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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 19 期摇 摇 2012 年 10 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国野生东北虎数量监测方法有效性评估 张常智,张明海,姜广顺 (5943)……………………………………
城市居民食物氮消费变化及其环境负荷———以厦门市为例 于摇 洋,崔胜辉,赵胜男,等 (5953)………………
珠江口水域夏季小型底栖生物群落结构 袁俏君,苗素英,李恒翔,等 (5962)……………………………………
2010 年夏季雷州半岛海岸带浮游植物群落结构特征及其与主要环境因子的关系
龚玉艳,张才学,孙省利,等 (5972)
……………………………
……………………………………………………………………………
阿根廷滑柔鱼两个群体间耳石和角质颚的形态差异 方摇 舟,陈新军,陆化杰,等 (5986)………………………
黄河三角洲滨海草甸与土壤因子的关系 谭向峰,杜摇 宁,葛秀丽,等 (5998)……………………………………
盘锦湿地净初级生产力时空分布特征 王莉雯,卫亚星 (6006)……………………………………………………
菜豆根瘤菌对土壤钾的活化作用 张摇 亮,黄建国,韩玉竹,等 (6016)……………………………………………
花生植株和土壤水浸液自毒作用研究及土壤中自毒物质检测 黄玉茜,韩立思,杨劲峰,等 (6023)……………
遮荫对金莲花光合特性和叶片解剖特征的影响 吕晋慧,王摇 玄,冯雁梦,等 (6033)……………………………
火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响 顾摇 韩,牟长城,张博文,等 (6044)……………
古尔班通古特沙漠南部植物多样性及群落分类 张摇 荣,刘摇 彤 (6056)…………………………………………
黄土高原樟子松和落叶松与其他树种枯落叶混合分解对土壤的影响 李摇 茜,刘增文,米彩红 (6067)………
长期集约种植对雷竹林土壤氨氧化古菌群落的影响 秦摇 华,刘卜榕,徐秋芳,等 (6076)………………………
H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 刘洪庆,车永梅,赵方贵,等 (6085)………………………………………
北京山区防护林优势树种分布与环境的关系 邵方丽,余新晓,郑江坤,等 (6092)………………………………
旱直播条件下强弱化感潜力水稻根际微生物的群落结构 熊摇 君,林辉锋,李振方,等 (6100)…………………
不同森林类型根系分布与土壤性质的关系 黄摇 林,王摇 峰,周立江,等 (6110)…………………………………
臭氧胁迫下硅对大豆抗氧化系统、生物量及产量的影响 战丽杰, 郭立月,宁堂原,等 (6120)…………………
垃圾填埋场渗滤液灌溉对土壤理化特征和草本花卉生长的影响 王树芹,赖摇 娟,赵秀兰 (6128)……………
稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响 郑建初,张岳芳,陈留根,等 (6138)………………
不同施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及 CO2 排放量的影响 张俊丽,高明博,温晓霞,等 (6147)…………
北方农牧交错区农业生态系统生产力对气候波动的响应———以准格尔旗为例
孙特生,李摇 波,张新时 (6155)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
辽宁省能源消费和碳排放与经济增长的关系 康文星,姚利辉,何介南,等 (6168)………………………………
基于 FARSITE模型的丰林自然保护区潜在林火行为空间分布特征 吴志伟,贺红士,梁摇 宇,等 (6176)……
不同后作生境对玉米地天敌的冬季保育作用 田耀加,梁广文,曾摇 玲,等 (6187)………………………………
云南紫胶虫种群数量对地表蚂蚁多样性的影响 卢志兴,陈又清,李摇 巧,等 (6195)……………………………
阿波罗绢蝶种群数量和垂直分布变化及其对气候变暖的响应 于摇 非,王摇 晗,王绍坤,等 (6203)……………
专论与综述
海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式 蒲新明,傅明珠,王宗灵,等 (6210)……………………………
海草场生态系统及其修复研究进展 潘金华,江摇 鑫,赛摇 珊,等 (6223)…………………………………………
水华蓝藻对鱼类的营养毒理学效应 董桂芳,解绶启,朱晓鸣,等 (6233)…………………………………………
环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响 江志坚, 黄小平,张景平 (6242)……………………
生态免疫学研究进展 徐德立,王德华 (6251)………………………………………………………………………
研究简报
喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因 宋摇 敏,彭晚霞,邹冬生,等 (6259)……………
准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨特征 吕朝燕,张希明,刘国军,等 (6270)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄10
封面图说: 岸边的小白鹭———鹭科白鹭属共有 13 种,其中有大白鹭、中白鹭、白鹭(小白鹭)、黄嘴白鹭等,体羽皆是全白,世通
称白鹭。 夏季的白鹭成鸟繁殖时枕部着生两条狭长而软的矛状羽,状若双辫,肩和胸着生蓑羽,冬季时蓑羽常全部
脱落,白鹭虹膜黄色,嘴黑色,脚部黑色,趾呈黄绿色。 小白鹭常常栖息于稻田、沼泽、池塘水边,以及海岸浅滩的红
树林里。 白天觅食,好食小鱼、蛙、虾及昆虫等。 繁殖期 3—7月。 繁殖时成群,常和其他鹭类在一起,雌雄均参加营
巢,次年常到旧巢处重新修葺使用。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 19 期
2012 年 10 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 19
Oct. ,2012
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:2011鄄08鄄23; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liuxin6080@ yahoo. com. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201108231232
刘洪庆,车永梅,赵方贵,杨凤玲,刘新. H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程.生态学报,2012,32(19):6085鄄6091.
