Sci Hortic丨长江大学吴强盛课题组在菌根增强柑橘耐Mn性及机制研究方面取得新进展

乐活   2024-10-30 17:36   河南  
近日,Scientia Horticulturae发表了长江大学园艺园林学院吴强盛教授课题组题为Arbuscular mycorrhizal fungi mitigate manganese toxicity on trifoliate orange的研究性文章。



论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113722

研究背景

研究表明,国内许多省份(如湖北、湖南、江西等)柑橘园存在土壤Mn过量的现象,这负面影响了柑橘的生长和果实品质。土壤中的丛枝菌根真菌(AMF)能与许多植物建立共生关系,其一个重要功能是缓解重金属污染造成的伤害。既然AMF能与柑橘建立良好共生关系,那么AMF是否和如何减轻Mn毒害对柑橘的影响及内在机制尚不清楚。本研究旨在探讨摩西管柄囊霉Funneliformis moseae对锰胁迫下枳(高度依赖AMF)的影响,分析了植物生长、叶片气体交换、叶绿素水平和荧光、Mn的吸收以及三个相关基因(PtMTP11PtHEMA2PtMnSOD)表达的变化。

研究结果

1.锰毒害对枳菌根发育的影响

F. mosseae 可以定殖于锰毒害条件下枳的根部(图1a)。与正常锰处理相比,锰毒害显著降低了根系菌根侵染率(图1b)、菌丝长度(图1c)和孢子密度(图1d)。

过量Mn处理后枳幼苗的F. mosseae根定殖的影响


2.锰毒害和接种AMF对枳生长的影响

毒害处理显著抑制枳实生苗生长,接种 AMF 则显著促进生长(图2a。锰毒害处理使未接种 AMF 的幼苗株高、叶片数、叶鲜重、茎鲜重、根鲜重、根总长度和投影面积显著显著降低;接种 AMF 显著提高植株株高、茎粗、叶片数、叶鲜重、茎鲜重、根鲜重、根总长度、投影面积和表面积(图2b-j)。


图2 过量Mn和接种AMF对枳生长的影响


3.锰毒害和接种AMF对枳叶片气体交换的影响

与正常锰处理相比,在锰毒害条件下,枳叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低,且未接种植株下降幅度大于接种植株。接种 AMF 显著提高植株 PnGs Tr ,降低叶片胞间二氧化碳浓度(Ci)(图3a-d)。


图3 过量Mn和AMF接种对枳叶片气体交换参数影响


4.锰毒害和接种AMF对枳叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响

与正常锰处理相比,在锰毒害条件下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/bQY-MAXQY-LSS均显著性下降,NPQ-LSS显著性升高;接种AMF显著提高了叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/bQY-MAXQY-LSS均显著性下降,显著降低了NPQ-LSS(图4a-f)。


图4 锰毒害和接种AMF对叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响

 

5.锰毒害和接种AMF对枳Mn浓度以及Mn分配的影响

锰毒害处理使未接种植株叶片和根系 Mn 含量显著增加,也使接种植株的叶片和根系 Mn 浓度显著增加(图5a-c)。与未接种 AMF 相比,接种 AMF 对正常锰条件下叶片和根系 Mn 浓度无显著影响,但显著降低了锰毒害条件下叶片和根系 Mn 浓度。此外,无论是否接种 AMF,锰毒害处理增加了根系 Mn 在整个植株上的分配,同时降低了叶片 Mn 分配。在正常锰和锰毒害条件下,接种 AMF 对全株叶片 Mn 分配无明显影响,仅在锰毒害条件下全株根系 Mn 分配显著减少。


图5 锰毒害和接种AMF对枳Mn浓度以及Mn分配的影响


 6. 锰毒害和接种AMF对枳叶片和根系相关基因表达的影响

与正常锰处理相比,锰毒条件显著提高了未接种植株根系Mn转运基因PtMTP11PtMnSOD的表达,显著降低了叶片叶绿素合成相关基因PtHEMA2的表达;接种AMF显著提高了叶片PtMTP11PtHEMA2的表达,但显著降低了根系PtMnSOD的表达(图6a-c)。


图6 锰毒害和接种AMF对枳叶片和根系相关基因表达的影响


7.结论

接种 AMF 的枳植株对锰毒表现出更强的耐受性,体现在改善生长、增加生物量、增强光合作用、提高叶绿素含量和减少光抑制等方面,同时还减少了叶片和根系对Mn的吸收以及根系Mn的分配,这与不同组织中PtMTP11PtMnSODPtHEMA2相对表达量的变化相关(图7)。接种AMF 的枳对Mn过量的响应为柑橘园土壤锰过量的管理提供了新方法。


图7 AMF减轻枳Mn毒害的潜在效益

长江大学园艺园林学院吴强盛教授为该论文的通讯作者,硕士研究生徐馥淇为该论文第一作者,项目团队成员博士研究生孟璐璐和硕士生雷安琪也参与了该项工作。

团队或作者(第一或者[和]通讯作者)简介

通讯作者:吴强盛,男,长江大学园艺园林学院教授,博士生导师。

研究方向:柑橘-菌根真菌互作研究。





欢迎转载,留言   点击关注公众号
About Scientia Horticulturae
Scientia Horticulturae属农林科学Top期刊,由Elsevier出版社出版,发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关(栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文,综述和短讯等。CiteScore:8.6 ,期刊影响因子:3.9。2023年中科院期刊分区,中科院大类:农林科学2区,Top期刊;中科院小类:园艺2区。JCR分区:Q1  (6/115 Horticulture)。

 



科学园艺Sci Hortic
Scientia Horticulturae属农林科学Top期刊,由Elsevier出版社出版,发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关(栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文,综述和短讯等。
 最新文章