内生真菌对高羊茅种子耐干旱能力的影响

陈志豪　刘学锋　鲍根生　李晓霞　纪剑强　陈水红*

(1 塔里木大学动物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)(2 新疆生产建设兵团第十四师一牧场， 新疆 策勒 848306)(3 青海省畜牧兽医科学院, 青海 西宁 810016)(4 塔里木大学生命科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)



内生真菌对高羊茅种子耐干旱能力的影响

陈志豪1刘学锋2鲍根生3李晓霞1纪剑强4陈水红4*

(1 塔里木大学动物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)(2 新疆生产建设兵团第十四师一牧场， 新疆 策勒 848306)(3 青海省畜牧兽医科学院, 青海 西宁 810016)(4 塔里木大学生命科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)

摘要禾草内生真菌广泛的存在于禾本科植物体内，他们不会引起植物任何感病症状，内生真菌侵染对植株生长有促进作用、且具有提高植物抵抗生物和非生物胁迫能力。本研究以感染内生真菌和非感染内生真菌高羊茅种子为研究对象，研究不同浓度PEG6000胁迫处理下，带菌和不带菌种子萌发能力差异。结果表明：在高羊茅种子萌发时，用PEG-6000模拟干旱胁迫种子，感染内生真菌高羊茅种子的发芽率和胚根长均高于非感染种子的，说明内生真菌浸染能够提高高羊茅种子萌发时的耐旱能力。带菌高羊茅将会更好的适应干旱环境。

关键词内生真菌； 高羊茅； 抗旱性； 发芽率

干旱化趋势已成为全球关注的焦点问题,有关植物对干旱生境的适应机理及抗旱本质等研究已成为植物生理学研究的重要课题之一。内生真菌是一类在植物体内渡过大部分或全部生命周期，而寄主植物不显示外部症状的一类真菌，菌丝生长于植物组织的细胞间,其中叶鞘和种子中菌丝含量最多[1]。至今已在许多高等植物中发现内生真菌的存在。与植物共生的真菌按照共生部位的不同可分为两类: 一类是存在于植物根部的菌根真菌; 另一类是存在于健康植物茎叶中的内生真菌[2]。在自然情况下，禾草内生真菌分别与高羊茅(Festuca arundanacea)和多年生黑麦草(Lolaum perenne)构成共生关系，因其寄生于牧草导致家畜中毒而最早被发现和研究，是牧草中研究得最多的两种内生真菌[3]。

据报道内生真菌也可提高宿主植物对干早[4-5]、低温[6]、离子毒害[7]、盐碱[8-10]等非生物胁迫的抗性。从而使内生真菌感染的植株比未感染植株对有限的资源更具竟争力。当植物受到水分胁迫时会导致植物气孔关闭来减少蒸腾作用而短期保护植物免受缺水伤害。据研究高羊茅感染内生真菌会影响植株根茎和气孔[11-12],带菌高羊茅比非带菌高羊茅气孔导度下降的更早更快[11,13]。带菌导致这种现象的具体机理还不清楚，但科研人员研究发现水分胁迫时从内生真菌传来的生物化学信号转导或激素的改变将会更快的传到宿主植物叶片[14-15]。而对内生真菌在高羊茅种子萌发时的影响研究较少，本研究用PEG6000模拟干旱渗透胁迫，探讨内生真菌对种子萌发的影响。

1实验材料与方法

1.1实验材料

实验材料为高羊茅(Festuca arundanacea)凌志。购买于百绿草种公司。

非带菌种子的获得方法：用带菌的高羊茅种子处理得到，先50 ℃水浴处理20 min。经处理的高羊茅种子种植到花盆里，4周后每颗植株用苯胺蓝多次镜检，留下不带菌的植株收获种子即为非带菌种子。

1.2实验方法

1.2.1种子PEG胁迫

在培养皿底(直径12 cm)的口部铺两层滤纸，滤纸中间开一小孔，通过灯芯连接滤纸和下层培养皿里的液体，供试种子均匀摆于滤纸上，然后盖上培养皿盖。PEG-6000处理浓度分别为0%、5%、10%、15%、20%，每个处理5次重复。培养皿中装入相应的PEG-6000浓度，确保每个培养皿中装入液体在同一个高度，并用记号笔标记，对照加入同等液面的蒸馏水。为了控制PEG-6000浓度保持不变，每天补加蒸发的水分到记号线。种子开始发芽时(实验开始的第5天)统计发芽数，以后每隔两天统计直到发芽最多的那天停止统计。发芽试验总共持续16天。

