其次是光壁无梗囊霉,最后是摩西球囊霉。  (2)水分胁迫显著降低枇杷根系的菌根侵染率和植株干重。AM真菌能显著增加枇杷叶片的水势和相对含水量。AM真菌对正常供水下植株的H2O2和MDA含量影响不显著;但是,显著降低了水分胁迫下植株的H2O2及MDA含量。对于渗透调节物质,AM真菌不影响正常供水下植株中脯氨酸的含量,而显著地增加水分胁迫下根系中脯氨酸含量;AM真菌显著降低了正常供水下叶片中可溶性糖含量,而水分胁迫下对其影响不明显。对于抗氧化物质,接种AM真菌显著降低水分胁迫下根内抗坏血酸含量,而不影响谷胱甘肽含量。对于抗氧化酶类,AM真菌在正常供水下显著降低叶片中CAT活性、根中CAT和POD活性;而水分胁迫下,其显著增加叶片中POD和根中CAT活性,显著降低根中SOD和POD活性。对于植物内源激素,AM真菌对正常供水下植株的ABA含量影响不明显,却显著增加了水分胁迫下叶片中ABA的含量;AM真菌对植株中IAA的含量没有影响;AM真菌显著增加正常供水下叶片内ZR的含量,对水分胁迫下植株中ZR的含量没有显著影响。  (3)正常供水下,AM真菌显著增加了枇杷叶片的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、PSII实际光化学效率((φPSⅡ)和表观电子传递速率(ETR),显著降低了枇杷叶片的胞间CO2浓度(Ci);AM真菌对枇杷叶片蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的影响具有日变化,在7:00和17:00时对Tr和Gs没有显著影响,而在11:00和15:00时显著降低Tr和Gs;除9:00和11:00外,AM真菌显著提高了枇杷叶片的Fv/Fm值。无论是正常供水还是水分胁迫下,AM真菌均增加了枇杷叶片的最大净光合速率,降低了光补偿点,提高了光能利用率。水分胁迫下,AM真菌对枇杷叶片Pn、WUE、Ci的影响没有正常供水下的显著。  (4)利用RACE技术从枇杷叶片中克隆了两个质膜水孔蛋白基因EiPIP1和EjPIP2的cDNA全长,分别编码287和281个氨基酸序列。正常供水下,AM真菌显著下调了EjPIP1和EjPIP2在叶片中的表达,上调了其在根中的表达。水分胁迫处理初期(水分处理1d),AM真菌下调了EjPIP1和EjPIP2在叶片和根中的表达;水分胁迫处理后期(水分处理30 d),AM真菌上调了叶片中EjPIP1的表达,下调了叶片和根中EjPIP2的表达。  
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