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丛枝菌根真菌（AMF）提高番茄耐盐性机制的研究

作　者: 贺忠群
导　师: 邹志荣；张志斌
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 蔬菜学
关键词: 有机土 丛枝菌根真菌(AMF) 番茄 提高耐盐性机制
分类号: S641.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本研究以“中杂9号”番茄为试材,在筛选适于番茄有机土栽培的菌种基础上,对AMF提高番茄耐盐的生理及分子机制进行了系统研究,主要结果如下:1.有机土上番茄接种6种不同的丛枝菌根真菌（Glomus versiforme,Glomus mosseae-2, Glomus intraradices, Glomus diaphanum, Glomus mosseae, Glomus etunicatum）均不同程度上促进了植株生长,并筛选出Glomus versiforme, Glomus mosseae-2是对番茄生长促进效果最好的菌种。接种Glomus versiforme, Glomus mosseae-2后,干物重分别比对照高75%和65%, Glomus versiforme, Glomus mosseae-2用于有机土栽培具有较大的生产潜力。2.用不同浓度NaCl（0.5%,1%）对接种Glomus mosseae-2和未接种番茄处理后,研究Glomus mosseae-2对番茄耐盐性的影响。结果表明,持续盐胁迫下与未接菌株相比,接菌株具有较大的叶面积、地上部茎流量和根系活力,因而表现较强的地上及地下部生长。盐胁迫虽抑制菌根的形成,但随盐浓度增加,菌根效应并未减小。在同一盐胁迫浓度下,接种AMF能提高番茄的耐盐系数,因而提高番茄的耐盐性。3.在0.5%和1%NaCl胁迫下,对接菌及未接菌番茄营养吸收平衡及离子毒害机制进行了分析。结果表明,番茄接种Glomus mosseae-2,显著提高了地上部及根系N、P、K+和Ca2+的含量,显著降低Na+含量,对Cl-含量虽有减少但无显著影响。接种AMF还显著影响盐胁迫下植株的营养吸收及平衡,增加地上部及根系K+/ Na+、P/ Na+、Ca2+/ Na+及根系P/Cl-值。这些比值与植株总干重均呈显著正相关,其中与K+/ Na+、P/ Na+、Ca2+/ Na+相关性最大。接菌番茄耐盐性提高与AMF改善植株营养状况尤其是提高K、P含量,保持较高K+/ Na+、P/ Na+、Ca2+/ Na+比值、降低植株Na+含量从而降低Na+对植株的毒害作用有关。4.为研究AMF降低Na+对番茄毒害作用的分子机理。首次用RT-PCR、Realtime-PCR技术对接种Glomus mosseae-2及未接菌株叶片及根系液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因（LeNHX1）mRNA表达进行分析。结果发现,无NaCl处理时,接菌与未接菌株LeNHX1基因表达量无显著差异。盐处理后,盐胁迫诱导接菌及未接菌株LeNHX1基因的大量表达,但接菌株LeNHX1基因的表达量低于未接菌株,AMF对LeNHX1没有显著诱导作用。说明Glomus mosseae-2能提高番茄的耐盐性与LeNHX1基因关系不大,即接菌番茄降低植株Na+毒害作用,不是通过AMF诱导LeNHX1基因的过量表达,使Na+区域化至液泡中这条途径来实现的。5.不同浓度NaCl（0.5%和1%）持续胁迫40 d过程中,对接种Glomus mosseae-2番茄有机渗透调节物质含量的研究分析表明,盐胁迫下,与未接菌番茄相比,接种AMF番茄能显著促进叶片和根系可溶性糖的积累、增加叶片可溶性蛋白含量及根系脯氨酸含量,使植株耐盐能力增强。接菌株可溶性蛋白的增加,尤其可溶性糖以及根系脯氨酸的大量积累在AMF提高番茄耐盐的渗透调节机制中具有重要的作用。6.在不同浓度NaCl（0.5%和1%）持续胁迫过程中,在无NaCl处理和NaCl处理下,AMF能显著提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性,过氧化氢酶（CAT）活性被AMF短暂地诱导后与其相应未接菌株无显著差异;AMF能显著减小盐胁迫下番茄细胞膜透性和膜脂过氧化,因而提高了番茄的耐盐性;接菌番茄耐盐性的提高主要与AMF增强SOD、POD、APX和GSH-PX活性,进而增强清除氧自由基的能力有关,而与CAT关系不大。7.在0.3%,0.6%,1%NaCl持续胁迫下,盐胁迫降低了番茄净光合速率和光饱和点,AMF虽然未提高番茄的光饱和点,但能提高叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（gs）、表观量子产量（AQY）、CO2羧化效率（CE）,同时提高了叶绿体光合磷酸化活性,有利于维持叶绿体吸收光能的能力,因此,接种AMF能提高番茄光能转化效率及CO2的利用效率;接菌与未接菌株在0.3-0.6%盐浓度处理时,光合作用下降主要受气孔限制,1%NaCl处理28 d后,光合作用下降主要受非气孔因素影响,而接种AMF能提高盐胁迫下番茄的光合作用,增强植株生长及耐盐性。8.