盐胁迫下根施AMF和褪黑素对紫花苜蓿生长、光合特征以及抗氧化系统的影响

doi:10.11686/cyxb2023366

摘要/Abstract

摘要：

本试验旨在探究盐胁迫下根施丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和褪黑素处理对紫花苜蓿生长、光合特征和抗氧化系统的影响。设置盐胁迫下（100 mmol·L^-1 NaCl）对紫花苜蓿根施褪黑素（0、50、100、150、200 μmol·L^-1）并接种AMF变形球囊霉以及不接种对照共10个处理。结果表明，AMF与紫花苜蓿能形成稳定共生关系，根施褪黑素能够增加AMF菌根侵染率以及泡囊数，菌根侵染率最高达65.2%。在根施褪黑素100 μmol·L^-1水平下，与对照相比，接种AMF处理的紫花苜蓿总生物量、叶绿素a、叶绿素b含量分别提高5.4%、7.3%和45.3%，根冠比下降39.5%；净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）和气孔导度（G_s）分别增加23.3%、28.3%、17.6%和14.1%；最大光化学效率（F_v/F_m）和PSⅡ潜在活性（F_v/F_o）分别提高19.6%和22.9%；叶片中氮、磷、钾含量分别是对照的1.4、1.1和1.2倍，钠含量比对照下降11.1%；紫花苜蓿铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）基因表达量提高33.9%，POD基因表达量提高16.8%，CAT基因表达量提高6.4%，抗氧化酶系统中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性也表现为一定幅度的增加。结论认为，AMF和褪黑素均能够增加紫花苜蓿对氮、磷、钾等养分的吸收量而降低对钠的吸收量，进而提高光合作用能力以及叶绿素a、b含量和叶绿素荧光参数，上调Cu/Zn-SOD、POD、CAT基因表达量并显著增加SOD、POD、CAT等活性，其中以接种AMF配合根施100 μmol·L^-1褪黑素改善紫花苜蓿生长状况、光合特征，提高抗盐性的作用最为显著。

关键词: 丛枝菌根真菌, 褪黑素, 紫花苜蓿, 光合, 叶绿素, 养分

Abstract:

The aim of this study was to investigate the effects of an arbuscular mycorrhizal fungus （AMF） and melatonin treatments on the photosynthetic parameters and antioxidant system of Medicago sativa （alfalfa） plants under salt stress. Melatonin was applied at a range of concentrations （0， 50， 100， 150， and 200 μmol·L^-1） to roots of M. sativa under salt stress （100 mmol·L^-1NaCl）. A total of 10 treatments were inoculated with an AMF （Glomus versiforme）， whereas the control plants were left uninoculated. It was found that this AMF formed a stable symbiotic relationship with alfalfa， with a maximum mycorrhizal infection rate of 65.2%. Compared with the control group， the group inoculated with AMF and treated with melatonin at 100 μmol·L^-1showed increased total biomass （by 5.4%） and chlorophyll a and chlorophyll b contents （by 7.3% and 45.3%， respectively）， a decreased root to shoot ratio （by 39.5%）， and increased net photosynthetic rate， transpiration rate， intercellular CO₂concentration， and stomatal conductance （by 23.3%， 28.3%， 17.6%， and 14.1%， respectively）. Compared with the control group， the group inoculated with AMF and treated with melatonin at 100 μmol·L^-1showed increased maximum photochemical efficiency and PS Ⅱ potential activity （by 19.6% and 22.9%， respectively）； increased nitrogen， phosphorus， and potassium contents in the leaves （to 1.4-times， 1.1-times， and 1.2-times that in the control， respectively）， and decreased sodium content （by 11.1%）. Comparisons of gene transcript levels between the control group and the group inoculated with AMF and treated with melatonin at 100 μmol·L^-1revealed increased transcript levels of Cu/Zn-SOD （by 33.9%）， POD （by 16.8%）， and CAT （by 6.4%） in the latter group. The activities of superoxide dismutase， peroxidase， and catalase were increased to different degrees in the group inoculated with AMF and treated with melatonin at 100 μmol·L^-1. We concluded that AMF and melatonin can synergistically increase the chlorophyll a and b contents and chlorophyll fluorescence parameters of alfalfa， improve photosynthesis， increase the absorption of nutrients such as nitrogen， phosphorus， and potassium， reduce the absorption of sodium， and upregulate the expression of Cu/Zn-SOD， POD， and CAT， leading to increased activities of superoxide dismutase， peroxidase， and catalase. Among the treatments tested here， AMF inoculation combined with root application of 100 μmol·L^-1melatonin had the strongest effect to promote plant growth under salt stress and improve salt resistance.