Liu H Q,Che Y M, Zhao F G, Yang F L, Liu X. Hydrogen peroxide participates symbiosis between AM fungi and tobacco plants. Acta Ecologica Sinica,
2012,32(19):6085鄄6091.
H2 O2 参与 AM真菌与烟草共生过程
刘洪庆,车永梅,赵方贵,杨凤玲,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)为寄主,苗期接种丛枝菌根(AM)真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae,G. m),测定
G. m与烟草共生过程中烟草根部 H2O2 含量以及多胺氧化酶(PAO)和过氧化物酶(POD)活性;研究外源 H2O2 对 G. m侵染烟
草的影响以及 H2O2 清除剂和合成抑制剂对烟草侧根 H2O2 含量及烟草侧根和菌丝中 H2O2 荧光强度的影响,以探究 H2O2 在
AM真菌侵染烟草过程中的作用。 结果表明,接种 G. m 20d 后烟草侧根中出现 H2O2 含量的猝发,一定浓度的外源 H2O2 促进
G. m对烟草的侵染,而 H2O2 清除剂抗坏血酸(AsA)显著削弱烟草侧根和菌丝中的 H2O2 荧光强度,降低 G. m 对烟草的侵染
率,表明 H2O2 参与 G. m 与烟草共生过程;在 G. m 与烟草共生过程中,PAO 和 POD 活性显著升高,PAO 抑制剂二氨基十二烷
(DADD)和 POD抑制剂水杨羟肟酸(SHAM)显著降低烟草侧根中 H2O2 荧光强度,对菌丝中 H2O2 荧光强度无显著影响,表明
烟草根部和 G. m均可产生 H2O2,PAO和 POD参与烟草侧根中 H2O2 的合成,菌丝中可能存在其他来源的 H2O2。
关键词:H2O2; AM真菌;烟草;多胺氧化酶;过氧化物酶
Hydrogen peroxide participates symbiosis between AM fungi and tobacco plants
LIU Hongqing,CHE Yongmei, ZHAO Fanggui, YANG Fengling, LIU Xin*
Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong, Life Science College, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China
Abstract: Arbuscular mycorrhiza ( AM) formed between AM fungi and the vast majority of higher plants is a widely
spreading mutualistic symbiosis in the world. It has been proved that AM establishment starts with a chemical signal
exchange between host plant roots and the fungi. Hydrogen peroxide (H2O2) is an important signal substance, which takes
part in interaction among plants and many microorganisms. Does H2O2 also participate in the interaction between host plants
and AM fungi? And we hypothesized that H2O2 may involve in the formation and colonization of AM. The purpose of the
present research was to investigate the role of H2O2 in colonizing tobacco roots by arbuscular mycorrhizal ( AM) fungi.