在0.3%,0.6%,1%NaCl胁迫下,生长促进物质IAA、GA3和Zeatin含量下降,生长抑制物质ABA含量增加,而接种Glomus mosseae-2增加了这些激素的含量。菌根形成过程中AMF参与调节内源激素平衡,同一盐浓度下与未接菌株相比,AMF降低叶片ABA/IAA、ABA/GA3、ABA/Zeatin及ABA/ （IAA+GA3+Zeatin）的比值。通过gs与ABA/Zeatin比值的相关分析,gs和ABA/Zeatin值呈极显著负相关。同一盐浓度下,接菌株有较高gs和较低的ABA/Zeatin值,而未接菌株有较高的ABA/Zeatin值和较低的gs。与未接菌株相比,接菌株较高ABA含量并没导致较小的气孔导度,ABA和Zeatin共同调节气孔对盐胁迫的响应,维持接菌株较高的气孔导度,从而维持较高的光合作用,增强番茄的耐盐性。通过外源IAA、GA3对番茄相关耐盐指标（植株干物重、可溶性糖、可溶性蛋白等）的影响研究发现,外源IAA、GA3能增强番茄的耐盐性,由AMF诱导的内源IAA、GA3可起到类似的作用,与AMF提高番茄耐盐性密切相关。9.在0.5%、1%NaCl胁迫下,随盐浓度增加和盐胁迫持续番茄叶片相对含水量、叶片水势及叶片水分利用率、根系水导均不同程度降低,接种AMF番茄能显著提高这些指标的值。接种AMF后具有减缓番茄受盐害而失水的作用,这种作用在较高盐浓度下表现得更为明显。为进一步研究盐胁迫下AMF促进番茄水分吸收的分子机制,用RT-PCR、Realtime-PCR技术分析了盐胁迫下接菌及未接菌番茄叶片及根系中的LePIP1,LePIP2, LeTRAMP,LeAQP2（质膜水孔蛋白基因）,LeTIP（液泡膜水孔蛋白基因）5种水孔蛋白基因mRNA的表达量。结果发现,AMF及盐胁迫均在转录水平上调控了这5个基因的表达。AMF及盐胁迫对以上各基因的调控表达在叶片和根系中有很大差异即表现出组织表达差异性。盐胁迫下,与未接菌株相比,这5个基因在叶片中均过量表达,说明这些水孔蛋白基因参与了水分的跨膜转运,有利于水分在叶片中快速转运,因此利于维持接菌株较高的叶片水势。而在根部,与未接菌株相比,LePIP1、LePIP2、LeTRAMP、LeTIP基因表达下调, LeAQP2则上调,因此, LeAQP2基因在接菌株根中的过量表达与盐胁迫下AMF提高番茄根系水导有关。盐胁迫下,其它基因在接菌或未接菌株根系中的表达,由于AMF与盐胁迫共同对其基因表达的上调或下调以不同调控方式参与了渗透调节。

全文目录


摘要  4-7
ABSTRACT  7-19
第一章 文献综述  19-33
  1.1 丛枝菌根真菌（AMF）及其在生态农业中的作用和应用前景  19-21
    1.1.1 丛枝菌根及其特点  19-20
    1.1.2 AMF 在生态农业中的作用及应用前景  20-21
  1.2 植物的耐盐性  21-27
    1.2.1 盐胁迫对植物的危害  21-22
    1.2.2 植物的耐盐适应性  22-27
  1.3 AMF 对植物耐盐性的影响  27-31
    1.3.1 盐胁迫对 AMF 的生理生态影响  27-28
    1.3.2 盐胁迫下 AMF 对植物生长的影响  28-29
    1.3.3 AMF 提高植物耐盐性的可能机制  29-31
  1.4 目前尚需解决的问题  31
  1.5 本研究的目的意义  31-32
  1.6 本研究创新点  32-33
第二章 适于番茄生长的菌种筛选  33-41
  2.1 引言  33
  2.2 材料与方法  33-34
    2.2.1 材料  33-34
    2.2.2 实验设计  34
    2.2.3 菌根侵染率及生理指标测定  34
  2.3 结果与分析  34-38
    2.3.1 不同 AMF 对番茄植株营养生长的影响  34-35
    2.3.2 不同 AMF 侵染对番茄叶片色素含量的影响  35-36
    2.3.3 不同 AMF 对番茄叶片光合作用的影响  36
    2.3.4 不同 AMF 对番茄叶片可溶性糖含量的影响  36-37
    2.3.5 不同 AMF 对番茄叶片可溶性蛋白含量的影响  37
    2.3.6 不同 AMF 对番茄叶片硝酸还原酶活性的影响  37
    2.3.7 不同 AMF 对番茄干物重和菌根侵染率、菌根依存度的影响  37-38
    2.3.8 不同AMF 对番茄菌根侵染率、干物重和可溶性糖的关系  38
  2.4 讨论  38-41
    2.4.1 AMF 与植物的共生效应  38-39
    2.4.2 AMF 与土壤有机质的相互作用  39-41
第三章 AMF 对番茄耐盐性的影响  41-48
  3.1 引言  41
  3.2 材料与方法  41-42
    3.2.1 材料  41
    3.2.2 试验设计  41-42
    3.2.3 项目测定及方法  42
  3.3 结果分析  42-46
    3.3.1 NaCl 胁迫对菌根侵染率的影响  42-43
    3.3.2 NaCl 胁迫下AMF 对番茄干物重及叶面积的影响  43-44
    3.3.3 NaCl 胁迫下AMF 对番茄根系氧化、还原能力的影响  44-45
    3.3.4 NaCl 胁迫下AMF 对番茄茎流量及茎流日变化的影响  45-46
    3.3.5 AMF 对番茄耐盐系数的影响  46
  3.4 讨论  46-48
