园艺学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (12): 2680-2688.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2022-1036
收稿日期:
2023-05-07
修回日期:
2023-09-06
出版日期:
2023-12-25
发布日期:
2023-12-29
通讯作者:
基金资助:
LIANG Shengmin1, ZHANG Fei2, WU Qiangsheng1,*()
Received:
2023-05-07
Revised:
2023-09-06
Published:
2023-12-25
Online:
2023-12-29
摘要:
为明确丛枝菌根真菌是否以及如何调节多胺以提高柑橘的抗旱性,以枳(Poncirus trifoliata)实生苗为材料,接种丛枝菌根真菌——根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices),分析在正常水分和干旱胁迫下枳生长、叶片水势以及根系活性氧、多胺、多胺合成前体物质水平和多胺合成/分解酶活性的变化。干旱处理9周抑制了R. intraradices对根系的侵染,侵染率下降了16.85%。干旱处理也抑制了枳的生长和叶片水势,但R. intraradices显著缓解了这种抑制影响。接种R. intraradices增加了干旱胁迫下枳根系中胍基丁胺、S-腺苷-L-蛋氨酸、腐胺和尸胺含量,但也显著抑制精胺、亚精胺、L-精氨酸和L-鸟氨酸含量以及过氧化氢和超氧阴离子自由基水平。同时,接种R. intraradices还增加了各类多胺合成酶如精氨酸脱羧酶、鸟氨酸脱羧酶、精胺合成酶、亚精胺合成酶以及S-腺苷蛋氨酸脱羧酶活性,也同时提高了多胺分解酶如二胺氧化酶和多胺氧化酶的活性。此外,根系腐胺和尸胺均与超氧阴离子自由基显著负相关,而亚精胺与根系过氧化氢和超氧阴离子自由基显著正相关。因此,推断丛枝菌根真菌改变干旱胁迫下枳根系多胺水平以减轻活性氧爆发。
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处理 Treatment | 干旱胁迫前 Pre-drougth stress | 干旱胁迫后 Post-drought stress | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
侵染率/% Colonization | 株高/cm Height | 茎粗/mm Stem diameter | 侵染率/% Colonization | 株高/cm Height | 茎粗/mm Stem diameter | |
-AMF + WW | 0.00 ± 0.00 b | 5.55 ± 0.91 c | 1.91 ± 0.22 b | 0.00 ± 0.00 c | 13.58 ± 0.69 c | 2.14 ± 0.22 b |
+AMF + WW | 54.07 ± 7.85 a | 17.83 ± 3.13 a | 2.78 ± 0.24 a | 84.97 ± 7.24 a | 27.91 ± 3.18 a | 3.38 ± 0.24 a |
-AMF + DS | 0.00 ± 0.00 b | 4.07 ± 1.11 c | 1.89 ± 0.12 b | 0.00 ± 0.00 c | 11.11 ± 0.83 d | 2.04 ± 0.12 b |
+AMF + DS | 55.05 ± 8.27 a | 15.01 ± 1.37 b | 2.73 ± 0.23 a | 70.65 ± 3.45 b | 24.99 ± 1.44 b | 3.31 ± 0.23 a |
表1 接种丛枝菌根真菌的枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下的根系侵染率及株高和茎粗
Table 1 The root fungal colonization frequence, plant height, and stem diameter of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradices under well-watered and drought stress treatment
处理 Treatment | 干旱胁迫前 Pre-drougth stress | 干旱胁迫后 Post-drought stress | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
侵染率/% Colonization | 株高/cm Height | 茎粗/mm Stem diameter | 侵染率/% Colonization | 株高/cm Height | 茎粗/mm Stem diameter | |
-AMF + WW | 0.00 ± 0.00 b | 5.55 ± 0.91 c | 1.91 ± 0.22 b | 0.00 ± 0.00 c | 13.58 ± 0.69 c | 2.14 ± 0.22 b |
+AMF + WW | 54.07 ± 7.85 a | 17.83 ± 3.13 a | 2.78 ± 0.24 a | 84.97 ± 7.24 a | 27.91 ± 3.18 a | 3.38 ± 0.24 a |
