全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆猿期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
基于树干液流技术的北京市刺槐冠层吸收臭氧特征研究 王摇 华袁欧阳志云袁任玉芬袁等 渊苑猿圆猿冤噎噎噎噎噎噎
三疣梭子蟹增养殖过程对野生种群的遗传影响要要要以海州湾为例 董志国袁李晓英袁张庆起袁等 渊苑猿猿圆冤噎噎噎
土壤盐分对三角叶滨藜抗旱性能的影响 谭永芹袁柏新富袁侯玉平袁等 渊苑猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南美斑潜蝇为害对黄瓜体内 源种防御酶活性的影响 孙兴华袁周晓榕袁庞保平袁等 渊苑猿源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物养分输入量的早期影响 肖银龙袁涂利华袁胡庭兴袁等 渊苑猿缘缘冤噎噎噎噎
茎瘤芥不同生长期植株营养特性及其与产量的关系 赵摇 欢袁李会合袁吕慧峰袁等 渊苑猿远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雷竹覆盖物分解速率及其硅含量的变化 黄张婷袁张摇 艳袁宋照亮袁等 渊苑猿苑猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
渍水对油菜苗期生长及生理特性的影响 张树杰袁廖摇 星袁胡小加袁等 渊苑猿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
广西扶绥黑叶猴的主要食源植物及其粗蛋白含量 李友邦袁丁摇 平袁黄乘明袁等 渊苑猿怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮素营养水平对膜下滴灌玉米穗位叶光合及氮代谢酶活性的影响 谷摇 岩袁胡文河袁徐百军袁等 渊苑猿怨怨冤噎噎噎
孕云韵杂对斑马鱼胚胎及仔鱼的生态毒理效应 夏继刚袁牛翠娟袁孙麓垠 渊苑源园愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
浒苔干粉末提取物对东海原甲藻和中肋骨条藻的克生作用 韩秀荣袁高摇 嵩袁侯俊妮袁等 渊苑源员苑冤噎噎噎噎噎噎
基于柑橘木虱 悦韵玉基因的捕食性天敌捕食作用评估 孟摇 翔袁欧阳革成袁载蚤葬 再怎造怎袁等 渊苑源猿园冤噎噎噎噎噎噎
健康和虫害的红松挥发物对赤松梢斑螟及其寄生蜂寄主选择行为的影响
王摇 琪袁严善春袁严俊鑫袁等 渊苑源猿苑冤
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种群尧群落和生态系统
小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系
董摇 艳袁董摇 坤袁汤摇 利袁等 渊苑源源缘冤
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喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征 于摇 扬袁杜摇 虎袁宋同清袁等 渊苑源缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原人工苜蓿草地固碳效应评估 李文静袁王摇 振袁韩清芳袁等 渊苑源远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
粉垄耕作对黄淮海北部土壤水分及其利用效率的影响 李轶冰袁逄焕成袁杨摇 雪袁等 渊苑源苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响 黄志霖袁田耀武袁肖文发袁等 渊苑源愿苑冤噎噎噎噎噎噎
基于 月孕 神经网络与 耘栽酝垣遥感数据的盐城滨海自然湿地覆被分类 肖锦成袁欧维新袁符海月 渊苑源怨远冤噎噎噎噎
寒温带针叶林土壤 悦匀源吸收对模拟大气氮沉降增加的初期响应 高文龙袁程淑兰袁方华军袁等 渊苑缘园缘冤噎噎噎噎
寒温针叶林土壤呼吸作用的时空特征 贾丙瑞袁周广胜袁蒋延玲袁等 渊苑缘员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原小麦田土壤呼吸季节和年际变化 周小平袁王效科袁张红星袁等 渊苑缘圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同排放源周边大气环境中 晕匀猿浓度动态 刘杰云袁况福虹袁唐傲寒袁等 渊苑缘猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施加秸秆和蚯蚓活动对麦田 晕圆韵排放的影响 罗天相袁胡摇 锋袁 李辉信 渊苑缘源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于水声学方法的天目湖鱼类资源捕捞与放流的生态监测 孙明波袁谷孝鸿袁曾庆飞袁等 渊苑缘缘猿冤噎噎噎噎噎噎