    3.4.1 AMF 对番茄耐盐的效应  46-47
    3.4.2 盐胁迫对菌根形成与番茄耐盐性关系  47-48
第四章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄营养吸收平衡的影响  48-57
  4.1 引言  48
  4.2 材料和方法  48-49
    4.2.1 实验材料  48
    4.2.2 实验设计  48-49
    4.2.3 全 N、全 P、 K~+、Ca~(2+)及 Na~+测定  49
  4.3 结果与分析  49-54
    4.3.1 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄的促生效应  49-50
    4.3.2 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部、地下部全 N 含量的影响  50
    4.3.3 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部、地下部全 P 含量的影响  50
    4.3.4 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部、地下部 K~+含量的影响  50-51
    4.3.5 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部、地下部 Ca~(2+)含量的影响  51
    4.3.6 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部、地下部 Na~+和 Cl~-含量的影响  51-52
    4.3.7 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄地上部及地下部营养元素平衡的影响  52-53
    4.3.8 NaCl 胁迫下植株干物重与营养元素吸收比的关系  53
    4.3.9 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄叶片硝酸还原酶（NR）的影响  53-54
  4.4 讨论  54-57
    4.4.1 AMF 与 N 素吸收及番茄耐盐性  54-55
    4.4.2 AMF 与 P 素吸收及番茄耐盐性  55
    4.4.3 AMF 与 K~+, Ca~(2+)吸收及番茄耐盐性  55
    4.4.4 AMF 侵染对番茄 Na~+、Cl~-含量的影响  55-57
第五章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄水分吸收的影响  57-62
  5.1 引言  57
  5.2 材料与方法  57-58
    5.2.1 材料  57
    5.2.2 实验设计  57
    5.2.3 项目测定及方法  57-58
  5.3 结果分析  58-60
    5.3.1 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄叶片相对含水量（RWC）的影响  58
    5.3.2 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄叶片水分利用效率的影响  58-59
    5.3.3 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄叶片水势的影响  59
    5.3.4 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄根系水导（Lp）的影响  59-60
  5.4 讨论  60-62
第六章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄有机渗透调节物质的影响  62-66
  6.1 引言  62
  6.2 材料和方法  62
    6.2.1 材料  62
    6.2.2 实验设计  62
    6.2.3 测定方法  62
  6.3 结果与分析  62-65
    6.3.1 NaCl 胁迫对菌根侵染率的动态影响  62-63
    6.3.2 NaCl 胁迫下AMF 对番茄可溶性糖含量的动态影响  63
    6.3.3 NaCl 胁迫下AMF 对番茄脯氨酸含量的动态影响  63-64
    6.3.4 NaCl 胁迫下AMF 对番茄可溶性蛋白的动态影响  64-65
  6.4 讨论  65-66
    6.4.1 可溶性糖与AMF 提高番茄耐盐性的关系  65
    6.4.2 脯氨酸与AMF 提高番茄耐盐性的关系  65
    6.4.3 可溶性蛋白与AMF 提高番茄耐盐性的关系  65-66
第七章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄氧自由基清除系统及细胞膜透性的影响  66-74
  7.1 引言  66
  7.2 材料和方法  66-67
    7.2.1 实验材料  66
    7.2.2 实验设计  66
    7.2.3 SOD, APX, GSH-Px 等保护酶活性及细胞膜透性测定  66-67
