菌根接种通过光合作用、渗透调节物质、抗氧化系统及相关基因表达增强枳（Poncirus trifoliata L. Raf.）的耐热性

《Horticulturae》：Mycorrhizal Inoculation Enhances Heat Resistance in Trifoliate Orange (Poncirus trifoliata L. Raf.) via Photosynthesis, Osmoregulatory Substances, the Antioxidant System, and the Expression of Related Genes

　　

高温胁迫会对柑橘的生长和果实品质产生不利影响。丛枝菌根真菌（AMF）能够增强水分和养分的吸收，并提高耐热性。本研究以枳（Poncirus trifoliata L. Raf.）为材料，探讨了接种摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae，F.m，一种与柑橘共生的AMF）后高温胁迫（42 °C）对其的影响。结果表明，AMF显著促进了幼苗生长并增强了光合作用。与42 °C、0 h处理相比，42 °C、6 h处理显著提高了相对电导率（REC）及丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸（Pro）的浓度，并显著提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的酶活性，但显著降低了相对含水量和光合参数。在高温（42 °C、6 h）条件下，与不接种AMF处理相比，AMF处理还明显改善了叶绿素荧光和光合参数，显著降低了REC（降幅26.52%），并显著减少了MDA和H₂O₂含量（降幅分别为25.61%和35.66%）。此外，AMF在42 °C、0 h时显著提高了可溶性蛋白、可溶性糖和Pro的浓度（分别提高36.12%、39.93%和20.81%），但在42 °C、6 h时仅分别提高了13.31%、3.11%和19.73%。与不接种AMF处理相比，AMF在42 °C、0 h时使SOD、CAT和POD活性分别提高了2.05%、23.49%和2.02%，在42 °C、6 h时分别提高了4.74%、20.85%和34.09%。此外，研究人员发现PtHSP7、PtHSP9、PtGOLS1和PtHSFA1基因均对高温胁迫有响应。与不接种AMF处理相比，在高温（42 °C）处理6 h后，AMF接种显著上调了PtHSP7，但显著下调了PtHSP9。总之，AMF通过光合作用、渗透调节物质、抗氧化系统及相关基因促进枳的生长并增强其耐热性。

**论文解读：丛枝菌根真菌通过光合作用、渗透调节物质、抗氧化系统及相关基因增强枳耐热性的研究**

**1. 研究背景与问题**

温度是控制植物季节性生长和地理分布的关键因子。全球变暖导致环境温度持续升高，高温胁迫已成为限制作物生长和产量稳定的重要非生物胁迫因素。当环境温度超过植物正常生长范围并持续存在时，会对植物造成不可逆的损伤。高温胁迫影响植物营养器官（根、茎、叶）发育，导致根系生长受限、茎秆伸长受阻或弱化、叶片萎蔫，同时抑制光合作用。光合作用是植物物质合成和能量代谢的核心过程，高温既可通过气孔因素（气孔关闭，导致气孔导度^Gs和蒸腾速率^Tr降低，限制CO₂吸收）也可通过非气孔因素（直接抑制叶肉细胞光合活性，增加胞间CO₂浓度^Ci）造成光合效率下降。此外，高温胁迫破坏叶绿体结构，抑制叶绿素合成，导致叶绿素含量下降。在细胞水平上，高温胁迫打破活性氧（ROS）产生与清除的动态平衡，造成膜脂过氧化和氧化损伤。植物可通过积累渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸Pro）维持细胞膨压，并增强抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性以清除过量ROS。在分子水平上，高温诱导热激蛋白（HSPs）和热激转录因子（HSFs）表达，从而增强耐热性。

柑橘是全球种植面积和产量最大的水果类型，但高温敏感性高。枳（Poncirus trifoliata）是柑橘嫁接常用砧木，其根毛稀少且对高温敏感。丛枝菌根真菌（AMF）能与80%以上的陆生植物形成互利共生关系，可增强宿主对水分和矿质营养的吸收，并提高对高温等非生物胁迫的耐受性。然而，AMF增强枳耐热性的生理和分子机制尚不完全清楚。因此，本研究以枳为材料，系统研究接种AMF后高温胁迫对生长、光合、渗透调节、抗氧化系统及热响应基因表达的影响，旨在为菌根技术应用于柑橘生产、缓解高温危害提供理论依据。

**2. 主要关键技术方法**

本研究采用2×2双因素完全随机试验设计，因素一为温度（42 °C处理0 h或6 h），因素二为AMF接种（不接种或接种Funneliformis mosseae）。枳种子于2025年3月22日萌发，三叶期幼苗移栽至装有灭菌土壤与沙混合物（1:2，v:v）的培养盆中，每盆4株，每处理6次重复。AMF接种量为每盆100 g（含2600个孢子）接种物。幼苗在光照培养箱中生长5个月后，分别进行42 °C高温处理0 h和6 h。随后测定植株生长指标、叶绿素荧光参数、光合参数、相对含水量、相对电导率（REC）、丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、抗氧化酶活性，并通过qRT-PCR检测PtHSP7、PtHSP9、PtGOLS1和PtHSFA1基因相对表达量。采用SAS 8.2软件进行方差分析和相关性分析。样本来源为长江大学根系生物学研究所保存的枳种子和Funneliformis mosseae（BGC JX06B）。

**3. 研究结果**

**3.1 AMF影响枳幼苗生长潜力**

与不接种AMF相比，接种AMF显著提高了枳幼苗的株高（+20.94%）、叶面积（+21.79%）、叶片数（+37.23%）、地上部鲜重（+31.82%）和根系鲜重（+43.75%）。AMF处理的菌根感染率为32.43%，根外菌丝长度为8.25 cm/g，土壤孢子密度为8.61个/g。AMF还显著增加了总根长、投影面积、总表面积和根体积（分别增加53.29%、26.31%、33.57%和40.91%），但对根直径无显著影响。这表明AMF能促进枳幼苗生长和根系构型优化。

