摘要
花生(Arachis hypogaea L.）是世界重要的油料作物和经济作物[1]。我国是花生的主要生产国，占世界总产量的40％,花生在国民经济发展和对外贸易中占有越来越重要的地位[2]。南方红壤区是我国花生种植的主产区，由于风化程度高和强烈的脱硅富铝化作用，红壤酸化严重并含有大量的铝、铁、锰氧化物胶体物质，极易形成难溶矿物质，例如Fe-P和Al-P,限制了花生对土壤磷的利用效率。此外，由于可耕地有限和集约化的农业生产模式，花生通常在相同的土地上连续种植多年。长期连作不仅会引起土壤有效磷浓度下降，还会导致花生出芽率低、植株矮小，进一步限制花生对磷素的利用，加重连作障碍。为了维持高产，大量磷肥被投入到生产中。过量投入的磷肥大部分释放到生态系统造成环境污染、磷源枯竭、农业成本增加等问题。因此提高花生对磷的吸收效率，增加土壤有机磷矿化和无机磷溶解速率，以及减少磷肥投入具有重要的意义。 分离自大戟科重阳木内皮的广谱内生真菌枫香拟茎点霉Phomopsis liquidambaris(Ph.liquidambaris)能与水稻和花生等作物建立稳定的共生关系，并能显著提高作物产量。除了促进氮吸收外，连续2年的田间小区实验证明，与对照相比，内生真菌Ph.liquidambaris定殖能显著增加连作花生根际土壤的有效磷含量。在花生生长至开花期和结荚期，植株地上和地下磷积累量也明显增多。花生收获时，Ph.liquidambaris定殖组中花生籽粒磷素的积累量也显著增加。因此我们推测，促进磷吸收可能是内生真菌Ph.liquidambaris维持花生产量并缓解花生连作障碍的主要原因之一。本研究的目的是揭示内生真菌Ph.liquidambaris促进连作花生磷吸收的作用机理，该研究在理论上有助于初步探讨花生面对低磷胁迫时植物系统性的生理应答机制，有利于阐明内生真菌对宿主磷吸收的影响机理;应用上有利于开发内生真菌菌剂产品、减少农田磷肥施加，对保护农业生态环境以及建设绿色农业有重要意义。 首先，我们进行植物生理指标，如根系活力、元素含量、生长参数、植物激素含量的测定，来揭示Ph.liquidambaris促进花生磷吸收的机制。结果表明，Ph.liquidambaris增强了花生根系活力,显著促进了地上、地下部分磷的吸收和转运。并且，Ph.liquidambaris改善了花生植株根长、株高、分蘖数、荚果重等农艺性状。此外，Ph.liquidambaris提高了高亲和力磷转运蛋白基因的表达。同时，Ph.liquidambaris显著促进了花生根内源激素生长素、赤霉素和细胞分裂素的积累，分别提高了 211.9％、42.1％和29.6％。作用抑制及互补实验表明，生长素、赤霉素和细胞分裂素的特异性抑制剂有效地抑制了 Ph.liquidambaris诱导的磷吸收的提高。因此，我们认为生长素、赤霉素和细胞分裂素信号通路的变化在Ph.liquidambaris促进花生的磷吸收中起着重要作用。进一步，研究了Ph.liquidambaris诱导花生磷积累的信号级联途径中，赤霉素与生长素和细胞分裂素的上下游关系。结果表明，赤霉素作为生长素和细胞分裂素的下游信号参与了Ph.liquidambaris诱导的花生磷积累，而生长素和细胞分裂素在Ph.liquidambaris诱导的花生磷吸收中没有发现显著的相互作用。本部分工作表明在Ph.liquidambaris诱导花生磷积累的信号级联途径中，植物激素是一个重要的信号分子。 植物识别内生菌后，激发复杂的信号级联网络，从而诱导磷吸收与转运相关基因的表达。我们的研究结果表明，接种Ph.liquidambaris主要通过调控磷转运基因AhPHT1;3和AhPHT1;4表达从而诱导花生磷的积累。在此基础上，我们探究了生长素、赤霉素和细胞分裂素是否参与了Ph.liquidambaris诱导磷转运基因的表达上调。结果表明，生长素、赤霉素和细胞分裂素通过诱导花生磷转运基因的表达上调从而参与Ph.liquidambaris诱导花生磷的吸收。总之，这部分内容从植物生理水平初步阐述Ph.liquidambaris促进花生磷吸收现象背后的机制。 植物根际微生物群落结构受到植物根系分泌物的调控。phoD和pqqC基因相关解磷微生物是一类重要的根际功能菌群，参与根际土壤的磷循环。进一步，基于植物-微生物相互作用机理探究Ph.liquidambaris对花生根际功能微生物的多样性和组成影响，结果表明，根际土壤中AM真菌、有机磷矿化功能细菌及无机磷增溶功能细菌均显著响应了 Ph.liquidambaris的接种，Ph.liquidambaris引起花生根际土壤中8个真菌菌属、4个有机磷矿化细菌菌属及6个无机磷增溶细菌菌属丰度的上调。然后，我们通过纯培养实验分离鉴定到Ph.liquidambaris显著富集的有机磷矿化功能菌罗尔斯通菌属。相关性分析表明，Ph.liquidambaris诱导的根际分泌物乙酸浓度提高与罗尔斯通菌属的丰富度显著相关。进一步，我们分析了乙酸诱导罗尔斯通菌属富集的机制。结果表明，花生根系分泌物中的乙酸作为罗尔斯通菌属偏好性利用的一种碳源，显著响应Ph.liquidambaris的接种。与此同时，Ph.liquidambaris诱导的乙酸浓度变化显著提高了罗尔斯通菌属的趋化性并促进了该菌群的生长，从而提高了其分泌碱性磷酸酶的能力，进而提高了根际菌群的有机矿化能力，进一步提高了根际速效磷浓度，促进花生磷吸收。基于以上的结果，我们推测Ph.liquidambaris可能通过上调花生根系分泌物中乙酸浓度，来上调根际磷循环转化过程相关的功能菌群丰度及多样性，从而诱导根际速效磷浓度的提高。总之，这部分内容揭示了Ph.liquidambaris诱导花生根际土壤速效磷浓度提高的调控途径。 本论文以油料经济作物花生和内生真菌Ph.liquidambaris的互作为研究对象，从多个方面阐述Ph.liquidambaris促进花生磷吸收和生长的机制。该研究为内生真菌促进经济作物的生长以及磷吸收提供参考，也有助于进一步认识内生真菌与植物之间的互作关系。
NETL