Seedlings of tobacco cultivar CF90NF were inoculated with Glomus mosseae ( G. m ). H2O2 contents, the effects of
exogenous H2O2 on colonization percentage of tobacco by G. m, H2O2 scavenger and production inhibiter effects on H2O2
contents and fluorescence intensity in tobacco root and fungal hyphae were studied. The results showed that H2O2 burst in
lateral roots of tobacco 20 days after inoculation, the earlier stage of colonization, at this time, fungal hyphae just began to
contact with tobacco root and penetrate root cortical cell, exogenous H2O2 increased the colonization percentage of tobacco
by G. m, H2O2 scavenger ascorbic acid (AsA) had adverse effect, decreased the colonization percentage; Fluorescence
assay showed that G. m colonization induced intense H2O2 fluorescence in tobacco root, but AsA decreased H2O2
fluorescence intensity in tobacco lateral roots, and fungal hyphae. These results indicate that H2O2 have positive effect in
symbiosis development between AM fungi and tobacco plants; PAO and POD is the main enzymes catalyzing the production
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of H2O2, we estimated the PAO and POD activities in tobacco roots, and the results showed that, when colonized with G.
m, PAO and POD activities in lateral root of tobacco increased significantly, importantly, treatments with salicylhydroxamic
acid (SHAM, POD inhibiter) and 1,12鄄diaminododecane (DADD, PAO inhibiter) decreased H2O2 fluorescence intensity
in tobacco lateral roots, but had no significant effects on that in the fungal hyphae. The present study suggests that H2O2
may participate in tobacco鄄AM symbiosis, H2O2 be produced both in tobacco root and in fungal hyphae, PAO and POD take
part in H2O2 production in tobacco root, and there should be other resource of H2O2 in AM fungal hyphae. While the
interrelationship between H2O2 and the other signal substances, and their effects on the development of AM need to be
further investigated with molecular techniques.
Key Words: hydrogen peroxide; arbuscular mycorrhizal fungi; Nicotiana tabacum; polyamine oxidase; peroxidase
丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae,AM)真菌是土壤生态系统的重要成员,为专性活体营养共生菌,能与烟
草等绝大多数植物建立互惠共生关系。 AM 真菌与植物共生可以促进植物对氮、磷和钾等营养元素的吸收,
提高植物对盐和干旱等逆境的抵抗能力,进而促进植物体的生长[1鄄2]。 AM 真菌与植物的共生依赖于二者之
间复杂的信号传递,有实验证明根系分泌物中的倍半萜类和黄酮类物质在共生过程中起重要作用,可促进真
菌的代谢和菌丝分枝,提高其与根系接触的几率[3]。 AM真菌产生的共生信号 Myc因子经 Ca2+信号传递诱导
根系发生反应[4];茉莉酸(jasmonic acid,JA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)和乙烯(ethylene,ETH)等植物激素
参与 AM真菌与植物共生过程的调节[5鄄6]。 目前,菌根分子生物学研究刚刚充分展开,信号传递网络的多种组
分有待进一步研究确定。 业已证明 H2O2 是植物体内重要的信号分子,参与植物与多种微生物的相互作
用[7鄄8]。 如,H2O2 参与根瘤菌与苜蓿等根系共生过程的调控[9];发现与 AM 真菌共生的番茄、玉米、烟草和苜
蓿等植物根部存在 H2O2 [10鄄11],但 H2O2 的来源及 H2O2 的作用尚不明确。 为此,本文拟测定 AM 真菌与烟草
互作过程中烟草侧根中 H2O2 含量、外源 H2O2 和 H2O2 清除剂对 AM 真菌与烟草共生过程的影响、以及 AM
真菌与烟草共生过程中 H2O2 合成相关酶多胺氧化酶( polyamine oxidase,PAO)和过氧化物酶( peroxidase,
POD)活性变化等,以期初步研究 H2O2 在 AM真菌与烟草共生中的作用及其来源,为 AM 真菌与植物共生机
制的深入阐明提供理论依据。
1摇 材料和方法
1. 1摇 材料和试剂
供试烟草(Nicotiana tabacum)品种为 CF90NF,由山东临朐烟草有限公司提供。
AM真菌为 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。
H2DCF鄄DA、抗坏血酸 ( ascorbic acid, AsA )、二苯基碘 ( diphenylene iodonium, DPI )、水杨羟肟酸
(salicylhydroxamic acid,SHAM)、二氨基十二烷(1,12鄄diaminododecane,DADD)试剂均购于 Sigma 公司(U. S.
