盐胁迫是干旱半干旱地区影响植物生长和生产的主要威胁。施用生物肥料可以减轻这种压力。因此,在盐胁迫(0、5、10和15 dS m?1)条件下对油菜籽进行盆栽试验,同时考虑以下添加剂:(1)AMF(未接种和接种了球囊球藻)和(2)PGPR(未接种和接种了云南微球菌)。结果表明,盐胁迫显著降低了油菜的生长、产量、产量组成和生理属性,提高了Na+/K+比值。然而,随着PGPR和AMF的施用,油菜籽耐盐性的提高导致氧化还原状态和离子稳态的显著改善。它们显著改善了植物的抗氧化酶活性和营养状况。此外,与未接种处理相比,共接种PGPR和AMF可使15 dS m?1下的菜籽油叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、光合速率和出油率分别提高1.7倍、1.8倍、2.3倍、2.0倍和1.3倍。这些结果表明,PGPR和AMF的综合应用对于缓解盐胁迫至关重要。

在干旱和半干旱地区,盐水灌溉的使用已广泛增加(Shrivastava和Kumar 2015;Yousefi et al. 2020)。盐度是一个严重的问题,会显著降低植物的生长发育和产量潜力,并诱导活性氧(ROS)积累(Zhan et al. 2019;Zahra等人,2020;Ali et al. 2021)。盐胁迫通过渗透胁迫和离子毒性与营养失衡和氧化应激相关(Liu et al. 2015)。它会严重影响包括钾在内的关键矿物质离子的吸收,从而引发植物生长障碍(Ali et al. 2021)。盐度胁迫通过增加叶绿素降解来降低光合速率(Alinia et al. 2021)。它还会限制酶活性并诱导ROS积累,从而导致膜脂质过氧化(Parihar et al. 2014)。

生物肥料被视为可持续农业的关键组成部分,可用于提高胁迫植物的耐受性(Bal et al. 2012;Arnao和Hernández-Ruiz 2019;Abd El-Ghany and Attia 2020)。促进植物生长的根瘤菌(PGPR)和丛枝菌根真菌(AMF)对减轻胁迫症状至关重要(Begum等,2019;Ali et al. 2021;Motamedi et al. 2022)。它们被认为是最重要的生物肥料,通过改善细胞氧化还原稳态、减轻氧化应激、增加光合作用和促进矿物质可及性来调节植物的抗逆性(Begum et al. 2021)。生物肥料的作用方式可分为直接作用机制和间接作用机制。生物肥料的直接作用包括增强生物固氮,调节植物激素,提高营养效率和植物生长,减少乙烯合成。生物肥料的间接影响包括对非生物和生物胁迫的耐受性(Begum et al. 2019, 2021;Motamedi et al. 2022)。最近,Begum等人(2019)和Bouskout等人(2022)报道,AMF通过改善养分吸收和水分吸收来促进逆境耐受性。Su et al.(2017)和Jia-Dong et al.(2019)认为,PGPR和AMF调节植物体内抗氧化酶的产生,改变激素稳态。Bal et al.(2012)表明,与未接种对照相比,施用PGPR显著改善了水稻的生长参数,包括茎、根生长和叶绿素含量。根据Abd El-Ghany等人(Abd El-Ghany and Attia 2020)报道的信息,细菌接种可以通过不同的机制影响耐盐性,包括提高N、P和K浓度以及降低Na+浓度。

油菜籽(Brassica napus)是供人类食用的植物油来源(Zangani等人,2021;Batool et al. 2022)。尽管油菜籽是一种中等耐盐物种,但其生长、光合作用和养分吸收仍然会受到渗透胁迫和离子失衡等过量盐分的影响(Shahzad et al. 2021;Mohamed et al. 2022)。芸苔科的成员是产生低AMF定植的例外(Valetti等人,2016)。许多作者已经证明,应用PGPR可以改善AMF在植物中的定殖(Veiga et al. 2013;petriki et al. 2022)。

