枫香拟茎点霉B3促进花生结瘤的生理和激素信号分子机制研究
作者单位：南京师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：戴传超;王兴祥
授予年度：2016年
摘 要：豆科植物-根瘤菌共生的建立需要共生双方一系列复杂的生理生化响应。同时,植物激素信号分子在共生的建立和调控中发生重要作用。我们先前研究发现一株广谱植物内生真菌枫香拟茎点霉B3可以显著提高连作花生的根瘤数和花生荚果产量。但是拟茎点霉B3促连作花生结瘤的机制并不清楚。此外,脱离花生连作土壤环境,拟茎点霉B3是否还可以促进花生结瘤和固氮仍然未知。因此,本研究拟从植物生理响应和激素信号分子角度研究枫香拟茎点霉B3促进花生结瘤的机制。采用盆栽试验,首先研究了拟茎点霉B3是否可以定殖在连作花生根内。其次,花生用拟茎点霉B3和拟茎点霉B3粗诱导子处理后,种植在连作土壤中。在不同时间点测定花生-土壤根瘤菌结瘤和固氮效率、花生防御酶活性和花生叶片光合活性、糖含量以及花生产量。同时,根瘤内的碳代谢物含量和碳代谢相关酶活性也在处理后被分析。结果表明:拟茎点霉B3可以有效地定殖在连作花生根内。与对照相比,拟茎点霉B3促进了连作花生根瘤原基和成熟根瘤的形成,同时增强了根瘤的生长发育和固氮效率。拟茎点霉B3粗诱导子只在结瘤的早期阶段促进了根瘤原基的形成,对于最终的根瘤数和根瘤功能的影响较小。拟茎点霉B3和拟茎点霉B3粗诱导子处理都短暂地诱导了花生的防御响应,激活了花生根部黄酮合成相关酶的活性。拟茎点霉B3而不是拟茎点霉B3粗诱导子促进了花生叶片的光合活性和总糖含量。同时,拟茎点霉B3处理组的花生根瘤内碳代谢物,蔗糖和苹果酸含量以及碳代谢相关酶的活性比拟茎点霉B3粗诱导子处理和对照高。这些结果表明拟茎点霉B3介导的连作花生结瘤和固氮效率的提高主要与宿主植物提供较高的碳源有关。而植物防御仅仅在结瘤的早期阶段发挥功能。为了研究拟茎点霉B3对于纯培养条件下的花生-慢生根瘤菌结瘤和固氮的影响,花生种子催芽后,种植在湿润灭菌的蛭石培养基中。花生种植一周后,进行试验处理。试验分为四个处理:单独接种拟茎点霉B3;单独接种慢生根瘤菌:拟茎点霉B3和花生慢生根瘤菌联合接种以及无菌去离子水对照。在不同时间点检测了花生-慢生根瘤菌结瘤起始、根瘤发育和根瘤功能,以及花生生长参数。研究了拟茎点霉B3和慢生根瘤菌在花生根内的定殖动力学。同时,收集花生的根系分泌物,测定三种典型黄酮的含量。结果表明:在纯培养条件下,拟茎点霉B3可以有效地定殖在花生根部,促进了慢生根瘤菌在花生根部的定殖。同时,拟茎点霉B3显著地促进了结瘤的启动和根瘤的发育,但对于根瘤功能的发挥并没有影响。拟茎点霉B3和慢生根瘤菌联合接种的花生比慢生根瘤菌单独接种的花生有更高的地上部分氮产量。此外,拟茎点霉B3接种促进了花生侧根（花生根瘤菌侵染位点）的形成和黄酮信号分子（根瘤菌结瘤因子的诱导物）的释放。这些结果表明拟茎点霉B3联合接种慢生根瘤菌可以促进纯培养条件下花生的结瘤,且可能与花生生理状态的改变相关。为了探究拟茎点霉B3接种对于结瘤早期阶段密切相关的常见激素信号分子水平的影响,花生的种植使用无菌植物营养培养基。我们的结果表明拟茎点霉B3和慢生根瘤菌联合接种提高了植物激素水杨酸（SA）、吲哚乙酸（IAA）、乙烯（Eth）和脱落酸（ABA）的水平。同时,我们通过使用吲哚乙酸、吲哚乙酸类似物和吲哚乙酸转运抑制剂证明了吲哚乙酸可以影响花生结瘤过程。此外,拟茎点霉B3和低浓度的吲哚乙酸都提高了花生结瘤信号通路中关键共生基因钙/钙调素依赖性蛋白激酶（CCaMK）的表达。这些结果表明拟茎点霉B3与花生早期的相互作用,引起了有利于花生结瘤的激素积累,比如吲哚乙酸。综上所述,广谱植物内生真菌枫香拟茎点霉B3可以促进花生-根瘤菌结瘤。我们认为其原因和拟茎点霉B3促进了与花生-根瘤菌结瘤相关的生理的响应以及植物激素信号分子的积累相关。
同方学位论文库