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Effects of Glomus versiforme on active oxygen metabolism of Poncirus trifoliate under iron deficiency and heavy bicarbonate stress

缺铁和过量重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对枳活性氧代谢的影响



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 30(5):661— 665 2010年 9月
缺铁和过量重碳酸盐胁迫下丛枝菌根
真菌对枳活性氧代谢的影响
王明元1,夏仁学2
(1.华侨大学 化工学院生物工程与技术系,福建 厦门 361021;2.华中农业大学
园艺植物生物学教育部重点实验室,武汉 430070)
摘 要:采用盆栽沙培试验,研究了缺铁处理及重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌地表球囊霉对枳实生苗抗活性
氧系统的影响。试验结果表明 ,在缺铁以及重碳酸盐胁迫处理下,丛枝菌根真菌显著提高了枳 叶片和根系中
可溶性蛋白含量 、超氧化物岐化酶活性、过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性,明显增强了叶片类胡萝 卜素含
量,显著降低了枳叶片和根系中的丙二醛含量 ,增强了枳 自身防御能力 ,减少 了胁迫对枳细胞膜的伤害。
关键词:丛枝菌根真菌 ;活性氧代谢;枳实生苗 ;重碳酸盐
中图分类号:$666 文献标识码 :A 文章编号:1000—3142(2010)05—0661—05
Effects of Glomus versiforme on active oxygen
metabolism of Poncirus trifoliate under iron
deficiency and heavy bicarbo nate stress
WANG Ming-Yuan1。XIA Ren-Xue2
(1.Department of Bioengineering and Biotechnology,College of Chemical Engineering,Huaqiao
University,Xiamen 361021,China;2.Key Laboratory of Horticultural Plant Biology,
MinistryofEducation,HuazhongAgricultural University,Wuban 430070,China)
Abstract:Efects of protective or defensive system on trifoliate inoculated arbuseular mycorrhizal fungus,Glomus优r-
siforme,were investigated on sand culture under iron deficiency and bicarbonate stress.The results sho wed that the
soluble protein contents and the SOD,POD and CAT activities of root or leaf were significantly higher in mycorrhizal
plants than that in non-mycorrhizal plants under iron deficiency and bicarbonate stress.Additionally,carotinoid con-
tents in leaves were enhanced and malindialdehyde contents in both leaves and roots were significantly decreased,
which suggested that the arbuscular mycorrhizal fungus G.versiforme was able to enhance the defensive ability of
plant itself tO avoid harm on cels of trifoliate.
Key words:arbuscular mycorrhizal fungus;active oxygen metabolism;trifoliate orange(Poncirus trifoliata);bicar—
bonate
丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是
土壤中广泛存在的一类真菌(刘润进等,2000;Shar—
rock等 ,2004)。AM 真菌侵染植物根系后 ,产生大
量的菌丝,促进植物体对营养元素的吸收(葛均青
收稿 日期:2009—06-18 修回日期 :2OlO—O2-.9 .
