DSE对玉米根系形态、皮层质外体屏障结构与镉累积特征的影响

来源 :云南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyy021
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深色有隔内生真菌(Dark septate endophytes,DSE)是一类广泛定殖于健康植物根系的小型内生真菌,具有促进植物根系滞留镉(Cd)、增强植物Cd耐性的生态功能。根系皮层质外体屏障结构被认为是根系滞留Cd的关键结构之一,但DSE是否能够影响根系皮层质外体屏障结构,尚不够清楚。本文在20 mg/kg Cd处理下,开展砂培试验,研究接种DSE对玉米生长、植株Cd含量与化学形态、根系形态、解剖结构、质外体屏障结构、主要化学组分、关键合成酶活性及相关基因表达的影响,结果如下:(1)DSE和Cd处理对玉米的生长均有显著影响。Cd处理导致玉米根系根长、平均直径、体积和生物量显著降低;Cd处理下,接种DSE能促进玉米生长,导致根长、平均直径、体积、根尖数、分叉数和植株生物量显著增加。此外,植株Cd以氯化钠提取态(FNaCl)和乙醇提取态(FE)为主,DSE处理会改变植株Cd化学形态,导致茎叶FNaCl在茎叶化学形态中占比增加22.4%,FE占比降低26.0%,根系FNaCl和FE在根系化学形态中占比分别降低26.6%和88.9%;导致根系皮层和中柱Cd含量分别增加96.2%和20.4%,分配到皮层的Cd含量占比增加15.7%,中柱Cd含量占比降低29%,促进Cd沉积在根系皮层中。(2)DSE和Cd处理都会促进根系凯氏带、木栓层的形成和增厚。Cd处理下,DSE处理导致根尖0.2 cm处的皮层呈现凯氏带和木栓层,根尖0.8 cm处的凯氏带和木栓层结构趋于完整,使根系皮层木质化和栓质化的程度明显高于未接种处理。DSE和Cd处理对根系解剖结构均有显著影响,其中Cd处理导致根直径、中柱直径、皮层厚度显著降低,而接种DSE处理导致根直径、皮层厚度、导管直径显著增加,分别增加10.7%-18.9%、13.5%-56.0%、38.2%-50.9%,缓解Cd处理对根系解剖结构的损伤。(3)DSE和Cd处理均显著影响根系皮层质外体屏障结构的化学组分含量和关键合成酶活性。其中,Cd处理下,DSE处理导致果胶、纤维素、半纤维素1、总酚、总黄酮、木质素含量分别增加87.7%、34.9%、103.1%、176.2%、832.2%和34.9%,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、过氧化物酶(POD)、查尔酮合成酶(CHS)、莽草酸奎宁酸羟基肉桂酰转移酶(HCT)活性分别增加27.7%、27.1%、68.2%、28.8%、10.8%和68.8%。且纤维素、木质素、总酚、总黄酮含量都与PAL、CAD、4CL、POD活性和HCT、CHS含量呈显著或极显著正相关。(4)Cd处理下,DSE处理导致苯丙烷类物质代谢的激活蛋白MYB167的相对表达量增加57.2%,阻遏蛋白ZmMYB42、ZmMYB8、ZmMYB11、LOC100125646相对表达量分别降低70.5%、35.5%、66.6%、16.9%。且根系皮层质外体屏障结构化学组分、关键合成酶活性与激活蛋白ZmMYB167相对表达量呈显著或极显著正相关,与阻遏蛋白编码基因相对表达量呈显著或极显著负相关。总之,Cd处理下,DSE会增加根系皮层质外体屏障结构关键合成酶活性、编码基因表达与主要化学组分含量,促进根系皮层质外体屏障结构的形成,将Cd沉积在根系皮层上,改变根系皮层Cd化学形态,从而提高植物Cd耐性。
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