外源IBA促进锥栗幼苗生长的作用不依赖于外生菌根形成

《Environmental and Experimental Botany》：Exogenous IBA promotes Castanea henryi seedling growth independently of ectomycorrhizal formation

　　

外源IBA对Scleroderma citrinum 1菌株的菌丝生长速率无影响。外源IBA对Scleroderma citrinum 1与锥栗（Castanea henryi）形成的外生菌根定殖率（colonization rate，CR）无影响。外源IBA和外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi，EF）均促进了植物生长，但二者通过不同的生理和分子策略实现。

锥栗（Castanea henryi）是壳斗科（Fagaceae）树种，广泛分布于中国江南丘陵贫瘠缺磷地区，具有重要的经济和生态价值。近年来，极端气候事件频发严重影响了锥栗幼苗生长，并导致病虫害加剧及树木大面积死亡。为增强对有限土壤养分资源的吸收和抗逆能力，植物进化出多种觅食策略，其中与土壤菌根真菌建立共生关系是促进根系生长和养分获取的关键途径。然而，菌根共生功能的发挥依赖于定殖率（colonization rate，CR）超过临界阈值（最低有效定殖），当CR低于15%–20%时共生养分交换近乎无效。因此，提高CR是增强菌根共生效应和养分吸收的关键。以往研究表明，侧根（lateral root，LR）的形成是外生菌根（ectomycorrhizae，ECM）发生的先决条件，而生长素如吲哚丁酸（indole-3-butyric acid，IBA）能有效促进侧根发生。但外源IBA能否通过诱导侧根增殖来提高外生菌根定殖率，以及宿主植物在生理和分子水平如何响应，仍是悬而未决的问题。该项研究发表在《Environmental and Experimental Botany》。

研究人员设计了三阶段实验。首先从6株外生菌根真菌中筛选出对IBA不敏感的LY-9（Scleroderma citrinum 1）菌株，确保后续定殖率变化完全归因于宿主响应；随后通过无菌培养体系确定10 μM为促进锥栗侧根发育的最适IBA浓度；最后在温室盆栽条件下设置四个处理组（+EF+IBA、+EF-IBA、-EF+IBA、-EF-IBA），在接种LY-9的同时施加10 μM IBA，6个月后系统评估幼苗生长、养分积累、内源激素水平及相关基因表达。值得注意的是，虽然IBA使侧根数量显著增加（根尖数达对照的1.5倍），但接种处理组的定殖率（52%）与接种并施加IBA组（56%）之间无显著差异，表明IBA诱导的侧根增殖并未转化为更高的菌根定殖率。同时，IBA添加和真菌接种均促进了幼苗生长，但存在效应叠加：单独IBA处理使株高增加17%，单独接种使株高增加29%，而联合处理使株高增加33%。在养分积累方面，接种处理对根系氮、磷、钾吸收的促进作用显著优于IBA处理，其中磷吸收增幅最大（根系磷含量提高178%–194%）。激素分析显示，IBA处理显著降低了根中独脚金内酯（strigolactones，SLs）含量，而接种处理则显著降低了脱落酸（abscisic acid，ABA）含量并增加了吲哚乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）、IBA、赤霉素（gibberellin，GA₃）和玉米素（zeatin，ZT）含量。基因表达分析表明，外源IBA和真菌接种均显著抑制了ChARF18的表达，但只有接种处理能诱导共生信号关键基因ChNORK的表达。

研究结果部分如下。

3.1 不同IBA浓度下外生菌根真菌菌株的生长特征。在含0–100 μM IBA的MMN培养基上培养6株外生菌根真菌，发现LY-9在所有IBA浓度下菌落直径和菌丝干重均最稳定，几乎不受IBA影响，因此被选为后续实验的接种菌株。

3.2 外源IBA对锥栗根发育的影响。在无菌培养条件下，0–100 μM IBA处理20天后发现，10 μM IBA时根尖数最多，达到对照的1.5倍；50 μM和100 μM IBA显著增加根表面积、根体积和根尖数，但抑制总根长。因此确定10 μM为本研究最适浓度。

3.3 LY-9成功接种锥栗幼苗。接种6个月后，在体视显微镜下观察到黄白色菌丝包被根尖，石蜡切片显示典型的哈蒂氏网（Hartig net）结构。RT-qPCR检测到LY-9特异ITS序列在接种处理根尖中表达量显著高于未接种处理（4.5–12.5倍），证明LY-9成功建立了外生菌根共生。IBA添加对定殖率无显著影响（52%对56%）。

3.4 IBA添加和EF接种对锥栗幼苗生长的影响。IBA和接种均提高了幼苗株高、地径和生物量，其中联合处理促进作用最明显；单独接种效果优于单独IBA处理。与对照相比，+EF+IBA处理使株高增加33%，总生物量增加39%。

3.5 IBA添加和EF接种对养分积累的影响。IBA和接种均增加了根、茎、叶中氮、磷、钾含量，接种处理的效果优于IBA处理，特别是对根中磷含量的提升最为显著。联合处理对养分吸收的促进作用最强。

3.6 IBA添加和EF接种对内源激素含量的影响。IBA单独处理显著增加了IAA、IBA和GA₃含量，同时显著降低根中SLs含量。接种处理显著增加了IAA、IBA、GA₃和ZT含量，并降低根和叶中ABA含量。联合处理的激素变化幅度最大。

3.7 IBA添加和EF接种对共生及生长素信号通路相关基因表达模式的影响。RT-qPCR分析表明，仅有接种处理显著诱导了ChNORK表达，IBA添加无此效应；但IBA和接种均显著抑制了ChARF18表达，表明ChARF18可能是整合激素与共生信号的分子节点。

讨论部分指出，常规观点认为侧根可用性是菌根定殖的主要瓶颈，但本研究显示IBA诱导的侧根增殖并未提高CR，提示宿主-真菌组合可能存在“定殖饱和点”。由于所选LY-9菌株对IBA不敏感，定殖率的稳定并非真菌生长变化所致，而是可能受限于该特定组合