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深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes,DSEs)是一类普遍定殖于胁迫环境中植物根部的内生真菌。前期研究结果表明,接种DSE能显著提高宿主植物(玉米Zea mays)的生物量,降低Cd在地上部分的含量,但其机制尚不清楚。本文在玉米根部接种DSE(嗜鱼外瓶霉,Exophiala pisciphila),用不同浓度的Cd胁迫玉米30天,测定了玉米叶片内的抗氧化酶活性和抗氧化剂的含量;玉米培养基质、根外菌丝、根和叶片中Cd的赋存形式和含量以及根和叶片各亚细胞组分中的Cd含量;玉米根部和叶片中与重金属耐性相关基因(ZIP:细胞膜上摄取重金属的转运蛋白基因、PCS:细胞质中结合重金属的植物螯合肽合成酶基因、MTP:液泡膜上转运重金属离子进入液泡的转运蛋白基因)的表达情况,以期为阐明DSE增强宿主植物Cd耐性的机制提供生理、细胞和分子基础。论文研究取得以下主要结果:1.DSE能在玉米根部成功定殖,并形成典型的DSE结构,随基质中Cd含量增加,定殖率也增加(19%-31%)。玉米根部接种DSE可提高玉米对Cd的耐受性,在100 mg/kg的Cd胁迫下,接种DSE的玉米地上部分的生物量是对照组的1.86倍。2.玉米对Cd具有一定的吸收和积累能力,玉米吸收Cd后主要在根部积累,而且,随基质中Cd浓度增加,玉米植株中Cd浓度也增加,接种DSE并不能改变这种趋势,但接种DSE却能显著降低Cd胁迫下玉米对Cd的吸收,不同浓度Cd胁迫下,接种组玉米体内的Cd含量均明显低于对照组。3.玉米暴露在Cd胁迫的环境中,其叶片内的丙二醛(MDA)含量增加,随着Cd浓度的提高,玉米叶片的MDA水平升高,同一浓度Cd胁迫下,玉米根部定殖DSE能降低其叶片内的MDA水平,还能提高其叶片内的抗氧化酶,包括超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性和抗氧化剂还原型谷胱甘肽(GSH)的含量,即DSE通过提高宿主植物的抗氧化酶和抗氧化剂的活性和含量减轻Cd造成的氧化胁迫。4.采用差速离心法分离了玉米根和叶片中的细胞壁、原生质、细胞膜和细胞器、细胞可溶性组分并测定了各组分中的Cd含量,结果表明,接种DSE显著地提高了 Cd在玉米根和叶片的细胞壁上的含量,显著降低了玉米根部的原生质中的Cd含量和叶片中的可溶性组分中的Cd含量。采用化学连续提取法提取了玉米基质、根外菌丝、根和叶片内的无机盐类结合态Cd、可溶性Cd、蛋白质和果胶酸盐结合态Cd、难溶性的Cd、草酸盐结合态Cd,结果表明,接种DSE能够降低植物体内和基质中的游离态Cd2+的比例,提高结合态Cd的比例。5.从玉米基因组中选取了 3个与重金属离子吸收、结合、胞内转运相关的基因为靶基因,采用荧光定量PCR技术研究了在Cd胁迫下,接种DSE对玉米根和叶片中三个基因表达的影响。结果表明玉米根部和叶片内与Cd解毒相关的基因对DSE的响应是不同的,对不同时间、不同浓度的Cd处理的响应也不同。Cd处理下,接种DSE真菌下调了玉米根部和叶片内的ZIP基因的表达,上调了 PCS和MTP基因的表达。以上结果表明:在Cd胁迫下,接种DSE能够增加玉米的生物量,增强玉米对Cd的耐性,其机制包括在生理水平上,DSE能通过根外菌丝的作用降低玉米对Cd吸收,诱导并增强玉米的抗氧化酶活性和抗氧化剂含量;在细胞水平上,DSE能改变Cd在细胞内的分布和赋存形式;在分子水平上,DSE还能调节玉米体内与重金属耐性相关基因的表达;DSE在玉米根部定殖后通过上述多种机制降低了 Cd对玉米的毒性,从而增强其对Cd的耐性。