Effect of the Epichloë endophyte on the root morphology of Stipa purpurea infected by the hemiparasite Pedicularis kansuensis

doi:10.11686/cyxb2024122

Abstract

Abstract:

The root hemiparasite Pedicularis kansuensis derives nutrients from its host， Stipa purpurea， through structures known as haustoria， and this suppresses the growth of S. purpurea. Previous studies have shown that Epichlo? endophytes， microorganisms that form a symbiotic relationship with their host， are able to ameliorate the damage to S. purpurea caused by the hemiparasite P. kansuensis. The potential mechanism of this effect may be that Epichlo? positively regulates the root morphology of its host infected with the hemiparasite. In this study， we conducted a pot experiment to compare the root morphology between endophyte-infected （E+） and endophyte-free （E-） S. purpurea parasitized by P. kansuensis at different densities. Our results indicate that parasitism by P. kansuensis decreased both the shoot and root biomass of S. purpurea， and resulted in substantially decreased values of all the measured root morphological traits. The values of biomass and root morphological traits of S. purpurea sharply decreased with increasing density of P. kansuensis. The values of biomass and root morphological parameters of S. purpurea parasitized by P. kansuensis were higher in the E+ group than in the E- group. A structural equation model indicated that as the total length， surface area， and topological index of S. purpurea roots decreased， the biomass of S. purpurea decreased. The inhibitory effect of P. kansuensis on the growth of S. purpurea was positively related to the density of P. kansuensis. By contrast， the presence of the Epichlo? endophyte facilitated the accumulation of biomass of S. purpurea parasitized by P. kansuensis through altered root morphological traits including root total length and surface area， and the number of externally connected grass roots. In conclusion， Epichlo? endophytes are able to alleviate stress imposed by a hemiparasite upon P. kansuensis by facilitating change in its root morphological traits. Our findings reveal new information about the mutualistic relationship between Epichlo? endophytes and their hosts， and demonstrate that the introduction of the Epichlo? symbiont isan effective biological method to control hemiparasitic weeds.

Key words: Epichlo? endophyte, Stipa purpurea, Pedicularis kansuensis, root hemiparasite plant, root morphology

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Figures/Tables 7

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项目Item	处理Treatments	df	F	P
地上生物量 Shoot biomass	内生真菌带菌状态 Es	1	2516.90	<0.01
	寄生密度 Pd	2	1060.58	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	136.99	<0.01
根系生物量 Root biomass	内生真菌带菌状态 Es	1	321.32	<0.01
	寄生密度 Pd	2	96.93	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	9.75	<0.01
比根长度 Specific root length	内生真菌带菌状态 Es	1	10.36	<0.01
	寄生密度 Pd	2	3.83	0.04
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.34	0.72
比根面积 Specific root area	内生真菌带菌状态 Es	1	14.14	<0.01
	寄生密度 Pd	2	21.46	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.69	0.51
比根体积 Specific root volume	内生真菌带菌状态 Es	1	8.11	<0.01
	寄生密度 Pd	2	12.95	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	4.12	0.03
根冠比 Ratio of root to shoot	内生真菌带菌状态 Es	1	0.01	0.91
	寄生密度 Pd	2	1.27	0.30
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.24	0.30

项目Item	处理Treatments	df	F	P
地上生物量 Shoot biomass	内生真菌带菌状态 Es	1	2516.90	<0.01
	寄生密度 Pd	2	1060.58	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	136.99	<0.01
根系生物量 Root biomass	内生真菌带菌状态 Es	1	321.32	<0.01
	寄生密度 Pd	2	96.93	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	9.75	<0.01
比根长度 Specific root length	内生真菌带菌状态 Es	1	10.36	<0.01
	寄生密度 Pd	2	3.83	0.04
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.34	0.72
比根面积 Specific root area	内生真菌带菌状态 Es	1	14.14	<0.01
	寄生密度 Pd	2	21.46	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.69	0.51
比根体积 Specific root volume	内生真菌带菌状态 Es	1	8.11	<0.01
	寄生密度 Pd	2	12.95	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	4.12	0.03
根冠比 Ratio of root to shoot	内生真菌带菌状态 Es	1	0.01	0.91
	寄生密度 Pd	2	1.27	0.30
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.24	0.30