基金项目:国家科技部促进三峡移民开发专项(2003EP090018,2004EP090019);华侨大学科研基金(08BS410)[Supported by the Science and
Technology Exploitation Special Item for Three-Gorges M igrants.Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China
(2003EP090018,2004EP090019);the Science foundation of Huaqiao University(08Bs410)]
作者简介:王明元(1980一),男,山东枣庄人 ,博士,主要从事菌根共生机理研究,(E-mail)mywang@hqu.edu.an。
通讯作者(Author for correspondence)
662 广 西 植 物 3O卷
等 ,2002;陈宁等 ,2003);提高植物体抗性 (Diedhiou
等,2003)i减少逆境胁迫对植物体的伤害(Sylvia&
Wiliams,1992)。植物体产生的活性氧主要有单线
态氧(O )、过氧化氢(H2Oz)、羟 自由基 (·OH)、超
氧自由基(OD,其抗氧化系统主要有酶性与非酶性
防御 系统。酶性 防御 系 统包 括超 氧化 物歧 化 酶
(s0D)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、单
脱氢抗坏血酸还原酶(MDHA)等 ;非酶性系统主要
有可溶性蛋 白、类胡萝 卜素、抗坏血 酸、VE、还原型
谷胱甘肽等(王 中英 ,2000;陈立松等,2003)。植物
在正常生长环境下 ,活性氧 的产生和抗氧化系统处
于平衡状态,因此,植物体不受活性氧的伤害(姚伟
等,2007)。一旦植物体受到干旱、高温、盐渍、UV-B
辐射等环境胁迫时,其活性氧和清除平衡体系即被
打破(罗丽琼等,2008)。有关 AM真菌对宿主植物
在环境胁迫下抗氧化能力的影响已有报道。冯固等
(2000)利用盆栽试验模拟盐胁迫环境,研究表明,菌
根化玉米叶片超氧化物歧化酶活性和根系活力明显
提高。杨晓红等(2005)证实,高温条件下,接种 AM
真菌的枳其 POD活性显著增强,MDA含量下降。
积最适宜的土壤 pH范围为 5.5~6.5,是我国
柑橘生产上应用广泛的一种砧木。在我国部分地
区,土壤中钙以及重碳酸盐含量过高,常常引起柑橘
缺铁黄化问题 。基于此,本试验以枳(Poncirus tri—
foliata)实生苗为试验材料,利用沙培技术模拟土壤
缺铁与重碳酸盐环境,研究 AM真菌对枳实生苗保
护系统的影响,以揭示 AM 真菌在重碳酸盐土壤中
对柑橘缺铁的作用,为解决生产上柑橘缺铁黄化问
题提供参考。
1 拣 与贺法
1.1材料
河沙洗净,过 2 mm筛。将河沙与珍珠岩(v/v,
1:1)浸泡在 1 mol/L盐酸溶液中,48 h后取出;自来
水冲洗后,清水浸泡 48 h,去除过量氯离子,然后蒸馏
水冲洗干净。将基质在 121~126℃高压湿热灭菌 2
h,取出,混合均匀,装在上口直径 20 cm,下底直径 14
cm,高 18 cm的黑色套袋塑料盆里,每盆 3 kg。
供试丛枝菌根真菌为地表球囊霉(Glomus ver—
si
.厂0rme),由北京市农林科学院植物营养与资源研
究所“中国丛枝菌根真菌种质资源库(BGC)”提供,
编号BJO3,每1O毫升菌剂含 7 045个孢子。采用层
播法,每盆接种菌剂 2O g。
2005年 12月 15日,选择籽粒饱满的枳壳种
子,自来水冲洗干净,75 的酒精浸泡 i0 min,蒸馏
水冲洗 3~4次,然后将种子铺在湿润滤纸上,恒温
培养箱26℃催芽。2周后,将已萌芽枳种子播种于
塑料盆中,每盆 1O棵,转移至温室,控制白天/夜闯
温度 25/15℃,每两天浇一次 200 mL蒸馏水,一个
月后,定苗至 6棵/盆 ,每盆施浇 200 mL霍格兰营
养液(去铁),隔天浇一次。2006年 6月 2O号,枳实
生苗开始出现缺铁黄化症状,试验处理开始。
1.2试验设计
试验采用双因素设计。因素一有两个处理:不
接种与接种 AM 真菌(采用层播法,每盆接种菌剂
2.1 mL,约 l 488个孢子)。因素二有 4个处理:营
养液 (1),去铁 霍 格 兰 营 养 液 +铁 5O/Lmol/L
(pH6.0),作对照处理(CK(pH6.O));营养液(2),去
铁霍格兰营养液(pH6.O),简称缺铁(pH6.O);营养液
(3),去铁霍格兰营养液+铁 25 tsmol/L+0.5 g/L
