發(fā)布時間：2020-08-25 00:02

【摘要】：重金屬礦區(qū)開采嚴重破壞了原有的植被生態(tài)系統(tǒng),冶煉過程中也產(chǎn)生大量有毒礦渣,釋放出大量的有毒重金屬元素,造成嚴重的環(huán)境污染。植物—菌根聯(lián)合修復(fù)技術(shù),具有綠色、環(huán)保和可持續(xù)性的特點,被認為是重金屬土壤生態(tài)修復(fù)的最具潛力手段。本研究以馬尾松(Pinus massoniana)幼苗為材料,采用盆栽法,在溫室中人工接種Mn抗性較強的外生菌根真菌(Ectomycorrhizal fungi,EMF)菌株—彩色豆馬勃(Pisolithus tinctorius,Pt)(編號104),培育菌根化馬尾松幼苗;通過在基質(zhì)中添加不同濃度的MnSO_4(0 mM、1 mM、15 mM、30 mM、50 mM),對菌根化馬尾松幼苗和非菌根化幼苗進行Mn脅迫試驗。通過測定生長指標,組織元素含量、生理指標,并進一步采用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),從生理和分子兩個層次研究Mn脅迫下菌根化馬尾松的響應(yīng)機制,為利用外生菌根—馬尾松進行Mn礦區(qū)生態(tài)修復(fù)和污染治理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。取得的主要研究結(jié)果如下:(1)Mn脅迫45 d后,菌根化和非菌根化馬尾松幼苗株高和生物量均隨Mn濃度升高而降低。與對照相比,接種菌根可顯著緩解Mn對馬尾松幼苗生長抑制的效應(yīng)。在30mM Mn~(2+)脅迫下,未受脅迫的非菌根化馬尾松幼苗植株,株高和生物量分別下降24%和29%,而菌根化馬尾松只下降13%和18%。(2)Mn脅迫下,菌根共生根能夠顯著增加馬尾松幼苗凈光合速率、降低氣孔導(dǎo)度、降低胞間CO_2濃度和降低蒸騰速率,從而緩解Mn對幼苗光合系統(tǒng)的破壞。同時,接種菌根可以顯著促進幼苗對營養(yǎng)元素N、P、K、Ca和Mg的吸收。菌根化植株總體吸收了更多的Mn,并且將更多的Mn固定在根系中,菌根共生阻止了Mn向地上部的運轉(zhuǎn)。菌根共生能夠增加植株的APX、SOD和CAT酶的活性,在針葉中3種酶分別增加了74.4%、41.6%和116.3%,根系中分別增加了55.5%、69.8%和25.7%。30 mM Mn~(2+)脅迫后,非菌根化植株針葉和根系O_2~-含量分別增加48%和51%,MDA含量分別增加33.4%和36.8%,而菌根化馬尾松O_2~-含量只增加了30%和31%,MDA含量14.5%和19.6%;Mn~(2+)脅迫后,非菌根化馬尾松針葉和根系中可溶性蛋白分別上升了13.4%和9.3%,游離脯氨酸含量分別上升了37.3%和32.2%,而菌根化馬尾松針葉和根系中可溶性蛋白含量上升了39.3%和27.4%,游離脯氨酸含量分別上升了156.0%和144.7%。因此,菌根化馬尾松幼苗較為全面的生理響應(yīng)過程來緩解高濃度Mn造成的脅迫效應(yīng)。(3)基于Illumina Hiseq2500平臺對4個處理(Mn~(2+)脅迫、未添加Mn的非菌根化和菌根化)的馬尾松幼苗根系和針葉分別進行轉(zhuǎn)錄組測序分析�；赿e novo組裝策略,獲得了馬尾松幼苗的273,600個Unigene集。通過比較表達譜分析,Mn脅迫引起菌根馬尾松幼苗針葉中差異表達基因1605個,其中上調(diào)基因931個,下調(diào)基因674個;幼苗根系中有差異基因1411個,其中上調(diào)基因1111個,下調(diào)基因300個;通過GO富集和Pathway通路分析,表明菌根化幼苗在響應(yīng)Mn脅迫的過程中主要表現(xiàn)在細胞內(nèi)吞、植物激素信號傳導(dǎo)、植物-病原互作和淀粉蔗糖代謝通路中;此外,利用已發(fā)布Pt的基因組序列對馬尾松菌根進行了有參轉(zhuǎn)錄組分析,比較Mn脅迫和未脅迫的馬尾松菌根中Pt的基因差異表達情況。結(jié)果表明,菌根中共發(fā)現(xiàn)Pt差異表達基因330個,其中上調(diào)基因194個,下調(diào)基因136個;通過GO富集和Pathway通路分析發(fā)現(xiàn),Pt菌根在響應(yīng)Mn脅迫過程中,真菌的代謝途徑、抗生素合成、轉(zhuǎn)運蛋白以及能量代謝通路發(fā)生了調(diào)控。綜上所述,本研究闡明了接種EMF,可以顯著提高馬尾松幼苗的抗Mn脅迫能力,菌根馬尾松可以吸附更多的錳元素;菌根共生可以全面提高馬尾松的營養(yǎng)狀況,提高保護酶活性等生理過程,提高宿主植物的抗性;此外,錳脅迫下,菌根共生可以保障馬尾松幼苗根系基因的正常表達,通過馬尾松植株-菌根菌的雙方大量基因的共同表達,從而緩解了錳對植株的脅迫。因此,菌根化馬尾松具有在錳礦污染區(qū)進行植物修復(fù)的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S791.248

【參考文獻】

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本文編號：2803009