**3.2 AMF对高温条件下枳叶片叶绿素荧光参数的影响**

无论是否接种AMF，42 °C处理6 h均显著降低了最大光化学效率（QY_max）、稳态光化学效率（QY_Lss）和SPAD值，并增加了非光化学淬灭（NPQ_Lss）。与不接种AMF相比，AMF接种在42 °C 0 h时使QY_max和QY_Lss显著提高21.88%和46.67%，在42 °C 6 h时分别提高27.59%和27.27%。说明AMF缓解了高温对光系统II的损伤。

**3.3 AMF和高温胁迫影响枳幼苗光合参数**

高温（42 °C）显著降低了枳叶片的净光合速率（Pn）、胞间CO₂浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr），而AMF接种可有效缓解这一下降。与不接种AMF相比，AMF处理在42 °C 0 h时使Pn和Tr分别提高16.37%和20.24%，在42 °C 6 h时分别提高51.87%和61.54%。这表明AMF能增强高温下枳的光合能力。

**3.4 AMF和高温胁迫影响枳幼苗REC和相对含水量**

高温胁迫显著增加了叶片REC并降低了相对含水量。接种AMF在42 °C 0 h时显著提高了相对含水量；不接种AMF在42 °C 6 h时REC显著高于其他处理。AMF能够缓解高温引起的膜通透性增加和水分流失，从而降低高温对叶片的伤害。

**3.5 AMF和高温胁迫影响枳幼苗MDA和H₂O₂含量**

高温显著提高了叶片MDA和H₂O₂水平。与不接种AMF相比，AMF接种在42 °C 0 h时使MDA和H₂O₂分别显著降低30.65%和32.56%，在42 °C 6 h时分别降低25.61%和35.66%。AMF有效减轻了高温引起的氧化损伤。

**3.6 AMF和高温胁迫影响枳叶片渗透调节物质含量**

高温胁迫使叶片可溶性糖、可溶性蛋白和Pro水平升高。与不接种AMF相比，AMF接种在42 °C 0 h时使可溶性糖、可溶性蛋白和Pro分别提高36.12%、39.93%和20.81%，在42 °C 6 h时分别提高13.31%、3.11%和19.73%。AMF进一步增加了渗透调节物质的积累，有助于维持细胞膨压和正常代谢。

**3.7 AMF和高温胁迫影响枳幼苗抗氧化酶活性**

高温（42 °C）显著提高了SOD、CAT和POD活性：不接种AMF处理分别提高57.54%、57.72%和85.37%；接种AMF处理分别提高61.68%、54.45%和143.65%。与不接种AMF相比，AMF接种在42 °C 0 h时使SOD、CAT和POD活性分别提高2.05%、23.46%和2.02%，在42 °C 6 h时分别提高4.74%、20.89%和34.09%。AMF通过进一步增强抗氧化酶活性，提高ROS清除能力。

**3.8 AMF和高温胁迫影响枳幼苗耐高温相关基因表达**

高温（42 °C）显著诱导了PtHSP7、PtHSP9、PtGOLS1和PtHSFA1基因的表达，但AMF对它们的调控模式不同。与不接种AMF相比，高温处理6 h后AMF接种显著上调了PtHSP7，显著下调了PtHSP9，而对PtGOLS1和PtHSFA1无显著影响。在42 °C 0 h条件下，AMF与不接种AMF处理间这四个基因的相对表达量无显著差异。

**3.9 抗性指标与根系菌根定殖的相关性**

根系菌根定殖率与REC、MDA、H₂O₂、可溶性糖、Pro含量及CAT和POD活性呈显著正相关，说明F.m根系定殖有利于枳幼苗耐热性的提高。

**4. 讨论与结论**

本研究表明，AMF与枳根系形成了共生关系，但菌根定殖率（32.43%）低于前人报道，可能与AMF种类或侵染时间不同有关。AMF通过扩大根系吸收网络促进植物生长，这与前人在仙客来和葡萄上的研究结果一致。高温抑制叶绿素合成和光合作用，而AMF接种提高了叶绿素荧光参数和气体交换参数，减轻了高温对光合机构的损伤。高温诱导ROS积累，导致MDA和H₂O₂升高，而AMF通过增强SOD、CAT、POD活性有效清除ROS，减少膜脂过氧化。同时，AMF促进了可溶性糖、可溶性蛋白和Pro的积累，增强了渗透调节能力。在分子层面，高温诱导PtHSP7、PtHSP9、PtGOLS1和PtHSFA1表达，AMF特异性上调PtHSP7，可能与热激蛋白介导的蛋白质稳态保护机制有关。

结论：AMF显著提高了枳的生长、叶绿素荧光和光合参数；高温胁迫显著增加了REC、MDA、H₂O₂、可溶性糖、可溶性蛋白、Pro含量及SOD、CAT、POD活性，同时显著降低了SPAD、相对含水量和光合参数。在高温胁迫下，AMF部分提高了叶绿素荧光和光合参数，降低了REC和MDA、H₂O₂水平；在常温下显著增加了可溶性糖、可溶性蛋白和Pro含量，但在高温下增加幅度减小。AMF在常温下提高SOD、CAT和POD活性，在高温下提高幅度更大。高温显著诱导PtHSP7、PtHSP9、PtGOLS1和PtHSFA1基因表达，AMF接种显著上调PtHSP7。总之，AMF通过渗透调节物质、抗氧化系统及相关基因促进枳生长并增强其耐热性。该研究为应用丛枝菌根真菌缓解柑橘高温危害提供了理论依据和实践指导。