研究了云南微球菌在不同环境胁迫下对油菜生长发育和产量的影响,但在盐渍条件下与异型球囊菌(Glomus versiformme)在油菜上的应用研究尚未见报道。在本研究中,我们假设异型球囊菌和云南微球菌共同施用可以调节氧化还原状态和离子稳态,从而提高油菜籽的耐盐性。因此,本研究的具体目标为:(1)探讨异型球囊菌(Glomus versiformme)和云南微球菌(Micrococcus yunnanensis)通过增强油菜籽氧化还原状态和离子稳态来抑制盐胁迫的交互作用。这些知识使我们能够利用云南微球菌与变种球囊菌结合的潜力来提高植物的耐盐性。

本研究采用全随机设计和因子排列,评价了曲型球囊菌和云南微球菌对油菜耐受性的影响。海王星)对盐度压力的反应。本试验在位于伊朗设拉子设拉子大学农业学院植物生产与遗传学系(52°35 ' E, 29°43 ' N,平均海拔1810 m)的28°C自然光条件下的研究温室中进行了3个重复。土壤的理化特性如表1所示。采用0、5、10和15 dS m?1 NaCl 4个盐度水平,2个AMF(未接种和接种了球囊球囊菌(Accession AJ504642, (Weisany et al. 2015)), 2个PGPR(未接种和接种了云南微球菌(Accession KP090345, (Estrada et al. 2013)))作为试验处理。油菜籽来自伊朗农业和自然资源研究中心(Fars, Iran)。健康的油菜籽用70%乙醇加5% NaOCl灭菌2 min,灭菌5 min,用双倍蒸馏水洗涤3次,然后在直径10 cm的培养皿中培养3天。发芽后,将均匀的幼苗无菌移栽到塑料花盆中(33 × 36 cm,内径×深),土壤4.5 kg。将土壤在121℃下蒸压2 h以去除土壤微生物。根据常规方法测定花盆中所用土壤的理化性质(Selvakumar et al. 2018)。

表1土壤理化性质

曲型球囊菌(AMF)接种剂来自设拉子大学土壤学系。采用玉米诱捕培养法制备AMF接种剂。采用蒸压土壤/石英砂(< 1 mm) (1:4, v/v)作为诱捕培养基。培养时间延长8周。在这段时间后,除去芽,将盆内的内容物(根以及含有真菌孢子和菌丝的土壤)保存在4℃的聚乙烯袋中,直到接种。将30g AM真菌置于移栽植物根下1cm处接种AMF,并将等量的AM真菌置于对照盆中。云南微球菌PGPR菌株来源于设拉子大学土壤学系。云南微球菌具有溶解不溶性无机和有机磷酸盐的能力,也能产生铁载体(数据未显示)。云南微球菌菌株在100 ml营养肉汤培养基中,28±2℃,200 rpm,摇床培养24 h。然后将处理组的幼苗接种2ml分离株培养物(Weisany et al. 2015)。

在生理成熟期,收获植株,即在每盆中测量株高和产量。

为了使用便携式光合系统(LCi, ADC Bioscientific Ltd., Hoddesdon, UK)测量完全展开的末端小叶中的气体交换(净光合速率(Pn),气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr)),采用Alinia等人(Alinia et al. 2021)提出的方法。

根据先前的一项研究(Parihar et al. 2014),采用分光光度法测量叶片叶绿素(Chl)和类胡萝卜素的浓度。叶片组织在液氮中冷冻,-80°C保存。用分光光度法测定叶片叶绿素(Chl)和类胡萝卜素的浓度,并将0.1 g鲜重的叶片组织(FW)用10 mL 80%丙酮在暗处匀浆至残留物无色。匀浆液在室温下以500 rpm离心5分钟,测定A646、A663和A470 (7315 UV/VIS, Jenway, Staffordshire, UK)。