1.2.2计算方法

发芽率=发芽终期全部正常种苗数/供试种子数×100%[16]。

16 d 后, 每个重复随机选取10株幼苗, 测量胚芽长与胚根长。

1.2.3数据处理

数据采用excel 2007 和SPSS19处理

2结果与分析

2.1高羊茅种子中内生真菌检测结果

根据李春杰的检菌方法[17]，用氢氧化钠浸泡种子后压片，苯胺蓝染色镜检。镜检结果如图1。

图1　高羊茅种子内生真菌菌丝照片(40×)

种子中能在显微镜中看到如图1箭头所指示的菌丝即为带菌种子。供试种子带菌率结果如表1。直接购买的市售种子带菌率为98%。经温度处理后再从非感染植株收获的二代种子，完全不带菌。

表1　高羊茅种子内生真菌带菌率镜检结果

2.2PEG胁迫对带菌和不带菌种子发芽率影响

由图2可知，随着PEG6000模拟干旱胁迫的加剧，带菌高羊茅种子(E+)和不带菌高羊茅种子(E-)的发芽率变化相似，均呈下降趋势,在5%的轻度干旱胁迫下发芽率均接近对照，与对照差异不显著。在干旱胁迫浓度达到10%后，E+和E-的发芽率均急剧下降，且呈现出E+发芽率高于E-，在15% PEG胁迫处理时，E+种子发芽率显著高于E-种子(P<0.05)。 当PEG6000胁迫浓度达到20%时，E+和E-种子几乎不能萌发，因为每皿萌发种子数都少于10，未对其进行胚芽长与胚根长统计。

图2　不同浓度 PEG6000胁迫后高羊茅种子发芽率

注：不同处理中，同一E+或E-中，标有不同小写字母者差异显著(p<0.05)。

E+、E-相同处理中两两差异显著者用“*”标出，下同

2.3PEG胁迫对胚芽长和胚根长的影响

图3　不同浓度PEG6000 胁迫后高羊茅种子胚芽长度

如图3所示，高羊茅的胚芽长均随PEG 胁迫浓度的升高呈现出明显下降趋势。根据统计分析结果显示，高羊茅种子萌发时胚芽长度受到PEG 浓度的显著影响，每增加5%的PEG 浓度均显著的降低了种子胚芽长(P<0. 05)。而内生真菌没有表现出明显促进胚芽长，经单变量两因素统计分析，影响高羊茅种子胚芽长的主效应因素是PEG(F=151. 986, P=0. 000)，而内生真菌对芽长的影响不显著(F=0. 198, P=0. 659)，但PEG 和内生真菌之间存在交互作用(F=4. 994，P=0. 06)。

图4　不同浓度PEG6000 胁迫后高羊茅种子胚根长度

如图4所示，胚根长也随着PEG6000胁迫浓度的增加呈现出下降趋势。不带菌的高羊茅种子，在5%浓度PEG胁迫开始，胚根长就显著的低于对照。未处理时，带菌和不带菌种子的胚根长度无显著差异，但PEG6000胁迫时，萌发种子的胚根长度呈现出带菌种子胚根长大于不带菌种子的。在5% PEG 6000处理下带菌的胚根长显著高于不带菌的，说明内生真菌感染的高羊茅种子，能在轻度干旱胁迫条件下幼苗胚根长显著提高。用SPSS进行了单变量双因素分析，结果为PEG 为第一影响胚根长的因素(F=34. 319，P=0. 000)，内生真菌也显著影响了高羊茅种子萌发的胚根长(F=5. 999，P=0. 02)，但PEG 和内生真菌间没有交互作用(F=1. 731，P=0. 18)。

3讨论

3.1试验采用PEG6000模拟干旱胁迫高羊茅种子发芽，结果为内生真菌感染能提高种子在PEG模拟干旱胁迫下的发芽率，实验结果为在15%浓度的PEG模拟干旱胁迫下带内生真菌高羊茅种子萌发率显著高于不带菌种子，试验结果与宋梅玲[5]的研究结果内生真菌可以提高禾草在温度和干旱胁迫下的发芽率一致。