Key words: arbuscular mycorrhizal fungi, melatonin, Medicago sativa, photosynthesis, chlorophyll, nutrient

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图/表 9

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处理 Treatments	褪黑素浓度 Melatonin concentration （μmol·L^-1）	侵染率 Infection rate （%）	泡囊数 Number of vesicles （number·cm^-1 root）	总生物量 Total biomass （g·pot^-1）	根冠比 Root crown ratio
CK	0	-	-	0.435±0.038d	0.637±0.066a
	50	-	-	0.567±0.082bc	0.443±0.125abc
	100	-	-	0.702±0.018a	0.410±0.090abc
	150	-	-	0.638±0.045abc	0.471±0.073abc
	200	-	-	0.526±0.037cd	0.568±0.071ab
AMF	0	59.2±1.64b	15.0±0.6b	0.660±0.064ab	0.547±0.161ab
	50	62.5±2.42ab	16.3±0.3ab	0.725±0.033a	0.359±0.046abc
	100	65.2±2.55a	17.7±0.3a	0.740±0.020a	0.248±0.054c
	150	53.1±1.34c	16.7±0.3ab	0.707±0.015a	0.305±0.059bc
	200	34.1±0.46d	15.2±0.5b	0.697±0.023a	0.446±0.156abc

处理 Treatments	褪黑素浓度 Melatonin concentration （μmol·L^-1）	侵染率 Infection rate （%）	泡囊数 Number of vesicles （number·cm^-1 root）	总生物量 Total biomass （g·pot^-1）	根冠比 Root crown ratio
CK	0	-	-	0.435±0.038d	0.637±0.066a
	50	-	-	0.567±0.082bc	0.443±0.125abc
	100	-	-	0.702±0.018a	0.410±0.090abc
	150	-	-	0.638±0.045abc	0.471±0.073abc
	200	-	-	0.526±0.037cd	0.568±0.071ab
AMF	0	59.2±1.64b	15.0±0.6b	0.660±0.064ab	0.547±0.161ab
	50	62.5±2.42ab	16.3±0.3ab	0.725±0.033a	0.359±0.046abc
	100	65.2±2.55a	17.7±0.3a	0.740±0.020a	0.248±0.054c
	150	53.1±1.34c	16.7±0.3ab	0.707±0.015a	0.305±0.059bc
	200	34.1±0.46d	15.2±0.5b	0.697±0.023a	0.446±0.156abc

指标 Index	从枝菌根真菌 AMF	褪黑素 MT	从枝菌根真菌×褪黑素 AMF×MT	指标 Index	从枝菌根真菌 AMF	褪黑素 MT	从枝菌根真菌×褪黑素 AMF×MT
总生物量Total biomass	5.941**	0.565NS	4.010*	超氧化物歧化酶SOD	0.579NS	5.066**	1.559NS
根冠比Root/shoot	2.357NS	2.328NS	0.853NS	过氧化物酶POD	10.346**	5.650**	8.662**
叶绿素a Chlorophyll a	6.289**	3.223NS	6.705**	过氧化氢酶CAT	2.644NS	1.432NS	0.256NS
叶绿素b Chlorophyll b	5.470**	0.958NS	14.474**	铜锌超氧化物歧化酶基因表达量Cu/Zn-SOD gene expression level	0.456NS	7.234**	2.449NS
PSⅡ最大光合效率F_v/F_m	2.603NS	6.309**	0.995NS	铜锌超氧化物歧化酶基因表达量Cu/Zn-SOD gene expression level	0.456NS	7.234**	2.449NS
PSⅡ潜在活性F_v/F_o	1.234NS	4.078*	2.759NS	过氧化物酶基因表达量POD gene expression level	8.366**	5.523**	19.761**
净光合速率 P_n	0.489NS	6.091**	2.909NS	过氧化氢酶基因表达量CAT gene expression level	2.344NS	1.434NS	0.678NS
蒸腾速率 T_r	5.956**	2.050NS	10.682**	钾K	2.402NS	1.170NS	23.001**
气孔导度 G_s	1.671NS	1.398NS	0.198NS	氮N	0.257NS	0.286NS	50.656**
胞间CO₂浓度 C_i	5.662**	4.324*	2.832NS	磷P	0.001NS	0.177NS	8.166**
				钠Na	10.125**	0.656NS	31.730**