抗氧化酶活性用0.5 g叶组织在5 mL的冰冷磷酸盐缓冲液(pH 7.6)中测定,所有测定都用磷酸缓冲液分光光度法(7315 UV/VIS, Jenway)进行。在加入10 mM H2O2后,使用含有50 mM缓冲液(pH 7.0), 16 mM愈木酚和0.2 mL样品的测定混合物(Rojas-Tapias et al. 2012),从A470的变化中测定过氧化物酶(POD)活性。在含有50 mM缓冲液(pH 7.6)、750 mM NBT、4 μM核黄素、13 mM蛋氨酸、0.1 mM EDTA和0.2 mL提取物的溶液中测定叶片提取物的超氧化物歧化酶(SOD)活性(Dodd and perez - alfoea 2012)。用荧光灯照射含有实验溶液的比色皿15分钟,NBT光化学还原后,A560发生变化。过氧化氢酶(CAT)活性在A240条件下测量,使用含有50 mM缓冲液(pH 7.0)和12.5 mM H2O2的测定溶液,与0.2 mL样品混合(Zarei et al. 2008)。

烘干的芽和根样品(0.5 g)使用研磨机研磨,在电烤箱中灰化(450°C, 4小时),然后用1n HCl消化。使用火焰光度法测定K+和Na+的组织浓度(Ghavami et al. 2016)。

用索氏仪连续萃取测定油的含量。每处理30 g油菜籽用电动搅拌器粉碎成细粉,以300 mL正己烷(50-60℃)为溶剂提取油。溶剂在低压下使用旋转蒸发器在70°C下蒸发,直到溶剂被完全除去。含油量(%)根据Hosni et al. (Redondo-Gómez et al. 2021)计算,含油量计算公式如下:

(1)

为了确定菌根定植的影响,取至少1 cm的根组织,用4%多聚甲醛固定,然后在室温下孵育48 h。根段用蒸馏水洗涤三次,然后在10% KOH中120°C孵育15分钟。加入碱性过氧化氢溶液,室温孵育20 min,加入0.05%亚甲基蓝(Sigma-Aldrich),室温孵育24 h。使用40倍物镜(Cakmak and Marschner 1992),在显微镜(M5LCD Velab, Co., Pharr, TX, USA)下观察样品。菌根定殖率计算公式如下:根定殖率(%)=no。感染节段的数量/× 100根。

采用SAS v. 9.1软件(SAS Institute 2003),采用3个重复的单因素方差分析。采用最小显著性差异(LSD)检验确定治疗差异(p < 0.05)。使用XLSTAT进行热图相关性分析。


摘要。
介绍
材料与方法
结果
讨论
结论
数据可用性
参考文献。
致谢。

作者信息
道德声明






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盐度胁迫对株高有负向影响(图1);在所有接种处理中,5、10和15 dS m?1盐胁迫下植株的该参数均显著低于0 dS m?1盐胁迫下植株。与不接种相比,AMF和PGPR处理在受盐胁迫的植物中增加了该参数。与其他接种处理相比,F1和B1处理显著提高了植株高度。

图1
figure 1

不同盐度下AMF和PGPR对株高的影响。数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

光合色素动态变化如图2所示。在盐胁迫下,AMF和PGPR显著影响了Chl a、Chl b和类胡萝卜素含量(图2a、b和c)。在0、5、10和15 dS m?1时,F1和B1组合的Chl a、Chl b和类胡萝卜素含量高于其他接种处理。结果表明,在0、5、10和15 dS m?1水平下,F1 + B1处理的Chla分别是F0 + B0处理的1.52、1.59、1.65和1.74倍,Chlb分别是1.57、1.58、1.62和1.84倍,类胡萝卜素分别是1.65、1.84、2.16和2.33倍(图2a、b和c)。

图2
figure 2

不同盐度下AMF和PGPR对油菜光合色素叶绿素a (a)、叶绿素b (b)和类胡萝卜素(c)的影响数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

在盐水和非盐水条件下,所有处理对油菜籽含油量都有显著的正影响(图3)。因此,F1和B1的组合被证明是在盐胁迫下提高油菜籽含油量的有效工具。盐度胁迫下,F1 + B1处理对含油率的影响显著高于F0 + B0处理。接种植株与未接种植株之间存在显著差异,说明接种植株对盐胁迫有一定的抑制作用。