A);其余化学试剂均为国产分析纯。
1. 2摇 材料培养及处理
烟草 CF90NF种子用 0. 1% H2O2 浸泡 10 min,自来水冲洗数次,蒸馏水浸种 12 h,播于铺有纱布的培养
皿中,蒸馏水浸湿,于 25 益温箱(YY0027鄄 90 型)内,待胚芽露出后播种于育苗穴盘中,基质为石英砂和蛭石
(石英砂和蛭石按质量 1颐1 混合),每育苗穴盘播 10 粒种子,然后于种子上覆盖一层基质。 烟草培养条件为
光 /暗周期 16 h / 8 h,温度 25 益、光强 100—400 滋mol·m-2·s-1,相对湿度 70% 。 每 5d 加 1 / 4 的 Hoagland 营
养液。
当幼苗长到三叶一心期移栽于盛有基质及 10 g AM真菌接种物或 10 g 灭菌接种物(对照)的花盆(上口
径 8 cm,高 11 cm)中进行以下处理,a:于接种 10、20、30、40、50 d 观测菌根侵染状况;b:于接种 0、5、10、15、
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20、25 和 30 d时取烟草侧根,用蒸馏水将根冲洗干净,测定根中 H2O2 含量及 PAO 和 POD 活性;c:分别用蒸
馏水、H2O2、AsA、DPI、SHAM或 DADD(每 5 d一次),于预处理 20 d 时用荧光检测法和分光光度法检测侧根
中 H2O2 含量或菌根侵染率。
以上处理及 1. 3 菌丝的收集和处理中 H2O2、ASA、DPI、SHAM、DADD浓度分别为:0. 1% 、0. 1、0郾 01、0郾 01
和 0. 5 mmol / L。
1. 3摇 菌丝的收集和处理
按照宋勇春的菌丝收集装置进行菌丝的收集[12]。 装置中外室和根室装有河沙颐草炭土颐田间土 = 1颐2颐2 的
混合基质,菌丝室的基质为河沙。 将长至三叶一心期的烟草幼苗移栽于菌丝收集装置中根室,加 10 g AM 真
菌接种物,分别加 1 / 4Hoagland营养液、AsA、DPI、SHAM或 DADD(每 5 d一次),于处理后 20 d收集菌丝用荧
光检测法检测侧根中 H2O2 含量。 期间每周向根室内浇 20 mL /次无磷的 1 / 4Hoagland 营养液,外室内每 3 d
浇含磷的 1 / 4Hoagland营养液 60 mL /次,使菌丝在菌丝室和外室之间的隔膜处相对富集。
1. 4摇 方法
1. 4. 1摇 AM真菌侵染率的测定方法
用酸性品红染色法测定 AM真菌侵染率[13]。
1. 4. 2摇 荧光检测法检测 H2O2 含量
取菌丝或烟草侧根加入 H2O2 的特异性荧光探针 H2DCF鄄DA(50 滋mol / L),孵育 0. 5 h后用生理盐水冲洗
多次,除去吸附的染料。 将菌丝或烟草侧根置于载玻片上,盖好盖玻片,用 488 nm蓝光激发,在荧光显微镜下
观察拍照。
1. 4. 3摇 分光光度法测定 H2O2 含量及 PAO和 POD活性
H2O2 含量的测定,具体操作参考 Brennan和 Frenkel的方法[14]。
PAO活性的测定
取 0. 1 g处理过的叶片于 0. 2 mol / L磷酸缓冲液 ( pH6. 5 ) 研磨至匀浆;8000伊g,4益离心 10 min。 上清
用于检测游离态 PAO活性,沉淀用 0. 01% TritonX鄄100 悬浮 3 次,后经 0. 2 mol / L磷酸缓冲液 ( pH6. 5 ) 悬浮
用于检测与细胞壁结合态 PAO活性。 1. 5 mL反应体系包括:0. 2 mol / L磷酸缓冲液( pH6. 5 ),100 滋L 显色
液,1 mg / mL过氧化物酶,50 mmol / L的亚精胺。 于 25益,30 min,555 nm 下测定吸光值。 其中显色液为:100
mL 0. 1mol / L磷酸缓冲液 ( pH6. 5 ),25 滋L N,N鄄二甲基苯胺,10 mg 4鄄氨基氨替吡啉。
POD活性测定分别参照刘永军等的实验方法[15]。
1. 5摇 数据统计方法
测定结果用 DPS数据处理系统作方差分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程
2. 1. 1摇 AM真菌侵染烟草过程中烟草侧根 H2O2 含量变化
由共生形成过程图谱可以看出,在接种 20 d时,G. m菌丝开始和烟草根部接触发生侵染,菌丝开始穿透
烟草根细胞的表皮进入根的皮层细胞层(图 1)。
图 2 显示,在测定时间内,未接种 G. m的烟草侧根 H2O2 含量无显著变化,而苗期接种 G. m 的烟草侧根
H2O2 含量呈先升高后降低的趋势,在接种 20 d左右( 即 G. m开始和烟草根部接触并发生侵染时 )达最大值
(P<0. 05),然后趋于和对照基本相同的水平。
2. 1. 2摇 AM真菌侵染烟草过程中烟草侧根和菌丝 H2O2 荧光变化
为了进一步证明 H2O2 参与 AM真菌侵染烟草的过程,以 H2DCF鄄DA为 H2O2 的特异性荧光探针,检测了
接种后 20d时烟草侧根和菌丝中 H2O2 的变化。 可以看出,未接种 G. m的烟草侧根含有一定水平的 H2O2(图
3A),苗期接种 G. m 20d时的烟草侧根(图 3F)及菌丝(图 3K)中 H2O2 含量明显增加,均能够观察到较强的绿
7806摇 19 期 摇 摇 摇 刘洪庆摇 等:H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 摇
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图 1摇 AM真菌与烟草共生的时间进程
Fig. 1摇 Time course of the symbiosis between AM fungi and tobacco
接种时间 A:10 d; B:20 d; C:30 d; D:40 d; E:50 d(实线箭头指示菌丝,虚线箭头指示泡囊,横线表示 50滋m)
图 2摇 Gm对烟草侧根中 H2O2 含量、游离 PAO、细胞壁结合 PAO和 POD活性的影响
Fig. 2摇 Effects of Glomus mosseae on H2O2 content, free and cell wall bound PAO as well as POD activity in lateral roots of tobacco