CaCO3+15 mmol/L NaHC03(pH7.O),简称 CaCO~
(pH7.0);营养液(4),去铁霍格兰营养液+铁 25
/~mol/L+ 0.5 g/L CaCO3+ 30 mmol/L NaHCO~
(pH8.O),简称 CaCO (pH8.O)。双因素共8个处理
组合,每处理组合重复 6次。霍格兰营养液中,铁以
EDTA—Fe形式提供。1个月后,收获植株待测。
I.3试验方法
丛枝 菌根 侵染 率依 照 Philip 8L Hayman
(1970)的方法,菌根侵染率( )=丛枝菌根感染根
段长度/检查根段总长度 ×100%。取鲜样 加入
pH7.8的磷酸缓冲液,冰浴研磨,匀浆转入离心管,
4 000 r/rain离心 10 min,上清液用于保护系统的测
定;可溶性蛋白质、SOD、POD、类胡萝 卜素和丙二
醛(MDA)的测定依据李合生 (2000)的方法。CAT
活性的测定采用 Cakmak& Marschner(1992)法。
所有数据运用 SAS软件 ANOVA过程进行处理间
的差异性检验,采用 LSD法作多重比较;运用GLM
过程作交互作用双因素的差异显著性测验,DUN—
CAN法作多重比较。
2 结果与分析
2.1菌根侵染率
沙培试验中,未接种 AM真菌的枳根系没有侵
染;接种处理的,随着缺铁以及重碳酸盐胁迫的加
5期 王明元等:缺铁和过量重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对枳活性氧代谢的影响 663
重,pH值由 6.0逐渐升高到 8.0,但是根系侵染率
由 72.44%逐渐下降到 6O.1O (表 1)。说 明本试
验中高钙与高重碳酸盐引起的 pH的升高,降低了
菌根的侵染率。
表 1 枳实生苗菌根侵染状况
Table 1 AM fungal colonization of P.tri foliata seedlings
处理 CK 缺铁 CaCO3 CaCOs
Treatments(pH6.O)(pH6.O)(pH7.0)(pH8.0)
侵染率( ) AMF 83.18a 72.44ab 66.06b 60.1Ob
Colonization NMF 0c 0c 0e 0c
不同小写字母表示差异显著(LSD分析,P<0.05);AMF,接种
AM 真菌 ;NMF,未接种 AM 真菌。
Different smal1 letters mean significant difference at 0.05 1evel
(LSD analysis);AMF,inocutated arbuseular mycorrhiza1 fungi;
NMF,uninoculated arbuseular mycorrhiza1 fungi.
2.2 AM真菌对枳保护性酶系统的影响
在各个处理中,AM 真菌显著或极显著提高了
叶片和根系中 S0D、P0D和 CAT的活性 ,说明 AM
真菌提高了枳对重碳酸盐胁迫的酶保护能力 ,缓解
了胁迫对枳细胞膜的伤害(表 2)。
缺铁 (pH6.0)处 理 中,接 种 AM 真 菌的植 株
SOD含 量 高 于 未 接 种 的 ,但 是 差 异 不 显 著 ;在
pH7.0及 pH8.0的重碳酸盐胁迫下 ,与未接种处理
相 比,接种 AM 真菌的 叶片 S0D的活性分别提高
了 26.3O 和 21.62 ,根 系 SOD的活性分别提高
了 4.47 和 18.69 ;而且,随着重碳酸盐胁迫的加
重 ,接种与未接种的植株叶片和根系的 SOD活性逐
渐下降,说明尽管植株具有应对外界不 良环境胁迫
的能力 ,但是随着环境胁迫的加重和时间的延长,植
株 自身的保护性能力也逐步下降。
缺铁(pH6.0)处理中,接种与未接种处理生物根
系 POD含量差异显著 ;在 pH7.0及 pH8.0的重碳酸
盐胁迫下,与未接种处理相 比,接种 AM真菌的叶片
POD的 活性 分别 提高 了 6.40 和 25.52 ,根 系
POD的活性分别提高了27.35 和22.24 ;而且,重
碳酸盐胁迫下,接种与未接种 AM真菌的 POD含量
差异显著,但随着重碳酸盐胁迫的加重,接种与未接
种的植株叶片和根系的POD活性逐渐下降。
在 pH7.0及 pH8.0的重碳酸盐胁迫下 ,与未
接种处理相 比,接种 AM 真菌的叶片 CAT的活性
分别提高 了 49.93 和 39.41 ,差异性显著 ;根系
CAT的活性分别提高 了 12.96 和 15.39 ,但是
随着重碳酸盐胁迫的加重,接种与未接种的植株叶
片和根系的CAT活性也逐渐下降。
表 2 AM 真菌的侵染对枳实生苗 SOD、POD及 CAT的影响