-AMF + DS | 0.00 ± 0.00 b | 4.07 ± 1.11 c | 1.89 ± 0.12 b | 0.00 ± 0.00 c | 11.11 ± 0.83 d | 2.04 ± 0.12 b |
+AMF + DS | 55.05 ± 8.27 a | 15.01 ± 1.37 b | 2.73 ± 0.23 a | 70.65 ± 3.45 b | 24.99 ± 1.44 b | 3.31 ± 0.23 a |
处理 Treatment | 生物量/(g · plant-1)Biomass | 根冠比 Root/shoot ratio | 叶片水势/MPa Leaf water potential | |
---|---|---|---|---|
地上部 Shoot | 地下部 Root | |||
-AMF + WW | 0.86 ± 0.06 c | 1.31 ± 0.12 c | 1.54 ± 0.17 a | -0.43 ± 0.02 bc |
+AMF + WW | 2.07 ± 0.18 a | 2.22 ± 0.29 a | 1.07 ± 0.14 b | -0.36 ± 0.02 a |
-AMF + DS | 0.75 ± 0.07 c | 1.04 ± 0.10 d | 1.40 ± 0.17 a | -0.45 ± 0.03 c |
+AMF + DS | 1.83 ± 0.31 b | 1.81 ± 0.24 b | 0.99 ± 0.10 b | -0.40 ± 0.03 b |
表2 接种丛枝菌根真菌枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下的植株生物量、根冠比和叶片水势
Table 2 The plant biomass, root-shoot ratio, and leaf water potential of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradices under well-watered and drought stress treatment
处理 Treatment | 生物量/(g · plant-1)Biomass | 根冠比 Root/shoot ratio | 叶片水势/MPa Leaf water potential | |
---|---|---|---|---|
地上部 Shoot | 地下部 Root | |||
-AMF + WW | 0.86 ± 0.06 c | 1.31 ± 0.12 c | 1.54 ± 0.17 a | -0.43 ± 0.02 bc |
+AMF + WW | 2.07 ± 0.18 a | 2.22 ± 0.29 a | 1.07 ± 0.14 b | -0.36 ± 0.02 a |
-AMF + DS | 0.75 ± 0.07 c | 1.04 ± 0.10 d | 1.40 ± 0.17 a | -0.45 ± 0.03 c |
+AMF + DS | 1.83 ± 0.31 b | 1.81 ± 0.24 b | 0.99 ± 0.10 b | -0.40 ± 0.03 b |
图1 接种丛枝菌根真菌的枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下根系超氧阴离子和过氧化氢的含量 -AMF:未接种;+ AMF:接种。不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。
Fig. 1 The superoxide anion and H2O2 concentrations of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradices under well-watered and drought stress treatment -AMF:Uninoculated;+ AMF:Inoculated. Different letters indicate significant differences at 0.05 levels among treatments.
处理 Treatment | L-精氨酸 L-Arg | L-鸟氨酸 L-Orn | 胍基丁胺 Agm | S-腺苷-L-蛋氨酸 SAM |
---|---|---|---|---|
-AMF + WW | 353.4 ± 37.0 d | 7.73 ± 0.72 d | 0.32 ± 0.02 d | 1.01 ± 0.07 c |
+AMF + WW | 564.6 ± 31.8 a | 20.60 ± 2.07 a | 2.45 ± 0.11 a | 3.18 ± 0.17 a |
-AMF + DS | 504.5 ± 17.8 b | 16.71 ± 1.15 b | 0.61 ± 0.05 c | 1.16 ± 0.06 c |
+AMF + DS | 401.2 ± 18.5 c | 10.13 ± 1.27 c | 1.24 ± 0.10 b | 1.79 ± 0.08 b |
表3 接种丛枝菌根真菌枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下根系多胺合成前体物质的含量
Table 3 The root polyamine synthetic precursors concentrations of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradicesunder well-watered and drought stress treatment nmol · g-1 FW