应用支持向量机评价太湖富营养化状态 张成成袁沈爱春袁张晓晴袁等 渊苑缘远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
亚热带 源种森林凋落物量及其动态特征 徐旺明袁 闫文德袁李洁冰袁等 渊苑缘苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青蒿素对蔬菜种子发芽和幼苗生长的化感效应 白摇 祯袁黄摇 玥袁黄建国 渊苑缘苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
晕韵参与 粤酝真菌与烟草共生过程 王摇 玮袁赵方贵袁侯丽霞袁等 渊苑缘愿猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于核密度估计的动物生境适宜度制图方法 张桂铭袁朱阿兴袁杨胜天袁等 渊苑缘怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施氮方式对转基因棉花 月贼蛋白含量及产量的影响 马宗斌袁刘桂珍袁严根土袁等 渊苑远园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
未来地球要要要全球可持续性研究计划 刘源鑫袁赵文武 渊苑远员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 兴安落叶松林景观要要要中国的寒温带针叶林属于东西伯利亚森林向南的延伸部分袁它是大兴安岭北部一带的地带
性植被类型袁一般可分为落叶针叶林和常绿针叶林两类遥 兴安落叶松林景观地下部分为棕色森林土袁中上部为灰化
棕色针叶林土袁均呈酸性反应遥 随着全球气候持续变暖袁寒温针叶林生态系统潜在的巨大碳库将可能成为大气 悦韵圆
的重要来源袁研究表明袁温度是寒温针叶林生态系统土壤呼吸作用的主要调控因子袁对温度的敏感性随纬度升高而
增加袁根系和凋落物与土壤呼吸作用表现出相似的空间变异性遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 23 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.23
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国烟草总公司山东省公司科技资助项目(KN158和 KN167)
收稿日期:2012鄄08鄄22; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄24
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: liuxin6080@ yahoo.com.cn
DOI: 10.5846 / stxb201208221186
王玮, 赵方贵, 侯丽霞, 车永梅, 刘新.NO参与 AM真菌与烟草共生过程.生态学报,2013,33(23):7583鄄7589.
Wang W, Zhao F G, Hou L X, Che Y M, Liu X.Nitric oxide participates symbiosis between am fungi and tobacco plants.Acta Ecologica Sinica,2013,33
(23):7583鄄7589.
NO参与 AM真菌与烟草共生过程
王摇 玮, 赵方贵, 侯丽霞, 车永梅, 刘摇 新*
(青岛农业大学生命科学学院,山东省高校植物生物技术重点实验室, 青岛摇 266109)
摘要:以烟草(Nicotiana tabacum,品种 CF90NF)为材料,利用分光光度法和荧光显微技术结合药理学实验,探讨在 AM真菌摩西
球囊霉(Glomus mosseae,G.m)与烟草共生过程中一氧化氮(NO)的作用。 结果表明,烟草侧根中含有一定水平的内源 NO,苗期
接种 G.m 10d后,烟草根系 NO含量显著增加,侧根中的 NO 荧光强度也在接种后 10d 达到最强;一定浓度的 NO 供体硝普钠
(SNP)能促进 G.m对烟草的侵染,而 NO 的清除剂 2鄄4,4,5,5鄄苯鄄四甲基咪唑鄄1鄄氧鄄3鄄氧化物( 2鄄(4鄄carboxyphenyl)鄄4,4,5,5鄄
tetramethylimidazoline鄄1鄄oxyl鄄3鄄oxidepotassium salt,cPTIO)可明显减弱侧根和菌丝中的 NO 的荧光强度,降低 AM 真菌的侵染率,
表明 NO参与 G.m与烟草的共生过程;在 G.m与烟草的共生过程中,烟草根系硝酸还原酶(NR)活性与 Nia鄄1基因的表达量明
显升高,且 NR的抑制剂钨酸钠(Na2WO4)可以降低烟草侧根中的荧光强度,但对菌丝中的 NO 的荧光强度无明显影响。 由此
推测,来自根系 NR途径的 NO参与 AM真菌与烟草的共生过程,菌丝中可能存在其他来源的 NO。
关键词:AM真菌;烟草;一氧化氮; 硝酸还原酶
