Ảnh hưởng của các giai đoạn phát triển và sự hiện diện của nhôm đối với cộng đồng nấm mycorrhiza dạng nhánh trong rễ cây ngũ cốc

Journal of Soil Science and Plant Nutrition - Tập 21 - Trang 1467-1473 - 2021
Paula Aguilera1,2, Juan Karlo Romero1, Ninozhka Becerra1,2, Oscar Martínez3, Rafael Vilela4,5, Fernando Borie1,2,6, Pablo Cornejo1,2, Marysol Alvear7, Miguel López-Gómez8
1Scientific and Technological Bioresource Nucleus (BIOREN), Universidad de La Frontera, Temuco, Chile
2Centro de Investigación en Micorrizas y Sustentabilidad Agroambiental, CIMYSA, Universidad de La Frontera, Temuco, Chile
3Instituto de Bioquímica y Microbiología, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile
4Graduate Program in Biology of Fungi, Department of Mycology, Federal University of Pernambuco, Recife, Brazil
5Programa de Pós-Graduação em Biologia de Fungos (PPG-BF), Departamento de Micologia Prof. Chaves Batista, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brazil
6Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco, Chile
7Departamento de Ciencias Químicas y Recursos Naturales, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad de La Frontera, Temuco, Chile
8Departamento de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada, Granada, Spain

Tóm tắt

Trên toàn cầu, độ axit của đất là một điều kiện hạn chế cho sản xuất nông nghiệp trên một diện tích lớn. Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá đa dạng nấm mycorrhiza dạng nhánh (AMF) trong rễ các loài ngũ cốc tiếp xúc với mức độ độc hại của nhôm (Al) tại các giai đoạn phát triển khác nhau của cây. Một thí nghiệm vi mô đã được thực hiện trong hệ thống không có đất. Cộng đồng AMF đã được phân tích trong các mẫu rễ bằng phương pháp PCR-DGGE. Giai đoạn phát triển có ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ số đa dạng. Chỉ số đa dạng Simpson cho thấy sự chiếm ưu thế đáng kể của một số đơn vị phân loại hoạt động (OTUs) của AMF, chúng xuất hiện với tỷ lệ cao hơn, có thể thể hiện các vai trò chức năng ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý bên trong cây ngũ cốc chủ thể đang phát triển dưới điều kiện axit. Ngoài ra, hồ sơ của các cộng đồng AMF-OTUs cho thấy xu hướng phân cụm liên quan đến sự hiện diện của Al. Nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng sự đa dạng của AMF dựa trên phân tích OTUs từ các hồ sơ DGGE phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của cây ngũ cốc và nguồn cung Al, điều này dường như là một đặc điểm AMF có liên quan và sẽ được sử dụng để phát triển các chiến lược quản lý cho đất axit. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu liên quan đến tác động của Al đối với các cộng đồng AMF trong rễ của các loài ngũ cốc và động lực AMF trong điều kiện canh tác qua việc sử dụng các kỹ thuật metagenomic.

Từ khóa

#nấm mycorrhiza dạng nhánh #đa dạng sinh học #giai đoạn phát triển #nhôm #cây ngũ cốc #đất axit

Tài liệu tham khảo

Aguilera P, Marín C, Oehl F, Godoy R, Borie F, Cornejo P (2017) Selection of aluminum tolerant cereal genotypes strongly influences the arbuscular mycorrhizal fungal communities in an acidic andosol. Agric Ecosyst Environ 246:86–93. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.05.031

Borie F, Rubio R, Morales A, Curaqueo G, Cornejo P (2010) Arbuscular mycorrhizae in agricultural and forest ecosystem in Chile. J. Soil Sci Plant Nutr 10:185–206. https://doi.org/10.4067/S0718-95162010000100001

de Souza FA, Kowalchuk GA, Leeflang P, van Veen JA, Smit E (2004) PCR-denaturing gradient gel electrophoresis profiling of inter-and intraspecies 18S rRNA gene sequence heterogeneity is an accurate and sensitive method to assess species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi of the genus Gigaspora. Appl Environ Microbiol 70:1413–1424. https://doi.org/10.1128/AEM.70.3.1413-1424.2004

Garofalo C, Bancalari E, Milanović V, Cardinali F, Osimani A, Sardaro MLS, Bottari B, Bernini V, Aquilanti L, Clementi F, Neviani E, Gatti M (2017) Study of the bacterial diversity of foods: PCR-DGGE versus LH-PCR. Int J Food Microbiol 242:24–36. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2016.11.008