图中*代表差异达 5%显著性水平
色荧光。
2. 1. 3摇 外源 H2O2 和 H2O2 清除剂对 AM真菌侵染烟草的影响
图 4 表明,一定浓度的外源 H2O2 处理可以显著提高 G. m 对烟草的侵染率,H2O2 清除剂 ASA 则显著降
低了 G. m对烟草的侵染,说明 H2O2 是 AM真菌与烟草共生过程中的必需因素。
2. 2摇 AM真菌侵染烟草过程中 H2O2 的来源
烟草侧根和菌丝中均存在 H2O2,那么 H2O2的来源途径怎样? 为此进一步研究了 H2O2 清除剂和合成抑
制剂对烟草侧根和菌丝中 H2O2 含量的影响。 图 3 显示,与对照相比,接种 G. m的烟草侧根中可以观察到明
显的 H2O2 荧光(图 3F),经 H2O2 清除剂 AsA(图 3G)、NADPH氧化酶抑制剂 DPI(图 3H)、细胞壁过氧化物酶
抑制剂 SHAM(图 3I)或多胺氧化酶抑制剂 DADD(图 3J)预处理后,均降低了接种 G. m所引起的烟草侧根中
的 H2O2 荧光强度的增加,其中 SHAM和 DADD的作用尤为显著。 由此说明,AM真菌与烟草共生过程中烟草
根系可以产生 H2O2,且细胞壁过氧化物酶和多胺氧化酶途径可能是 H2O2 的主要来源。 H2O2 清除剂 AsA 处
理后同样使菌丝中的荧光显著减弱(图 3L),而 H2O2 合成相关酶抑制剂 DPI、SHAM 和 DADD 不能明显改变
菌丝中的荧光强度(图 3M—O)。 由此推测,AM真菌与烟草共生过程中菌丝中可能存在其他来源的 H2O2。
8806 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 3摇 烟草侧根与 G. m菌丝 H2O2 含量的 H2DCF鄄DA荧光测定
Fig. 3摇 Determination of H2O2 content in tobacco lateral roots and fungal hyphae staining with H2DCF鄄DA
A—E:未接种 G. m的烟草侧根,F—J:接种 G. m的烟草侧根,K—O为 G. m菌丝; A、F和 K:H2O预处理,B、G和 L:AsA预处理,C、H和 M:
DPI预处理,D、I和 N:SHAM预处理,E、J和 O:DADD预处理,图中横线均代表 50滋m
摇 图 4摇 外源 H2O2 和 H2O2 清除剂 AsA对 G. m侵染烟草的影响
Fig. 4摇 Effects of exogenous H2O2 and H2O2 scavenger ASA on
colonization of tobacco by Glomus mosseae
图中不同字母代表处理间差异达 5%显著性水平
2. 3摇 AM真菌与烟草共生过程中烟草侧根中 H2O2 的
合成途径
2. 3. 1摇 AM 真菌侵染烟草过程中烟草侧根中 PAO 和
POD活性变化
在测定时间段内,未接种 G. m 的烟草侧根中 PAO
和 POD活性无显著变化,接种 G. m后烟草侧根中游离
和细胞壁 PAO及 POD(图 2)活性均呈现先升高后降低
的趋势,于接种 20d 作用达最大值,该变化趋势与 H2O2
含量的变化趋势一致。 进一步说明,PAO 和 POD 参与
AM真菌诱导的烟草侧根中 H2O2 合成。
2. 3. 2 摇 PAO 和 POD 抑制剂对 AM 真菌侵染烟草的
影响
图 5 表明,细胞壁 POD抑制剂 SHAM以及 PAO抑制剂 DADD 均可不同程度的降低烟草侧根中的 H2O2
含量及菌根侵染率,经 SHAM处理后,H2O2 含量及菌根侵染率与对照相比分别降低 32%和 13% ,DADD预处
理后,H2O2 含量及菌根侵染率分别降低 25%和 10% 。 由此推测,细胞壁 POD及 PAO途径产生的 H2O2 参与
AM真菌侵染烟草过程。
3摇 讨论
AM真菌与植物共生关系的形成依赖于二者之间进行的一系列信号传递,根系分泌物独脚金萌发素内
酯、分支因子、Ca2+、水杨酸和茉莉酸等信号分子参与多种植物与 AM真菌的共生过程[2鄄3,16]。 H2O2 是植物体
内广泛存在的一种信号分子,在植物生长发育和对环境的应答过程中起重要作用,本实验分别利用分光光度
法和荧光检测法测定了 AM真菌侵染烟草过程中 H2O2 水平的变化,发现在 G. m菌丝开始和烟草根部接触发
生侵染时(接种 20d 时)H2O2 的荧光强度显著增强,而 H2O2 清除剂 AsA 能够显著降低烟草侧根和菌丝中
9806摇 19 期 摇 摇 摇 刘洪庆摇 等:H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 摇
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图 5摇 SHAM和 DADD对共生过程中烟草侧根 H2O2 含量及菌根侵染率的影响
Fig. 5摇 Effects of SHAM and DADD on H2O2 level and colonization rate of tobacco in the symbiosis process of Glomus mosseae with tobacco
H2O2 荧光强度并抑制 AM真菌对烟草的侵染,表明 H2O2 在 AM真菌与烟草共生过程中起重要作用,H2O2 可
能是 AM真菌与植物共生信号转导链的重要成分,这与王彬等研究结果较一致[3]。 王彬等发现接种 AM真菌
的番茄根系中 H2O2 和一氧化氮(Nitric oxide,NO)等信号分子含量均有所增加[2];而又有实验显示,在与 AM
真菌共生的苜蓿和烟草等植物根部 H2O2 存在于肿胀或分枝程度低的菌丝附近,分枝程度高的菌丝附近无
H2O2 积累,认为 H2O2 可能与菌丝降解有关[9鄄10]。 由此推断,H2O2 在 AM真菌侵染植物的不同阶段具有不同
作用。 在共生关系成立前期,H2O2 可能是促进共生的信号分子,共生关系成立后,一定浓度的 H2O2 可能限
制菌丝扩展。 同时发现,在根瘤菌和豆科植物互作形成根瘤的过程,H2O2 亦可具有信号和生理功能,既可作