Nitric oxide participates symbiosis between am fungi and tobacco plants
WANG Wei, ZHAO Fanggui, HOU Lixia, CHE Yongmei, LIU Xin*
Key Laboratory of Plant Biotechnology in Universities of Shandong,Life Science College, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China
Abstract: Arbuscular mycorrhiza (AM) is an extremely ancient, most common and widespresd terrestrial symbiont. The
formation of AM symbiont involves complicated pathways of signals molecules exchange and transduction, which are
stringent and coordinated processes. Our studies focused on the signals transduction pathways in AM plants. Roles of nitric
oxide (NO) in the process of symbiosis between AM fungus Glomus mosseae (G.m) and tobacco (Nicotiana tabacum,
cultivar CF90NF ) were investigated with using pharmacological experiments combined with spectrophotometry and
fluorescence microscopy in the present study. Results showed that there was some endogenous NO in tobacco lateral roots,
the endogenous NO content and NO fluorescence intensity significantly enhanced in tobacco lateral root 10 days after
inoculation with G.m Sodium nitroprusside (SNP), a NO donor, increased the colonization percentage of tobacco by G.m.
However, a NO scavenger 2鄄(4鄄carboxyphenyl)鄄4,4,5,5鄄tetramethylimidazoline鄄 1鄄oxyl鄄3鄄oxidepotassium salt ( cPTIO)
decreased the NO fluorescence intensity in the lateral root of tobacco seedlings and fungal hyphae, as well as the
colonization percentage. Meanwhile, nitrate reductase (NR) activity and the expression of Nia鄄1 increased obviously in the
lateral root of tobacco seedlings inoculated with G.m However, the NR inhibitor sodium tungstate (Na2WO4) could decrease
the NO fluorescence intensity in tobacco lateral roots, but had no significant effect on that in fungal hyphae. The present
study suggested that NO may participate in tobacco鄄AM symbiosis and NR play important role in NO production in tobacco
roots, and there may be exist other sources of NO in AM fungal hyphae. If there existed other signal substances in symbiotic
process between AM fungi and plants, what is the relationship of these signal substances? And how they interact? These all
