發(fā)布時間：2020-04-25 20:00

【摘要】：土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素之一。提高植物的耐鹽能力、培育耐鹽植物新品種是開發(fā)和利用鹽堿土地的主要途徑之一,此途徑必須要建立在全面了解和掌握植物耐鹽生理機(jī)制的基礎(chǔ)之上。植物共生菌的侵染可以提高宿主植物的抗逆性,Epichlo(?)屬內(nèi)生真菌是一類特殊的禾草共生微生物,一方面可以產(chǎn)生生物堿,引致家畜中毒,給草地畜牧業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,另一方面,可以與禾草形成互惠共利的共生關(guān)系,提高宿主禾草的抗逆性。本研究以廣泛分布于我國北方鹽漬化草地的優(yōu)良飼草-野大麥(Hordeum brevisubulatum)和布頓大麥(Hordeum bogdanii)為研究對象,研究了其Epichlo(?)屬內(nèi)生真菌的分類地位、生物學(xué)特性以及產(chǎn)生物堿特性,進(jìn)一步構(gòu)建了相同遺傳背景的帶菌(E+)和不帶菌(E-)野大麥種群,研究了內(nèi)生真菌侵染對鹽脅下野大麥組織結(jié)構(gòu)、幾種代謝產(chǎn)物、光合作用,生理調(diào)節(jié)、離子吸收以及養(yǎng)分吸收的影響,此外,研究了鹽脅迫對野大麥體內(nèi)內(nèi)生真菌菌絲密度和波胺含量的影響,以及外源多胺與內(nèi)生真菌的互作對野大麥耐鹽性的影響。以期明確野大麥內(nèi)生真菌及其提高宿主耐鹽性的機(jī)理,為合理利用禾草內(nèi)生真菌共生體,以及利用內(nèi)生真菌進(jìn)行禾草抗逆新種質(zhì)創(chuàng)新與抗逆新品種選育提供基礎(chǔ)資料。主要研究結(jié)果如下:1.明確了布頓大麥內(nèi)生真菌的分類地位及其產(chǎn)堿特性。分離自我國新疆、內(nèi)蒙和甘肅等地的布頓大麥Epichlo(?)屬內(nèi)生真菌表現(xiàn)出形態(tài)差異性,按分類地位可分為3種,分別為Epichlo(?)bromicola,Epichlo(?)sp.種待定,以及1個新的三拷貝雜交種分類群,將其命名為Epichlo(?)sp.HboTG-4(H.bogdanii Taxonomic Group 4:E.bromicola×E.typhina×E.sp.)。分離獲得的布頓大麥內(nèi)生真菌表現(xiàn)出生物堿合成基因多樣性。根據(jù)分類地位、生物堿合成基因(交配型基因,perA基因,EAS、IDT和LOL基因簇基因),可將22株內(nèi)生真菌分為7個不同的基因型。其中新的三拷貝的雜交分類群表現(xiàn)為優(yōu)良菌株,僅含有調(diào)控產(chǎn)生對家畜無毒而對昆蟲有毒的波胺peramine生物堿的基因,而不含有調(diào)控產(chǎn)生其它對家畜有毒的生物堿的基因。2.明確了甘肅臨澤野大麥內(nèi)生真菌的分類地位為Epichlo(?)bromicola,其基因組中含有波胺peramine和裸麥角堿chanoclavine I的合成基因,但是缺乏合成吲哚二萜類的lolitrem B,黑麥角堿loline以及除裸麥角堿chanoclavine I以外的復(fù)雜的麥角類生物堿的基因。HPLC檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn),野大麥-內(nèi)生真菌共生體內(nèi)含有對昆蟲有毒性的波胺peramine,不含有對家畜致毒的麥角酰胺ergine,麥角新堿ergonovine,麥角纈氨酸ergovaline和黑麥震顫素lolitrem B。生物學(xué)特性的測定結(jié)果表明,菌株WBE1的最適生長溫度為22~25℃,在4℃和35℃條件下不能生長,最適生長pH為5.09~6.1的中性偏酸環(huán)境,菌絲生長的最適碳源為麥芽糖,D-木糖抑制菌絲生長,最適氮源為胰蛋白胨和牛肉膏,鉬酸銨抑制菌絲生長,光照對菌絲的生長無影響,CMA、OMA、PSA和PDA是較適宜菌絲生長的培養(yǎng)基,在野大麥草粉培養(yǎng)基上生長緩慢,接種40 d左右才開始緩慢生長。3.明確了內(nèi)生真菌侵染對野大麥在氯化鈉脅迫條件下組織結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)生真菌的侵染減緩了氯化鈉脅迫下根部后生木質(zhì)部橫截面積和皮層厚度的降低趨勢,但增強(qiáng)了根部內(nèi)皮層厚度在鹽脅迫下的增高趨勢,內(nèi)生真菌的侵染對鹽脅迫下根部中柱橫截面積和表皮厚度的影響不顯著。內(nèi)生真菌的侵染減緩了野大麥在氯化鈉脅迫下莖部表皮厚度、維管束橫截面積以及木質(zhì)部導(dǎo)管橫截面積的降低趨勢,但對鹽脅迫下莖部髓腔橫截面積的影響不顯著。內(nèi)生真菌的侵染減緩了野大麥在氯化鈉脅迫下葉片厚度、葉部木質(zhì)部橫截面積以及葉部韌皮部橫截面積的降低趨勢,但對葉部上下表皮厚度無顯著影響。