Table 2 Effects of AM fungi on the activities of SOD.POD and CAT of Poncirus trifoliata seedlings
2.3 AM 真菌对枳保护性非酶系统的影响
由表 3看出,AM 真菌显著或极显著提高了植
株可溶性蛋 白和类胡萝 卜素的含量。叶片和根系中
可溶性蛋 白含量最高分别为 25.15 mg·g- 和 7.O9
mg·g- ,与未接种的相 比,分别提高了 3.71 和
27.52 。重碳酸盐(pH8.O)处理下,接种与未接种
的根系可溶性蛋白的含量达到显著性差异。类胡萝
卜素 的含量较未接种的有显著提高 ,接种处理的最
高含量达到了 0.38 mg·g- ,比未接种处理 的提高
了 35.71%,其最低增幅也高达 1O.71 。试验结果
表明,接种 AM 真 菌后 ,植株可溶 性蛋 白以及类胡
萝 卜素等非酶性保 护系统 的含量有明显提高 ,加强
了植株抵御外界重碳酸盐胁迫的能力,降低了植株
受到的重碳酸盐伤害 。
2.4 AM 真菌对枳丙二醛含量的影响
接种 AM 真菌明显降低了枳实生苗叶片中丙
二醛的含量 ,并且在对 照处理 中,达 到了显著性差
异;在 pH7.0及 pH8.0的重碳酸盐胁迫下 ,接种处
理的植株 叶片丙二醛 含量分别 降低 了 15.67 和
16.80 ,达到差异显著(图 1)。未接种处理的根系
丙二醛含量 明显高于接种处理的(图 2)。在 pH7.0
及 pH8.0的重碳酸盐胁迫下 ,接种处理的植株叶片
664 广 西 植 物 3O卷
丙二醛含量分别降低了 19.2O 和 19.36 ,与未接
种处理差异显著。由此可见,接种 AM 真菌降低了
由活性氧代谢产生的丙二醛含量 ,增强了植株抗氧
化能力 。
表 3 AM 真菌的侵染对枳实生苗可溶性
蛋白及类胡萝 卜素的影响
Table 3 Effects of AM fungi on the contents of soluble
protein and carotinoid of Poncirus trifoliata seedlings
菌根状况 加铁状况
AMF status Iron status
可溶性蛋 白含量
Soluble protein 类胡萝 素
contents(mg·g-1)Carotinoid
— ‘ g‘
cK 缺铁 CaC03 Cat03
(DH 6.0) (pH 6.0) (pH 7.0) (pH 8.0)
图 1 AM 真菌对枳实生苗叶片
丙二醛(AMF)含量的影响
Fig.1 Effects of AM fungi on the contents of MDA
in leaves of Poncirus trifoliate seedlings
3 讨论
本试验结果表明,接种 AM 真 菌,枳根 系出现
侵染现象,最高达到 83.18%,但是重碳酸盐处理抑
制了菌根的生长,这也是 AM 真菌对环境的一种适
应性反应(王桂文等,2003)。
植物在逆境条件下,体内会产生大量的活性氧。
这些物质会引起膜脂过氧化,增加植物体细胞膜透
性,产生毒性物质(如丙二醛等),进一步伤害细胞膜。
因此打破了植物体内保护系统平衡 ,植物的抗氧化系
统开始增强。本研究表明,在重碳酸盐引起的铁胁迫

0
蔷一:3-


cK 缺铁 CaCO~ CaCO~
(pH 6 0) (pH 6.O) (pH 7.0) (pH 8.0)
图 2 AM 真菌对枳实生苗叶片
丙二醛(NMF)含量的影响
Fig.2 Effects of AM fungi on the contents of MDA
in leaves of Poncirus trifoliate(Not)seedlings
下,接种AM真菌显著或极显著提高了枳实生苗酶性
保护系统(如SOD、POD、CAT)和非酶性保护系统(如
可溶性蛋白、类胡萝 卜素),同时显著或极显著降低了
叶片和根系中的丙二醛含量,清除了枳体内产生的大
量活性氧物质和次代谢物质(如丙二醛),缓解重碳酸
盐胁迫对枳的伤害。其结果进一步说明AM真菌能
够提高枳对逆境胁迫的防御保护能力,更有效的减少
植物体内超氧阴离子、羟自由基等活性氧成分,减轻
胁迫对细胞膜的伤害。这与前人的研究结果一致
(Ruiz-Lozano等,1996;Garmendia等,2006;齐 国辉
等,2006)。另外,吴强盛等(2005)试验也表明,水分
胁迫下,AM真菌显著提高枳实生苗的S0D和 CAT
等活性,进而提高植株抗旱性 。
柑橘菌根是内生菌根,其根系在栽培条件下,一
般不生或很少产生根毛,主要依靠与其共生的真菌
进行吸收活动,形成一种特殊的共生现象。而 AM