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require for further investigation with molecular biological methods. Only by understanding the identification and symbiosis
signal between each other, can they unlock the mystery of AM fungi symbiosis with plants.
Key Words: arbuscular mycorrhizal fungi; tobacco; nitric oxide; nitrate reductase
丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza,AM)是一种古老的营专性活体寄生的土壤微生物,可以与陆地上
80%的高等植物共生,并形成菌根[1]。 业已证明 AM 真菌可以促进植物对矿质元素(如氮、磷、钾等)的吸
收[2鄄3],改善植物的根际微环境[4],提高植物的抗盐和抗旱等抵御逆境的能力[5],进而促进植物体的生长。 在
AM真菌与植物的共生过程中有一系列信号分子的传递,其中 Ca2+是 AM 真菌共生体的早期信号物质[6],由
AM真菌分泌产生的菌根形成因子(Myc 因子) [7]经 Ca2+信号的传递后,可诱导宿主合成和分泌诸多下游信号
分子从而保证真菌随后侵染宿主并在宿主的根内延伸;宿主植物根部分泌类黄酮物质可以启动菌根-宿主植
物共生体中的一些蛋白质的合成及一些其它化合物的分泌,刺激 AM 真菌孢子的萌发[8]。 AM 真菌与植物共
生后还可以诱导植物根系中乙烯(ethylene,ETH)、水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸( jasmonic acid,JA)和过
氧化氢(H2O2)等信号分子产生[9鄄10];Fester 和 Hause[11]利用二氨基联苯胺(diaminobenzidine,DAB)等 3 种不
同染色手段在被根内球囊霉(Glomus intraradices)侵染的玉米、烟草和苜蓿的根部和菌丝中均检测到 H2O2。
研究发现,AM 真菌对由宿主根部所分泌的 strigolactone(5鄄deoxy鄄strigol)能够做出快速强烈的反应[12],这说明
在 AM 真菌与宿主植物根部之间存在有效的信号级联放大系统。 目前虽已得知 AM 真菌可以诱导宿主植物
分泌和产生多种信号分子,但是 AM真菌与宿主之间的信号分子的种类及其信号转导机制还不甚很清楚。
一氧化氮(NO)是一种普遍存在于植物体内的内源性气体信号分子[13],参与了植物对气孔运动[14]、逆境
应答[15]以及对植物生长发育的调控[16]等多种生理过程。 植物中 NO的主要来源于硝酸还原酶(NR)途径,植
物中 NR利用 NAD(P)H作为电子供体,催化硝酸盐转变为亚硝酸盐,促进 NO 的生成[17]。 有报道,NO 专一
性清除剂可以抑制萘乙酸对侧根生长的作用,说明 NO 可能作为信号分子参与生长素诱导的侧根生长过
程[18]。 AM真菌与宿主植物共生后能够促进宿主根系的延伸,吸收更多的营养物质,NO 是否也作为信号分
子参与共生过程,目前尚未见报道。
本实验以烟草为材料,苗期接种 G.m,通过检测接种后烟草侧根中 NO的含量、NR的活性以及 nia鄄1基因
的表达量,侧根和菌丝中 NO的水平,以探究 NO在 AM真菌与烟草共生过程中的作用,为深入了解 AM 真菌
与植物体共生的信号机制提供证据。
1摇 材料与方法
1.1摇 材料与试剂
供试烟草(Nicotiana tabacum,品种为 CF90NF)由中国烟草公司青岛分公司提供。 供试 AM真菌为摩西球
囊霉(Glomus mosseae,G.m)由青岛农业大学菌根技术实验室提供。 AM 真菌接种物为经三叶草扩繁后,含培
养基质、孢子、菌丝和侵染根段的混合物。
NO供体硝普钠 ( sodium nitroprusside, SNP )、 NO 专一性荧光探针 DAF鄄2DA ( 4, 5鄄diaminofluorescein
diacetate,DAF鄄2 DA)、NO 清除剂 2鄄4,4,5,5鄄苯鄄四甲基咪唑鄄1鄄氧鄄3鄄氧化物(2鄄(4鄄carboxyphenyl)鄄4,4,5,5鄄
tetramethylimidazoline鄄1鄄oxyl鄄3鄄oxidepotassium salt,cPTIO)、NR 抑制剂钨酸钠( sodium tungstate,Na2WO4)均购
于 Sigma公司(U.S.A);其余化学试剂均为国产分析纯。
1.2摇 材料处理
将烟草种子经 10% NaClO灭菌 15 min,无菌水冲洗 5次后,点种于含草炭土颐土颐河沙 = 2颐2颐1 的灭菌基质
中,于 25 益,16 h / 8 h光周期,光强 120—400 滋mol m-2 s-1下培养。 生长 4 周后取生长状态一致的烟草苗,移
