铜矿区天然禾草白羊草内生真菌多样性及其共生体重金属耐受性机制

The agronomic grass–endophyte interaction has been described as a mutualism, which has important influence on plant physiological ecology function. These benefits include enhanced drought resistance, as well as increased resistance to pathogens. However, few studies have examined the effect of endophyte infection on host plant under heavy metal stresses. In the course of the exploitation of heavy metals mining, the mining area and the surrounding environment are affected from serious pollution of heavy metals in Shanxi Province. Therefore, it is of great significance to carry out the research on endophytic fungi diversity and heavy metal tolerance mechanism of their symbionts. For the heavy metal pollution problems in Yuanqu country, we select constructive species Bohtriochloa ischaemum as our research objects, and focus on endophytic fungi resources investigation and symbionts heavy metal tolerance research by field experiments, artificial cultivation experiment and native habitat experiment in eighteen river tail mine area. In this project, we want to clear the spatial heterogeneity of Bohtriochloa ischaemum and its endophytic fungi diversity, the effect of endophyte on phyllospheric microorganism and the distribution of heavy metals in endophyte infected plant organs. This study will provide scientific basis for the sustainable use of biological resources, symbionts that resistance to heavy metal stress, and illustrate the host plant heavy metal tolerance mechanism.

栽培禾草内生真菌通常与宿主互惠共生，对植物的生理生态学功能具有重要影响，能提高宿主抗胁迫能力，如抗干旱、抗病害等，但内生真菌对铜矿区天然禾草重金属耐受性的研究报道较少。山西省金属矿产资源的大量开采，造成矿区周边生态系统严重受损，因而，开展内生真菌多样性及其共生体重金属耐受性机制的研究具有重要意义。本项目针对垣曲县铜矿开采造成土壤重金属污染严重的问题，选取建群种白羊草为研究对象，拟在十八河尾矿区采用野外调查取样、人工培养实验和原生生境实验相结合的方法，开展白羊草内生真菌资源调查及其共生体重金属耐受性的研究，明确染菌白羊草的空间分布异质性及其内生真菌多样性，探究内生真菌对叶际微生物群落结构的影响，以及染菌植株各器官内重金属的分配等关键问题。以期为矿区生态系统修复中提供可利用内生真菌菌种资源、选育耐重金属胁迫的共生体品种，以及为阐明内生真菌影响宿主植物重金属耐受性的生态学机制提供科学依据。

植物内生真菌对植物的生理生态学功能具有重要影响，能提高宿主抗胁迫能力，如抗干旱、抗病害等，但内生真菌对铜矿区天然禾草重金属耐受性的研究报道较少。山西省金属矿产资源的大量开采，造成矿区周边生态系统严重受损，因而，开展内生真菌多样性及其共生体重金属耐受性机制的研究具有重要意义。本项目针对垣曲县铜矿开采造成土壤重金属污染严重的问题，选取建群种白羊草为研究对象，开展白羊草内生真菌资源调查及其共生体重金属耐受性的研究。结果发现，不同恢复年限子坝的土壤理化性质差异较大，随着恢复年限的增加，土壤养分含量显著升高；土壤中铜含量随子坝恢复年限增加而逐渐累积，砷和镉含量先增加后降低，恢复后期逐渐达到稳定水平，各子坝的土壤锌含量无显著差异。其次，对白羊草内生真菌染菌率进行调查，采集活体植株进行叶鞘内生真菌分离，并对白羊草内生真菌的形态特征及孢子形态进行描述和分子鉴定。结果表明，不同恢复年限子坝的白羊草感染的内生真菌具有明显差异。孢子形态以球型和椭圆型为主，大小介于2.085—7.072μm之间，这些内生真菌属于赤霉属（Gibberella）、镰刀菌属（Fusarium）、青霉属（Penicillium）和Epichloë属。选取其中7个菌株进行actG、tefA 和tubB扩增、测序和系统发育分析，获得Epichloë属内生真菌，菌落正面呈白色，背面浅黄色，白羊草内生真菌生长速度较慢，孢子大小为1.208—8.048 μm之间，孢子形态椭圆、球型，结合分子鉴定的方法，将白羊草内生真菌鉴定为Epichloë sibiria。最后，通过对白羊草内生真菌进行不同浓度的重金属胁迫处理，发现其对重金属具有一定耐受性，具体表现为：Zn2+（120 mg/L）、Cu2+（160 mg/L）、Pb2+（240 mg/L）和Cd2+（8 mg/L）。这些研究结果对丰富天然禾草内生真菌资源，以及铜矿区生态修复过程中，白羊草内生真菌提高宿主抗性方面的应用具有重要意义。