项目Item	处理Treatments	df	F	P
根系总长度 Total root length	内生真菌带菌状态 Es	1	12.71	<0.01
	寄生密度 Pd	2	20.40	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.44	0.11
根投影面积 Root projection area	内生真菌带菌状态 Es	1	11.56	<0.01
	寄生密度 Pd	2	9.00	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.17	0.14
根面积 Root area	内生真菌带菌状态 Es	1	13.51	<0.01
	寄生密度 Pd	2	1.96	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.39	0.11
根表面积 Root surface area	内生真菌带菌状态 Es	1	11.56	<0.01
	寄生密度 Pd	2	9.00	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.17	0.14
根体积 Root volume	内生真菌带菌状态 Es	1	4.52	0.44
	寄生密度 Pd	2	1.72	0.20
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.36	0.09
根平均直径 Mean root diameter	内生真菌带菌状态 Es	1	3.56	0.07
	寄生密度 Pd	2	8.41	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.66	0.52
根尖数 Root tip number	内生真菌带菌状态 Es	1	10.04	<0.01
	寄生密度 Pd	2	8.96	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.45	0.11
根节点数 Root node number	内生真菌带菌状态 Es	1	5.99	0.02
	寄生密度 Pd	2	13.32	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.88	0.17
根分叉数 Root bifurcation number	内生真菌带菌状态 Es	1	6.49	0.02
	寄生密度 Pd	2	14.89	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.84	0.18
根交叉数 Root crossing number	内生真菌带菌状态 Es	1	2.51	0.13
	寄生密度 Pd	2	8.32	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.38	0.27
根连接数 Number of root connections	内生真菌带菌状态 Es	1	5.12	0.03
	寄生密度 Pd	2	12.90	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.73	0.20
外部连接数 Number of external connections	内生真菌带菌状态 Es	1	9.42	<0.01
	寄生密度 Pd	2	22.14	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	3.36	0.05
内部连接数 Number of internal connections	内生真菌带菌状态 Es	1	4.53	0.04
	寄生密度 Pd	2	12.83	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.61	0.22
分形维数 Fractal dimension	内生真菌带菌状态 Es	1	0.62	0.44
	寄生密度 Pd	2	8.78	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.63	0.54
拓扑指数 Topological index	内生真菌带菌状态 Es	1	5.30	0.03
	寄生密度 Pd	2	51.49	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.54	0.59

项目Item	处理Treatments	df	F	P
根系总长度 Total root length	内生真菌带菌状态 Es	1	12.71	<0.01
	寄生密度 Pd	2	20.40	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.44	0.11
根投影面积 Root projection area	内生真菌带菌状态 Es	1	11.56	<0.01
	寄生密度 Pd	2	9.00	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.17	0.14
根面积 Root area	内生真菌带菌状态 Es	1	13.51	<0.01
	寄生密度 Pd	2	1.96	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.39	0.11
根表面积 Root surface area	内生真菌带菌状态 Es	1	11.56	<0.01
	寄生密度 Pd	2	9.00	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.17	0.14
根体积 Root volume	内生真菌带菌状态 Es	1	4.52	0.44
	寄生密度 Pd	2	1.72	0.20
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.36	0.09
根平均直径 Mean root diameter	内生真菌带菌状态 Es	1	3.56	0.07
	寄生密度 Pd	2	8.41	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.66	0.52
根尖数 Root tip number	内生真菌带菌状态 Es	1	10.04	<0.01
	寄生密度 Pd	2	8.96	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	2.45	0.11
根节点数 Root node number	内生真菌带菌状态 Es	1	5.99	0.02
	寄生密度 Pd	2	13.32	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.88	0.17
根分叉数 Root bifurcation number	内生真菌带菌状态 Es	1	6.49	0.02
	寄生密度 Pd	2	14.89	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.84	0.18
根交叉数 Root crossing number	内生真菌带菌状态 Es	1	2.51	0.13
	寄生密度 Pd	2	8.32	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.38	0.27
根连接数 Number of root connections	内生真菌带菌状态 Es	1	5.12	0.03
	寄生密度 Pd	2	12.90	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.73	0.20
外部连接数 Number of external connections	内生真菌带菌状态 Es	1	9.42	<0.01
	寄生密度 Pd	2	22.14	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	3.36	0.05
内部连接数 Number of internal connections	内生真菌带菌状态 Es	1	4.53	0.04
	寄生密度 Pd	2	12.83	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	1.61	0.22
分形维数 Fractal dimension	内生真菌带菌状态 Es	1	0.62	0.44
	寄生密度 Pd	2	8.78	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.63	0.54
拓扑指数 Topological index	内生真菌带菌状态 Es	1	5.30	0.03
	寄生密度 Pd	2	51.49	<0.01
	内生真菌带菌状态×寄生密度 Es×Pd	2	0.54	0.59

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