盐地碱蓬内生菌与植物互作提高植物非生物胁迫抗性机制研究

Suaeda salsa, an important enhalophyte, is native to saline soils and adapted to the extreme salt-alkali region. At present, research about its endophyte has received little attention. Plant endophyte in extreme habitat plays an important role in enhancing plant resistance to abiotic stress. It is necessary to study endophyte of S. salsa whether and how to improve the capacity of plant to resist abiotic stress. Oryza sativa (a model plant of poaceae) is used as tested materials. Current study is designed to research the interaction of endophytes with plant and the interrelationship of plant with mineral nutrient availability. The emphasis of this work will focus on the mechanism of endophyte growth promotion，the effect of infected endophytes on plant under abiotic stress (salt-alkali, water and heavy metal stress), and the influence of root exudates on mineral nutrient availability. The change of endophyte metabolism, response of photosynthesis and fluorescence, hormone metabolism, ionome, osmotic regulation, defense enzyme activity, and signal transduction will be tested by physiological and biochemical means. Resistance-related genes and DNA methylation will also be analyzed by molecular biological techniques. S.salsa endophytes and plant interaction improving the resistant mechanism of plant to abiotic stress will be clarified by comparing the different responses between infected and non-infected plant. The research will enrich the perception of micro-physiological ecology, and provide scientific foundation and basic data for plant adapting to adverse environment.

盐地碱蓬是重要的真盐生植物，能够生长在极端盐碱环境中，目前对其内生菌的研究相对薄弱。极端生境植物内生菌对提高植物抗性有重要作用，对盐地碱蓬内生菌能否及如何提高植物非生物胁迫抗性有待深入研究。本项目以禾本科模式植物水稻为材料，以盐地碱蓬内生菌与植物相互作用和植物与矿质养分有效性的相互影响为突破点，重点围绕内生菌促进生长机制、接种内生菌对植物非生物胁迫（重点关注盐碱、水分、重金属胁迫）抗性的影响及植物根系分泌物对矿质养分有效性改变等内容，应用生理生化方法分析内生菌代谢变化以及植物光合荧光响应、激素代谢、离子组分析、渗透调节、防御酶活性及信号转导等变化，应用分子生物学方法分析抗性相关基因和DNA甲基化变化，通过对比接种与未接种内生菌植物的差异响应，阐明内生菌与植物互作提高植物非生物胁迫抗性的机制。本项目的研究丰富了植物微生理生态的科学内涵，为植物适应不良环境提供科学依据和基础数据。

植物进化适应各种生物和非生物胁迫最成功的策略是能够与微生物形成互惠共生体。极端生境植物内生菌在提高植物抵抗生物和非生物胁迫过程中起着重要作用。本项目从极端生境盐地碱蓬中筛选促生、诱抗植物内生菌，以禾本科模式植物水稻为材料，整合研究内生菌促进水稻生长机制、接种内生菌对水稻非生物胁迫（重点关注盐碱、水分、重金属胁迫）抗性的影响及植物根系分泌物对矿质养分有效性改变等内容。研究结果表明，（1）从健康碱蓬植株的根、茎、叶分离出138株内生菌，对其中具有促生效果的19株菌株的培养条件进行优化，同时对菌株进行形态和分子生物学鉴定；对碱蓬内生真菌JP4-1等几种主要诱抗促生菌株进行促生活性产物分析；将绿色荧光蛋白（gfp）基因转入到JP4-1中并检测菌株在水稻幼苗中的定殖情况。（2）内生菌接种后会定殖在水稻幼苗的根、茎、叶中，改变水稻幼苗生长代谢，促进水稻生长、发育。（3）接种内生菌在一定程度上提高非生物胁迫下水稻抗氧化能力（包括抗氧化酶活性和抗氧化剂含量），降低了胁迫造成的氧化伤害（活性氧含量），在很大程度上减小水稻的膜脂过氧化程度，从而维持细胞膜的稳定性。（4）接种内生菌后非生物胁迫下水稻叶绿素含量明显提高，光合能力增强，同时光系统II的稳定性、光化学转换能力等受破坏情况均得到缓解。（5）内生菌在非生物胁迫条件下可以通过调节水稻内源激素（包括生长素、赤霉素、脱落酸、水杨酸等）平衡、有机酸（苹果酸、柠檬酸、乳酸、草酸、富马酸、琥珀酸、酒石酸、乙酸）合成及分泌、根系吸收矿质元素（包括大量和微量元素）等缓解水稻所受伤害，增强水稻对非生物胁迫的抗性；初步揭示了水稻内生菌互作通过内源激素、活性氧信号以及转录因子等相互连通，构建水稻抵御非生物胁迫的防御网络；接种内生菌水稻抵抗不同非生物胁迫具有许多相似的机制。本项目的研究为利用内生菌提高植物胁迫抗性提供理论依据，也为全面、深入认识植物、微生物与环境之间的关系提供一条新的途径。