3.2植物的生长不仅受到自身遗传特性的控制,还受到众多环境因子的影响,如光照、温度、水分和土壤营养物质等在时空上的差异[18],其中限制植物生长的最普遍因素之一即是水分,尤其在干旱的环境[19]。植物蒸腾失水与其根部吸水之间的收支关系称为水分平衡。Turner等[20]将植物忍受干旱胁迫的方式划分为三个基本类型,即:避旱(短生植物)、延迟脱水耐旱、忍耐脱水耐旱。延迟脱水耐旱型:这类植物根系生长迅速,扩展范围深广,增加了与土壤的接触面和吸收面积,主要通过限制水分的损失或保持水分的吸收来延迟脱水的发生。本试验结果在5%的PEG浓度下，感染内生真菌种子的胚根长度显著高于不带菌的，且统计分析结果为内生真菌能显著影响胚根长度(F=5. 999，P=0. 02)，这一结果与鲍根生等[21]的研究结果一致。说明内生真菌也是通过促进幼苗根的长度来减缓幼苗受到的水分胁迫。而高羊茅幼苗的胚芽长没有出现显著高于非带菌的，分析原因可能由于营养分配导致的，种子萌发时营养都来自于种子自己胚乳的营养，而这个营养是有限的，内生真菌首先促进了胚根生长，而胚芽的长度就没有显著变化。

3.3种子萌发关系到植物是否能成苗，内生真菌不但会在苗期或生长后期感染植物，而且植物被感染之后，内生真菌还可能留在种子里形成种子内生真菌这对于农业制种和生态保育非常有意义，尤其是像高羊茅等禾本科牧草，他们所带的内生真菌为种带内生真菌，即内生真菌的遗传是通过种子进行垂直传播[22]。如果能研究出提高抗旱性的带新菌系高羊茅种子，为南疆沙漠和荒漠地的恢复和绿化将是一大贡献。

3.4本实验只是进行了PEG胁迫高羊茅凌志种子萌发方面的试验，初步得出内生真菌对高羊茅种子萌发具有促进作用，内生真菌具体通过什么机理促进了胚根长来适应干旱胁迫还有待于进一步深入研究。

4结论

内生真菌感染可以显著提高15%PEG6000干旱胁迫下高羊茅种子的发芽率和5%PEG 浓度下的胚根长。表明内生真菌的存在可以使其宿主禾草在干旱条件下种子发芽能力具有优势, 以保证禾草在逆境中的生长。如果高羊茅草坪建植在干旱条件下带菌种子与不带菌种子相比，内生真菌感染种子具有萌发能力强的特性。尤其是内生真菌感染提高了幼苗的胚根长度进而促进高羊茅植株根的生长，使其在干旱环境下将更多的营养用于根系生长，从而提高了高羊茅的抗旱性。

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Effects of Endophytic Fungi on Drought Tolerance Ability of Tall Fescue Seed

Chen Zhihao1Liu Xuefeng2Bao Gensheng3Li Xiaoxia1Ji Jianqiang4Chen Shuihong4*

(1 College of Znimal Science of Tarim University, Alar, Xinjiang 843300 )(2 The 1st Pasturage Farm of No.14 Agriculture Division of Xinjiang Production and Construction Crops,Cele, Xinjiang 848306 )(3 Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine, Xining, Qinghai 810016)(4 College of life science, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300 )

AbstractIn their evolution, grasses have developed symbiotic associations with fungi that systemically infect grass shoots. Among the latter are grass endophytes, defined as fungi that live their entire life cycle within the aerial portion of the host grass, they do not cause any plant disease symptoms. Endophyte infected can improve biotic and abiotic stress resistance on the host plant. we studied the tall fescue seed of endophyte infection (E+) and endophyte free (E-) on germination under different concentrations PEG6000 stress. The results showed that the endophyte can improve the germination activity， and increased root length under PEG-6000 drought stress. The endophyte infected seed will be better adapted to drought environments.

Key wordsEndophyte; tall fescue; drought resistance; germination rate

中图分类号：S543+9

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2016.02.003

文章编号：①1009-0568(2016)02-0012-06

作者简介：陈志豪(1991-)，男，2016级本科生，研究方向为草业科学。E-mail：569701832@qq.com*为通讯作者E-mail：rainbow4@126.com

基金项目：塔里木大学大学生创新项目(2015013)。

收稿日期：①2015-09-02