缺氮条件下内生真菌对醉马草生理特性的影响

doi:10.11686/cyxb2023314

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (7): 182-191.DOI: 10.11686/cyxb2023314

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缺氮条件下内生真菌对醉马草生理特性的影响

邓茂桦(), 郑蓉(), 王蓓晨, 王超, 刘荣贵, 张瀚文, 王政和, 王剑峰()

兰州大学草地农业科技学院，草地微生物研究中心，草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，甘肃兰州 730020

收稿日期:2023-09-01 修回日期:2023-11-03 出版日期:2024-07-20 发布日期:2024-04-08
通讯作者: 王剑峰
作者简介:E-mail： wangjf12@lzu.edu.cn
邓茂桦（2002-），男，四川南充人，在读本科。E-mail： dengmh20@lzu.edu.cn
郑蓉（2000-），女，甘肃榆中人，在读硕士。E-mail： 220220901690@lzu.edu.cn。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
国家自然科学基金(32001399);兰州大学中央高校基础研究基金(lzujbky-2021-ey01)

Effects of the Epichloë gansuensis endophyte on the physiological status of Achnatherum inebrians under different nitrogen concentrations

Mao-hua DENG(), Rong ZHENG(), Bei-chen WANG, Chao WANG, Rong-gui LIU, Han-wen ZHANG, Zheng-he WANG, Jian-feng WANG()

College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Center for Grassland Microbiome，State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems，Lanzhou 730020，China

Received:2023-09-01 Revised:2023-11-03 Online:2024-07-20 Published:2024-04-08
Contact: Jian-feng WANG

摘要/Abstract

摘要：

氮是植物生长发育阶段必不可少的大量元素之一，内生真菌可以通过与醉马草形成共生体进而影响宿主氮代谢。内生真菌对宿主氮代谢的影响与周围环境氮浓度密切相关。本研究以携带Epichlo? gansuensis内生真菌（E+）的醉马草和未携带E. gansuensis内生真菌（E-）的醉马草为材料，设置低氮（0.01 mmol·L^-1 N）和正常氮浓度（7.5 mmol·L^-1 N）两种生长条件，对醉马草进行为期6个月的处理，收获试验材料后测定了醉马草的叶片干重，过氧化氢（H₂O₂）含量，丙二醛（MDA）含量等指标并进行分析，主要研究结果如下：1） N营养贫瘠条件下，内生真菌的侵染显著增加了醉马草植株的株高、叶片干重、分蘖数、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）活性、还原性谷胱甘肽（GSH）含量和N含量，显著降低了醉马草植株的MDA和H₂O₂含量，而对醉马草植株叶片的C和P含量以及C∶N，C∶P，N∶P无显著影响；2）正常N营养条件下，内生真菌的侵染仅显著增加了E+醉马草植株的株高，而对叶片干重、分蘖数、MDA、H₂O₂含量、GSH和G6PDH活性均无显著影响。综上所述，本研究初步探明了内生真菌的侵染可以通过增加醉马草G6PDH活性和GSH的含量，降低醉马草H₂O₂和MDA含量，促进氮的吸收，增加了叶片干重和分蘖数，以此改善了醉马草在低氮条件下的生长，而对正常氮营养条件下的植株影响有限。

关键词: 醉马草, 内生真菌, 氮浓度, 生理特性

Abstract:

Nitrogen is an essential macronutrient for plant growth and development， and endophytic fungi can influence nitrogen metabolism in the host. The endophyte Epichlo? gansuensis forms a symbiotic relationship with Achnatherum inebrians， also known as drunken horse grass. The effect of endophytic fungi on the host’s nitrogen metabolism is dependent on the surrounding nitrogen concentrations. In this study， A. inebrians plants infected with the Epichlo? gansuensis endophyte （E+） or not infected （E-） were grown under low （0.01 mmol·L^–1 N） and normal （7.5 mmol·L^–1 N） nitrogen levels for 6 months. The harvested materials were analyzed to determine leaf dry weight， hydrogen peroxide （H₂O₂） content， malondialdehyde （MDA） content， and other physiological and biochemical indices. The results revealed that： 1） Under low-nitrogen conditions， compared with E- A. inebrians plants， E+ A. inebrians plants showed significantly increased plant height， dry weight， tiller number， glucose-6-phosphate dehydrogenase （G6PDH） activity， reduced glutathione （GSH） content， and nitrogen content， and significantly decreased MDA and H₂O₂ contents. However， the carbon （C） and phosphorus （P） leaf contents， and the C∶N， C∶P， and N∶P ratios in the plants did not differ significantly between the E+ and E- plants. 2） Under normal-N conditions， compared with E- plants， E+ plants showed significantly increased plant height， but no significant difference in dry weight， tiller number， MDA and H₂O₂ contents， and GSH and G6PDH activity. Taken together， these findings suggest that E. gansuensis infection can enhance the growth of A. inebrians under low-nitrogen conditions by increasing G6PDH activity and GSH content， reducing H₂O₂ and MDA content， and promoting nitrogen uptake， thereby increasing leaf dry weight and tiller numbers. However， the impact of E. gansuensis on A. inebrians plants under normal N levels is limited.

Key words: Achnatherum inebrians, endophytic fungi, nitrogen concentrations, physiological status

邓茂桦, 郑蓉, 王蓓晨, 王超, 刘荣贵, 张瀚文, 王政和, 王剑峰. 缺氮条件下内生真菌对醉马草生理特性的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(7): 182-191.