栽至含灭菌河沙的小盆中(直径伊高= 11.5 cm伊8 cm),同时接种 AM真菌 G.m(接种量为菌种颐基质= 1颐10)(对
照为接种等量灭菌基质)。 每两天喷施 1 / 2Hoagland营养液。
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在接种后的 0、5、10、15、20和 30d分别取烟草侧根,用蒸馏水将根部基质冲洗干净,用于测定内源的 NO
含量、NR活性、Nia鄄1基因表达量及侧根中 NO的荧光强度。 在接种后的 20、25、30d 用 Tennant 的方法[19]获
得菌丝,用于 NO的荧光检测。
在接种后 5d开始向烟草根部基质中加入以下处理液:NO清除剂 c鄄PTIO (2.0 mmol / L )、NO供体硝普钠
SNP(1.0 mmol / L )、NR抑制剂钨酸钠(1 mmol / L),对照加入等量的 1 / 2Hoagland 营养液,分别在处理后 10、
15、20、25和 30d取烟草侧根用于检测烟草侧根的侵染率,并在 20d时分别取侧根和菌丝测定 NO荧光强度。
1.3摇 方法
1.3.1摇 NO含量和 NR活性的检测
用 NO试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定 NO含量。 取 0.1 g烟草侧根加 0.9% NaCl 0.9 mL,匀浆;
12000 伊g离心 10 min,取上清,沸水浴 5 min;12000 伊g 离心 5 min,取上清,稀释 10倍用于检测。 在 550 nm波
长下,测定吸光度值,按照试剂盒说明,计算出组织中的 NO水平。
用 NR试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定 NR活性。 取烟草侧根,洗净,用滤纸吸干后,放入诱导剂
应用液中浸泡诱导 2 h,取出用滤纸吸干,置于-20 益冷冻 30 min后滤纸吸干并称取 0.2 g,按重量体积比加入
1.8 mL匀浆介质,冰浴研磨制成 10%的匀浆液,4000 r / min离心 10 min,取上清在 550 nm波长下,测定吸光度
值,按照试剂盒说明,计算出组织中的 NR活力。
1.3.2摇 NO的荧光检测
取不同处理的烟草侧根和菌丝,加入 DAF鄄2DA(20 滋mol / L),25 益下避光孵育 20 min,孵育完毕后用缓冲
液冲洗,除去吸附的染料。 将处理好的表皮条置于载玻片上,盖好盖片,用 488 nm 蓝光激发,经尼康
(NikonTE2000)倒置荧光显微镜扫描获得根细胞和菌丝中 NO的静态分布图。
1.3.3摇 Nia鄄1的荧光实时定量 PCR检测
利用 TriZol试剂盒提取烟草根系的总 RNA,按照 M鄄MLV反转录试剂盒说明书合成 cDNA第 1条链,作为
模板,同时设立负对照。 Real鄄time PCR的程序为:95 益 5 min,95 益 10 s,58 益 10 s,72 益 15 s,40 个循环;
Melt 曲线从 72 益至 99 益,第 1步维持 45 s,以后每升高 1 益 维持 5 s。 Nia鄄1的正向和反向引物序列分别为
5忆鄄 AATCAGGTGGATGGATGGCGAAG鄄3忆和 5忆鄄TTCGCCATCCATCCACCT鄄3忆。 茁鄄actin的正向和反向引物序列分
别为 5忆鄄GATGAGTTGGGTGTTGCTCCT鄄3忆和 5忆鄄 GAAGTCCTCGTTGTTGCGTTG 鄄3忆。 用熔解曲线法检测实时定
量 PCR产物的特异性,采用 MyiQ software进行数据分析。
1.4摇 数据统计
所有结果都是 3次重复的平均值依标准误差。 测定结果用 DPS数据处理系统进行方差分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 AM真菌对烟草侧根和 AM真菌 NO的影响
2.1.1摇 AM真菌与烟草的共生过程烟草侧根 NO含量的变化
利用分光光度法和 NO的特异性荧光探针 DAF鄄2DA分别检测了 AM真菌与烟草共生过程中 NO的变化。
由图 1可知, 烟草侧根中含有一定水平的内源 NO,接种 AM真菌后烟草侧根中 NO含量呈现先升高后降低的
趋势,在苗期接种后 10d达到最大值(P<0.05),同时烟草侧根中 NO的荧光强度亦显著增强(图 2A)。
cPTIO为 NO清除剂,SNP 为 NO的供体,Na2WO4为的 NO合成酶 NR的抑制剂。 为了进一步研究 NO在
AM真菌与烟草共生过程中的作用,在 NO猝发时分别观测了 NO清除剂、供体和合成酶抑制剂的作用。 结果
发现,cPTIO和 Na2WO4可以显著降低 NO的含量,而 SNP 使烟草侧根中 NO 含量增加了 71.2%(图 1)。 由此
推测,在 AM真菌与烟草共生过程中的 NO可能是由烟草侧根产生的,且 NR是 NO的主要来源。
2.1.2摇 AM真菌与烟草的共生过程 AM菌丝 NO水平的变化
