野大麦内生真菌共生体耐盐性的生理机制研究

【摘要】：随着气候的变化,土壤盐碱化已经成为影响作物产量和农业生产的主要灾害之一,因此,研究盐生植物的耐盐性机制对于提高植物耐盐性和选育耐盐的品种具有重要意义。内生真菌与禾本科植物共生,可以提高宿主植物的耐旱、耐盐、耐重金属等抗逆能力。本研究以盐生植物野大麦(Hordeum brevisubulatum)为材料,建立带内生真菌(E+)和不带内生真菌(E-)野大麦种群,通过比较不同盐浓度下的种子萌发、植株生长、生理调节和养分吸收等的变化以及内生真菌与水分或外源激素的互作,来探讨内生真菌对野大麦耐盐性的生长和生理功能上的作用机制,明确野大麦内生真菌共生体在其生存环境中所形成的适应策略,以期为野大麦内生真菌共生体在耐盐性育种方面的进一步研究及合理利用提供依据。主要研究结果如下：1.运用TP法发芽,比较不同浓度的NaCl((0、50、100、200和300mM)和与之等渗透势的PEG处理对E+和E-野大麦种子萌发的影响,结果表明野大麦种子的发芽率、发芽指数和根苗长均随着NaCl以及PEG浓度的增大而逐渐降低。内生真菌显著提高了NaCl和PEG胁迫下野大麦的发芽率、发芽指数和根苗长,但是在较高浓度的NaCl (300 mM)胁迫下,E+与E-的发芽率和胚芽长之间差异不显著(P0.05)。同时,除对照外,NaCl处理后E+与E-种子的发芽率和发芽指数均显著高于等渗的PEG处理后的发芽率和发芽指数(P0.05)。但是,其胚根长和胚芽长在较高的盐浓度下(200 mM和300 mM)则有了低于等渗的PEG胁迫的趋势,因此离子效应在野大麦种子发芽的过程中起到了积极作用,但对幼苗的生长则产生离子毒性。2.在盆栽试验中,1/2 Hoagland营养液处理条件下,E+与E-野大麦的株高、分蘖和生物量随着NaCl浓度(0、150、300、450和600 mM)的升高而下降,随着处理时间的延长,E+植株在盐胁迫条件下可以维持更高的生长速率和分蘖能力,且在高盐浓度下(600 mM)仍可以维持生长,但E-植株则出现了枯黄甚至萎蔫的现象。另外,E+野大麦在盐胁迫下的光合速率、蒸腾速率、胞间C02浓度和气孔导度显著高于E-。内生真菌还显著提高了野大麦在NaCl胁迫条件下的相对含水量以及叶绿素、类胡萝卜素和游离脯氨酸的含量(P0.05),并且在较高盐浓度下(450和600 mM),E+植株的脯氨酸含量先上升后保持在较高的水平,而E-植株的脯氨酸含量则呈先上升后下降的趋势。表明内生真菌促进了野大麦在盐胁迫下的生长,减缓了由盐胁迫对野大麦造成的水分利用效率和光合效率等的负面影响,并促进有效的渗透调节。3.同样的处理条件下,随盐浓度的升高,E+与E-野大麦的SOD、POD和CAT活性以及过氧化氢(H202)和丙二醛(MDA)含量均逐渐升高,E+野大麦在盐胁迫条件下的SOD、POD和CAT抗氧化酶的活性显著高于E-,而H202和MDA的含量则显著低于E-(P0.05)。另外,随着处理时间的延长,在较高的盐浓度下(300、450和600 mM),E+野大麦的SOD和POD活性迅速上升后趋于平稳,CAT活性以及H202和MDA含量均呈先上升后下降的趋势,而E-野大麦的SOD、POD和CAT活性上升缓慢,H202和MDA含量也迅速上升后维持在较高的水平。表明内生真菌可以有效抵抗盐胁迫所引起的脂质过氧化作用并减轻活性氧的积累,维持氧化还原体内平衡。另外,在150 mMNaCl浓度下,E-植株H202含量逐渐上升,与此相关的POD酶活性也逐渐上升,而E+植株则未发生显著变化,于是到了胁迫后期(12和16天),E-野大麦的H2O2含量和POD酶活性显著高于E+植株(P0.05),说明此浓度可能对E+植株并未造成胁迫效果。4.在胁迫18天后,盐胁迫引起了野大麦对营养元素吸收和运输的紊乱,如,随着盐浓度的升高,E+和E-野大麦的C、P元素和K+含量逐渐降低,N元素和Na+含量逐渐升高。在300、450和600 mM浓度的NaCl胁迫下,E+植株体内具有更高的N、P和K+含量,以及更低的Na+的含量(P0.05)。除此之外,内生真菌还显著降低了NaCl胁迫下野大麦体内的C:N、C:P、N:P和Na+：K+的比值,通过化学计量调节降低了盐胁迫对植株生长的影响,并显著提高了植株对K+的选择性运输系数(P0.05),保证宿主植物在盐胁迫环境中对养分的吸收和运输,同时减轻Na+的毒害。5.通过研究干旱和水淹胁迫下低浓度的NaCl (100 mM)对野大麦内生真菌共生体的影响,结果发现,内生真菌显著提高了野大麦在于旱胁迫和水淹胁迫下的株高、分蘖数、叶片宽度以及叶绿素和脯氨酸的含量,降低了电解质渗透率和MDA含量(P0.05),并促进了野大麦在水淹胁迫下维持叶片和根系的活力。另一方面,低浓度的NaCl处理,对E+和E-野大麦在干旱与水淹胁迫下的以上生长和生理指标均有所提高,并且受NaCl的影响,E+植株在干旱条件下株高的上升率要高于E-植株,因此,在干旱胁迫下,NaCl刺激了内生真菌发挥其对宿主植物株高的积极作用,但是对野大麦内生真菌共生体在干旱和水淹胁迫下的其他指标均未造成显著影响(P0.05)。6.通过在3种外源植物激素处理后进行盐胁迫的方法,发现不同的外源激素对盐胁迫下野大麦的影响不同,外源ABA显著提高了NaCl胁迫后野大麦的地上和地下生物量、POD和SOD酶的活性,并降低了H202的含量,GA3显著提高了野大麦的地下生物量,降低H2O2含量,而IAA则降低了盐胁迫下野大麦的地上和地下生物量以及POD酶的活性。在正常生长条件下,外部施加ABA、GA3和IAA对E+和E-野大麦的生物量未造成显著影响,但E+植株的POD酶的活性显著升高,E-无显著变化。另外,在盐胁迫下,ABA对E+野大麦的地下生物量、SOD和POD活性的提高率和H2O2含量的降低率均高于E-,说明施加ABA加强了内生真菌促进植物耐盐性的作用,而GA3和IAA则对E+与E-之间各指标的变化无显著影响。