丛枝菌根真菌（AMF）提高番茄耐盐性机制的研究

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。