图3
figure 3

不同盐度下AMF和PGPR对油菜籽含油量的影响。数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

抗氧化酶如CAT、POD和SOD的活性在盐度处理下与不含盐处理相比受到显著影响(图4a、b和c)。与未接种植株相比,F1和B1的组合显著提高了所有盐度处理植株的抗氧化酶活性。F1 + B1处理在盐分水平下仍能有效提高CAT活性。此外,F1和B1组合处理在15 dS m?1下对POD的增强效果显著高于其他盐度水平。与不含盐处理相比,F1和B1联合处理在盐胁迫下SOD含量差异显著。在0、5、10和15 dS m?1盐度水平下,F1 + B1处理的SOD活性比F0和B0处理分别提高1.5倍、1.3倍、1.2倍和1.2倍。上述结果表明,AMF + PGPR可增强油菜抗氧化酶活性和耐盐性。

图4
figure 4

不同盐度下AMF和PGPR对油菜籽CAT (a)、POD (b)和SOD (c)活性的影响数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

与不含盐条件下相比,盐胁迫对油菜光合系统的影响显著(图5)。AMF和PGPR单独施用和联合施用均显著提高了植株的Pn、gs和Tr。与不接种相比,F1和B1联合处理在盐水条件下仍能有效提高Pn、gs和Tr。Pn最高(14.4μm摩尔二氧化碳?2 s?1),g(31.32更易与H2O m 2 s1)和Tr(12.5更易与H2O m 2 s1)被发现在non-saline条件下,F1和B1(无花果。5 a、b和c)。在5、10、15 d m?1盐度水平,F1 + B1治疗增加Pn 1.6, 1.7和2.0倍,gs 1.5, 1.9和2.0倍,和Tr 1.5, 2.4和2.6倍,分别与F0的组合和B0治疗(无花果。5 a、b和c)。

图5
figure 5

不同盐度下AMF和PGPR对油菜籽(a)净光合速率(Pn)、(b)气孔导度(gs)和(c)蒸腾速率(Tr)的影响数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

F1治疗提高AMF殖民(图6)。增加是很有意义的组合的F1和B1治疗在0 dS m?1,产生最高的AMF殖民(6.1%)(图6)。此外,发现最大的AMF殖民的F1 + B1治疗,平均为6.1%,代表1.4,1.6,2.4,和3.8倍增加殖民的组合F1和B0治疗(0)5、10和15 d m?1盐度水平,分别为(图6)。

图6
figure 6

不同盐度下AMF和PGPR对AMF定殖的影响。数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

AMF、PGPR和盐度胁迫显著影响了植株茎部和根部的Na+和K+浓度(表2)。盐度降低了AMF和PGPR处理的K+浓度,接种植株的K+浓度高于未接种植株(表2)。与相应的F0和B0处理组合相比,茎和根的15 dS m?1盐度水平。随着盐度的增加,所有接种处理的茎部和根部Na+浓度均稳步上升(表2)。但在盐度胁迫下,F1和B1接种植株的茎部(分别为5、10和15 dS m?1时的1.4、1.1和1.1倍)Na+浓度显著低于F0 + B0处理。此外,接种F1和B1显著降低了盐胁迫植物根系中的Na+浓度。

表2 AMF和PGPR对co的影响K的浓度+和钠+和K+/ Na+油菜籽芽与根的比例

在盐水和非盐水条件下,接种处理对产量都有显著的正影响(图7)。F1 + B1处理被证明是提高盐胁迫下油菜籽植株产量的一种显著有效的方法。F1和B1组合处理的产量(20 g)高于其他处理。在0、5、10和15 dS m?1盐度水平下,F1 + B1处理的产量分别是F0和B0处理的2.2倍、2.9倍、3.2倍和3.5倍(图7)。

图7
figure 7

不同盐度下AMF和PGPR对产量的影响。数据表示三个重复的平均值±标准差。柱上不同字母表示LSD检验各处理间差异显著(p < 0.05)。F0B0徵;F0B1,接种PGPR;F1B0, AMF接种;F1B1,接种AMF和PGPR

在本试验中,油分含量与Pn和光合色素之间存在显著的正相关关系(图8)。这可能反过来提高油菜籽的耐盐性,从而提高株高。此外,Na+与K+浓度呈负相关。

图8
figure 8

热图表示不同油菜籽属性的Pearson相关性



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