Guerra CA, Bardgett RD, Caon L, Crowther TW, Delgado-Baquerizo M, Montanarella L, Navarro LM, Orgiazzi A, Singh BK, Tedersoo L, Vargas-Rojas R, Briones MJI, Buscot F, Cameron EK, Cesarz S, Chatzinotas A, Cowan DA, Djukic I, van den Hoogen J, Lehmann A, Maestre FT, Marín C, Reitz T, Rillig MC, Smith LC, de Vries FT, Weigelt A, Wall DH, Eisenhauer N (2021) Tracking, targeting, and conserving soil biodiversity. Science 371(6526):239–241. https://doi.org/10.1126/science.abd7926

Helgason T, Daniell TJ, Husband R, Fitter AH, Young JPW (1998) Ploughing up the wood-wide web? Nature 394:431. https://doi.org/10.1038/28764

Jiang Y, Wang W, Xie Q et al (2017) Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi. Science 356:1172–1175 1https://doi.org/10.1126/science.aam9970

Jie W, Liu X, Cai B (2013) Diversity of rhizosphere soil arbuscular mycorrhizal fungi in various soybean cultivars under different continuous cropping regimes. PLoS One 8:1–9. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0072898

Liu C, Ravnskov S, Liu F, Rubæk GH, Andersen MN (2018) Arbuscular mycorrhizal fungi alleviate abiotic stresses in potato plants caused by low phosphorus and deficit irrigation/partial root-zone drying. J Agric Sci 156:46–58. https://doi.org/10.1017/S0021859618000023

Luginbuehl LH, Menard GN, Kurup S, van Erp H, Radhakrishnan GV, Breakspear A, Oldroyd GED, Eastmond PJ (2017) Fatty acids in arbuscular mycorrhizal fungi are synthesized by the host plant. Science 356:1175–1178. https://doi.org/10.1126/science.aan0081

Miragoli F, Patrone V, Romaniello F, Rebecchi A, Callegari ML (2020) Development of an S-layer gene-based PCR-DGGE assay for monitoring dominant Lactobacillus helveticus strains in natural whey starters of Grana Padano cheese. Food Microbiol 89:103457. https://doi.org/10.1016/j.fm.2020.103457

Nájera F, Tapia Y, Baginsky C, Figueroa V, Cabeza R, Salazar O (2015) Evaluation of soil fertility and fertilisation practices for irrigated maize (Zea mays L.) under Mediterranean conditions in Central Chile. J Soil Sci Plant Nutr 15:84–97. https://doi.org/10.4067/S0718-95162015005000008

Ohtomo R, Oka N, Morimoto S (2019) PCR-denaturing gradient gel electrophoresis as a simple identification tool of arbuscular mycorrhizal fungal isolates. Microbes Environ ME19074 34:356–362. https://doi.org/10.1264/jsme2.ME19074

Schalamuk S, Velazquez S, Chidichimo H, Cabello M (2006) Fungal spore diversity of arbuscular mycorrhizal fungi associated with spring wheat: effects of tillage. Mycologia 98:16–22. https://doi.org/10.1080/15572536.2006.11832708

Seguel A, Barea JM, Cornejo P, Borie F (2015) Role of arbuscular mycorrhizal symbiosis in phosphorus-uptake efficiency and aluminium tolerance in barley growing in acid soils. Crop Pasture Sci 66:696–705. https://doi.org/10.1071/CP14305

Seguel A, Meier F, Azcón R, Valentine A, Meriño-Gergichevich C, Cornejo P, Aguilera P, Borie F (2019) Showing their mettle: extraradical mycelia of arbuscular mycorrhizae form a metal filter to improve host Al tolerance and P nutrition. J Sci Food Agric 100:803–810. https://doi.org/10.1002/jsfa.10088

Sun Z, Chen Q, Han X, Bol R, Qu B, Meng F (2018) Allocation of photosynthesized carbon in an intensively farmed winter wheat–soil system as revealed by 14CO2 pulse labelling. Sci Rep 8:1–10. https://doi.org/10.1038/s41598-018-21547-y

Varela-Cervero S, Vasar M, Davison J, Barea JM, Öpik M, Azcón-Aguilar C (2015) The composition of arbuscular mycorrhizal fungal communities differs among the roots, spores and extraradical mycelia associated with five Mediterranean plant species. Environ Microbiol 17:2882–2895. https://doi.org/10.1111/1462-2920.12810

Wiebe K, Lotze-Campen H, Sands R, Tabeau A, van der Mensbrugghe D, Biewald A, Bodirsky B, Islam S, Kavallari A, Mason-D’Croz D, Müller C, Popp A, Robertson R, Robinson S, van Meijl H, Willenbockel D (2015) Climate change impacts on agriculture in 2050 under a range of plausible socioeconomic and emissions scenarios. Environ Res Lett 10:085010. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/085010