內(nèi)生真菌印度梨形孢提高植物抗逆性的研究進(jìn)展

韓 飛，李俊凱

(長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院 農(nóng)藥研究所，荊州 434025)

印度梨形孢(Piriformosporaindica)屬擔(dān)子菌門Basid-iomycota、層菌綱Hymenomycetes、蠟殼耳科Sebacinaceae、梨形孢屬Piriformospora[1]，是印度AjitVerma等人1998年在印度西北部的塔爾沙漠的灌木根際土壤中分離孢子時(shí)得到的一種能進(jìn)行純培養(yǎng)的類菌根真菌，由于其厚垣抱子呈典型的梨形，因此，被命名為Piriformosporaindica[2]。其在生理學(xué)上、形態(tài)學(xué)上、功能及血清學(xué)上和AFM(ArbuscularMycorrhizalFungus)中的Glomus和Gigaspora相似[3]，不同的是，印度梨形孢可以在多種合成和半合成培養(yǎng)基上進(jìn)行營養(yǎng)生長、繁殖[4]；不僅如此，印度梨形孢寄主比AFM真菌更加廣泛，目前已知印度梨形孢可在200多種植物上定植[5]，其中，包括150多種的重要經(jīng)濟(jì)作物。印度梨形孢不僅可以促進(jìn)植株生長和種子萌發(fā)、增加植物生物量、植物根系生物量及側(cè)根數(shù)[6-7]，還能提高植物對N，P，K的吸收[8]，增強(qiáng)植物抗旱[9]、抗鹽[10]、抗?jié)n[11]、抗病[12]等的能力。目前，國內(nèi)外對印度梨形孢與植物互作，尤其是提高植物在逆境脅迫下的耐受能力等相關(guān)的研究不斷增多；此外，印度梨形孢不僅在農(nóng)、林業(yè)和園林花卉業(yè)等產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，在草藥學(xué)及其它的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)體系中也得到了廣泛的應(yīng)用[13]。筆者綜述了印度梨形孢在增強(qiáng)植物抗逆性方面的研究，重點(diǎn)介紹了在非生物脅迫下，其提高植物耐受性的相關(guān)機(jī)制，旨在為印度梨形孢抗逆性在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域上的研究與應(yīng)用提供參考。

1 印度梨形孢誘導(dǎo)植物對非生物脅迫的耐性

1.1 印度梨形孢誘導(dǎo)植物對干旱脅迫的耐性 陳佑源報(bào)道了油菜接種印度梨形孢后，誘導(dǎo)了抗旱相關(guān)基因BnGG2，BnD11，BnMPK3，Bn-PKL的表達(dá)，提高油菜整體抗氧化能力、維持細(xì)胞生物膜完整性和細(xì)胞內(nèi)滲透壓以及降低膜脂的過氧化水平，從而增強(qiáng)了油菜對干旱脅迫的抗性[14]；干旱脅迫下，玉米接種印度梨形孢后，其抗氧化酶活性增強(qiáng)，脯氨酸積累減少，葉片中DREB2A，CBL1，ANAC072及RD29A等抗旱相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，使得玉米受到較低的膜損傷[15]。也有報(bào)道[16]證明了印度梨形孢通過調(diào)節(jié)ABA，NO以及程序性細(xì)胞死亡相關(guān)基因的表達(dá)來提高玉米的抗旱能力，玉米在干旱脅迫處理 3～5 d 后，接種及未接種印度梨形孢的玉米葉片中ABA含量均有所上升，且接種印度梨形孢組積累量高于未接種組；在正常生長條件下，接種印度梨形孢的玉米葉片中積累較多的 NO。干旱脅迫能明顯誘導(dǎo)NO在玉米葉片中的積累，上升幅度為35%。在干旱脅迫 3，5 d 后，接種印度梨形孢的玉米葉片中NO含量均高于未接種組；煙草接種印度梨形孢后，通過降低煙草細(xì)胞生物膜的損傷程度、增強(qiáng)煙草的抗氧化防御能力、促進(jìn)細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)Pro的積累以及上調(diào)干旱脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)抗旱[17]。干旱脅迫條件下，印度梨形孢能提高根系抗氧化能力，調(diào)控脫落酸、生長素、水楊酸和細(xì)胞分裂素等激素相關(guān)基因的表達(dá)，從而提高植株抗旱性[18]。

