连栽障碍中化感物质对木麻黄幼苗毒害的机理及内生真菌拮抗功能研究

Sustainable management of Casuarina equisetifolia L. platation was restricted by the continuous planting obstacle for a long time. Our previous studies have shown that, on one hand, the growth of Casuarina was restricted by allelopathy, on the other hand, it was promoted by endophytic fungi. From this we know that the allelopathy has negative effects on the growth of Casuarina, and endophytic fungi likely has the potential to regulate and control the allelopathy. However uncertainties still exist concerning the antagonism effect of endophytic fungi and the mechanism of allelopathy. Based on the isolation and identification of allelochemicals and endophytic fungi, by building endophytic fungi-Casuarina seedling symbiont and analyzing the difference between Casuarina seedling and symbiont in differential proteome and physiological response under its allelochemicals stress, in this study we try to answer the following questions: What is the allelopathy mechanism in the continuous planting obstacle of Casuarina? Can we use endophytic fungi to influence the allelopathy of host? What is the mechanism behind this? Intrinsic relationships among allelopathy, endophytic fungi and continuous planting obstacle will be examined by investigating their mechanisms. As a key point of this project, the approach for mitigating allelopathy will be explored by building endophytic fungi -Casuarina seedling symbiont. Results can be further used to screen anti-autotoxicity Casuarina clones, Meanwhile, this is a new way to resolve the continuous planting obstacle of Casuarina.

木麻黄人工林可持续经营长期受到连栽障碍的制约。项目组前期研究发现，木麻黄化感作用和内生真菌分别制约与促进木麻黄幼苗更新与生长，由此可以定性说明木麻黄化感作用是导致木麻黄连栽障碍的因素之一，并推测内生真菌具备调控木麻黄化感作用的潜能，但木麻黄化感作用机制及其内生真菌拮抗功效尚不明确。对此，本项目在已经分离鉴定木麻黄化感物质和内生真菌的基础上，通过构建木麻黄幼苗-内生真菌共生体，比较化感物质胁迫下木麻黄幼苗和木麻黄幼苗-内生真菌共生体在生理响应和蛋白质组差异表达上的差异，主要回答以下问题：木麻黄化感物质导致木麻黄连栽障碍的作用机制是什么？内生真菌能否影响宿主木麻黄的化感作用及其拮抗机制？从机理上探讨木麻黄化感作用、内生真菌与连栽障碍三者间的内在联系，重点探索利用内生真菌调控木麻黄化感作用的途径。研究结果可进一步用于筛选抗自毒木麻黄无性系，同时为解决木麻黄连栽障碍提供新思路。

木麻黄人工林可持续经营长期受到连栽障碍的制约，为深入了解木麻黄化感物质作用机制和木麻黄内生真菌对木麻黄化感作用的影响，本研究以福建沿海主栽的“惠安1号”木麻黄无性系为研究材料，优化了建立木麻黄-内生真菌共生体方式，研究木麻黄化感物质（山柰酚-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷和3-O-咖啡酰基羽扇豆醇）胁迫对木麻黄（木麻黄EF）和木麻黄-内生真菌共生体（木麻黄EI）水培幼苗的活性氧代谢、保护酶系统、根系活力、根系内源激素、叶绿素荧光参数等若干生理过程的影响，并对化感物质胁迫下木麻黄和木麻黄-内生真菌共生体水培幼苗小枝差异蛋白质组进行了分析。研究结果如下：化感物质胁迫能够影响木麻黄活性氧代谢及其清除系统、根系活力、根系内源头激素以及叶绿素荧光参数，初步阐明了化感物质对木麻黄幼苗的作用机制，同时也证实内生真菌的侵染在一定程度上能够缓解木麻黄化感物质的胁迫，在中度（100、50 mg·L-1）轻度（25、12.5 mg·L-1）及短期（0-48 h）胁迫下有明显的效果，其有效浓度和胁迫期与木麻黄EF能够耐受的浓度和胁迫期一致，表明内生真菌对木麻黄EI保护酶系统的提升需要建立在木麻黄保护酶系统合成和降解还未受到不可逆的伤害的前提下。对木麻黄化感物质及与内生真菌互作对其幼苗蛋白质组差异表达的影响进行了研究，分析鉴定61个差异表达蛋白，共鉴定出20个蛋白质点，确定了亚精胺合成酶、磷酸甘油酸激酶、ATP依赖Clp蛋白酶同源物CD4B，热休克70 kDa蛋白、铜锌超氧化物歧化酶等与化感胁迫相关的蛋白。化感物质胁迫下木麻黄小枝蛋白质的差异表达在木麻黄EF和木麻黄EI中均有明显的规律和差异，与木麻黄EF相比，木麻黄EI的蛋白质表达体现了更好的调节代谢、光合、呼吸、活性氧清除、调控基因和胁迫信号传导能力，具有更强的抗胁迫性，这也与生理试验的结果能够互相印证，本次研究结果明晰了化感物质的作用机制，同时也初步证实了内生真菌调控木麻黄化感作用的途径，为解决木麻黄二次更新障碍问题提供新的思路和手段。