Mao-hua DENG, Rong ZHENG, Bei-chen WANG, Chao WANG, Rong-gui LIU, Han-wen ZHANG, Zheng-he WANG, Jian-feng WANG. Effects of the Epichloë gansuensis endophyte on the physiological status of Achnatherum inebrians under different nitrogen concentrations[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(7): 182-191.

图/表 10

表1 不同N营养浓度下内生真菌对醉马草叶片干重、株高和分蘖数的双因素方差分析

Table 1 Two-way ANOVA analysis of E. gansuensis on dry weight， plant height and tillering number of leaves of A. inebrians under different N nutrient concentrations

处理 Treatments	df	叶片干重 Dry weight of blades		株高 Plant height		分蘖数 Number of tillers
处理 Treatments	df	F	P	F	P	F	P
N营养浓度Nitrogen nutrient concentration	1	82.330	<0.001	42.990	<0.001	81.120	<0.001
内生真菌Endophytic fungi	1	0.140	0.712	33.750	<0.001	14.820	<0.001
氮营养浓度×内生真菌Nitrogen nutrient concentration×endophytic fungi	1	1.187	0.289	1.743	0.202	5.400	0.022

图1 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草叶片干重、株高和分蘖数的变化E+代表携带E. gansuensis内生真菌的醉马草，E-代表未携带E. gansuensis内生真菌的醉马草；0.01 mmol·L-1 N为低氮浓度处理，7.5 mmol·L-1 N为正常氮浓度处理；*和**分别表示同一营养条件下E+和E-醉马草在P<0.05和P<0.01处有显著性差异，下同。E+ represents intoxicating A. inebrians carrying the endophytic fungus E. gansuensis， and E- represents intoxicating A. inebrians not carrying the endophytic fungus E.gansuensis； 0.01 mmol·L-1 N is the low nitrogen concentration treatment， and 7.5 mmol·L-1 N is the normal nitrogen concentration treatment； * and ** indicate significant differences at P<0.05 and P<0.01 for E+ and E- A. inebrians under the same nutrient condition， the same below.

Fig.1 The changes of the dry weight in leaves， plant height and tiller number in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

表2 不同N营养浓度下内生真菌对醉马草丙二醛和过氧化氢含量的双因素方差分析

Table 2 Two-way ANOVA analysis for the effects of E. gansuensis on malondialdehyde and hydrogen peroxide contents of A.inebrians under different nutrient concentrations

处理 Treatments	df	过氧化氢 H₂O₂		丙二醛 MDA
处理 Treatments	df	F	P	F	P
N营养浓度Nitrogen nutrient concentration	1	35.253	<0.001	246.253	<0.001
内生真菌Endophytic fungi	1	10.313	0.012	8.246	0.021
氮营养浓度×内生真菌Nitrogen nutrient concentration×endophytic fungi	1	6.966	0.030	18.619	0.003

图2 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草过氧化氢和丙二醛含量的变化

Fig.2 The changes of the H2O2 and MDA content in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

表3 不同N营养浓度下内生真菌对醉马草还原性谷胱甘肽含量和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性的双因素方差分析

Table 3 Two-way ANOVA analysis showing the influence of E. gansuensis on reduced glutathione content and glucose-6-phosphate dehydrogenase activity of A. inebrians under different nutrient concentrations

处理 Treatments	df	还原性谷胱甘肽 GSH		葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 G6PDH
处理 Treatments	df	F	P	F	P
N营养浓度Nitrogen nutrient concentration	1	288.759	<0.001	3.166	0.113
内生真菌Endophytic fungi	1	29.737	<0.001	6.080	0.039
氮营养浓度×内生真菌Nitrogen nutrient concentration×endophytic fungi	1	33.597	<0.001	9.358	0.016

图3 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草谷胱甘肽含量和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性的变化

Fig.3 The changes of the GSH content and G6PDH activity in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

表4 不同N营养浓度下内生真菌对醉马草碳、氮和磷含量的双因素方差分析

Table 4 Two-way ANOVA analysis for the effect of E. gansuensis on carbon， nitrogen and phosphorus contents of A. inebrians under different N nutrient concentrations

处理 Treatments	df	叶片碳含量Leaf C		叶片氮含量Leaf N		叶片磷含量Leaf P
处理 Treatments	df	F	P	F	P	F	P
N营养浓度Nitrogen nutrient concentration	1	0.593	0.463	269.887	<0.001	20.274	0.002
内生真菌Endophytic fungi	1	4.935	0.057	1.009	0.345	0.270	0.618
氮营养浓度×内生真菌Nitrogen nutrient concentration×endophytic fungi	1	0.467	0.514	3.921	0.083	0.070	0.799

图4 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草碳、氮、磷含量的变化

Fig.4 The changes of the carbon， nitrogen and phosphorus content in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

图5 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草碳氮比，碳磷比和氮磷比的变化

Fig.5 The changes of C∶N， C∶P and N∶P in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

表5 7.5和0.01 mmol·L-1 N下E+和E-醉马草C∶N和C∶P的变化

Table 5 The changes of C∶N， C∶P in E+ and E- A. inebrians under 7.5 and 0.01 mmol·L-1 N

内生真菌侵染状况 Status of endophytic fungal infestation （mmol·L^-1 N）	C∶N	C∶P
0.01 E-	0.88±0.14	46.25±2.80
0.01 E+	0.97±0.07	51.25±6.32
7.50 E-	1.54±0.16	28.53±7.11
7.50 E+	1.57±0.00	28.44±3.68

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缺氮条件下内生真菌对醉马草生理特性的影响

Effects of the Epichloë gansuensis endophyte on the physiological status of Achnatherum inebrians under different nitrogen concentrations

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