真菌恰恰属于这类内生菌根,可能是 AM真菌影响
了柑橘的物质代谢,进而产生生物活性物质(如生物
碱、激素等)来改变和刺激植株的生理生化特性。另
外 ,不同的砧木可 以明显 影响植株 叶片 S0D、POD
活性(周开兵 等,2004)。本 试验证实,接种 AM 可
以明显提高砧木枳 的抗氧化能力 ,改善高钙和重碳
酸盐引起的柑橘缺铁问题。王明元等(2008)试验证
实接种 AM真菌能够提高重碳酸盐胁迫下枳实生
苗生物量,改善植株铁营养,因此 AM 真菌在实际
生产中可能有很大的应用价值。
参考文献 :
王中英.2000.果树抗旱生理[M].北京:中国农业出版社 :118-122
刘润进 ,陈应龙.2007.菌根学[~q.北京:科学出版社:1—4O4
8 7 6 5 4 3 2 f 0
8 6 4 2 0 8 6 4 2 0
一l_ 10卓善一
∞0>Ba一 。 0 oo 《o王
5期 王明元等:缺铁和过量重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对枳活性氧代谢的影响 665
李合生.2000.植物生理生化实验原理和技术 [M].北京 :高等
教育出版杜 :1—278
陈立松 ,刘星辉.2003.果树逆境生 理[M].北 京:中国农业出
版社:45—7O
Cakmak I,Marschner H. 1992.Magnesium deficiency and high
light intensity enhance activity of superomde dismutase,ascorbate
peroxidase,and glutathione reductase in bean leaves[J].Plant
Physiol,98:1 222— 1 227
Chen N(陈宁),Wang Ys(王幼珊),Li XL(李晓林),et a1.2003.
The effects of cultivated densities of host plant on the develop—
ment of arbuscular mycorrhizal fungi(宿主植物栽培密度对 AM
真菌生长发育的影响)I-J].Mycosystema(菌物系统),22(1):
88— 94
Diedhiou PM ,Halmann J,Oserke EC,以a1.2003.Effects of ar—
buseular myeorrhizal fungi and a non-pathogenic Fusarium oxys-
porum on Meloidogyne incognita infestation of tomato[J].My—
corrhiza,13:199— 204
Feng G(冯固),Bai DS(白灯莎),Yang MQ(杨茂秋),eta1.2000.
Influence of inoculating arbuscular mycorrhizal fungi on growth
and salinity tolerance parameters of maize plants(盐胁 迫下 AM
真菌对玉米生长及耐盐生理指标的影响)EJ].ActaAgron Sin
(作物学报),26(6):743-750
Garrnendia I,Aguirreolea J,Goicoechea N 2006.Defenee~related
enzymes in pepper roots during interactions with arbuscular my—
corrhizal fungi and/or Verticillium dahliae[J].Bio Control,15:
293— 310
Ge JQ(葛均青),Yu XC(于贤 昌),Wang ZH(王竹红).2002.
Effects of VAM on plant mineral nutrition(YAM 对植物矿质营
养的效应)[J].Soils(土壤),13(6):337—343
Herndndez G.Cuenca G.Garcia八 2000.Behaviour of arbuscular-
mycorrhizal fungi on Vigna luteola growth and its effect on the
exchangeable(。2P)phosphorus of soil[J].Biol Fertil Soils,31:
232— 236
Luo LQ(罗丽 琼),Chen ZY(陈 宗瑜 ),Zhou P(周 平),et a1.
