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醉马草响应盐胁迫的根际微生物学机制

摘要醉马草(Achnatheruminebrians)是禾本科(Gramineae)芨芨草属(Achnatherum)多年生草本植物,主要分布在我国西北地区的干旱与半干旱天然草地。目前,关于醉马草耐盐的证据主要集中在生理层面、转录组学和代谢组学层面,缺少微生物学层面的证据。因此,本研究通过设置不同盐浓度(0mMNaCl、100mMNaCl、200mMNaCl)对醉马草幼苗进行处理。利用生理学方法确定盐胁迫对醉马草干重、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢(H2O2)含量、单线态氧(O2-)含量的变化规律;结合扩增子测序明确盐胁迫对醉马草根际细菌和真菌群落组成的变化规律以及盐胁迫对根际土壤养分酶活的影响;利用GC-MS分析盐胁迫对醉马草根系分泌物组成的变化规律,联合分析代谢组、微生物组和根际土壤的养分酶活深入解析醉马草响应盐胁迫的根际微生物学机制。主要研究结果如下:<br>  (1)200mMNaCl胁迫显著降低了醉马草叶和根的干重,显著增加了醉马草根的抗氧化酶活性和MDA、O2-、H2O2的含量。200mMNaCl胁迫显著增加了醉马草根际土壤硝态氮(NN)和土壤全磷(TP)含量、减少了速效氮(AN),降低了土壤pH值。200mMNaCl胁迫显著抑制了根际土壤蔗糖酶(Invertase)、过氧化氢酶(Catalase)、碱性磷酸酶(Alkalinephosphatase)和脲酶(Urease)的活性。<br>  (2)盐胁迫对醉马草根际细菌群落的Shannon指数和Chao1指数并无显著影响,但显著影响了根际细菌(ANOISM:R2=0.364;P=0.001)和真菌(ANOISM:R2=0.382;P=0.001)的群落组成。不同NaCl浓度下,醉马草根际细菌群落的优势门主要包括:放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi);真菌群落的优势门是子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。200mMNaCl胁迫增加了根际厚壁菌门(Firmicutes)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度。0mMNaCl处理下,根际细菌群落中有显著差异的分类单元有2门(Acidobacteriota和Bacteroidota)和6属,根际真菌群落中有显著差异的分类单元有3属;200mMNaCl处理下,根际细菌群落中有显著差异的分类单元有2门(Firmicutes和Fibrobacterota)和7属,根际真菌群落中有显著差异的分类单元有1属(Metarhizium)。盐胁迫改变了醉马草根际细菌和真菌的共网络结构,Actinobacteriota和Proteobacteria均位于不同浓度NaCl处理下根际细菌网络的中心,贡献率分别达到了32%和24%以上,而Ascomycota和Basidiomycota均位于不同浓度NaCl处理下根际真菌网络的中心,贡献率分别达到了62%和19%以上。200mMNaCl胁迫降低了根际细菌群落的网络节点和边数,但增加了根际真菌群落的网络节点和边数。Mental分析发现,盐胁迫下根际土壤pH以及Invertase显著影响了根际细菌群落的组成,但是根际土壤理化性质并没有显著影响根际真菌群落的组成。<br>  (3)盐胁迫显著影响了醉马草根系分泌物的组成。100mMNaCl处理增加了醉马草3个根系差异分泌物。200mMNaCl处理显著增加了37个根系差异分泌物的含量。外源添加N-乙酰-半乳糖苷(N-Acetyl-D-galactosamine)改善了醉马草在盐胁迫下的生长,表现为:与100mMNaCl处理相比,N-乙酰-半乳糖苷增加了100mMNaCl条件下醉马草的鲜重,并增加了醉马草的K含量,减少了Na含量。<br>  综上所述,本研究初步探明了盐胁迫下醉马草通过调节抗氧化酶的活性、根际土壤养分与酶活性的变化、根际细菌和真菌群落结构的变化,以及影响醉马草根系分泌物的组成改善了醉马草在盐胁迫下的生长。为深入认识醉马草耐盐性的机制提供了根际微生物学层面的证据,也为治理、综合利用盐渍化土地提供科技支撑。

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导师 王剑峰
分类号 Q945.78
发布时间 2024-11-01(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)
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