沙枣丛枝菌根(AM)耐盐胁迫响应机制的研究

Our previous research of introducing Elaeagnus seedlings in saline-alkali soil of Heilongjiang Province found that arbuscular mycorrhizal seedlings can grow normally in the soil with salt content of 1.2%, which manifested strong salt-tolerance characteristics. We conducted research about response mechanism of arbuscular mycorrhizal Elaeagnus seedlings under different concentrations of salt stress depended on mycorrhizology, the science of cell structure, molecular biology, plant physiology and other related knowledge. The main contents of research include: behavioral characteristics response of Elaeagnus seedlings rhizosphere arbuscular mycorrhizal fungi to salt stress; ultrastructure analysis of different treatment seedling root cells with transmission electron microscopy; analysis of sodium ions distribution characteristics of micro-domains in the root cells with electron probe and X-ray analyzer; Elaeagnus mycorrhizal salt-tolerance genes seeking through high throughput sequencing technologies, bioinformatics and molecular biology methods; evaluation of physiological response mechanism of mycorrhizal Elaeagnus seedlings under salt stress by measuring physiological growth, photosynthetic physiology, osmotic balance, antioxidant defense and other related indicators. The expected results of the project can deeply dig the gene resources of salt-tolerance, further improve the salt-tolerance theory of mycorrhizal Elaeagnus seedlings. This study can provide theoretical basis of mycorrhizal Elaeagnus seedlings application in saline-alkali soil and technical support for ecological management in saline-alkali soil of Songnen Plain, which has important practical significance.

课题组前期对黑龙江省盐碱地引种栽植的沙枣苗木研究发现，丛枝菌根化苗木能够在含盐量1.2%的土地上良好生长，表现出很强的耐盐特性。本项研究利用菌根学、细胞结构学、分子生物学及植物生理学等相关知识，对丛枝菌根化沙枣苗木在不同浓度盐胁迫下的响应机制开展研究。主要研究内容包括：沙枣苗木根际丛枝菌根真菌对盐胁迫响应的行为特征；利用透射电镜分析不同处理苗木根系细胞的超微结构；应用电子探针结合X射线分析仪分析钠离子在根细胞微域的分布特征；采用高通量测序技术及生物信息学和分子生物学方法解析沙枣菌根共生体的耐盐基因；通过对苗木生长生理、光合生理、渗透平衡、抗氧化防御等相关指标的测定，评价菌根化沙枣苗木对盐胁迫的生理响应机制。项目预期成果可深入挖掘优异的耐盐基因资源，进一步完善菌根化沙枣苗木的耐盐理论，对菌根化沙枣苗木在盐碱地上的推广应用奠定理论基础，为松嫩平原盐碱地生态治理提供技术支撑，具有重要的现实意义。

由于受全球气候变暖、干旱灾害频发、不合理灌溉措施、化肥和农药过度使用导致的土壤退化等诸多因素的影响，全球盐碱化土地面积仍在迅速增加，对盐碱地的治理已迫在眉睫。丛枝菌根真菌（AMF）是土壤中普遍存在并能与90％以上有花植物建立共生关系，且具有重要生态功能（提高植物生物量、抗逆性，促进物质循化等）的一类真菌。利用AMF与耐盐植物联合修复盐渍化土壤，是盐碱地生态修复的重要发展方向。.本项研究利用菌根学、细胞结构学、分子生物学及植物生理学等相关知识，对丛枝菌根化沙枣苗木在不同浓度盐胁迫下的响应机制开展了研究。取得的成果主要体现在：①明确了不同梯度盐胁迫下AMF对沙枣苗木的菌根侵染率及根际土壤中真菌孢子和菌丝量特征的影响；②揭示了盐胁迫下菌根化沙枣苗木根系、叶片超微结构的变化，以及根系内和根际表面钠离子的分布特征；③系统地分析了菌根化苗木的抗氧化酶系、光合作用指标、渗透调节指标，以及植株内阳离子分布特征等生理防御指标对盐胁迫的响应；④利用实时荧光定量PCR技术研究了盐胁迫下菌根化沙枣苗木叶片脯氨酸合成酶相关基因P5CS相对表达量，同时应用非标记定量蛋白质组学（Label-free）技术系统地研究了沙枣根系和叶片耐盐胁迫相关蛋白，提出了菌根化沙枣苗木提高耐盐能力的假定分子机制。.项目深入系统地揭示了菌根化沙枣苗木耐盐胁迫的响应机制，该成果对利用AMF与耐盐植物联合修复盐渍土壤研究提供了重要的理论基础和应用前景；项目已经发表学术论文11篇，获批国家发明专利1项，制定地方标准2项，培养青年学术骨干4人，培养博士研究生1人，硕士研究生3人。