【摘 要】
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玉米是我国第一大粮食作物,主要用作初级食品、养殖饲料和深加工原料。受全球气温变暖的影响,我国干旱、半干旱化的耕地面积持续增加,全国大部分地区干旱水平呈上升趋势。当前,我国每年因旱灾导致的玉米减产高达15~20%,干旱已经成为影响我国玉米稳产、增产的重要制约因素之一。土壤微生物是土壤生态系统中最活跃的组分,其通过参与土壤有机质形成与转化、化学元素循环以及植物营养和初级生产等,在维持植物生长及胁迫响应
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玉米是我国第一大粮食作物,主要用作初级食品、养殖饲料和深加工原料。受全球气温变暖的影响,我国干旱、半干旱化的耕地面积持续增加,全国大部分地区干旱水平呈上升趋势。当前,我国每年因旱灾导致的玉米减产高达15~20%,干旱已经成为影响我国玉米稳产、增产的重要制约因素之一。土壤微生物是土壤生态系统中最活跃的组分,其通过参与土壤有机质形成与转化、化学元素循环以及植物营养和初级生产等,在维持植物生长及胁迫响应等方面具有重要作用。土壤微生物群落对胁迫信号的适应性响应可用“cry-for-help”模型解释,即受胁迫的植物改变其根系分泌物的化学组分进而影响根际土壤微生物群落结构,改变的微生物群落通过直接抑制或间接影响植物基因表达,进而提高植物对逆境胁迫的耐受性。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)接种可影响干旱胁迫下多种植物的细胞渗透压、抗氧化系统活性以及光合效率等进而改善其抗旱性。土壤解磷菌可将土壤难溶性磷转化为植物易利用的水溶性磷,既可增加可吸收土壤营养元素,又能在干旱胁迫下富集特定土壤微生物种群,在一定程度上提高植物对氧化胁迫和渗透胁迫的耐受性。本研究以解磷菌和丛枝真菌菌根自制的复合微生物菌肥(AP)为材料,接种土壤培养后播种,对苗期玉米作持续干旱胁迫,通过对比分析玉米叶片细胞的抗逆生理生化指标变化,并通过全转录组测序分析増施AP菌肥影响玉米抗旱响应的分子机制,主要结论如下:(1)増施AP菌肥对干旱胁迫下玉米株高及生理生化指标的影响干旱胁迫第15 d,P、A和AP组玉米苗株高分别比CK组高出3.89%、10.26和13.37%。与其他3组相比,増施AP菌肥可明显促进玉米生长。随着胁迫时间的延长,CK组MDA水平持续明显增加(P<0.05),胁迫第5、10和15 d,AP组MDA水平均明显低于CK组(P<0.05)。至胁迫第15 d,CK、P、A和AP组MDA水平分别比胁迫开始前增加1.83、1.28、1.21和0.77倍。在干旱胁迫处理期间,除CK组外,其余各组的SOD活性整体呈先上升后下降的趋势,其中P组、A组、AP组到干旱胁迫第10 d时SOD活性达最大。干旱胁迫第5 d和第10 d,AP组的SOD活性显著高于其他组(P<0.05)。干旱处理第5和10 d,A、AP组与CK、P组间有显著差异(P<0.05)。干旱处理第10 d,各处理POD活性达最大,AP、A、P、CK组POD活性较第0天分别增加了30.6%、12.5%、13.9%、9.32%。干旱胁迫处理期间,各组CAT活性整体呈先升后降的趋势。在整个胁迫期间,AP菌肥组的CAT活性显著高于其他3组(P<0.05)。综合对比各组在干旱胁迫期间的MDA和抗氧化酶活性变化,増施AP微生物菌肥可相对较好地提高玉米的氧化胁迫耐受水平,更有利于植株抵御干旱胁迫。(2)増施AP菌肥对干旱胁迫下玉米叶片细胞差异表达m RNA的影响与CK组相比,干旱胁迫下AP组玉米叶片中的差异表达基因总数为320个,其中204个上调表达,116个下调表达。GO富集到生物过程、细胞组分和分子功能3个主类的DEGs占比分别为34.33%、43.12%和22.55%,富集较多的子类包括催化活性、结合、细胞、细胞组分和代谢过程等。197个DEGs注释到KEGG数据库中103个分类代谢途径中,其中植物-病原互作、淀粉和蔗糖代谢、其他类型O-聚糖生物合成、玉米素生物合成、半乳糖代谢和氨基酸生物合成等6个代谢通路为显著富集通路,这些显著富集通路中共有41个DEGs,其中上调表达25个,下调表达16个。(3)増施AP菌肥对干旱胁迫下玉米叶片细胞差异表达非编码RNA的影响干旱胁迫下AP组玉米叶片中共筛选到差异表达lnc RNA、mi RNA和circ RNA的数量分别为75个、18个和14个。对差异表达lnc RNA靶基因进行KEGG通路富集分析,差异表达lnc RNA顺式靶基因主要参与植物激素信号转导、MAPK信号通路等。差异表达lnc RNA反式靶基因主要参与植物病原互作、苯丙类生物合成等。mi RNA富集到差异表达是参与苯丙类生物合成和参与内吞作用等方面。差异表达circ RNA富集因子主要集中在嘌呤代谢途径和氧化磷酸化作用等。
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