指标 Index	从枝菌根真菌 AMF	褪黑素 MT	从枝菌根真菌×褪黑素 AMF×MT	指标 Index	从枝菌根真菌 AMF	褪黑素 MT	从枝菌根真菌×褪黑素 AMF×MT
总生物量Total biomass	5.941**	0.565NS	4.010*	超氧化物歧化酶SOD	0.579NS	5.066**	1.559NS
根冠比Root/shoot	2.357NS	2.328NS	0.853NS	过氧化物酶POD	10.346**	5.650**	8.662**
叶绿素a Chlorophyll a	6.289**	3.223NS	6.705**	过氧化氢酶CAT	2.644NS	1.432NS	0.256NS
叶绿素b Chlorophyll b	5.470**	0.958NS	14.474**	铜锌超氧化物歧化酶基因表达量Cu/Zn-SOD gene expression level	0.456NS	7.234**	2.449NS
PSⅡ最大光合效率F_v/F_m	2.603NS	6.309**	0.995NS	铜锌超氧化物歧化酶基因表达量Cu/Zn-SOD gene expression level	0.456NS	7.234**	2.449NS
PSⅡ潜在活性F_v/F_o	1.234NS	4.078*	2.759NS	过氧化物酶基因表达量POD gene expression level	8.366**	5.523**	19.761**
净光合速率 P_n	0.489NS	6.091**	2.909NS	过氧化氢酶基因表达量CAT gene expression level	2.344NS	1.434NS	0.678NS
蒸腾速率 T_r	5.956**	2.050NS	10.682**	钾K	2.402NS	1.170NS	23.001**
气孔导度 G_s	1.671NS	1.398NS	0.198NS	氮N	0.257NS	0.286NS	50.656**
胞间CO₂浓度 C_i	5.662**	4.324*	2.832NS	磷P	0.001NS	0.177NS	8.166**
				钠Na	10.125**	0.656NS	31.730**

处理 Treatments	褪黑素浓度 Melatonin concentration （μmol·L^-1）	钾含量 K content	氮含量 N content	磷含量 P content	钠含量 Na content
CK	0	0.267±0.012f	0.758±0.010f	0.165±0.029d	4.465±0.203a
	50	0.347±0.009e	2.808±0.138bc	0.362±0.081ab	3.834±0.204b
	100	0.576±0.015b	2.935±0.596b	0.411±0.049a	2.400±0.116cd
	150	0.427±0.020cd	2.289±0.031de	0.395±0.075ab	3.766±0.201b
	200	0.317±0.015ef	1.780±0.149e	0.257±0.024bcd	4.367±0.103a
AMF	0	0.353±0.026de	1.169±0.231f	0.205±0.052cd	3.468±0.186b
	50	0.440±0.017c	3.148±0.047b	0.424±0.024a	2.866±0.145c
	100	0.683±0.038a	3.986±0.592a	0.456±0.053a	2.133±0.089d
	150	0.580±0.035b	2.365±0.208cd	0.415±0.020a	2.832±0.145c
	200	0.470±0.021c	1.894±0.253de	0.331±0.032abc	3.400±0.058b