内生细菌对宿主丛枝菌根真菌的促生作用及抗病害胁迫的影响

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丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在自然界中广泛分布,是一类专性营活体营养共生真菌,能与大多数植物根系形成互惠共生体。研究发现不同的AMF与宿主植物互作效果存在明显差异,并且发现许多AMF种类存在专性内生细菌(mycoplasma-related endobacteria,MRE),在促进植物生长发育,提高植物抗逆性,降低病害胁迫影响等方面具有重要作用。本研究选择有内生细菌共生的明根孢囊霉(Rhizophagus clarus,Rc)、摩西斗管球囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)和幼套球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,Ce)以及无专性内生细菌共生的AMF根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)为研究材料,并进行了形态学和分子生物学鉴定和分析。通过不同AMF与辣椒植株建立共生体系,分别测定辣椒菌根侵染率、辣椒株高、鲜重和干重等生长指标,以及叶绿素含量、菌根定殖率、几丁质酶和苯丙氨酸解氨酶(phenylanlanine ammonia lyase,PAL)等生理指标,评价疫病防治效果,以探究内生细菌在宿主AMF对辣椒植株的生长作用及对辣椒疫病的防御中的潜在作用和影响。相关研究结果如下:(1)在盆栽条件下,与空白对照(CK)相比,明根孢囊霉(Rc)对辣椒株高促生作用最显著,增加了33.4%;根内根孢囊霉(Ri)对茎粗的促生作用最显著,增加了28.2%;摩西斗管球囊霉(Fm)对辣椒促生作用最显著,对辣椒鲜重和干重分别增加了119.8%和159.7%。有MRE共生的摩西斗管球囊霉(Fm)与明根孢囊霉(Rc)对辣椒植株各组分促生效果显著高于根内根孢囊霉(Ri)。不同AMF对宿主植物促生作用存在显著差异。与CK相比,接种MRE共生的明根孢囊霉(Rc)、摩西斗管球囊霉(Fm)和幼套球囊霉(Ce)的辣椒植株叶片叶绿素含量有显著性差异,分别增加了48.8%、46.1%和39.53%,而无MRE共生的根内根孢囊霉(Ri)在叶绿素含量上无显著差异。(2)在本研究中,不同的AMF侵染宿主辣椒植物的方式存在差异,四种AMF均能在辣椒根组织中定殖,产生菌丝、泡囊和丛枝结构,无内生细菌共生的根内根孢囊霉由孢子萌发后附着在根表皮外面形成附着胞,菌丝通过附着孢侵入点侵入根表皮,而内生细菌共生的摩西斗管球囊霉、明根孢囊霉和幼套球囊霉由孢子萌发菌丝后通过侵入点直接侵入根表皮细胞。同时,摩西斗管球囊霉(Fm)的侵染定殖率为85.8%,显著高于无MRE的根内根孢囊霉(Ri)定殖率,而明根孢囊霉(Rc)和幼套球囊霉(Ce)定殖率为66.65%和62.84%,与根内根孢囊霉(Ri)定殖率(66.65%)无显著差异。(3)通过形态学结合基于Large-subunit(LSU)28S的分子系统发育关系分析对四种AMF种类鉴定,结果表明,四种AMF为明根孢囊霉(Rc)、摩西斗管球囊霉(Fm)和幼套球囊霉(Ce)和根内根孢囊霉(Ri)。通过Small-subunit(SSU)16S分子检测,结果表明,Ri无内生细菌,而Fm、Rc和Ce都有内生细菌共生。(4)在盆栽条件下,将四种AMF与辣椒植株建立共生后挑战接种辣椒疫霉(Phytophthora capsici,Pc),结果表明有MRE共生的摩西斗管球囊霉(Fm)防治效果为22.7%,明根孢囊霉(Rc)防治效果为33.6%,幼套球囊霉(Ce)防治效果为22.7%,而无内生细菌共生的根内根孢囊霉(Ri)防治效果为48.5%。与单接种辣椒疫霉(Pc)相比,有内生细菌共生的3种AMF(Fm、Rc和Ce)接种Pc后几丁质酶活性与PAL活性显著高于无MRE共生的Ri,四种AMF均促进了宿主植物增加上述2种酶活性以降低病害胁迫。本研究表明,内生细菌在宿主AMF对共生植物的促生作用和抗病害作用等生态功能中具有潜在作用和影响,为揭示内生细菌在AMF与宿主植物的互惠共生体中的作用奠定重要基础,为AMF在农业生产实践中的应用提供理论依据,在一定程度上帮助人们对AMF作用和应用价值有了更深入的理解。
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