灌木铁线莲根围AMF多样性及其菌根苗对干旱胁迫的响应机制

发布时间：2018-03-29 22:37

本文选题：灌木铁线莲　切入点：丛枝菌根真菌　出处：《内蒙古农业大学》2017年博士论文

【摘要】：灌木铁线莲(Clematis fruticosa)广泛分布于内蒙古大青山极端干旱阳坡,属生命力极强的护土小灌木,对大青山干旱阳坡生态保护具有重要作用。为探讨丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在大青山干旱阳坡对灌木铁线莲生存机制的影响,论文首次对灌木铁线莲根围AMF群落组成及其与季节、海拔和土壤因子的关系进行了系统研究。同时,通过孢子形态学鉴定方法筛选出了灌木铁线莲根围AMF优势种,并与灌木铁线莲进行人工接种处理,在正常水分和干旱胁迫条件下对不同AMF-灌木铁线莲组合进行了生长、生理和生化指标的测定,目的是筛选出优良的AMF-灌木铁线莲抗旱性组合。此外,本研究还利用RNA-Seq技术分析了菌根化灌木铁线莲在不同水分条件下基因表达的差异。最终,从生理生化与分子水平上详细解析菌根化灌木铁线莲对干旱胁迫的响应机制。研究结果表明:(1)利用Illumina MiSeq测序从54个土壤样本中共检测到247842条AMF序列和 174 OTUs(operational taxonomic units),属于 Glomus、uncultured Glomeromycota、Diversispora、Rhizophagus、Claroideoglomus、Funneliformis、Scutellospora、Paraglomus、Ambispora、Septoglomus 和 Archaeospora,其中 Glomus 为优势属。(2)季节变化显著影响AMF菌根侵染率、丛枝丰度、AMF丰富度、Chao1指数、Shannon-Wiener和Simpson多样性指数;海拔梯度变化显著影响AMF孢子密度、丛枝丰度、AMF实测丰度、Chao1指数和Shannon-Wiener多样性指数;季节和海拔的交互作用显著影响Shannon-Wiener多样性指数,却不会影响孢子密度、菌根侵染率、丛枝丰度和其它AMF多样性和丰富度指数。此外,AMF群落组成受到季节和海拔变化的显著影响:春季和夏季、春季和秋季AMF群落组成存在显著差异,海拔1600 m处和海拔1400 m处、海拔1600 m处和海拔1200m处AMF群落组成均存在显著差异;季节和海拔的交互作用不会影响AMF群落组成。(3)线性回归分析结果表明季节、海拔、土壤速效N、土壤速效P和土壤含水量显著影响AMF实测丰富度和Shannon-Wiener指数。SEM结果显示,季节和海拔不仅能直接影响AMF群落和Shannon-Wiener指数,还能通过土壤因子间接影响AMF群落和Shannon-Wiener指数,土壤速效P是影响AMF群落和Shannon-Wiener指数的首要因子,季节对AMF群落和Shannon-Wiener指数的直接影响显著大于海拔。(4)利用孢子形态学方法,从灌木铁线莲根围土壤中共获得3种AMF优势种,分别为 Funneliformis mosseae、Rhizophagus intraradices 和 Acaulospora mellea。(5)3种AMF优势种与灌木铁线莲进行人工接种,在正常水分和干旱胁迫条件下都发现接种R.intraradices具有最高的菌根侵染率、丛枝丰度、株高、地上生物量、地下生物量、净光合速率、气孔导度、SOD活性、CAT活性、POD活性、全N和全P含量,说明 R.intraradices-灌木铁线莲组合具有较好的抗旱性。(6)从生长和生理生化水平上首先分析了正常水分和干旱胁迫条件下菌根化灌木铁线莲各指标的变化情况,结果表明:干旱胁迫显著降低了菌根化灌木铁线莲的菌根侵染率、丛枝丰度、地上生物量、净光合速率、气孔导度、全N和全P含量,显著提高了脯氨酸含量、SOD活性、CAT活性、POD活性和丙二醛含量。(7)正常水分和干旱胁迫处理的菌根化灌木铁线莲进行RNA-Seq测序,原始数据经质量控制和Trinity拼接后,获得105203个unigenes。正常水分与干旱胁迫处理的菌根化灌木铁线莲中共发现762个差异表达基因(different expressed unigenes,DEGs),其中370个上调DEGs,392个下调DEGs。(8)在DEGs水平上进一步分析干旱胁迫对菌根化灌木铁线莲的影响,结果表明:①干旱胁迫降低了 PSI和PSII系统的稳定性、核酮糖二磷酸羟化酶和果糖二磷酸醛缩酶的表达,从而降低了植物光合作用和C固定。②色氨酸的合成促进了生长素的形成;八氢番茄红素合成酶、番茄红素ε环化酶和9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶的上调表达促进类胡萝卜素的形成,脱落酸8'-羟化酶下调表达抑制脱落酸的降解,有助于脱落酸含量的增加;2-氧-植物二烯酸还原酶上调表达能够促进α-亚麻酸合成茉莉酸;这些激素能帮助植物应对干旱胁迫。③谷氨酸5-激酶上调表达能促进谷氨酸盐合成,从而有助于脯氨酸的产生;β-葡萄糖苷下调表达能够降低蔗糖的水解;β-淀粉酶显著上调表达促进了淀粉水解为麦芽糖;这都能增强菌根化灌木铁线莲体内渗透调节物质的累积,维持细胞内较低的渗透势。④干旱胁迫诱导抗坏血酸、谷胱甘肽、异喹啉类生物碱、泛醌和其它萜醌抗氧化剂生物合成相关基因的上调表达,降低了活性氧对植物细胞膜的损害。⑤丝裂原活化蛋白激酶激酶的上调表达促进了 MAPK的磷酸化和激活,便于灌木铁线莲更好地在缺水条件下生存。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q945.78

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