苜蓿丛枝菌根共生体对阿特拉津胁迫响应机制

发布时间：2020-05-27 15:58

【摘要】：丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌不仅促进宿主植物对土壤养分的吸收,改善宿主植物磷素、氮素和矿质养分水平,也有效地提高了植物对非生物胁迫因子的耐受性。与此同时,国内外研究者也逐渐关注AM真菌对不同污染类型土壤高效的修复能力。然而,由于AM真菌与植物建立共生体系的复杂性而对除草剂阿特拉津污染土壤的修复机制仍不十分清楚。本研究采用农田土壤中高频出现的摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)孢子、菌丝以及菌根片段混合物为供试AM真菌接种物,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为供试宿主植物,利用盆栽试验建立F.mosseae-M sativa共生体系后,施加阿特拉津药液进行胁迫,旨在揭示苜蓿丛枝菌根共生体对阿特拉津的胁迫响应机制,主要研究结果如下:1.F.mosseae缓解了阿特拉津对叶绿体功能和结构的毒性。接种F.mosseae减轻了阿特拉津对M sativa净光合、气孔导度、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学量子效率(ΦPSII)的抑制作用(p0.05),但对叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素水平没有显著性影响。同时,接种F.mosseae增加了叶绿体中嗜锇颗粒数量和基粒垛叠程度。因此,接种F.mosseae 保护了宿主植物M.sativa光系统反应中心受损。另外,构建了 M.sativa叶片光合作用相关的蛋白表达谱,为进一步从蛋白水平揭示接种F.mosseae缓解阿特拉津对M sativa光合毒害的作用机理奠定了基础。2.F.mosseae改变了阿特拉津胁迫下根系代谢产物水平。接种F.mosseae显著下调吲哚及其衍生物、茉莉酸水平(p0.05);但显著上调茉莉酸衍生物(Methyl 7-epi-12-hydroxyjasmonate glucoside)、D-proline、二肽、以及非酶类抗氧化剂 tocotrienol、(类)黄酮及衍生物的水平(p0.05)。非靶向代谢组学数据表明接种F mosseae增强了宿主植物M.sativa根系部分代谢产物水平与抗氧化能力。3.F.mosseae诱导了宿主植物产生特异性根系分泌物组分。本研究利用水培条件,通过树脂吸附、解吸、浓缩后,对根系分泌物进行组分鉴定研究。通过比对发现正辛酸(Octanoic Acid)为接种F.mossea 引起M.sativa根系产生的特异性分泌物组分,该组分可能是由AM真菌外泌产生且对细菌具有生物活性。那么,接种F.mosseae改变宿主植物M.sativa根系分泌物组分而可能对根际细菌群落产生影响。4.F.mosseae影响了在阿特拉津消除过程中的根际细菌群落。根际土壤中阿特拉津细菌代谢产物的检测结果表明细菌在AM消除阿特拉津过程中扮演了重要的角色。在细菌科、属水平上,F.mosseae显著降低了细菌群落Shannon's指数,并在阿特拉津消除过程中再进一步显著降低(p0.05)。阿特拉津对细菌群落均匀性表现显著的抑制作用(p0.01)。在阿特拉津消除过程中,接种F.mosseae增加了阿特拉津降解细菌属Arthrobaoter、Burkholderia、Mycobacterium和Streptomyces相对丰度,但也降低了Nocarioides、Pseudomonas、Bradyrhizobium和Rhizobium等相对丰度。此外,接种F.mosseae增强了土壤脱氢酶(DHA)、脲酶(URE)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)活性。由此可知,接种F.mosseae改变了宿主植物M.sativa根际细菌群落结构并提高了土壤酶活性。5.F.mosseae菌丝改变了根际阿特拉津降解基因丰度。本研究中阿特拉津三嗪环降解基因组合是atzBCDE 以及E63.4.6、ureA/ureB/ureAB/ureC,F.mosseae菌丝增加了atzF和E6.4.6丰度。阿特拉津侧链降解基因组合为eutA/eutB/eutC,F.mosseae菌丝增加了eutB丰度。可见,F.mosseae菌丝提高了细菌降解阿特拉津途径中编码关键酶基因的丰度,也进一步验证了阿特拉津降解细菌参与了 AM消除阿特拉津过程。总之,本研究结果进一步丰富和完善了 AM真菌对阿特拉津污染土壤修复的理论依据,也为利用AM真菌修复其他污染土壤类型提供科学佐证。
【图文】：

示意图,阿特拉津,光系统,机理

阿特拉津（ａｔｒａｚｉｎｅ，ＣＡＳ：邋１９１２－２４－９），，商品名莠去津，化学名称为２－氯－４－乙胺逡逑基－６－异丙胺基－均三氮苯，分子式为ＣＳＨ１４Ｃ１Ｎ５，相对分子质量为２１５．６８，化学结构式逡逑如图１－１所示。阿特拉津是一种选择性内吸型苗前、苗后封闭除草剂，由Ｇｅｉｇｙ化学公逡逑司开发，并于１９５９投入大量商业化生产，主要适用于玉米、高粱、果园和林地等一逡逑年、多年生禾本科杂草和阔叶杂草的防除与抑制［１］。逡逑ＣＩ逡逑Ｉ邋人0逡逑人人人Ａ逡逑Ｈ逦Ｈ逡逑图１－１阿特拉津的化学结构式逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｆｏｒｍｕｌａ邋ｏｆ邋ａｔｒａｚｉｎｅ逡逑１．１．１阿特拉津的光合抑制机理逡逑光合作用是植物的共有特性，通过抑制光合作用的除草剂最为常见且行之有效。逡逑经阿特拉津处理过的植物会出现明显的萎黄，直至组织坏死。萎黄主要是由于叶绿体逡逑中发生光氧化反应而导致叶绿素破坏，组织坏死是由于脂质过氧化而导致膜系统损逡逑坏。逡逑叶绿体逦阿特拉津逡逑类囊体腔逡逑图１－２阿特拉津在光系统ＩＩ邋（ＰＳＩＩ）中的作用机理示意图［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ａｔｒａｚｉｎｅ邋ｉｎ邋ｐｈｏｔｏｓｙｓｔｅｍ邋ＩＩ逡逑在正常情况下植物光系统ＩＩ邋（ＰＳＩＩ）中电子传递路径如图１－２所示，光能由聚光逡逑－１邋－逡逑

拟解,科学问题,阿特拉津,内容

逦东北林业大学博士学位论文逦逡逑２）苜蓿丛枝菌根代谢产物对阿特拉津胁迫的响应：利用非靶向代谢组学技术从代逡逑谢水平分析接种Ｆ逦引起的差异代谢产物，如非酶类抗氧化剂、植物内源激素逡逑类、（类）黄酮类物质等；逡逑３）逦Ｆ邋ｍｏＭｅａｅ对苜猜丛枝菌根分泌物的影响：利用水培条件检测接种逡逑引起的特异性根系分泌物组分；逡逑４）苜蓿丛枝菌根根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应：利用１６Ｓ扩增子测序技术逡逑分别揭示Ｆ逦和阿特拉津对根际细菌群落、阿特拉津降解细菌相对丰度的影逡逑响；逡逑５）邋Ｆ逦菌丝对阿特拉津降解基因丰度的影响：利用宏基因组技术探求Ａ逡逑菌丝对阿特拉津三嗪环降解基因０／５NBＳＣＤ＿ＥＦ、以及阿特拉津侧链降逡逑解基因丰度及其相关菌属的影响。逡逑逦Ｉ逦—逦逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X592

【参考文献】