1.2 印度梨形孢誘導(dǎo)植物對鹽脅迫的耐受性 印度梨形孢可以提高大麥[19]、棉花[20]、玉米[21]等作物的耐鹽性。贠平等[12]報(bào)道了鹽脅迫條件下，接種印度梨形孢能夠使玉米葉片DNA甲基化水平升高，同時(shí)使玉米的DNA甲基化水平及模式維持在更穩(wěn)定的狀態(tài)，以提高玉米幼苗對鹽害的耐受性。棉花方面，印度梨形孢進(jìn)入作物根系后地下部分生物量和根冠比增加，水和營養(yǎng)物質(zhì)吸收增加。地上部分的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度增加，提高了植株的凈光合速率，同化的有機(jī)物增加，促進(jìn)生長效應(yīng)顯著[21]。

李亮等[22]報(bào)道了印度梨形孢通過激活紫花苜蓿體內(nèi)抗氧化物酶活性，降低紫花苜蓿體內(nèi)丙二醛含量，降低紫花苜蓿根部電導(dǎo)率，減少鹽害脅迫對植物根部細(xì)胞的傷害，誘導(dǎo)脯氨酸合成途徑吡咯啉-5-羧基合成酶基因(5)表達(dá)，實(shí)現(xiàn)分子水平調(diào)控。大麥接種印度梨形孢后，處理植株產(chǎn)量高于對照產(chǎn)量。通過檢測發(fā)現(xiàn)，植株組織中與抗氧化相關(guān)的脫氧抗壞血酸還原酶和谷胱甘肽還原酶活性提高，并且抗壞血酸和谷胱甘肽含量也相應(yīng)增加[23]。

1.3 印度梨形孢誘導(dǎo)植物對漬害脅迫的耐受性 印度梨形孢抗?jié)n機(jī)制方面的研究，目前國內(nèi)外尚少見報(bào)道。楊亞珍等[24]的研究結(jié)果表明，與漬水不加菌液的空白對照CK1和正常管理組CK0相比，棉花受漬脅迫后1周追施40 mL·株-1的印度梨形孢菌液可促進(jìn)棉花莖稈發(fā)育，增加成鈴數(shù)，提高棉花的籽棉產(chǎn)量、棉籽產(chǎn)量以及單鈴質(zhì)量。同時(shí)，還可增加棉花的衣分，提高皮棉產(chǎn)量。與不漬水不加菌液的正常對照CK0相比，棉花受漬后追施40 mL·株-1印度梨形孢菌液可使籽棉產(chǎn)量提高32.72%，但是該研究未在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的探討，也沒有對其抗?jié)n機(jī)理進(jìn)行深入報(bào)道。

2 誘導(dǎo)植物對生物脅迫的耐性

2.1 印度梨形孢誘導(dǎo)植株抑制病原菌定殖 印度梨形孢可誘導(dǎo)煙草對黑脛病(Phytophthoraparasiticavar.nicotianae)[12]、對玉米鐮刀菌冠腐病(Fusariumculmorum)，根腐病和扁豆?fàn)钛苄晕璨?，包括小麥葉病、小麥莖腐病、小麥和大麥根腐病[25-29]，以及番茄黃萎病(Verticilliumdahlia)；此外，印度梨形孢也降低了番茄芽中的黃瓜花葉病毒的濃度[30]。在其作用機(jī)制方面，印度梨形孢定殖的煙草葉片中苯丙氨酸解氨酶 (PAL)、過氧化物酶(POD)及多酚氧化酶(PPO)的活性顯著高于對照，根部有印度梨形孢定殖的煙草葉片中抗病相關(guān)基因(PR1b，P450-2，hrs203J，NmIMSP和P450-1)的表達(dá)量顯著高于對照[12]；KUMAR等[25]的研究表明，印度梨形孢通過提高玉米(Zeamays)植株中抗氧化酶包括：過氧化氫酶(catalase)、谷胱甘肽還原酶(glutathione re-ductase)、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transfer-ase)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)的活性，清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，激活植物體內(nèi)的防御系統(tǒng)，提高玉米對輪狀鐮刀霉菌(Fusariumver-ticillioides)的抗性。

