Festuca rubra subsp. pruinosa 对盐度、养分可得性及 Epichlo? festucae 的情境依赖性响应

《Plant Science》:Context-dependent responses of Festuca rubra subsp. pruinosa to salinity, nutrient availability, and Epichlo? festucae

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月08日 来源:Plant Science 4.6

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   摘要Festuca rubra subsp. pruinosa 是一种原生于海崖的滨海草,该栖息地的特征是高盐度和低养分可用性。该物种与 *Epichlo? festucae* 形成共生关系,这是一种垂直传播的内生真菌,定殖于地上组织。两项实验评估了 *E. festucae

  

摘要

Festuca rubra subsp. pruinosa 是一种原生于海崖的滨海草,该栖息地的特征是高盐度和低养分可用性。该物种与 *Epichlo? festucae* 形成共生关系,这是一种垂直传播的内生真菌,定殖于地上组织。两项实验评估了 *E. festucae* 是否影响宿主的耐盐性。在实验 1 中,共生和非共生植物用盐水或自来水灌溉,而实验 2 还增加了施肥处理。
在两项实验中,未施肥的共生植物在盐分条件下表现出最高的叶片生物量,而在无盐条件下则显示出最低的生物量。施肥的共生植物产生的生物量少于非共生植物。光谱植被指数进一步表明,共生对植物在盐分下表现的影响强烈依赖于养分可用性,且其发生增强了施肥植物对盐分的韧性。总体而言,结果表明 *Festuca rubra subsp. pruinosa 与 *Epichlo? festucae* 之间的共生是依赖环境的,在盐分高且养分贫瘠的条件下赋予益处,这与其自然栖息地的特征相符。
无论是否存在内生菌,植物生长要么增强要么不受盐分影响,证明了 *Festuca rubra subsp. pruinosa 的高耐盐性。盐分增加了叶片中 Na、光合色素、脯氨酸、甜菜碱、葡萄糖、果糖和蔗糖的浓度。此外,盐分增加了真菌生物碱麦角谷碱的叶片浓度,并在根部也检测到该物质。解剖观察揭示了一种近乎管状的叶片形态,具有厚的表皮蜡层,且气孔局限于内侧上表面,这些特征可能与渗透胁迫耐受性有关。

引言

Festuca rubra(禾本科)是一种广泛分布于全球温带地区的多年生草本植物 (Markgraff-Dannenberg, 1980, Inda et al., 2008, Devesa et al., 2020)。该物种占据多种栖息地,从高山草甸到海崖和半干旱草原,跨越北极到地中海环境。Markgraff-Dannenberg (1980) 确认了 *Festuca rubra 中的七个亚种:*arenaria、rubra、litoralis、asperifolia、pruinosa*、*juncea 和 *thessalica*。其中,*arenaria*、*litoralis 和 *pruinosa* 亚种出现在滨海栖息地,如盐沼、沙丘、海滩和海崖。
Festuca rubra 的耐盐性与其自然栖息地的盐度有关。相应地,栖息于滨海环境的亚种表现出比发生在其他栖息地的亚种更大的耐盐性 (Hannon and Bradshaw, 1968, Rozema et al., 1978, Baumeister and Merten, 1981, Khan and Marshall, 1981, Rhebergen and Nelissen, 1985)。此外,评估不同耐盐性植物杂交后代的实验表明,该性状具有高度遗传性 (Venables and Wilkins, 1978, Humphreys, 1982)。
Festuca rubra subsp. pruinosa(以下简称 *Festuca pruinosa*)栖息于欧洲和北美大西洋沿岸的岩石海崖 (Markgraff-Dannenberg, 1980, Devesa et al., 2020)。在海崖中,这些植物通常生长在没有土壤的岩石裂缝中,并且持续暴露在浪花和海洋风中 (图 1 A)。因此,该栖息地的特征是养分限制和由盐度及风驱水散引起的渗透胁迫。
Festuca rubra 可与 *Epichlo? festucae 形成共生关系,这是一种真菌内生菌,系统性定殖于叶片和茎干的细胞间隙 (图 1 B) (Leuchtmann et al., 1994, Zabalgogeazcoa et al., 2006)。*Epichlo? festucae 表现出高度的宿主特异性,仅与某些 *Festuca 和 *Lolium* 物种共生 (Leuchtmann et al., 2014)。该内生菌物种通过宿主植物产生的种子垂直传播 (图 1 C),表明两者之间存在高水平的互利依赖 (Fisher et al., 2017)。然而,共生体之间的依赖是不对称的:去除共生体通常对植物宿主影响甚微,而活体营养真菌依赖植物进行生长和繁殖。事实上,在 *Festuca pruinosa* 的自然种群中,只有约三分之二的植物与 *Epichlo? festucae 共生 (Zabalgogeazcoa et al., 2006, Pereira et al., 2019)。因此,该共生系统涉及一个兼性专化植物宿主和一个专性专化真菌 (Chomicki et al., 2020)。
禾本科植物与 *Epichlo? 内生菌的共生通常被视为防御性互利共生,因为宿主植物可能通过真菌合成的有毒生物碱获得抗食草动物抗性 (Clay and Schardl, 2002, Saikkonen et al., 2006, Rodriguez et al., 2009)。作为回报,内生菌获得养分、植物内的栖息地以及种子传播。防御性互利共生假说得到了来自牧业系统、食草实验和生物碱化学的证据支持 (Saikkonen et al., 2006)。然而,食草压力似乎不是与海崖植被相关的选择因子。这引发了一个问题:共生在这些栖息地中是否作为防御性互利共生发挥作用。另一种假说可能是 *Epichlo? festucae 可能有助于宿主适应,提高其耐盐性或低养分可用性耐受性。
本研究旨在测试 *Epichlo? festucae 是否有助于宿主耐盐或低养分可用性。为此,评估了接受盐分和施肥处理的共生和非共生 *Festuca pruinosa 植物的生理和生化反应,从而为这种盐生植物物种的盐度适应机制提供新的见解。

