产植物激素的内生真菌Paecilomyces lilacinus在重金属胁迫下调节了玉米的代谢、酶促及非酶促抗氧化系统

《BMC Plant Biology》：Phytohormones producing endophytic fungi Paecilomyceslilacinus modulated metabolic, enzymatic, and non-enzymatic antioxidant systems of Zea mays L. under heavy metal stress

　　

摘要

背景

全球人口的持续增长使得维持未来粮食生产面临越来越大的挑战。在影响农业生产力的诸多因素中，土壤中的重金属污染已成为一个严重的环境问题，会对作物的生长和产量产生不利影响。因此，需要采取环保策略来减轻植物所遭受的重金属胁迫。内生真菌因具有增强植物对非生物胁迫耐受性的潜力而受到关注。本研究评估了内生真菌Paecilomyces lilacinus产生植物激素并缓解玉米(Zea mays L.)中铅(Pb)和钴(Co)胁迫的能力。

结果

首先，在铅和钴胁迫条件下分析了P. lilacinus培养液中的植物激素生成情况。该真菌在钴污染的培养液中产生了大量的赤霉素（43.01 μg mL?1）、水杨酸（2192.1 μg mL?1）和脱落酸（35.4 μg mL?1），同时还含有可测量的蛋白质含量（170.06 μg mL?1）。其次，通过盆栽实验研究了P. lilacinus接种对在不同浓度铅和钴环境下生长的玉米植株的影响。与未接种的对照植株相比，接种后的植株体内GA?、SA和ABA的含量有所增加，叶绿素含量也显著更高。此外，这种真菌共生关系还提升了植物的抗氧化能力，表现为2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）抑制活性上升，在铅浓度为90 mg时该活性可达90.9%，在钴浓度为90 mg时为89.1%。同样，在铅浓度为90 mg时，ABTS抑制活性也达到了最高值（96%）。另外，P. lilacinus接种还显著提高了多种抗氧化酶的活性，包括过氧化氢酶、抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶。与对照植株相比，接种后的玉米植株从土壤中吸收铅和钴的能力也更强。

结论

研究结果表明，Paecilomyces lilacinus通过与宿主植物形成共生关系，通过增强植物激素的产生并强化抗氧化防御机制，从而减轻玉米的重金属毒性。这种内生真菌与植物的相互作用提升了植物对铅和钴胁迫的耐受性，并促进了金属的吸收，这体现了P. lilacinus作为一种可持续的生物方法，在降低受污染土壤中的重金属毒性并提高作物生产力方面的巨大潜力。