MOLITOR等[31]的研究表明，印度梨形孢能夠誘導(dǎo)大麥(Hordeumvulgare)葉片中抗病相關(guān)基因(病程相關(guān)蛋白-1，pathogenesis-relat-ed-1；病程相關(guān)蛋白-2， pathogenesis-related-2；病程相關(guān)蛋白-5，pathogenesis-related-5)的快速表達(dá)，提高大麥對白粉病菌(Blumeriagraminisf. sp.Hordei)的抗性。RABIEY M等[32]的研究表明，印度梨形孢通過與植物的互作影響，來抑制病原菌，可能是干擾主要感染信號通道，導(dǎo)致氧化爆發(fā)(oxidative burst)以及活性氧過剩(excessive production of reactive oxygen species)，從而影響病原菌的定殖，協(xié)助寄主抑制病原菌的定殖，表明印度梨形孢可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性，但其作用機(jī)制尚不明確。

2.2 印度梨形孢誘導(dǎo)植株抑制線蟲感染 DANESHKHAH R等人[33]研究發(fā)現(xiàn)：根部定殖了印度梨形孢的擬南芥(Arabidopsis)可影響線蟲生命力、感染性、發(fā)展性和繁殖性。印度梨形孢自動裂解細(xì)胞壁提取物(CWE)以及含有印度梨形孢滲出物的培養(yǎng)濾液(CF)中可能存在一些影響線蟲孵化、生命力及侵染的活性物質(zhì)。根殖印度梨形孢的分泌物使具有感染性的J2s減少對植物的吸引力(在生物營養(yǎng)定植階段[34]，促使MYB51表達(dá)，生物合成具有抗菌效果的吲哚芥子油苷[35]，且與水楊酸調(diào)停信號有關(guān)[36])，推測CWE中可能含有具有抑制線蟲的幾丁質(zhì)酶。LI[37]研究發(fā)現(xiàn)，其可能通過消除胼胝質(zhì)沉積影響線蟲幼蟲侵入或者是使合胞體膨脹的菌絲形成的潛在機(jī)械屏障(次要作用。)因此，真菌來源的化學(xué)物質(zhì)、分泌物和細(xì)胞壁蛋白對擬南芥根系沙克菌的發(fā)育具有重要的抑制作用。

3 應(yīng)用前景與研究方向

內(nèi)生真菌印度梨形孢定殖廣泛，作用多樣且對環(huán)境友好，不僅能夠促進(jìn)植物的生長，還能促進(jìn)寄主對生物脅迫和非生物脅迫的耐性，從而減少化肥和農(nóng)藥的使用，甚至改善沙漠、戈壁和鹽堿地的生態(tài)環(huán)境，對農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。目前，國內(nèi)外對印度梨形孢的研究不斷增多，尤其是其對植物抵抗生物與非生物因素方面的機(jī)理性研究，但是仍有很多作用機(jī)制尚不明確，例如如何與其他有益菌的互作，如何影響土壤功能，以及影響土壤中有關(guān)化合物等尚需進(jìn)一步研究。隨著對印度梨形孢與植物、土壤、以及土壤微生物的影響，土壤中有關(guān)化合物殘留等研究的不斷深入，其影響也將不斷增大。