内生真菌提高宿主布顿大麦抗碱性生理机制研究

The good points of Endophytic fungi association to the host plants have been widely defined as to enhance the stress-resistance and yield of plant. Therefore endophyte is the potential source to collect and identify some useful fungi that can be used to enhance crops′resistance to various biotic and abiotic stress and sustain or increase food production. Hordeum bodganii is a gramineae plant with notorious tolerance to salt and alkali soils. This project aims to collect the seed of wild Hordeum bodganii from south xinjiang province and to evaluate the effects of endophytic fungi association on the alkali resistance of H. bodganii plant. Influence of endophytic fungi association on the resistance of host plants to alkali stress will be evaluated by comparing seedling growth of homogeneous endophyte-infected (E+) and endophyte-free (E-) population. Plants have developed some mechanisms for alkali stress adaptation or tolerance, including tissue tolerance to osmotic stress, ion homeostasis and detoxification. Comparison will be done on the ionic content, ionic distribution and organic acid content in both E+ and E- populations to alkali treatment. Ionic and organic acid content of root exudates in alkali stress E+ and E- will also be compared. The same comparison will be done on osmotic adjustment and defense system of scavenging reactive oxygen species. We will analyze by synthesis endophytic fungi in host resistance to alkali physiological mechanism.

禾草内生真菌具有能提高宿主植物抗性和产量的特点，因此是国际学术界的研究热点之一。本研究旨在从南疆盐碱地的带菌禾草——布顿大麦种子中得到二代带菌和不带菌种子，对比分析带菌和不带菌植株根、茎、叶不同部位在碱胁迫条件下的离子分布和区域化情况，同时结合有机酸含量和根际分泌物的离子含量，探讨内生真菌在提高宿主布顿大麦草耐碱性的具体离子平衡机制；结合渗透调节物质、活性氧防御系统及膜系统综合分析内生真菌在宿主抗碱性中所起的具体生理机制，最终从理论上阐明内生真菌-布顿大麦-抗碱性之间的相互关系。

内生真菌能提高禾草对生物、非生物胁迫的抗性和耐受力，Epichloë内生真菌与禾草间保持互利共生的关系。本项目旨在从南疆盐碱地的带菌禾草——布顿大麦中研究其内生真菌对宿主的耐碱生理机制。主要从抗氧化防疫系统、离子平衡策略、渗透调节、膜系统和次生代谢物方面进行了研究。项目通过杀菌剂处理获得了同质带内生真菌（E+）和不带内生真菌(E-)的布顿大麦种子,用碳酸钠和碳酸氢钠混合碱处理E+和E-植株，内生真菌显著提高宿主植物的分蘖数、鲜重、根长、相对生长量，降低了黄叶数。显著提高了抗氧化酶CAT、POD、SOD、APX、GSH-PX活性；抗氧化物质GSH和VC含量。提高了渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白的含量。这是布顿大麦内生真菌对碱胁迫的一种防御机理。内生真菌显著降低了膜系统的丙二醛含量、相对电导率以及根系活力，这也是内生真菌降低碱胁迫对宿主损伤的一种机制。内生真菌降低植物株高、GR酶活性、叶绿素a,b 、类胡萝卜素含量，且E+显著低于E-的，此结果有待进一步试验分析原因。在碱胁迫时进行了调节pH的研究，发现中性pH能够显著提高植物抗氧化酶活性以及维生素C含量，显著降低丙二醛含量以及相对电导率。内生真菌对宿主布顿大麦具有区域化钠离子毒害作用，促进茎叶钙离子和钾离子的吸收，促进叶片分泌更多的钠离子和根系分泌更多的氯离子和硫酸根离子。在碱胁迫下内生真菌促进布顿大麦在根中积累草酸、柠檬酸、苹果酸和莽草酸来平衡大量Na+，维护细胞内离子平衡和pH稳定。 并促进根系分泌草酸、柠檬酸、苹果酸和莽草酸来中和根系碱性环境对其造成的伤害。上述研究结果证实内生真菌可通过调控禾草体内生理过程对碱胁迫逆境做出响应，缓解碱胁迫对宿主禾草的伤害，这将为深入理解内生真菌与禾草共生关系的实质及有效地利用内生真菌-禾草共生体对碱胁迫非生物防控提供科学依据。