内生真菌浸种对燕麦生长和根部内生真菌群落的影响

doi:10.11686/cyxb2024090

摘要/Abstract

摘要：

内生真菌在促进植物生长、增强抗逆性、改变植物根部微生物群落结构等方面有着重大的研究和开发价值。本研究采用内生真菌（木霉菌ADK和黄绿卷毛菇AF）浸种燕麦的方法开展田间试验，通过测定燕麦生长指标、生理生化指标、根际土壤理化指标，评价内生真菌浸种对燕麦的促生效果，并利用高通量测序技术研究内生真菌浸种对燕麦根部内生真菌群落组成的影响。结果表明：2种内生真菌均能促进燕麦株高生长，增加根长、干重、鲜重等，其中，ADK对燕麦生长性状影响最显著（P<0.05），AF对燕麦产量增加最显著（P<0.05）。内生真菌对燕麦生理也有显著影响（P<0.05），ADK和AF组过氧化物酶（POD）活性和维生素C（V_c）含量较CK分别增加87.53、86.03%%和5.56%、58.11%，脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）含量分别减少64.62%、72.85%和54.82%、63.85%。此外，ADK和AF能够提高土壤全磷含量，且AF显著（P<0.05）提高土壤有机碳含量。Illumina高通量测序结果表明内生真菌浸种增加了燕麦根部内生真菌的Shannon指数、Pielou指数以及特有OTU的数量，改变了燕麦根部内生真菌群落结构。主成分分析（PCA）结果显示ADK促进了燕麦生长，增加了燕麦根部内生真菌多样性；AF提高了燕麦产量，增强了燕麦抗逆性。本研究揭示出内生真菌浸种对燕麦有显著的促生效果，并能增强燕麦的抗逆性及改变燕麦根部内生真菌群落结构，为后期开发植物促生菌剂提供了菌种资源，也有助于开发木霉菌及黄绿卷毛菇在生物菌肥方面的潜能。

关键词: 内生真菌, 燕麦, 浸种, 促生, 群落结构

Abstract:

Endophytic fungi with the capacity to enhance plant growth， bolster plant stress tolerance， and modulate the composition of plant rhizosphere microbial communities offer significant implications for research and development of crop growth promotants. In a plot experiment， two endophytic fungus， Trichoderma rossicum and Floccularia luteovirens were applied. To assess the growth promoting effects of these endophytic fungi on Avena sativa， a range of indicators were measured， encompassing growth characteristics， physiological and biochemical parameters， soil physical and chemical properties， and others. In addition， high-throughput sequencing technology was utilized to assess the influence of endophytic fungus soaking on the composition of A. sativa root endophytic fungal communities. It was found that the application of the two endophytic fungi noticeably enhanced the growth of A. sativa， with increase in plant height， root length， dry weight， fresh weight， and other parameters observed. Particularly noteworthy was the pronounced influence of T. rossicum on the growth traits of A. sativa， while F. luteovirens had the greatest effect on the yield of A. sativa. Additionally， endophytic fungi significantly influenced physiological traits of A. sativa （P<0.05）. For instance， compared to CK， the peroxidase activity was increased by 87.53%， and 86.03%， respectively， with T. rossicum and F. luteovirens seed soaking， while vitamin C content was increased by 5.56% and 58.11%. Conversely， proline and malondialdehyde levels were decreased， respectively by 64.62% and 54.82% with T. rossicum and by 72.85% and 63.85% with F. luteovirens seed soaking. Furthermore， the two endophytic fungi exerted distinct effects on soil physicochemical properties. Specifically， T. rossicum and F. luteovirens increased soil total phosphorus concentration， while F. luteovirens dramatically elevated soil organic carbon concentration. The high-throughput sequencing findings demonstrated that soaking endophytic fungi significantly influenced the diversity of endophytic fungi in the A. sativa rhizosphere. This was evidenced by increases in the Shannon index， Pielou index， and the number of unique OTUs of endophytic fungi in A. sativa roots， as well as changes in the community structure of endophytic fungi in the A. sativa roots. Additionally， a principal component analysis revealed that T. rossicum enhanced growth and diversified the variety of root endophytic fungi associated with A. sativa， whereas F. luteovirens enhanced productivity and bolstered stress tolerance of A. sativa. This study highlights the significant stimulatory impact of endophytic fungus soaking on the growth of A. sativa， enhancing its stress resistance， and altering the root endophytic fungal community. These findings pave the way for the utilization of F. luteovirens and T. rossicum as microbial fertilizers， thereby providing valuable fungal resources for the development of plant growth-promoting preparations in subsequent research.

Key words: endophytic fungi, Avena sativa, seed soaking, growth promotion, community structure

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图/表 6

表1 内生真菌浸种对燕麦株高、根长、鲜重、干重和产量的影响

Table 1 Effect of endophytic fungi soaking on plant height， root length， fresh weight， dry weight， and yield of A. sativa

处理

Treatment

株高

Plant height （cm）

根长

Root length （cm）

鲜重

Fresh weight （g·plant^-1）

干重

Dry weight （g·plant^-1）

产量

Yield （kg·30 m^-2）

图1 内生真菌浸种对燕麦生理生化指标的影响不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments （P<0.05）.

Fig.1 Effects of endophytic fungi soaking on physiological and biochemical indexes of A. sativa

表2 内生真菌浸种对燕麦土壤理化性质的影响

Table 2 The influence of endophytic fungi soaking on soil physical and chemical properties of A. sativa

处理

Treatment

全氮

Total nitrogen （TN， g·kg^-1）

全磷

Total phosphorus （TP， g·kg^-1）

总有机碳

Total organic carbon （TOC， g·kg^-1）

表3 内生真菌浸种对燕麦根际真菌群落的α-多样性影响

Table 3 Alpha diversity analysis of endophytic fungi soaking on A. sativa root fungal community

处理

Treatment

序列数量

Number of tag

OTU数量

Number of OTU

Shannon指数Shannon index

Simpson指数Simpson index

图2 内生真菌浸种对燕麦根际真菌群落组成影响A： OTU水平真菌群落组成Distribution of endophytic fungal communities at OTU level； B， C：门和科水平真菌群落组成Distribution of endophytic fungal communities at phylum and family level， respectively； D：相对丰度排名前10属真菌群落组成The top 10 genera with higher relative abundance.

Fig.2 Effects of endophytic fungi soaking on A. sativa root fungal community

图3 内生真菌浸种燕麦对其生长、生理、土壤理化性质和根部内生真菌群落影响的PCA分析

Fig.3 PCA analysis of the effects of endophytic fungi soaking A. sativa on its growth， physiology， soil physicochemical properties and fungal community

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