菌根提高灌木铁线莲在内蒙古大青山干旱石质阳坡生态适应机制研究

There is a plant with indomitable vitality in the arid- stony slopes of Daqingshan mountain, Inner Mongolia-which is Clematis fruticosa. The survey found that it also grows vigorously in extremely dry crevice. Meanwhile, Spiraea pubescens and Cerasus tomentosa which coexists with Clematis fruticosa in drought sunny slope have been relegated to a semi-shady or shady slope. So we think that it must have a unique ability to adapt to adversity. In this project, Clematis fruticosa is taken as reserch object. Adopting field survey and laboratory studies, we want to investigate the mycorrhizal characteristics of Clematis fruticosa from the point of view of rootecology and determine the physiology and biochemistry index of its mycorrhizal and non-mycorrhizal seedlings when it grows under drought strees. The changes will be tested in the level of transcription of the stress response genes and aquaporins. The mechanisms will explore that mycorrhiza can promote it's survival in arid slopes , and so as to find local native shrubs resources and the best vegetation recovery pathways for vegetation restoration. Finally, we want to provide a scientific basis for vegetation restoration and reconstruction in Daqingshan Mountain Inner Mongolia.

在内蒙古大青山极度退化的干旱石质阳坡生存着一种生命力十分顽强的植物- - 灌木铁线莲（Clematis fruticosa ），调查发现，在极度缺水的石缝中它也生长旺盛，而原来与之共存于干旱阳坡的土庄绣线菊(Spiraea pubescens )、毛樱桃(Cerasus tomentosa)等灌木均已退居到了半阴坡或阴坡，我们认为它一定具有独特的适应逆境能力。本项目以灌木铁线莲为研究对象，从根系生态的角度出发，通过野外调查和实验室内研究相结合的方法，探讨灌木铁线莲的菌根特性，测定其菌根苗与非菌根苗在干旱胁迫下生长、生理生化指标及干旱胁迫应激反应有关的基因及水孔蛋白基因的转录水平的变化，探明菌根促进灌木铁线莲在干旱阳坡竞争能力和生态适应机制，为内蒙古大青山阳坡植被恢复挖掘当地乡土灌木资源，寻找最佳植被恢复途径，最终为大青山植被恢复与重建提供科学依据。

灌木铁线莲（Clematis fruticosa）广泛分布于内蒙古大青山极端干旱阳坡，属生命力极强的护土小灌木，对大青山干旱阳坡生态保护具有重要作用。为探讨丛枝菌根真菌（arbuscularmycorrhizal fungi，AMF）在大青山干旱阳坡对灌木铁线莲生存机制的影响，本研究首次对灌木铁线莲根围AMF群落组成及其影响因子进行了系统研究。同时，通过孢子形态学鉴定方法筛选出了灌木铁线莲根围AMF优势种，并与灌木铁线莲进行人工接种处理，在正常水分和干旱胁迫条件下对不同AMF-灌木铁线莲组合进行了生长、生理和生化指标的测定，目的是筛选出优良的AMF-灌木铁线莲抗旱性组合。此外，本研究还利用RNA-Seq技术分析了菌根化灌木铁线莲在不同水分条件下基因表达的差异。研究结果表明：.（1）从54个土壤样本中共检测到247842条AMF序列和174 OTUs，其中Glomus为优势属。.（2）季节、海拔、土壤速效N、土壤速效P和土壤含水率显著影响AMF丰富度和Shannon-Wiener指数。.（3）人工接种R.intraradices的灌木铁线莲具有最高的菌根侵染率、丛枝丰度、株高、地上生物量、地下生物量、净光合速率、气孔导度、SOD活性、CAT活性、POD活性、全N和全P含量。.（4）正常水分和干旱胁迫处理的菌根化灌木铁线莲进行RNA-Seq测序，获得105203个unigenes。正常水分与干旱胁迫处理的菌根化灌木铁线莲中共发现762个差异表达基因（different expressed unigenes，DEGs），其中370个上调DEGs，392个下调DEGs。.（5）在DEGs水平上，干旱胁迫降低了灌木铁线莲PSⅠ和PSⅡ的稳定性、光合作用和C固定，诱导生长素、脱落酸和茉莉酸这些激素的生物合成，促进氨基酸类和糖类渗透调节物质的累积，提高了抗坏血酸、谷胱甘肽、异喹啉类生物碱、泛醌和其它萜醌抗氧化剂的生物合成，促进MAPK的磷酸化和激活，便于植物在缺水条件下更好地生存..研究结果为后续菌根化苗木的定向培育及植物的遗传育种工作奠定基础，并且从菌根方面为内蒙古大青山干旱生态系统困难立地的植被恢复提供新的思路和策略。