三峡库区消落带AM和DSE真菌定植情况及一株DSE真菌Pleosporales sp.对狗牙根耐淹特性的影响研究

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丛枝菌根真菌(AM)和深色有隔内生真菌(DSE)在自然生态系统中分布极其广泛。因这两类真菌对宿主植物在生物学功能上的显著提升并且能在高度受胁迫的环境中帮助宿主抵抗逆境,所以常被用来作为环境生态的指示器。三峡水库自建成以来采取“冬蓄夏排”的水位运行方案,在两岸形成了垂直落差高达30 m的大面积消落带,这一人为造成的冬水夏陆交替环境已经戏剧性地影响了其岸生区域的生态状况并形成了特殊的岸生植被区。由于受三峡大坝的控制,嘉陵江和长江沿岸的岸生环境已经不同,这对于定植于此地的AM和DSE真菌产生的影响尚未可知。因此,基于AM和DSE真菌在三峡库区的广泛定植,以及其潜在地对宿主耐水淹特性的提升作用,本实验将主要针对以下几个主题展开讨论:(1)调查三峡库区消落带常见岸生植物AM和DSE真菌的定植状态和定植形态,(2)统计AM和DSE真菌在岸生植物中的定植水平,(3)分析AM和DSE真菌在库区环境中的定植规律,(4)分离并鉴定库区典型耐水淹植物狗牙根根部的DSE真菌和设计真菌侵染实验(5)分析该DSE真菌对狗牙根耐水淹特性的提升作用。实验所得主要结果如下:1.在本研究中我们一共采集到了所属27个科66个属的81种植物来检测AM和DSE的定植情况。我们发现的30种植物的菌根定植状态在世界范围内首次被报道。总体来说,有52个种在至少一个样地中发现被AM定植。AM真菌的菌丝体、泡囊、从枝以及总体定植率在物种间都具有显著性的差异。最低的定植水平出现在唇形科植物心叶荆芥(Nepeta fordii,4.13±2.25,site C)中,而最高的定植水平出现在卷柏科的伏地卷柏(Selaginella nipponica,76.55±3.48,site F)中。在所有被AM定植的植物中,相较于从枝和泡囊,菌丝体的定植程度对总定植率的贡献最大,而根部细胞内外的菌丝体结构也是最常被观察到的结构。2.同AM的定植情况相比,DSE被发现在42种植物中有不同程度的定植。类似于AM,DSE定植率的各项指标(菌丝、微菌核和总体定植率)在物种间存在显著性差异。最低的定植水平出现在蓼科植物酸模(Rumex acetos,0.35±0.22,site J)中,而最高的定植水平出现在菊科的马兰(Kalimeris indica,58.00±2.14,site C)中。尽管存在定植水平上的差异,绝大多数所调查的植物的DSE定植水平都表现较低。除了秋华柳(Salix variegata),水苦荬(Veronica undulata),疏花水柏枝(Myricaria laxiflora)和马兰(K.indica)这五种植物显示了极高的微菌核定植率外,其余样本植物的DSE定植仍主要由菌丝体定植组成。3.共有33种植物同时被AM和DSE定植,并且表现出一种类型的真菌相对另一种占据主导地位的特点。但是,针对同时被AM和DSE定植的植物,皮尔森相关性分析表明AM和DSE的定植之间没有显著的相关性。4.在52株被AM真菌定植的植株中,其中有24种植物观察到Arum-type,22种观察到Paris-type,而在6种植物的根部发现Intermediate-type的形态结构。值得注意的是,我们还在尼泊尔蓼(Polygonum nepalense)和猪秧秧(Galium aparine)这两种植物中发现了独属于油壶菌属(Olpidium spp.)真菌特有的休憩孢子结构。此外,在唯一的木本科植物地果的皮层细胞间我们发现了胞间孢子结构。5.在群体水平上,采自长江沿岸的植物相较于嘉陵江沿岸的植物拥有较高的平均AM总定植率。进一步的方差分析表明,这种定植水平的差异主要体现在菌丝体的定植和AM总定植率上,而从枝的定植率和泡囊的定植率则没有在两江之间表现出明显差异。而DSE的定植表现出与AM相反的趋势,即平均总定植率表现为嘉陵江高于长江。在两江之间微菌核的定植率和DSE总定植率显示出了显著差异而菌丝体的定植率则差异不显著。6.在本次实验中我们选取了三峡库区典型的耐水淹植物狗牙根(Cynodon dactylon)作为真菌接种载体进行接种实验,从野生狗牙根的根部分共离到了18株内生真菌,其中通过平板筛选只有一株内生真菌CD-31属于深色有隔内生真菌。根据系统发育分析菌株CD-31和Pleosporales sp.(HQ914851)聚为一个分支,支持率为100%,序列相似性为99%,故将深色有隔内生真菌CD-31鉴定为隔孢腔菌属(Pleosporales sp.)。7.无论深色有隔内生真菌CD-31是否侵染狗牙根籽苗,狗牙根的根部特性如鲜重,平均根长,根体积和根部分枝数的数值都有随水淹程度增加而降低的趋势,但是这种减少的趋势并不具有统计学上的显著性。对于有DSE的定植的植株来说,与未定植植株相比其根部鲜重显著增加。至于其他的指标,则没有受到CD-31侵染的影响。8.不论CD-31受否接种,植物根部的活性都随水淹胁迫的增强显著减少。而接种CD-31在三种水淹处理下相比于未接种植株都提高了植物的根活力,在30%和50%水淹处理条件下,提升是显著的,而在80%水淹处理条件下,DSE的接种对根活力的提升不显著。9.不论CD-31受否接种,狗牙根根部可溶性糖含量都随水淹胁迫的增强显著降低。在30%与50%水淹条件下,接种CD-31并没有显著影响狗牙根根部可溶性糖的含量。但是在80%水淹处理条件下,接种CD-31显著减少了根部可溶性糖的含量。10.无论DSE接种与否,随水淹程度的增大植物根部SOD,CAT和POD的活性都有明显增强的趋势。与不接种处理相比,在50%和80%水淹条件下,接种CD-31可显著地提升SOD的活性而在30%水淹处理条件下这种提升并不明显。同样地,接种CD-31在30%、50%和80%水淹条件下,宿主根部的CAT活性都显著增加。至于POD的活性,接种CD-31在50%和80%水淹条件下可有效的提升根部的POD活性。
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