丛枝菌根菌丝桥介导脱落酸（ABA）信号在番茄植株间的传递

发布时间：2020-08-25 17:55

【摘要】：干旱是影响植物生长发育最主要的逆境胁迫之一。与此同时,植物在长期的进化和抵抗逆境过程中,形成了一系列的抗逆机制,其中脱落酸(abscisic acid,ABA)在植物应对干旱等非生物胁迫中发挥信号中枢的作用。课题组以往的研究表明,植物根系间广泛存在的丛枝菌根菌丝桥可以介导植物间抗病和抗虫信号的传递,然而,丛枝菌根菌丝桥能否介导脱落酸(ABA)信号在番茄植株间的传递仍然不清楚。事实上,植物及时而有效地感知周围环境的干旱等非生物胁迫对植物抵御干旱等胁迫至关重要。本研究采用分室隔板法,以番茄为材料,利用丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)根内根生囊霉(Rhizophagus irregularis)在番茄植株间建立菌根菌丝桥(Arbuscular mycorrhizal network,AMNs),对供体番茄喷施脱落酸处理,然后检测受体番茄植株抗旱性的变化,并检测包括生长发育指标(株高和干重)、叶片气体交换参数(净光合速率P_n、气孔导度g_s、胞间CO_2浓度C_i和蒸腾速率T_r)、保护酶活性(超氧化物歧化酶SOD和过氧化物酶POD)、渗透调节物质(脯氨酸Pro和可溶性糖)、膜脂过氧化物质(丙二醛MDA)以及脱落酸合成和信号传导途径关键基因表达等方面的变化,初步揭示丛枝菌根菌丝桥可介导脱落酸信号在番茄植株间进行传递。主要研究结果如下:(1)丛枝菌根真菌接种到供体番茄植物根系35 d后,通过台盼蓝染色、WGA-488荧光染色以及菌根侵染率统计分析,在供体和受体番茄根系中均检测到丛枝、泡囊、菌丝等结构,且菌根侵染率均达到38%以上,说明供体和受体番茄间已经成功建立丛枝菌根菌丝网络;(2)供体番茄喷施100μM ABA 24 h后,处理组A受体番茄植株(与供体有菌根菌丝网络连接)的气孔导度(g_s)、胞间CO_2浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)均显著下降,植物水分利用效率(WUE)显著提高,这可能是由于A受体番茄通过菌丝桥感知到AMNs介导传递的干旱胁迫信号,进而调节叶片气孔关闭,减少水分的耗散,提高水分利用率利用效率;而处理组A受体番茄植株(与供体有菌根菌丝网络连接)除了在24 h时的POD活性会显著高于B、C、D处理组之外,各处理组受体之间的SOD活性、MDA含量及可溶性糖含量均没有显著性差异,也就是说供体植株喷施ABA对受体植株没有很明显的直接诱导作用;供体番茄喷施100μM ABA后,相较于B、C、D处理组,处理组A受体番茄植株(与供体有菌根菌丝网络连接)根系中ABA合成途径基因SlAO和SlDXR显著被诱导。(3)供体番茄喷施100μM ABA后,再对受体番茄进行缺水干旱处理,发现处理组A受体番茄的抗旱能力明显增强,与其他对照相比,整株植物比较挺立,生长正常。处理组A受体番茄植株(与供体有菌根菌丝网络连接)的保护酶POD和SOD活性能迅速升高并显著高于B、C、D处理组,而丙二醛含量(MDA)则显著低于B、C、D处理组,说明供体番茄喷施ABA后干旱信号通过AMNs传递到受体番茄后,会诱导受体番茄处于防御警备状态,最终提高受体番茄应对干旱胁迫的能力;本论文揭示了植物可以借助菌根菌丝网络在植物之间进行干旱信号传递的自然奥秘,由于该网络在土壤与植物群落中广泛存在,这使植物能够提前感知到周围环境中的干旱胁迫信号,促使植物提前做好抗旱准备,进而提高植物的抗旱能力。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S641.2;Q935
【图文】：

外源脱落酸,喷施,根系,干旱胁迫

图 1-1 ABA 合成途径[24]Fig.1-1 Synthesis pathway of ABA[24]外源脱落酸对提高植物的抗旱性有着非常重要的作用。研究表明，干旱等逆境能诱导植物大量基因的表达，以提高植物对逆境的适应能力[25-29]。大多数基因的表达可受外源脱落酸的诱导，但只有当体内脱落酸累积到一定量后某些抗逆基因才能表达[30]。喷施外源脱落酸可减轻受干旱植物幼苗的伤害。研究表明，喷施外源脱落酸在干旱胁迫条件下和水分充足条件下均不同程度地提高了植株的根茎比。外源脱落酸在干旱条件下和水分充足条件下喷施，对植株根系生长影响有所不同。干旱胁迫条件下，喷施外源脱落酸可促进根系生长，而水分充足条件下喷施外源脱落酸处理会显著地抑制根系的生长。喷施外源脱落酸可提高根系的根压，增加根系的伤流液量，提高根系的伤流速率。脱落酸通过韧皮部进入根系中，促进离子进入根系木质部，提高根系水的传导速率[31]。喷施外源脱落酸可显著提高干旱胁迫下植物内源脱落酸含量和保护酶活性[32]。喷施外源 ABA 可有效提高植物幼苗叶片的水势，提高植物保水能力。喷施外源脱

模拟图,模拟图,供体,情况

图 2-1 实验处理情况模拟图Fig.2-1 Simulation of experimental processing：A处理：供体番茄植株接种根内根生囊霉，供体番茄植株叶片喷施 100 μM ABA，供番茄与受体番茄间由 30 μm的筛网隔开；B处理：供体番茄植株没有接种根内根生囊，供体番茄植株叶片喷施 100 μM ABA，供体番茄与受体番茄间由 30 μm的筛网隔开；理：供体番茄植株与受体番茄植株各自接种根内根生囊霉，供体番茄植株叶片喷施 10M ABA，供体番茄植株与受体番茄植株间由防水塑料膜隔开；D处理：供体番茄植株接根内根生囊霉，供体番茄与受体番茄间由 30 μm的筛网隔开，供体番茄植株叶片未进行理。当番茄植物生长 35 d 后，染色制片观察菌丝桥建立情况，如符合条件后体采用 ABA 喷施模拟干旱处理，ABA 的浓度为 100 μmol/L：用小型喷雾供体番茄叶片上喷 ABA，为避免污染和地上部挥发物的影响，供体番茄植塑料袋罩住。（1）为验证菌根菌和 ABA 模拟干旱处理是否会诱导供体番茄产生抗旱，以及为测试菌根菌丝网络（菌丝桥）是否可以介导供体番茄和受体番茄间干旱信号的传递。在供体番茄植株上进行喷施 ABA 处理后，需要一同检体番茄与受体番茄植株抗旱性的变化，包括生长发育指标（株高和干重）、

荧光染色,台盼蓝,番茄,菌根

丛枝菌根菌丝网络介导脱落酸（ABA）信号在番茄植株间的传递.1.2台盼蓝及 WGA-488荧光染色检测番茄根系菌根侵染情况如图 3-1所示，通过台盼蓝染色和 WGA荧光染色也均可看到番茄根系被内根生囊霉侵染的结构，包括丛枝（arbuscular）、菌丝（mycelium）和泡囊vesicle）等结构。不接种 R. irregularis 的番茄根段，看不到荧光，也能说明整个试验过程中没有出现污染现象。

【参考文献】