为了进一步探明 AM真菌与烟草的共生过程 NO的来源,以 DAF鄄2DA作为 NO 的特异性荧光探针,检测
了菌丝中 NO水平的变化。 由图 2B可以看出,在接种后 20—30d时在菌丝中检测到绿色荧光,且随着接种时
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图 1摇 NO清除剂和抑制剂对 AM真菌与烟草共生过程中烟草侧根 NO含量的影响
Fig.1摇 The change in NO concentration in the lateral roots of tobacco symbiosis with Glomus mosseae after treatment with NO scavenger
and inhibitor
图中*代表差异达 5%显著性水平
间的延长,菌丝中荧光强度稍微增强。 菌丝中 NO变化的时间要迟于烟草侧根 NO的猝发(图 2A),且 NO 的
清除剂和抑制剂没有明显改变菌丝中的 NO荧光强度,由此推测,AM真菌与烟草共生过程中 NO主要由烟草
侧根产生,菌丝中可能存在其他来源的 NO。
图 2摇 AM真菌与烟草共生过程中烟草侧根和 G.m菌丝中 NO的荧光变化(标尺= 100 滋m)
Fig. 2摇 Localization of fluorescence due to nitric oxide in tobacco lateral roots and the hyphae of G.m after treatment with the NO鄄specific
fluorophore DAF鄄2DA(Scale鄄bars= 100滋m)
A:接种 G.m 0—30d烟草侧根中 NO的荧光变化;对照是不经荧光探针孵育的烟草侧根;B:接种 G.m 后 20、25、30d 后 G.m 菌丝中的 NO 荧
光变化;C:NO的供体、NO清除剂和 NR抑制剂处理后烟草侧根和菌丝中的 NO荧光变化
2.2摇 AM真菌对烟草根系 NR活性和基因表达的影响
图 3结果显示,接种 G.m 后烟草侧根中 NR活性和 Nia鄄1的表达量均呈现先升高后降低的趋势,均于接
种后 10天 活性达到最大值,该变化趋势与 NO 含量(图 1)的变化趋势基本一致。 由此推断,NR 途径参与
AM 真菌诱导的烟草侧根中 NO的合成。 综合图 1、图 2 和图 3 的结果,从生理和分子水平证明了来自 NR途
径的 NO参与 AM真菌与烟草的共生过程。
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图 3摇 AM真菌与烟草共生过程中烟草侧根 NR活性和 Nia鄄1基因表达的变化
Fig. 3摇 The change in NR activity and Nia鄄1 gene relative expression level in the lateral roots of tobacco symbiosis with Glomus mosseae
图中*代表差异达 5%显著性水平
图 4摇 NO清除剂和 NR抑制剂对 AM真菌侵染率的影响
摇 Fig. 4 摇 The change in the colonization rate of tobacco by G.m
after treatment with NO scavenger and inhibitor
2.3摇 NO清除剂和 NR抑制剂对烟草 AM真菌侵染率的影响
为了进一步证明来自 NR的 NO参与 AM真菌与烟
草共生过程,观测了 NO 清除剂和合成抑制剂对烟草
AM真菌侵染率的影响。 结果表明,NO 的清除剂和抑
制剂可以显著降低 AM真菌侵染率,在接种后 30d 时侵
染率分别下降了 38.4%和 26.4%,而 NO供体 SNP 却使
AM侵染率增加了 9.1%(图 4)。 同时,外施一定浓度的
SNP 能有效增加侧根中的孢子数和菌丝的分布,NO 的
清除剂 c鄄PTIO和 NR 抑制剂 Na2WO4处理后烟草侧根
中孢子数和菌丝量有所减少(结果未显示)。 说明 NO
是 AM真菌与烟草的共生过程的重要组分。
3摇 讨论
植物与微生物共生是自然界中普遍存在的一种生物学现象,其中高等植物和丛枝菌根真菌共生形成的菌
根与农业生产和生态系统的稳定性密切相关。 AM真菌与植物之间的互利共生依赖于两者之间的信号传递,
AM真菌通过特异的信号识别宿主,然后侵染宿主并与之共生。 业已证明,宿主根系分泌的类黄酮、独脚金萌
发素内酯以及菌根因子、Ca2+、SA和 JA等信号分子均参与了该共生过程[8鄄10],但 AM 真菌与植物共生的信号
转导机制的研究才刚起步。 NO是一种普遍存在于植物体内的、具有生物活性和信号转导作用的内源性气体
信号分子,它参与调节植物的许多生命活动,而且作为防御反应中的关键信使, 参与了植物对外界环境胁迫
的应答[20],但 NO在植物与微生物互作过程中的作用鲜见报道。 本实验综合利用分光光度法、荧光检测技术
以及分子生物学等实验技术,结合药理学实验检测了 AM真菌侵染烟草过程中 NO 水平的变化,发现接种 G.
