西北盐渍化地区刺槐根际AMF群落组成及其耐盐机制的研究

Soil salinization is a worldwide environmental problem, also present in China. In general, salinity inhibits tree growth and productivity. The introduction of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) to sites with saline soils may improve tree tolerance and growth. However, the mechanisms by which AMF improve salt tolerance in trees are still poorly understood. We targeted Robinia pseudoacacia, a tree species widely planted in saline soils in northwest China, to study AMF interactions in rhizosphere soil. Our objectives are to (1) describe the AMF community of saline soils based on morphology and 454 pyrosequencing technique, and the relationship between AMF distribution and soil properties; (2) determine the effects of salt stress on AMF development using photomicrography and GC-MS technique, and (3) reveal the mechanisms by which AMF improve salt tolerance in R. pseudoacacia using two dimensional electrophoresis-mass spectrometry, fluorescent labeling and 15N stable isotope. All the results obtained in this project will help the development of highly effective and reliable mycorrhizal technologies for vegetation restoration in saline soils of northwest China.

土壤盐渍化在我国乃至世界上都是一个重要的环境问题，解决这一问题的根本途径在于植被恢复。在盐渍化地区造林，林木的耐盐性是造林成功的关键。丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）能与90%以上的陆生植物形成菌根，菌根对林木耐盐性的增加作用已基本明确，但对其作用机制至今尚未被充分地揭示。本项目选择西北盐渍化地区植树造林的先锋树种—刺槐（Robinia pseudoacacia）为研究对象，在揭示刺槐根际AMF群落组成及其分布规律的基础之上，应用GC-MS技术、双向电泳-质谱技术、荧光标记和15N稳定同位素等技术，从AMF孢子萌发、菌丝结构、侵染力以及产孢量等方面揭示AMF对盐胁迫的响应机制，再从枯落物分解、差异蛋白质组学和活性氧清除作用的细胞组织定位等方面揭示AMF对刺槐耐盐性的影响机制。研究结果可为菌根技术在西北盐渍化地区植被恢复中的应用提供理论依据。

土壤盐渍化是现代农林业所面临的主要问题之一，提高植物耐盐性与探究植物耐盐相关机制已为越来越多的研究者所关注。丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）是重要的土壤生物成员，能与90%以上的陆生植物形成菌根。菌根对林木耐盐性的增加作用已基本明确，但就其相关作用机制尚不完全清楚。本研究以西北盐渍化地区植树造林的先锋树种—刺槐（Robinia pseudoacacia）为材料，揭示了西北盐渍化地区刺槐林中AMF群落组成及其相关耐盐机制。研究表明：（1）盐渍化地区刺槐根中AMF的侵染率、根际土中AMF的孢子密度以及根内和根际土中AMF的群落组成均具有生境异质性，且其异质性主要由土壤因子的变化所致，而气候条件对AMF特性的影响相对较小；（2）AMF孢子的萌发率及萌发菌丝的生长速率随盐胁迫水平的增加而降低，但刺槐根系分泌物的加入可在一定程度上缓解盐胁迫对AMF孢子萌发的抑制作用；（3）盐胁迫降低了AMF对刺槐根系的侵染能力以及侵染后根外菌丝的生长速率与孢子的形成；（4）AMF可促进刺槐枯叶的分解及其养分的释放，进而在一定程度上缓解了盐胁迫对刺槐生长的抑制作用；（5）转录组分析结果表明，在非盐胁迫下，接种AMF可诱导392个基因上调表达，201个基因下调表达，这些差异表达基因主要与玉米素的生物合成、柠檬烯和蒎烯降解、磷酸肌醇代谢等生物学过程有关；在盐胁迫下，接种AMF可诱导2970个基因上调表达，371个基因下调表达，这些差异表达基因主要与咖啡因的代谢、碳代谢等生物学过程有关；（6）通过蛋白组学分析共鉴定出9个受AMF诱导的差异蛋白（6个为上调表达和3个为下调表达），这些差异蛋白主要与糖酵解途径、果糖和甘露糖代谢、半乳糖代谢、亚油酸代谢、碳代谢、RNA的降解、氨基酸的生物合成和戊糖磷酸途径有关。