丛枝菌根化沙枣苗木耐盐胁迫机制研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:davidzn
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在全球气候变化的大背景下,土壤盐碱化已成为全球广泛关注的最严重环境问题之一。土壤盐碱化会改变土壤理化性质,影响植物种子萌发,生长和繁殖,从而导致植物生物量下降。全球作物每年因土壤盐碱化减产超过20%。盐碱地在我国分布广泛,有接近7%的农业耕地受到盐碱化影响,迫切需求对盐碱地的生态修复技术。沙枣(Elaeagnus angustifoliaL.)为胡颓子科多年生落叶乔木或小乔木,因为其生活力强,具有耐旱、耐盐碱、耐贫瘠、抗风沙等特点,并且在食品、药物、造纸、饲草、家具等方面具有很高的经济开发利用价值,已经被列为我国荒漠沙地和盐碱地造林绿化、土壤改良和生态改善的先锋树种。丛枝菌根真菌(AMF)可以和80%的陆生植物建立互利共生体-丛枝菌根(AM),在提高植物抗逆能力、营养吸收、转运和利用方面,AM比单独的植物根系更具效率。目前,对于AM提高宿主植物耐盐胁迫机制的认识和了解仍处于不断丰富完善和深入探究阶段。作为一种环境友好、经济高效可行的盐碱地治理新手段,菌根生物技术在全球可持续农业和环境保护方面应用的巨大潜力已经受到国内外研究人员的广泛关注。本研究以沙枣为试材,采用盆栽培养方法,对AMF-异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)提高沙枣耐盐的生理及分子机制进行了系统研究,主要研究结果如下:(1)在盆栽条件下,AMF-异形根孢囊霉能够侵染并定殖于沙枣根部,接种处理的种子苗、扦插苗和组培苗的菌根侵染率均达到90%-100%,接种R.irregularis显著提高了三种育苗方式下沙枣苗木的株高和成活率,对沙枣实生苗、沙枣扦插苗和沙枣组培苗均有明显促生作用。(2)通过对实生沙枣苗木在0、100、200、300 mmol·L-1不同浓度盐胁迫下的株高基径、生物量以及功能叶片生长参数和盐害症状进行比较研究,结果表明:盐胁迫对沙枣苗木生长具有显著的抑制效应,但在不同盐浓度胁迫下,接种R.irregularis处理的苗木与响应对照相比,沙枣苗木的株高、基径、根茎叶生物量、总生物量、叶片生长参数等均显著提高。(3)通过对在0、100、200、300mmol·L-1不同浓度盐胁迫下菌根化与对照沙枣苗木的矿质离子吸收分布进行比较,结果表明:接种R.irregularis显著提高了沙枣苗木在不同浓度盐胁迫下的K+、Ca2+和Mg2+矿质离子吸收,菌根化沙枣苗木限制了 Na+在叶片的分布以及Na+向地上的转运,菌根化沙枣苗木显著提高了叶片中K+/Na+比值、Ca2+/Na+比值、Mg2+/Na+比值,在沙枣苗木体内维持了稳定的离子平衡状态,缓解了Na+胁迫对植物细胞的损伤。(4)在盐胁迫条件下,接种R.irregularis降低了沙枣苗木叶片中的MDA积累;菌根化沙枣苗木叶片中具有更高的可溶性糖和脯氨酸含量;接种R.irregularis提高了沙枣苗木叶片SOD、CAT、APX、POD抗氧化酶活性。接种R.irregularis激活了抗氧化酶系统,积累更多的可溶性物质,改善渗透调节能力,清除ROS的毒害,增强了沙枣苗木耐盐性。(5)接种R.irregularis提高了盐胁迫下沙枣苗木的日光合作用,显著提高了沙枣光合作用的光合参数(Pn、Tr、Gs、Ci)和光响应曲线参数(Pnmax、LSP、LCP、AQY)以及水分利用效率,有效改善了盐胁迫下沙枣苗木光资源和水分利用状态,保持了较高的光合速率。菌根化苗木有效缓解了盐胁迫对叶片光合作用的损伤。(6)盐胁迫诱导AMF-沙枣共生体的蛋白质表达谱具有显著差异。应用非标记定量蛋白质组学(Label-free)技术对不同处理沙枣苗木根系蛋白质组测定结果表明,筛选获得277个差异表达菌根耐盐胁迫共生蛋白,其中显著上调蛋白34个,下调37个,不表达83个,新出现蛋白123个。241个菌根耐盐胁迫差异丰度共生蛋白主要参与到单组织代谢过程、脂代谢过程、细胞膜、催化活性和转移酶活性等生物学功能。菌根耐盐胁迫差异丰度共生蛋白参与了代谢、环境信息处理、遗传信息处理、细胞进程等代谢通路。菌根化沙枣苗木对盐胁迫的适应性机制可能存在以下三个方面:调节AS、GOT、PAL、CCR、UER1和COMT关键酶的表达,在色氨酸合成,氨同化,碳转运,K+/Na+浓度平衡,清除活性氧和自由基,木质素、吲哚和生物碱等次级代谢产物产生,细胞壁形成等方面强化宿主植物对盐逆境的积极响应,提高沙枣耐盐胁迫能力;调节PLD、DGK SMT、GPAT和MINPP等脂代谢关键酶的表达,在蛋白激酶信号转导、细胞膜结构稳定性、调节脂质组成动态平衡、生长素运输与分布、植物生长发育、多不饱和脂肪酸含量、甾族信号分子、钙信号转导、磷酸肌醇信号系统稳定、保卫细胞离子泵等各方面帮助宿主植物沙枣对盐胁迫做出积极响应,强化其耐盐能力;调节氨基糖和核苷酸糖代谢途径的关键酶GMPP差异表达,在促进细胞壁形成和提高AsA合成方面,强化沙枣宿主植物耐盐能力。本研究从植物的抗逆生理指标及蛋白质学角度,解析了菌根化沙枣苗木的耐盐胁迫机制,研究成果对利用AMF与耐盐植物联合修复盐渍土壤提供了理论依据。
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