为成瘤因子的下游信号调控 rip1、Srprx1 等基因表达促进根瘤形成[8,17],也参与根瘤衰老解体等过程[18]。 综
合看来,无论是在调控植物生长发育还是参与植物与微生物的互作方面,H2O2 都具有双重作用。
业已证明,植物体内 H2O2 主要来源于 NADPH氧化酶、POD、PAO及其他途径[19鄄21],烟草与 AM真菌共生
过程中 H2O2 的来源如何? 用二氢若丹明 123(Dihydrorhodamine123,DHR123)染色法发现与 AM 真菌共生的
烟草根部的胞外菌丝及从体外培养的胡萝卜根部分离的菌丝和孢子中存在 H2O2,表明 AM 真菌可以产生
H2O2;而用 CeCl3 染色法的结果表明 H2O2 存在于根细胞质中,认为 H2O2 由根部产生[10]。 本文研究结果显
示,AM真菌与烟草共生过程中烟草侧根的 POD 和 PAO 活性先升高后降低的变化趋势与 H2O2 含量变化一
致,SHAM和 DADD能够显著降低烟草侧根中 H2O2 含量,削弱烟草侧根 H2O2 荧光强度,但对菌丝中 H2O2 荧
光强度无显著影响,这表明烟草根部是产生 H2O2 的重要部位,POD和 PAO途径是 H2O2 的重要来源;但亦不
能排除 AM菌丝通过其他途径产生 H2O2 的可能性。
本文研究表明 H2O2 参与 AM真菌与烟草共生早期的信号传递,烟草根部是产生 H2O2 的重要部位,PAO
和 POD参与烟草侧根 H2O2 的形成。 目前,AM 真菌与植物共生的分子生物学机理研究刚刚起步,各信号传
递组分在共生信号传递网络中的位置及相互作用有待进一步明确,信号传递网络有待完善,H2O2 在共生信号
传递中的作用机制需进一步明确。 分子生物学手段如敲除 H2O2 合成相关酶基因,基因沉默或 iRNA 干扰等
的应用将为 H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程提供遗传学和分子生物学的实验证据。 同时,AM 真菌能够
通过 Myc途径或非 Myc依赖途径诱导根系发生反应[22],Ca2+信使是 Sym 信号转导途径的关键组分[23],而在
植物的多种生理过程中 H2O2 与 Ca2
+信使之间存在相互作用[24鄄25],那么,Sym 途径在 AM 真菌与植物共生过
程中是否起调节作用? 其与 H2O2 的关系怎样? 尚需通过建立体外共培养技术结合真菌分子生物学技术,探
究 AM真菌与植物体共生过程中其本身发生的生理和分子机制,将会全面掌握 AM真菌与植物互作的机制。
致谢:感谢青岛农业大学刘润进教授对本文写作的帮助。
0906 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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1906摇 19 期 摇 摇 摇 刘洪庆摇 等:H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 19 October,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Assessment of monitoring methods for population abundance of Amur tiger in Northeast China
ZHANG Changzhi, ZHANG Minghai, JIANG Guangshun (5943)
…………………………………………
…………………………………………………………………
Changes of residents nitrogen consumption and its environmental loading from food in Xiamen
YU Yang,CUI Shenghui,ZHAO Shengnan, et al (5953)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Analysis of the meiobenthic community in the Pearl River Estuary in summer
YUAN Qiaojun, MIAO Suying, LI Hengxiang, et al (5962)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Community characteristics of phytoplankton in the coastal area of Leizhou Peninsula and their relationships with primary environ鄄
mental factors in the summer of 2010 GONG Yuyan, ZHANG Caixue, SUN Xingli, et al (5972)………………………………
Morphological differences in statolith and beak between two spawning stocks for Illex argentinus
FANG Zhou, CHEN Xinjun, LU Huajie, et al (5986)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Relationships between coastal meadow distribution and soil characteristics in the Yellow River Delta
TAN Xiangfeng, DU Ning, GE Xiuli, et al (5998)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Variation analysis about net primary productivity of the wetland in Panjin region WANG Liwen, WEI Yaxing (6006)………………