2008.Efects of the low latitude and high elevation region’s
UV-B radiation on the content of MDA and soluble protein of
the Primula(低纬高原地区 UV-B辐射对报春花丙二醛、蛋白
质含量的影响)[J].Guihaia(广西植物),ZS(1):13O一135
Phillips JM 。Hayman DS.1970.Improved procedures for clearing
rots and stainng parasitic and vesicular—arbuscu1ar mycorrhizal
fungi for rapid assessment of infection[J].Trans Br Mycol Soc,
55.】58— 1 6】
Qi GH(齐国辉),Li BG(李保国),Guo SP(郭素萍),et a1.2006.
Efleets of arbuscular mycorrhizal fungi on water condition,activi—
ties of protective enzymes and peroxidation of membrane lipid of
Diospyroslotus(AM 真菌对君迁子水分状况、保护酶活性和膜
脂过氧化的影响)[J].J Agric Univ Hebei(河北农业大学学
报),29(2):22—25,41
Ruiz-Lozano JM ,Af~on R,Palma JM.1996.Superoxide dismutase
activity in arbuscular mycorrhizal Lnc “cn sativa plants subjected
to drought stress[J].NewPhytol,134:327—333
Sharrock RA,Sinclair FL,Gliddon C,eta1.2004.A global aSSeSS—
ment of mycorrhizal fungal populations colonizing Tithonia di—
versifolia using PCR techniques[J].Mycorrhiza,14:1O3—1O9
Sylvia DM。Wiliams SE. 1992.Vesicular-arbuseular mycorhizae
and environmental stress[J].ASA Spec Pub,s4:1O1—124
Wang GW(王桂文),Li HY(李海鹰),Sun WB(孙文波).2003.
Primary study on arbuscular mycorrhizas of mangrove in Qinzhou
Bay(钦州湾红树林丛枝菌根初步研究)[J].Guihaia(广西植
物),23(5):445—449
Wu QS(吴强 盛),Xia RX(夏 仁学),Hu Zj(胡 正嘉).2005.
Efects of arbuscular mycorrhiza on drought tolerance of Poncir-
us trifoliate(bh枝菌根对枳实生苗抗旱性的影响研究)[J].
C ,z J Appl Ecol(应用生态学报),16(3):459—463
Yang XH(杨晓红),Zeng B(曾斌),Li XG(李新 国),et a1.2005.
The effects of inter-species difference of arbuscular mycorrhizal
fungi on growth and heat-resistant of trifoliate(Poncirus trifoli—
ate)seedlings(AM 真菌种间差异对枳壳 生长及耐热性效应的
研究)[J].ActaMycol Sin(菌物学报),24(4):582—589
Yao W (姚 伟),Duan zz(段 真珍 ),Chen YQ(陈义强 ),et a1.
2007.Efects of virus infection on the photosynthetic rate and
reactive oxygen metabolism of transgenie sugarcane with SCM 、r-
CP gene(病毒侵染对转 S( MV—CP基因甘蔗光合速率和活性
氧代谢的影响)[J].Guihaia(广西植物),1:95—99
Zhou I(B(周开兵),Guo ww(郭文武),XJa RX(夏仁学),et a1.
2004.Studies on the utilization potential of two somatic hybrid
rootstocks and the biochemical mechanism of rootstock-sdon in—
teraction(两种柑橘体细胞杂种砧木利用价值和砧穗互作生化
机制的探讨)[J].Acta Hort Sin(园艺学报),31(4):427-432
Wang MY(王明元),Xia RX(夏仁学),Wang YS(王幼珊),et a1.
2008.Efects of arbuseular mycorrhizal fungi on growth of Ponci—
trz‘foliate seedlings under iron deficiency and heavy bicarbonate
stresses(缺铁和过量重碳酸盐胁迫下丛枝菌根真菌对枳生长的
影响)口].Acta Hort Sin(园艺学报),35(4):469-474
发表于本刊 2010年第 4期 的《贵州梵净山生物圈保护区兰科植物区系特征》一文,由于编排出错,需作
如下更正 :
P471作者“俞理飞”更正为“喻理飞”
谨在此对作者表示歉意。
《广西植物》编辑部