內生真菌印度梨形孢提高植物抗逆性的研究進展

韓 飛，李俊凱

(長江大學 農學院 農藥研究所，荊州 434025)

印度梨形孢(Piriformosporaindica)屬擔子菌門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得到的一種能進行純培養(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]。其在生理學上、形態(tài)學上、功能及血清學上和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多種的重要經濟作物。印度梨形孢不僅可以促進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根數[6-7]，還能提高植物對N，P，K的吸收[8]，增強植物抗旱[9]、抗鹽[10]、抗?jié)n[11]、抗病[12]等的能力。目前，國內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的研究不斷增多；此外，印度梨形孢不僅在農、林業(yè)和園林花卉業(yè)等產業(yè)中應用非常廣泛，在草藥學及其它的傳統(tǒng)醫(yī)學體系中也得到了廣泛的應用[13]。筆者綜述了印度梨形孢在增強植物抗逆性方面的研究，重點介紹了在非生物脅迫下，其提高植物耐受性的相關機制，旨在為印度梨形孢抗逆性在農業(yè)應用領域上的研究與應用提供參考。

1 印度梨形孢誘導植物對非生物脅迫的耐性

1.1 印度梨形孢誘導植物對干旱脅迫的耐性陳佑源報道了油菜接種印度梨形孢后，誘導了抗旱相關基因BnGG2，BnD11，BnMPK3，Bn-PKL的表達，提高油菜整體抗氧化能力、維持細胞生物膜完整性和細胞內滲透壓以及降低膜脂的過氧化水平，從而增強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，脯氨酸積累減少，葉片中DREB2A，CBL1，ANAC072及RD29A等抗旱相關基因上調表達，使得玉米受到較低的膜損傷[15]。也有報道[16]證明了印度梨形孢通過調節(jié)ABA，NO以及程序性細胞死亡相關基因的表達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，通過降低煙草細胞生物膜的損傷程度、增強煙草的抗氧化防御能力、促進細胞滲透調節(jié)物質Pro的積累以及上調干旱脅迫相關基因的表達，從而實現(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，調控脫落酸、生長素、水楊酸和細胞分裂素等激素相關基因的表達，從而提高植株抗旱性[18]。

1.2 印度梨形孢誘導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)物質吸收增加。地上部分的氣孔導度和胞間CO2濃度增加，提高了植株的凈光合速率，同化的有機物增加，促進生長效應顯著[21]。

李亮等[22]報道了印度梨形孢通過激活紫花苜蓿體內抗氧化物酶活性，降低紫花苜蓿體內丙二醛含量，降低紫花苜蓿根部電導率，減少鹽害脅迫對植物根部細胞的傷害，誘導脯氨酸合成途徑吡咯啉-5-羧基合成酶基因(5)表達，實現(xiàn)分子水平調控。大麥接種印度梨形孢后，處理植株產量高于對照產量。通過檢測發(fā)現(xiàn)，植株組織中與抗氧化相關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增加[23]。

1.3 印度梨形孢誘導植物對漬害脅迫的耐受性印度梨形孢抗?jié)n機制方面的研究，目前國內外尚少見報道。楊亞珍等[24]的研究結果表明，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棉花莖稈發(fā)育，增加成鈴數，提高棉花的籽棉產量、棉籽產量以及單鈴質量。同時，還可增加棉花的衣分，提高皮棉產量。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量提高32.72%，但是該研究未在此基礎上進行更深入的探討，也沒有對其抗?jié)n機理進行深入報道。

2 誘導植物對生物脅迫的耐性

2.1 印度梨形孢誘導植株抑制病原菌定殖印度梨形孢可誘導煙草對黑脛病(Phytophthoraparasiticavar.nicotianae)[12]、對玉米鐮刀菌冠腐病(Fusariumculmorum)，根腐病和扁豆狀血管性萎蔫病，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基因(PR1b，P450-2，hrs203J，NmIMSP和P450-1)的表達量顯著高于對照[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，清除植物體內產生的活性氧，激活植物體內的防御系統(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大麥(Hordeumvulgare)葉片中抗病相關基因(病程相關蛋白-1，pathogenesis-relat-ed-1；病程相關蛋白-2， pathogenesis-related-2；病程相關蛋白-5，pathogenesis-related-5)的快速表達，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植物產生系統(tǒng)抗性，但其作用機制尚不明確。

2.2 印度梨形孢誘導植株抑制線蟲感染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。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，生物合成具有抗菌效果的吲哚芥子油苷[35]，且與水楊酸調停信號有關[36])，推測CWE中可能含有具有抑制線蟲的幾丁質酶。LI[37]研究發(fā)現(xiàn)，其可能通過消除胼胝質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械屏障(次要作用。)因此，真菌來源的化學物質、分泌物和細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 應用前景與研究方向

內生真菌印度梨形孢定殖廣泛，作用多樣且對環(huán)境友好，不僅能夠促進植物的生長，還能促進寄主對生物脅迫和非生物脅迫的耐性，從而減少化肥和農藥的使用，甚至改善沙漠、戈壁和鹽堿地的生態(tài)環(huán)境，對農業(yè)、林業(yè)等領域的應用具有深遠意義。目前，國內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理性研究，但是仍有很多作用機制尚不明確，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化合物等尚需進一步研究。隨著對印度梨形孢與植物、土壤、以及土壤微生物的影響，土壤中有關化合物殘留等研究的不斷深入，其影響也將不斷增大。