Mobilization of potassium from Soils by rhizobium phaseoli ZHANG Liang, HUANG Jianguo, HAN Yuzhu, et al (6016)……………
Autotoxicity of aqueous extracts from plant, soil of peanut and identification of autotoxic substances in rhizospheric soil
HUANG Yuqian, HAN Lisi, YANG Jinfeng, et al (6023)
……………
…………………………………………………………………………
Effects of shading on the photosynthetic characteristics and anatomical structure of Trollius chinensis Bunge
LV Jinhui,WANG Xuan, FENG Yanmeng, et al (6033)
…………………………
……………………………………………………………………………
Short鄄term effects of fire disturbance on greanhouse gases emission from hassock and shrubs forested wetland in Lesser Xing忆an
Mountains, Northeast China GU Han,MU Changcheng, ZHANG Bowen, et al (6044)…………………………………………
Plant species diversity and community classification in the southern Gurbantunggut Desert ZHANG Rong, LIU Tong (6056)…………
Effects of mixing leaf litter from Pinus sylvestris var. mongolica and Larix principis鄄rupprechtii with that of other trees on soil
properties in the Loess Plateau LI Qian,LIU Zengwen,MI Caihong (6067)………………………………………………………
Effects of long鄄term intensive management on soil ammonia oxidizing archaea community under Phyllostachys praecox stands
QIN Hua, LIU Borong, XU Qiufang, et al (6076)
…………
…………………………………………………………………………………
Hydrogen peroxide participates symbiosis between AM fungi and tobacco plants
LIU Hongqing,CHE Yongmei, ZHAO Fanggui, et al (6085)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between dominant arbor species distribution and environmental factors of shelter forests in the Beijing mountain
area SHAO Fangli, YU Xinxiao, ZHENG Jiangkun, et al (6092)…………………………………………………………………
Analysis of rhizosphere microbial community structure of weak and strong allelopathic rice varieties under dry paddy field
XIONG Jun, LIN Huifeng, LI Zhenfang, et al (6100)
……………
……………………………………………………………………………
Root distribution in the different forest types and their relationship to soil properties
HUANG Lin, WANG Feng, ZHOU Lijiang,et al (6110)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of silicon application on antioxidant system, biomass and yield of soybean under ozone pollution
ZHAN Lijie, GUO Liyue, NING Tangyuan, et al (6120)
………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of landfill leachate irrigation on soil physiochemical properties and the growth of two herbaceous flowers
WANG Shuqin,LAI Juan,ZHAO Xiulan (6128)
………………………
……………………………………………………………………………………
Nitrous oxide emissions affected by tillage measures in winter wheat under a rice鄄wheat rotation system
ZHENG Jianchu, ZHANG Yuefang, CHEN Liugen, et al (6138)
………………………………