  7.3 结果分析  67-72
    7.3.1 NaCl 胁迫下AMF 对SOD 活性的动态影响  67-68
    7.3.2 NaCl 胁迫下AMF 对APX 活性的动态影响  68-69
    7.3.3 NaCl 胁迫下AMF 对CAT 活性的动态影响  69
    7.3.4 NaCl 胁迫下AMF 对POD 活性的动态影响  69-70
    7.3.5 NaCl 胁迫下AMF 对GSH-PX 活性的动态影响  70
    7.3.6 NaCl 胁迫下AMF 对MDA 积累的动态影响  70-71
    7.3.7 NaCl 胁迫下AMF 对细胞膜透性的动态影响  71
    7.3.8 NaCl 胁迫下AMF 对氧自由基（O_2~(.-)）产生速率的动态影响  71-72
  7.4 讨论  72-74
第八章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄光合特性的影响  74-83
  8.1 引言  74
  8.2 材料与方法  74-75
    8.2.1 材料及处理方法  74
    8.2.2 实验设计  74
    8.2.3 光合特性的测定  74-75
  8.3 结果与分析  75-81
    8.3.1 NaCl 胁迫下AMF 对番茄叶片叶绿素含量的影响  75-76
    8.3.2 NaCl 胁迫下AMF 对番茄叶片叶绿体光合磷酸化活性的影响  76-77
    8.3.3 NaCl 胁迫下AMF 对番茄光合特性的影响  77-80
     8.3.4 NaCl 胁迫下 Pn 对 CO_2 浓度的响应  80
    8.3.5 NaCl 胁迫下 Ci 对 CO_2 浓度的响应  80-81
  8.4 讨论  81-83
    8.4.1 NaCl 胁迫下AMF 对番茄叶片光合色素含量及其组成的影响  81
    8.4.2 NaCl 胁迫下AMF 提高番茄光合作用的原因  81-83
第九章 NaCl 胁迫下 AMF 对番茄内源激素的影响  83-93
  9.1 引言  83
  9.2 材料和方法  83
    9.2.1 实验材料及处理方法  83
  9.3 实验一 AMF 对盐胁迫下番茄内源激素的影响  83-84
    9.3.1 实验设计  83-84
    9.3.2 内源激素的提取及测定  84
  9.4 实验二外源激素对盐胁迫下番茄耐盐效应的影响  84
    9.4.1 实验设计  84
  9.5 结果与分析  84-90
    9.5.1 NaCl 胁迫下AMF 对番茄生长效应的影响  84-85
    9.5.2 NaCl 胁迫下对番茄幼苗干物重的影响  85
    9.5.3 NaCl 胁迫下AMF 对番茄内源激素的影响  85-88
    9.5.4 NaCl 胁迫下气孔导度（g_s）和 ABA 含量的关系  88
    9.5.5 NaCl 胁迫下气孔导度（g_s）和 ABA/Zeatin 值的关系  88-89
    9.5.6 NaCl 胁迫下外源激素对番茄干物质分配的影响  89
    9.5.7 NaCl 胁迫下外源激素对番茄渗透调节物质及MDA 含量的影响  89-90
  9.6 讨论  90-93
    9.6.1 IAA、GA3变化与 AMF 提高番茄耐盐性的作用  90-91
    9.6.2 ABA、Zeatin 变化与g_s的关系及其在 AMF 提高番茄耐盐性的作用  91-93
第十章 NaCl 胁迫下番茄水孔蛋白及 NA~+/H~+逆向运输蛋白基因的诱导表达  93-105
  10.1 引言  93
  10.2 材料与方法  93-97
    10.2.1 材料  93-94
    10.2.2 总RNA 的提取  94
    10.2.3 总 RNA 浓度测定及电泳检测  94
    10.2.4 总RNA 纯化  94-95
    10.2.5 单链cDNA 的合成及质量检测  95
    10.2.6 水孔蛋白基因及LeNHX1 基因的半定量RT-PCR、Real-time PCR  95-97
  10.3 结果分析  97-102
    10.3.1 总 RNA 抽提  97
    10.3.2 cDNA 合成及质量检测  97-98
    10.3.3 NaCl 胁迫下水孔蛋白基因及LeNHX1 基因的诱导表达  98-102
  10.4 讨论  102-105
    10.4.1 半定量 RT-PCR 及 Realtime-time PCR 对基因表达分析结果的影响  102
    10.4.2 LePIP1，LeTIP 等基因在AMF 提高番茄耐盐性中的作用  102-104
    10.4.3 液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白在 AMF 提高番茄耐盐性中的作用  104-105
第十一章 结论  105-107
参考文献  107-123
附录  123-133
缩略词  133-134
致谢  134-135
作者简介  135
博士研究生期间发表的主要论文  135

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