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丛枝菌根真菌(珠状巨孢囊霉)的土壤遗产:钾螯合球囊霉素增强花生抗旱性和荚果产量

在农业生态系统中,干旱严重威胁作物的生长和产量。尽管在干旱条件下作物对钾元素有较大需求,但后者在土壤中的移动性和有效性显著受限于土壤水分状态。丛枝菌根真菌(AMF)能够与大多数作物形成共生关系并显著提高宿主抗旱性。虽然活体AMF菌丝所产生球囊霉素能够螯合包括钾元素在内的多种矿质元素,但是此矿质螯合态球囊霉素是否能够提高作物抗旱能力还鲜有研究。最近,戴传超教授课题组在《Microbiological Research》杂志上发表了名为“丛枝菌根真菌(珠状巨孢囊霉)的土壤遗产:钾螯合球囊霉素增强花生抗旱性和荚果产量”的文章 (https://doi.org/10.1016/j.micres.2021.126774),该文章阐述了这一科学问题。

课题组前期研究结果发现,花生连续单作条件下,其生长后期抗旱性的提高可能与珠状巨孢囊霉的土壤遗产(矿质螯合态球囊霉素蛋白)有关。此研究通过将接种过活体AMF(珠状巨孢囊霉)的花生根围土壤充分灭菌后进行重新栽培,发现干旱条件下花生抗旱生理指标和荚果产量显著提高(荚果数目和干重分别增加50.3%和52.1%)。同时,花生叶部钾元素积累显著提高(增加28.3%)。在利用AMF分室培养系统进行不同矿质元素螯合态球囊霉素蛋白收集并将其进行外源添加的盆栽实验后,发现只有当添加球囊霉素蛋白螯合钾元素时花生的叶部钾元素积累和相关抗旱生理指标才显著增高。另外,花生根系分泌物能够在花生生长前期土壤湿润条件下解离球囊霉素所螯合的钾元素,从而满足作物在花生生长后期干旱条件下对于钾元素的需求。本研究表明,由珠状巨孢囊霉所产生的钾螯合态球囊霉素能够提高花生生长后期的抗旱能力和产量。

该文章联系作者为戴传超教授,第一作者为该组博士生徐方继。 

此项研究由国家自然科学基金和江苏省高等教育优势学科建设项目(PAPD)所资助。(徐方继报道)

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