鋁調控外生菌根真菌分泌有機酸的機理研究

《鋁調控外生菌根真菌分泌有機酸的機理研究》是依託西南大學，由袁玲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋁調控外生菌根真菌分泌有機酸的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁玲
• 依託單位：西南大學

項目摘要

酸性森林土壤廣泛分布於熱帶和亞熱帶，活性鋁含量較高，危害樹木生長。乙酸、乙醛酸和草酸是外生菌根真菌分泌的主要有機酸，它們之間互相轉化。鋁脅迫顯著改變它們分泌上述三種有機酸的速率，草酸分泌量成倍增加，有益於減輕和消除鋁毒。選擇抗鋁型和鋁敏感型外生菌根真菌，在不同濃度的鋁脅迫下，研究鋁在菌絲液泡、細胞質和細胞間隙的含量分布，以及與三種有機酸分泌的關係；利用三氟拉嗪、異搏定、遼紅和鈣離子螯合劑等細胞鈣信號抑制劑，以及尼氟滅酸和苯甲醯甲醛陰離子通道抑制劑研究胞質鈣信號轉導、陰離子通道活性、膜電位變化與乙酸、乙醛酸和草酸分泌的關係；三種有機酸代謝的關鍵酶- - -草酸脫羧酶、乙醛酸脫氫酶和草醯乙酸水解酶的含量、活性、動力學特徵、基因克隆與表達等，可揭示鋁調控外生菌根真菌分泌有機酸的機理，為篩選抗鋁能力較強的優良菌株，生產菌根化林木種苗提供科學依據，也有益於我國南方酸性土壤的植樹造林和天然林保護。

結題摘要

酸性森林土壤占我國南方森林面積的90%以上，在酸性土壤中，活性鋁含量較高，是造成森林衰亡的主要因素。外生菌根真菌（ECMF）與木本植物形成菌根，是森林生態系統中的重要成分。ECMF通過物理阻隔、化學絡/螯合與沉澱、胞內區域分隔、基因表達等多種途徑減少重金屬吸收，降低生物活性，提高寄主抗/耐重金屬的能力。但ECMF抗/耐鋁的機理尚需深入研究。本項研究選擇抗鋁型和鋁敏感型ECMF，在鋁脅迫下，研究它們抗鋁和調控有機酸分泌的機理，主要結果如下：1.抗鋁性較強的菌株對鋁的阻截具有不同途徑。在鋁脅迫下，Pt 715細胞壁吸附的鋁降低，液泡具有明顯的分隔作用；而Sl 08細胞壁吸附的鋁增加，細胞質鋁減少。2. ECMF能分泌草酸、乙酸、蘋果酸和檸檬酸等多種有機酸，不同菌株分泌有機酸的種類和數量各異。在鋁脅迫下，分泌量增加最多的是草酸，有益於抵禦鋁毒。但草酸分泌不是抗鋁的唯一機制，其分泌量也非抗鋁性強弱的唯一指標。3.在鋁脅迫下，鈣信號介導ECMF分泌草酸, 胞外Al3+是原初信號，作用於第二信使--Ca2+與鈣調蛋白，通過激活與抑制細胞膜上的陰離子通道活性而調控草酸分泌。4.在酸性土壤中，Al3+和Mn2+並存。在其共同脅迫下，抗性強的菌株對氮磷鉀養分的吸收量顯著高於抗性差的菌株；供試菌株均能利用土壤礦物結構鉀。故在鋁和錳共存的酸性土壤中，ECMF能改善樹木營養。5.在酸性土壤中，鋁毒與缺鉀並存。ECMF能分泌多種有機酸，有益於分解含鉀礦物，改善樹木的鉀素營養。鈣信號和陰離子通道調控外ECMF分泌乙酸，缺鉀可能是刺激乙酸分泌的原初信號，通過信號轉導和一系列級聯反應影響乙酸分泌。6.在植物體內，蘋果酸脫氫酶（MDH）、草醯乙酸裂解酶是草酸合成與分解的關鍵酶。但在ECMF體內，MDH活性顯著高於草醯乙酸脫羧酶、乙醛酸脫氫酶和草醯乙酸裂解酶，故MDH是調控ECMF草酸代謝的關鍵。7. ECMF合成草酸的關鍵酶--MDH基因的核苷酸序列與植物DMH基因的同源性高達95%。在抗鋁性較強的菌株體內，Al3+脅迫使MDH基因表達水平上調，同時也使分泌草酸速率提高；而在抗性較差的菌株體內，兩者無明顯變化。由此揭示了Al3+調控ECMF分泌草酸的分子機理。上述結果對篩選抗鋁較強的優良菌株，生產菌根化林木種苗提供了科學依據，有益於我國酸性土壤的植樹造林和天然林保護。