表明內(nèi)生真菌改變了野大麥根莖葉的組織結(jié)構(gòu)從而改善了水分和養(yǎng)分的吸收和運輸,進(jìn)而減輕了氯化鈉對野大麥的傷害。4.明確了氯化鈉脅迫對內(nèi)生真菌菌絲密度和波胺含量的影響。氯化鈉脅迫顯著提高了E+野大麥莖基部的內(nèi)生真菌密度,氯化鈉的濃度越高,內(nèi)生真菌的菌絲密度也越高。氯化鈉脅迫也顯著提高了E+野大麥莖基部波胺peramine的含量,高濃度鹽脅迫下的波胺含量高于低濃度鹽脅迫下的波胺含量,隨著脅迫時間的延長,波胺的含量越來越高,表明內(nèi)生真菌產(chǎn)生的波胺可能作為滲透調(diào)節(jié)劑提高了野大麥的耐鹽性。野大麥莖基部的菌絲密度和波胺含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.633。表明野大麥莖基部內(nèi)生真菌的密度顯著影響波胺的含量,氯化鈉不僅直接影響了波胺的含量而且通過改變菌絲密度而間接影響了波胺的含量。5.內(nèi)生真菌的侵染減緩了鹽脅迫條件下蘇氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸的降低趨勢,增加了酪氨酸和脯氨酸的升高趨勢,顯著提高了天門冬氨酸和總氨基酸的含量,但顯著降低了胱氨酸的含量。而內(nèi)生真菌的侵染對鹽脅迫下野大麥的絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸以及賴氨酸的影響不顯著。內(nèi)生真菌的侵染顯著提高了地上部高濃度鹽脅迫下的抗氧化劑總酚含量以及地下部的總酚含量。內(nèi)生真菌的侵染顯著降低了野大麥類黃酮的含量,表明類黃酮在內(nèi)生真菌與野大麥的共生關(guān)系中可能發(fā)揮著調(diào)控作用。內(nèi)生真菌的侵染對游離脂肪酸的含量無顯著影響,但顯著提高了地上部滲透調(diào)節(jié)劑可溶性糖含量,而內(nèi)生真菌的侵染對地下部可溶性糖含量也無顯著影響。6.內(nèi)生真菌的侵染改變了鹽脅迫下野大麥的多胺代謝。E+植株的不同形態(tài)(自由態(tài),結(jié)合態(tài)和束縛態(tài))的亞精胺含量、亞精胺總含量、結(jié)合態(tài)精胺含量和精胺總含量顯著高于E-植株,但腐胺總含量和結(jié)合態(tài)的精胺含量顯著低于E-植株。內(nèi)生真菌的侵染降低了腐胺/(亞精胺+精胺)比值。內(nèi)生真菌的侵染還顯著提高了野大麥在鹽脅迫條件下束縛態(tài)多胺在多胺總量中所占的比例,但是降低了自由態(tài)多胺在多胺總量中所占的比例以及結(jié)合態(tài)多胺在多胺總量中所占的比例。以上結(jié)果表明,內(nèi)生真菌的侵染提高了野大麥在鹽脅迫下的多胺由腐胺向亞精胺和精胺的轉(zhuǎn)化能力,此外還提高了自由態(tài)多胺和結(jié)合態(tài)多胺向束縛態(tài)多胺的轉(zhuǎn)化能力。內(nèi)生真菌的侵染改變了多胺代謝從而提高了野大麥的耐鹽性。7.外源亞精胺擴(kuò)大了鹽脅迫下E+野大麥和E-野大麥生長指標(biāo)的差異,改變了內(nèi)生真菌對氨基酸的影響,促進(jìn)或抑制了內(nèi)生真菌對氨基酸含量變化所發(fā)揮的功能。外源亞精胺擴(kuò)大了內(nèi)生真菌所發(fā)揮的對鹽脅迫條件下鈉、鉀和鈣離子的調(diào)節(jié)功能,促進(jìn)了E+和E-植株對鉀離子、鈣離子的吸收,而降低了對鈉離子的吸收。外源亞精胺增加了鹽脅迫條件下E+植株較E-植株地上部和地下部鈉鉀比的降低趨勢,增大了內(nèi)生真菌促進(jìn)吸收碳元素、氮元素和地上部磷元素的能力,進(jìn)而改變了野大麥在鹽脅迫下的碳氮磷比。8.內(nèi)生真菌的侵染分別降低了中性復(fù)合鹽(摩爾比NaCl:Na_2SO_4=1:1)和堿性復(fù)合鹽(摩爾比NaHCO_3:Na_2CO_3=1:1)對野大麥的傷害。內(nèi)生真菌的存在顯著提高了兩種鹽脅迫下野大麥的光合能力,葉綠素含量,總抗氧化能力以及滲透調(diào)節(jié)劑甜菜堿的含量,但降低了丙二醛的含量。此外,內(nèi)生真菌的侵染降低了野大麥在兩種鹽脅迫下的鈉離子含量,鈉鉀比以及地上部的鈣離子含量,但提高了鉀離子含量以及地下部鈣離子的含量。E+植株較E-植株有更高的碳、氮、磷含量,但E+植株的C:N,C:P和N:P低于E-植株。表明內(nèi)生真菌通過提高光合能力、增強(qiáng)抗氧化和營養(yǎng)吸收能力以及離子平衡和滲透調(diào)節(jié)能力的方式提高了野大麥在中性鹽脅迫和堿性鹽脅迫條件下的生長。
【圖文】：

布頓大麥內(nèi)生真菌菌落形態(tài)(上:菌落正面:下:菌落背面)

基于助ichdoe內(nèi)生真菌aclG基因序列構(gòu)建的最大似然系統(tǒng)發(fā)育樹
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S543.9
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本文編號：2640632