处理 Treatment | L-精氨酸 L-Arg | L-鸟氨酸 L-Orn | 胍基丁胺 Agm | S-腺苷-L-蛋氨酸 SAM |
---|---|---|---|---|
-AMF + WW | 353.4 ± 37.0 d | 7.73 ± 0.72 d | 0.32 ± 0.02 d | 1.01 ± 0.07 c |
+AMF + WW | 564.6 ± 31.8 a | 20.60 ± 2.07 a | 2.45 ± 0.11 a | 3.18 ± 0.17 a |
-AMF + DS | 504.5 ± 17.8 b | 16.71 ± 1.15 b | 0.61 ± 0.05 c | 1.16 ± 0.06 c |
+AMF + DS | 401.2 ± 18.5 c | 10.13 ± 1.27 c | 1.24 ± 0.10 b | 1.79 ± 0.08 b |
处理 Treatment | 腐胺/ (nmol · g-1 FW) Put | 尸胺/ (nmol · g-1 FW) Cad | 亚精胺/ (pmol · g-1 FW) Spd | 精胺/ (pmol · g-1 FW) Spm | (亚精胺 + 精胺)/腐胺 (Spm + Spd)/Put |
---|---|---|---|---|---|
-AMF + WW | 28.12 ± 2.09 d | 0.41 ± 0.04 c | 207.7 ± 5.7 a | 46.51 ± 3.17 b | 0.0090 ± 0.0004 a |
+AMF + WW | 56.30 ± 3.75 b | 0.70 ± 0.09 a | 164.0 ± 13.4 b | 26.55 ± 4.74 d | 0.0034 ± 0.0004 c |
-AMF + DS | 40.73 ± 2.58 c | 0.56 ± 0.04 b | 136.6 ± 12.1 c | 55.58 ± 2.26 a | 0.0047 ± 0.0004 b |
+AMF + DS | 62.00 ± 3.87 a | 0.66 ± 0.06 a | 98.9 ± 4.0 d | 32.76 ± 3.58 c | 0.0021 ± 0.0002 d |
表4 接种丛枝菌根真菌枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下根系多胺的含量
Table 4 The root polyamines concentrations of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradices under well-watered and drought stress treatment
处理 Treatment | 腐胺/ (nmol · g-1 FW) Put | 尸胺/ (nmol · g-1 FW) Cad | 亚精胺/ (pmol · g-1 FW) Spd | 精胺/ (pmol · g-1 FW) Spm | (亚精胺 + 精胺)/腐胺 (Spm + Spd)/Put |
---|---|---|---|---|---|
-AMF + WW | 28.12 ± 2.09 d | 0.41 ± 0.04 c | 207.7 ± 5.7 a | 46.51 ± 3.17 b | 0.0090 ± 0.0004 a |
+AMF + WW | 56.30 ± 3.75 b | 0.70 ± 0.09 a | 164.0 ± 13.4 b | 26.55 ± 4.74 d | 0.0034 ± 0.0004 c |
-AMF + DS | 40.73 ± 2.58 c | 0.56 ± 0.04 b | 136.6 ± 12.1 c | 55.58 ± 2.26 a | 0.0047 ± 0.0004 b |
+AMF + DS | 62.00 ± 3.87 a | 0.66 ± 0.06 a | 98.9 ± 4.0 d | 32.76 ± 3.58 c | 0.0021 ± 0.0002 d |
处理 Treatment | 多胺合成酶/ (U · g-1) Polyamine associated synthase | 多胺分解酶/ (U · g-1) Polyamine cleavage enzyme | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
精氨酸脱羧酶 ADC | 鸟氨酸脱羧酶 ODC | 亚精胺合成酶 SPDS | 精胺合成酶 SPMS | S-腺苷蛋氨酸脱羧酶SAMDC | 多胺氧化酶 PAO | 二胺氧化酶 DAO | |
-AMF + WW | 78.1 ± 5.9 c | 160.7 ± 11.3 c | 98.1 ± 12.9 c | 569.5 ± 53.6 c | 233.7 ± 24.9 c | 298.4 ± 14.8 c | 22.06 ± 2.20 b |
+AMF + WW | 96.4 ± 6.5 b | 192.1 ± 8.3 b | 126.6 ± 8.5 ab | 644.0 ± 52.0 b | 277.2 ± 37.7 ab | 339.6 ± 12.5 b | 26.25 ± 2.42 a |
-AMF + DS | 86.9 ± 3.4 bc | 182.6 ± 10.5 b | 124.6 ± 13.7 b | 665.2 ± 34.6 b | 251.1 ± 24.2 bc | 313.9 ± 24.7 bc | 22.05 ± 2.41 b |
