球毛壳菌ND35对植物防御酶活性、植株生长及抗旱性的影响

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近年来,由于气候变化、食草动物威胁、非生物压力(如干旱)和真菌致病性等原因的影响,对全球区域粮食产量构成严重威胁。因此,减轻因植物病害以及干旱胁迫对粮食生产的损失成为农业科学研究的热点。科研工作者从内生真菌与植物、土壤等生理生态现象的观察和描述,深入到内生真菌与植物、环境之间作用机理及其互作影响的研究,并取得突破性进展。但有关内生真菌影响植物干旱诱导基因表达及其干旱胁迫适应性的研究相对较少。  球毛壳菌(Chaetomium globosum)ND35菌株作为一个分离于健康毛白杨(Populus tomentosa)的内生真菌优势菌株,在植物防病和促进植株生长方面起到积极作用。脱水素(dehydrin)是一种广泛存在于高等植物的干旱诱导蛋白。wzy2是从小麦中克隆出来的一种脱水素基因,并已成功构建和应用实时荧光定量PCR方法。  本试验通过在黄瓜幼苗上,接种球毛壳菌ND35和立枯丝核菌Rs-1,检测黄瓜体内多酚氧化酶(PPO)和超氧化物歧化酶(SOD)活性;不同水分条件下,温室栽培黄瓜和小麦,大田栽培玉米,检测相关生理生化指标,得出综合研究结果。  平皿对峙试验表明,球毛壳菌ND35对Rs-1的菌丝生长产生明显的抑制作用。培养球毛壳菌ND350 h、24 h、48 h后接种Rs-1,ND35对Rs-1菌落的抑制率分别为56.69%、73.09%、80.49%。通过连续7天检测黄瓜体内PPO和SOD活性可知,对照组中PPO的活性最低,接种ND35和Rs-1组的PPO活性最高。ND35和Rs-1组在第5、6、7天分别比Rs-1组的PPO活性高30.55%、63.05%、105.26%;对照组中SOD活性相对较低,同时接种ND35和Rs-1组SOD活性较高。同时接种ND35和Rs-1组的酶活性比Rs-1组的SOD活性在第三天和第五天分别高125.7%和15.7%。ND35组的SOD活性平均比对照组高27.2%。  以温室黄瓜幼苗为研究材料,接种球毛壳菌ND35,模拟不同水分条件,测定黄瓜生理指标,结果显示:不同水分处理条件下,球毛壳菌ND35均能够提高苗期黄瓜根长和根鲜重。其中,在干旱条件下,ND35组黄瓜苗期根长较对照组提高27.47%,根鲜重较对照组提高23.55%。正常水分条件下,接种ND35的黄瓜苗高、根长、根鲜重、地上鲜重分别比对照组提高16.65%、32.22%、31.94%和18.50%。干旱条件下,ND35组黄瓜苗高和地上鲜重较对照组略有增长,但未达到显著差异水平。  小麦苗期试验采用控制水分质量法,模拟不同水分条件,以抗旱型小麦品种山农16和水分敏感型小麦品种山农22为材料。结果表明,与正常水分ND35组相比,接种ND35的干旱处理组小麦的根冠比、总蛋白含量、脯氨酸含量及丙二醛(MDA)含量等指标显著提高,小麦叶片含水量和可溶性糖含量有所降低。在干旱处理组中,球毛壳ND35可以显著提高小麦山农16的根长和山农22的苗高,接种球毛壳菌ND35的山农16脯氨酸含量、过氧化氢酶活性比对照组均显著提高,丙二醛含量降低9.0%,可溶性糖含量差异不显著;山农22脯氨酸含量和过氧化氢酶活性显著提高,丙二醛含量和可溶性糖含量有所降低,但可溶性糖含量差异不显著;正常水分条件下,两种小麦的苗高、总蛋白含量、可溶性糖含量及MDA活性均明显提高,达到显著性差异水平;相对定量检测数据显示:干旱条件下,接种球毛壳菌ND35后,两种小麦脱水素wzy2基因的表达量较对照组分别提高1.21和1.53倍。  通过不同含水量大田地块栽培玉米,接种球毛壳菌ND35,检测成熟期相关生理指标,发现在土壤相对含水量为61.7%的水分条件下,接种ND35的玉米植株株高、茎粗、单株产量、百粒重和穗位高较对照组均明显提高,达到显著性差异水平。在38.7%的相对干旱条件下,玉米株高、茎粗和百粒重较对照组略有增长,未达到显著性差异水平,但单株产量和穗位高较对照组分别提高11.11%,2.77%,均达到显著性差异水平。  综合分析说明内生真菌球毛壳菌ND35可以提高黄瓜体内PPO、SOD活性,增强黄瓜诱导抗病性;平皿对峙试验也证明Rs-1接种时间对其抑制率差异较大;球毛壳菌ND35可以促进黄瓜苗期根系发育,提高黄瓜苗期抗旱性;球毛壳菌ND35能够促进冬小麦苗期根系和植株发育,使小麦提前进入三叶期,增强小麦避旱性,同时提高小麦根系活力,增强小麦耐早性;球毛壳菌ND35提高个体细胞内水分、脯氨酸含量,降低丙二醛的细胞膜氧化伤害,增强过氧化氢酶活性,从而提高两种冬小麦对干旱胁迫的耐受能力;球毛壳菌ND35提高小麦脱水素基因wzy2的表达量,进而促进抗旱相关蛋白的表达,从而提高两种冬小麦耐脱水性和干旱胁迫的适应性;对大田成熟期玉米,球毛壳菌ND35可以提高产量和植株发育,提高玉米对干旱条件的适应性。  总之,球毛壳菌ND35促进不同作物植株生长并提高其干旱适应性的作用,为以后发掘有益生物资源和推进植物内生真菌在宿主体外应用提供理论依据。
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