章节片段

植物材料与设计

Festuca pruinosa 品系 CD8 的无性系植物,与 *Epichlo? festucae 共生 (E+) 和非共生 (E),是按照 Pereira 等人 (2021) 描述的方法生成的。进行了两项独立实验。第一项旨在调查盐分影响,第二项旨在评估盐分和施肥的联合影响。植物在自然光条件下在网室 (实验 1) 或玻璃温室 (实验 2) 中生长。

植物生物量参数

在实验 1 中,叶片总鲜重和干重生物量以及叶片总含水量显著受到盐分 × *Epichlo? 交互作用的影响 (图 2, 表 S3)。对于这些变量,共生植物的反应取决于盐度水平:暴露于盐分的 E+ 植物 (E+S1) 显示出显著高于对照条件 (E+S0) 下的叶片生物量和含水量。相比之下,E- 植物在盐分处理之间的差异较小,尽管这些

Epichlo? festucae 在植物盐分响应中的作用

禾本科植物与 *Epichlo? 内生菌的共生通常被描述为防御性互利共生,因为真菌产生抗食草动物生物碱 (Clay and Schardl, 2002, Saikkonen et al., 2006; Rodríguez et al., 2009)。然而,海崖栖息地的食草压力极小,表明 *Festuca pruinosa 中内生菌的生态作用可能不同于内陆草的描述。我们假设 *Epichlo? 可能增强 *F. pruinosa 的耐盐性而不是

结论

Festuca rubra subsp. pruinosa 及其内生真菌 *Epichlo? festucae 形成了一个适应海崖环境的有趣共生系统。我们的结果表明,该共生的结果是强烈依赖环境的:内生菌在盐分高且养分贫瘠的条件下有益,而在无盐条件下维持共生的成本可能超过其益处。高盐度和低养分可用性是自然

未引用参考文献

(Bates et al., 1973, Chen et al., 2021, Lichtenthaler et al., 1981, Wolski et al., 2021)

CRediT 作者贡献声明

Mercedes Lanati: 调查。 Sotomayor Alge Alba: 写作 – 审阅与编辑,调查。 González Virginia: 调查,正式分析。 Clara Vega: 写作 – 审阅与编辑,调查,正式分析。 Vicente Ruben: 写作 – 审阅与编辑,方法学,调查,正式分析。 Rosa Morcuende: 写作 – 审阅与编辑,方法学,调查。 Juan B. Arellano: 写作 – 审阅与编辑,方法学,调查。 R. Vázquez de Aldana Beatriz: 写作 – 审阅

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本研究由项目“洞悉与互利共生 Epichlo? 和 Diaporthe 内生菌共生植物的环境胁迫适应与生长促进" (PID2019?109133RB?I00) 资助,由西班牙政府 (MCIN/AEI) 提供资金。额外支持由项目“CLU?2025?2?02—IRNASA_CSIC 卓越单元”提供,由卡斯蒂利亚和莱昂委员会资助并由欧盟共同资助 (FEDER“欧洲推动我们的增长”),以及由项目“DEEP?MaX?2024_IRNASA”提供
Beatriz R Vázquez de Aldana|Juan B. Arellano|Rosa Morcuende|Rubén Vicente|Clara Vega|GonzalezVirginia González|Alba Sotomayor-Alge|Mercedes Lanati|I?igo Zabalgogeazcoa
西班牙萨拉曼卡自然资源与农业生物研究所,IRNASA-CSIC
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