低磷诱导松乳菇外生菌根际分泌物与碳分配研究

Lactarius deliciosus is a valuable edible mycorrhizal mushroom, and mainly have symbiosis relationship with Pinaceae. It is the first agarics cultivated in large scale using mycorrhizal techniques around the world. Yunnan Province is one of the main producting area of L.deliciosus in China, while a large proportion of Yunnan’s forest soil is red soil, which contains high content of Fe and Al but low concentration of plant available phosphorus (orthophosphate, Po). Low Po will limit plants growth and thus their eco-function and mushroom-yield. Root exudates (including low molecular weight carboxylates, amino acids, phosphatases etc) can mobilize both organic and inorganic phosphorus, hence increase the concentration of rhizosphere plant available phosphorus. Moreover, root exudates play an important role in assembling rhizosphere microbial community. However, the exudates of L.deliciosus ectomycorrhizas and their physiological roles in response to low phosphorus availability remain unclear. This project aims to analyze ectomycorrhizosphere exudates of L.deliciosus associated pine and study the physiological roles of these exudates. Meanwhile, molecular mechanisms underlying root exudates and carbon allocation of L.deliciosus ectomycorrhiza under low phosphorus availability will also be explored in this study. The obtained information may serve as reference for guiding selection of pine – L.deliciosus associate combination, and establishing L.deliciosus plantation in phosphorus barren area.

松乳菇是一种名贵菌根型食用菌，主要与松科植物形成菌根关系，是全球首个通过菌根技术实现规模化人工培育的伞菌。云南是我国松乳菇的主要产地之一，云南森林土壤多为富含铝铁的红壤，植物可吸收磷含量较低，低磷限制林木生长进而影响松乳菇的产量。植物根系分泌物（如有机酸、酸性磷酸酶等含碳分子）对增加土壤可利用磷含量起着重要作用，根际分泌物也影响着根际微生物群落形成。松乳菇菌根在低磷条件下的分泌物及其对宿主植物磷吸收和根际微生物群落塑造等相关研究十分缺乏。本项目以松乳菇外生菌根为研究对象，分析不同菌株与松树组合在低磷条件下根系和菌根分泌物动态变化；探究其对根际微生物群落和宿主植物磷吸收和生长的影响；初步探讨低磷诱导的外生菌根碳分泌分配的分子和代谢基础。从而揭示松乳菇菌根适应低磷环境的生理机制，为后期松乳菇-松树共生组合筛选及在磷贫瘠地区建立种植园提供科学依据。

有关松乳菇外生菌根碳分泌及其对宿主植物生长发育和养分吸收以及根际微生物群落结构塑造的研究仍较少，限制了对外生菌根功能的理解和松乳菇人工生态培育的发展。本项目以松乳菇外生菌根为主要研究材料，运用代谢、转录、扩增子高通量测序等方法首先分析了低磷条件下松乳菇外生菌根合成过程中碳分泌组分与含量的动态变化；接着初步解析碳分泌的分子与代谢基础，并筛选松乳菇菌根合成过程中显著差异变化代谢成分，验证了外源添加其中一种成分—视黄醇对松乳菇外生菌根合成的影响；最后在低磷土壤野外种植园研究了松乳菇外生菌根对宿主植物生长发育、养分吸收和根际微生物群落结构的影响。结果发现：（1）松乳菇外生菌根碳分泌以有机酸（含氨基酸）为主，且随着菌根发育分泌量呈减少趋势；（2）菌根发育过程中根系组织基因表达变化主要富集在芳香族氨基酸代谢、抗坏血酸、脂肪酸、糖类、胡萝卜素代谢等途径，显著差异代谢产物有甘露醇、奎宁酸、莽草酸、马来酸、视黄醇/酸、油酸等成分；（3）外源添加视黄醇可以增加松乳菇外生菌根根尖直径、但是降低菌套厚度，并促进宿主植物磷吸收；（4）野外种植园条件下，松乳菇外生菌根的维持可能与当地本土优势外生菌根真菌的种类有关（比如乳牛肝菌 Suillus不影响松乳菇菌根的维持，但是红菇 Russula可能导致松乳菇菌根消失），松乳菇外生菌根不影响宿主植物长势与养分吸收，以及根际细菌群落结构，但显著改变菌根内细菌群落结构。以上研究结果有助于理解植物-真菌互惠共生过程中的碳分泌分配机制（即植物的碳效益权衡策略减少碳分泌从而向真菌提供更多碳源以维持互惠共生关系），及其对根际微生态尤其是细菌群落结构的影响；同时，对在云贵土壤贫瘠山区选址建立松乳菇种植园及通过外源添加视黄醇提高移栽前菌根苗质量有一定的指导意义和应用价值。本研究也为后续深入研究植物-真菌碳交换和互惠共生的作用机制以及植物-真菌-细菌互作奠定了良好基础。