…………………………………………………………………
Effects of different fertilizers on soil enzyme activities and CO2 emission in dry鄄land of maize
ZHANG Junli, GAO Mingbo, WEN Xiaoxia,et al (6147)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
The response of agro鄄ecosystem productivity to climatic fluctuations in the farming鄄pastoral ecotone of northern China: a case
study in Zhunger County SUN Tesheng, LI Bo, ZHANG Xinshi (6155)…………………………………………………………
The relationship between energy consumption and carbon emissiont with economic growth in Liaoning Province
KANG Wenxing,YAO Lihui,HE Jienan,et al (6168)
………………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution characteristics of potential fire behavior in Fenglin Nature Reserve based on FARSITE Model
WU Zhiwei, HE Hongshi, LIANG Yu, et al (6176)
……………………
………………………………………………………………………………
Chill conservation of natural enemies in maize field with different post鄄crop habitats
TIAN Yaojia, LIANG Guangwen, ZENG Ling, et al (6187)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Effect of population of Kerria yunnanensis on diversity of ground鄄dwelling ant
LU Zhixing, CHEN Youqing, LI Qiao, et al (6195)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Response of Parnassius apollo population and vertical distribution to climate warming
YU Fei,WANG Han,WANG Shaokun,et al (6203)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health: framework and method
PU Xinming,FU Mingzhu, WANG Zongling, et al (6210)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Seagrass meadow ecosystem and its restoration: a review PAN Jinhua,JIANG Xin,SAI Shan,et al (6223)……………………………
Nutri鄄toxicological effects of cyanobacteria on fish DONG Guifang, XIE Shouqi, ZHU Xiaoming, et al (6233)………………………
Effect of environmental stress on non鄄structural carbohydrates reserves and transfer in seagrasses
JIANG Zhijian,HUANG Xiaoping,ZHANG Jingping (6242)
………………………………………
………………………………………………………………………
Advances in ecological immunology XU Deli, WANG Dehua (6251)……………………………………………………………………
Scientific Note
The causes of spatial variability of surface soil organic matter in different forests in depressions between karst hills
SONG Min, PENG Wanxia, ZOU Dongsheng, et al (6259)
…………………
………………………………………………………………………
Characteristics of seed rain of Haloxylon ammodendron in southeastern edge of Junggar Basin
L譈 Chaoyan, ZHANG Ximing, LIU Guojun, et al (6270)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
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究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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第 32 卷摇 第 19 期摇 (2012 年 10 月)
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