m后烟草侧根中 NO含量(图 1)和 NO荧光强度(图 2A)均明显增加,NO的清除剂能显著降低侧根中 NO 的
水平(图 1)和荧光强度(图 2C),但对菌丝中的荧光强度影响不显著(图 2C);并且清除 NO 可以降低根系的
侵染率(图 4),表明 NO在 G.m与烟草共生的过程中发挥了重要作用,NO可能作为 AM真菌与宿主互利共生
的重要信号物质。
植物体中的 NO的合成主要酶途径是 NR,许多实验显示该途径产生的 NO参与调控植物的生长发育[16];
调节 ABA诱导的拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔关闭[17,21];参与了马铃薯(Solanum tuberosum)对晚疫病菌
(Phytophthora infestans)侵染的应答反应[22]、水分胁迫下玉米(Zea mays)叶片中 NO 的产生[15]以及其他非生
物胁迫过程[23]。 高等植物的 NR由 nia编码,至今已经在拟南芥[24]、菠菜(Spinacia oleracea) [25]、烟草[26]、番
茄(Solanum lycopersicum) [27]等植物中克隆了 nia或 nia 的 cDNA。 菜豆中存在两个 nia 基因位点,niaR鄄1在根
中表达,niaR鄄2在叶片中表达[28]。 烟草中编码 NR的基因主要有 Nia鄄1和 Nia鄄2[29]。 本实验发现(图 3),接种
G.m也可以诱导烟草根系 NR基因 Nia鄄1的表达;同时苗期接种 G.m后,烟草侧根中的 NR活性明显升高。 且
NR的抑制剂钨酸钠可以大大降低 AM真菌与烟草共生过程中 NO的产生(图 1)、显著减弱烟草侧根中的 NO
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荧光强度(图 2C),但是对菌丝中的 NO荧光变化没有明显影响;NR抑制剂也影响了 AM真菌对烟草的侵染。
由此推测,来自 NR途径的 NO参与了 AM真菌与烟草共生过程,且 NO主要由烟草侧根产生。
本文首次为信号分子 NO参与 AM真菌与烟草的共生过程提供了生理学、细胞学和分子生物学的实验证
据。 今后尚可以筛选或构建烟草 NO过表达和缺失突变体为深入了解 NO在 AM真菌与植物共生过程中的作
用提供遗传学的依据。 植物与微生物共生的过程非常复杂,在日本百脉根中发现有 9 个基因(LjSYMRK、
LjCASTOR、LjPOLLUX、LjSYM3、LjSYM6、LjSYM15、LjSYM24、LjNUP133和 LjNUP85)与真菌侵染有关[30],而且
已经明确了这些基因编码的蛋白质的类型。 这些基因是否与 AM 真菌与植物的互作有关? Ca2+是 AM 真菌
识别宿主的早期信号物质[6],Myc 因子[7]经 Ca2+信号的传递,可诱导宿主合成和分泌诸多信号分子;AM真菌
与植物共生过程中是否还存在其他信号物质,这些信号物质与 NO、Ca2+,H2O2的关系怎样,它们之间是如何相
互作用的,还有待进一步研究。 只有了解共生双方的识别信号及共生体结构的形成信号,才能解开 AM 真菌
与宿主植物共生的谜团。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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本期责任副主编摇 王德利摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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