摘要
醉马草（Achnatherum inebrians）是广泛分布在我国西北干旱半干旱草原的禾本科芨芨草属多年生草本植物，其通常与香柱菌属（Epichlo?）内生真菌形成互惠共生的关系，在干旱的自然生境中表现出明显的生长优势以及较强的适应能力。然而，内生真菌在干旱条件下调控宿主植物养分获取能力以提高其抗逆特性的机制还知之甚少。本论文以具有相同遗传背景的带菌（ Endophyte-infected，EI）和不带菌（Endophyte-free，EF）醉马草为供试材料，通过温室盆栽试验，设置15%土壤饱和含水量（Soil water content，SWC）、30% SWC和60% SWC 三个水分梯度，分别模拟重度干旱、干旱和水分充盈三种水分情况，探究EI和EF植株的养分获取能力和分配策略，旨在进一步揭示内生真菌增强醉马草抗旱能力的机制，为利用禾草内生真菌培育抗旱牧草新品种提供理论支撑。所获主要结果如下： 1. 内生真菌增强了醉马草的碳（Carbon，C）素积累能力。主要表现在提高了醉马草的光合速率和干重，EI较EF分别显著增加13.0%和11.9%（P＜0.05）。这得益于内生真菌提高了宿主光合酶和抗氧化酶的活性，前者改善了干旱胁迫对宿主光合能力的损伤，后者缓解了干旱胁迫产生的活性氧类物质引致的损伤，保障了逆境条件下干重的累积。土壤复水后，EI 植物始终维持较高的光合速率、光合酶活性和叶绿素含量，使得其在复水后生长速度比EF植株更快。复水后EI植株的抗氧化物质活性减少幅度较EF植株更大，其中抗坏血酸过氧化物酶活性EI和EF植株分别降低了11.03%和1.82%，表明EI植株的旱后恢复能力较强，已快速恢复到了正常生长水平。 2. 脱落酸（Abscisic acid，ABA）在内生真菌提升醉马草C素积累能力、应对干旱胁迫的过程中，发挥了重要作用。外源喷施ABA进一步促进了植株干重、净光合速率和气孔导度（P＜0.05），较对照（Control，CK，喷施蒸馏水）分别提高了6.8%、11.2%和35.7%，而喷施氟啶酮（Fluridone，FLU；ABA合成抑制剂）则显著抑制了上述指标（P＜0.05），较 CK 分别降低了 14.2%、50.6%和27.7%。EI与 EF植株之间株高、分蘖数、叶绿素含量、光合速率和气孔导度的差值呈现喷施 ABA＞CK＞FLU。结构方程模型分析结果表明，ABA 通过减轻干旱对光合能力的损伤，对干重的累积产生了积极作用（P＜0.05），解释度达 90%。表明在ABA充足的情况下，内生真菌更能发挥其增强宿主抗旱能力的作用，即ABA是参与内生真菌提升醉马草抗旱能力的重要物质，内生真菌通过调节ABA增强宿主的光合作用，进而提高C素积累能力。 3. EI植株较EF具有更高的氮素重吸收率，缓解了共生体在干旱条件下对土壤养分的依赖，提高了宿主植物的适应性和竞争力。干旱胁迫条件下，EI 绿色组织的C:N、C:P和N:P较EF植株显著低了33.1%、20.2%和27.9%（P＜0.05）， EI植株绿叶、枯叶干重均比EF植株显著高了 51.8%和 55.5%（P＜0.05），且 EI植株的N素重吸收率较EF显著提高了38.94%（P＜0.05）。根据生长速率假说，上述结果表明干旱条件下 EI植株具有更强的生长潜力，原因可能在于其可有效循环利用枯叶中的养分用于生长，从而减少了对土壤养分的依赖，一定程度上抵消了干旱阻滞植物养分吸收带来的负面影响。 4. EI植株具备更强的N素吸收能力，且将更多的N素分配至地上部分，以应对干旱胁迫。通过 15N 同位素定量研究，发现干旱胁迫条件下，EI 醉马草的叶片干重、叶片 15N丰度和 15N回收率、N素利用效率比EF植株分别显著高了10.1%、36.7%、61.6%和25.9%（P＜0.05）；叶片 15N分配率（61.7%）显著高于根系 15N分配率（38.3%）（P＜0.05）；EI醉马草根际土壤的硝态氮和铵态氮含量比EF植株根际土壤显著降低了23.5%和18.6%（P＜0.05），而脲酶和碱性磷酸酶活性显著提高了 31.9%和 11.2%（P＜0.05），表明内生真菌通过调节根际土壤酶活性，加快了土壤N素的硝化过程，扩大了植物吸收养分的来源，使得EI具有较强的N素吸收能力，并将所吸收的N素更多地分配至地上部分。 5. 醉马草-内生真菌共生体的抗旱策略可能为避旱策略，即共生体利用较大比例的所获养分合成了以供应植物生长为目的的初级代谢产物，而用剩余的较小比例的养分合成了以提高植物抗性为目的的次级代谢产物。通过代谢组学分析，发现醉马草-内生真菌共生体含有27大类417种有机化合物，干旱胁迫条件下，EI醉马草叶片77.5%的初级代谢物上调，43.1%的次级代谢物上调，且随着土壤水分的下降，EI 体内的初级代谢物上调数量随之上升。表明干旱条件下内生真菌调控醉马草合成较多的初级代谢产物，优先满足植物生长需求，以应对干旱胁迫。
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