+AMF + DS | 114.7 ± 9.2 a | 209.1 ± 11.3 a | 143.6 ± 10.4 a | 745.2 ± 40.0 a | 317.0 ± 30.1 a | 367.9 ± 16.3 a | 27.67 ± 0.90 a |
表5 接种丛枝菌根真菌枳幼苗在正常水分和干旱胁迫下根系多胺合成酶和分解酶的活性
Table 5 The polyamine synthetases and degraded enzymes activities of trifoliate orange inoculated with Rhizophagus intraradices under well-watered and drought stress treatment
处理 Treatment | 多胺合成酶/ (U · g-1) Polyamine associated synthase | 多胺分解酶/ (U · g-1) Polyamine cleavage enzyme | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
精氨酸脱羧酶 ADC | 鸟氨酸脱羧酶 ODC | 亚精胺合成酶 SPDS | 精胺合成酶 SPMS | S-腺苷蛋氨酸脱羧酶SAMDC | 多胺氧化酶 PAO | 二胺氧化酶 DAO | |
-AMF + WW | 78.1 ± 5.9 c | 160.7 ± 11.3 c | 98.1 ± 12.9 c | 569.5 ± 53.6 c | 233.7 ± 24.9 c | 298.4 ± 14.8 c | 22.06 ± 2.20 b |
+AMF + WW | 96.4 ± 6.5 b | 192.1 ± 8.3 b | 126.6 ± 8.5 ab | 644.0 ± 52.0 b | 277.2 ± 37.7 ab | 339.6 ± 12.5 b | 26.25 ± 2.42 a |
-AMF + DS | 86.9 ± 3.4 bc | 182.6 ± 10.5 b | 124.6 ± 13.7 b | 665.2 ± 34.6 b | 251.1 ± 24.2 bc | 313.9 ± 24.7 bc | 22.05 ± 2.41 b |
+AMF + DS | 114.7 ± 9.2 a | 209.1 ± 11.3 a | 143.6 ± 10.4 a | 745.2 ± 40.0 a | 317.0 ± 30.1 a | 367.9 ± 16.3 a | 27.67 ± 0.90 a |
多胺PA | 精氨酸脱羧酶 ADC | 鸟氨酸脱羧酶 ODC | 亚精胺合成酶 SPDS | 精胺合成酶 SPMS | S-腺苷蛋氨酸脱羧酶SAMDC | 多胺氧化酶 PAO | 二胺氧化酶 DAO | 超氧阴离子Superoxide anion | H2O2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
腐胺Put | 0.86** | 0.80** | 0.78** | 0.71** | 0.71** | 0.84** | 0.74** | -0.50* | -0.16 |
尸胺Cad | 0.64** | 0.66** | 0.78** | 0.47 | 0.54* | 0.65** | 0.55* | -0.53* | -0.19 |
精胺Spm | -0.79** | -0.82** | -0.82** | -0.85** | -0.64** | -0.72** | -0.52* | -0.08 | -0.43 |
亚精胺Spd | -0.62* | -0.54* | -0.4 | -0.23 | -0.46 | -0.65* | -0.71** | 0.88** | 0.71** |
表6 枳幼苗根系中多胺含量与多胺各类关联酶活性和活性氧含量间的相关性
Table 6 Correlation between polyamines and polyamine associated enzymes and reactive oxygen species
多胺PA | 精氨酸脱羧酶 ADC | 鸟氨酸脱羧酶 ODC | 亚精胺合成酶 SPDS | 精胺合成酶 SPMS | S-腺苷蛋氨酸脱羧酶SAMDC | 多胺氧化酶 PAO | 二胺氧化酶 DAO | 超氧阴离子Superoxide anion | H2O2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
腐胺Put | 0.86** | 0.80** | 0.78** | 0.71** | 0.71** | 0.84** | 0.74** | -0.50* | -0.16 |
尸胺Cad | 0.64** | 0.66** | 0.78** | 0.47 | 0.54* | 0.65** | 0.55* | -0.53* | -0.19 |
精胺Spm | -0.79** | -0.82** | -0.82** | -0.85** | -0.64** | -0.72** | -0.52* | -0.08 | -0.43 |
亚精胺Spd | -0.62* | -0.54* | -0.4 | -0.23 | -0.46 | -0.65* | -0.71** | 0.88** | 0.71** |
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