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青海省寒区恢复生态学重点实验室用代谢组学揭示了双孢蘑菇圈调节高寒草甸植物生长的机制

2021-06-24  

  在过度放牧、开垦及全球变暖的影响下,青藏高原高寒草甸植物的退化已成为越来越受关注的问题。因此,如何利用土壤微生物恢复青藏高原高寒草甸植被成为研究热点。中科院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室与青海师范大学、山西农业大学进行合作,利用比较代谢组学揭示双孢蘑菇圈调节青藏高原高寒草甸植物的生长。双孢蘑菇是一种可食用真菌,广泛分布于青藏高原地区。在土壤中呈放射状生长并在其地下区域附近产生子实体,双孢蘑菇在高山草甸上形成蘑菇圈。蘑菇圈上的植物生长比环形刺激区外的植物生长旺盛,表明双孢蘑菇有利于高寒草甸植物的生长。然而,双孢菌调节高寒草甸植物生长的生理和分子机制仍有待阐明。矮嵩草是高山草甸的主要植物物种之一,生长在双孢蘑菇圈内外。研究表明,双孢蘑菇通过重新编程植物代谢来调节矮嵩草的生长。通过影响矮嵩草叶及叶中的代谢物的积累来调节其生长,其中谷氨酸和天冬氨酸在碳、氮代谢中具有重要作用。双孢蘑菇影响这两种氨基酸在矮嵩草植物体内积累,从而改善植物的生长和新陈代谢。另外,生长在蘑菇圈上的矮生嵩草叶片中脯氨酸的积累显著增加,提高其抗逆性。双孢蘑菇还影响植物体内糖分的积累及碳代谢途径,其中双孢蘑菇圈内植物有机酸含量大于圈外,这些有机酸的积累会增加土壤pH值,从而促进植物对营养元素的吸收。

  该研究结果2021年6月以Comparative metabolomics reveals that Agaricus bisporus fairy ring modulates the growth of alpine meadow plant on the Qinghai-Tibet Plateau为题在线发表在Ecological Indicators上,青海省寒区恢复生态学重点实验室周华坤研究员和青海师范大学王文颖教授为通讯作者。

  该项目得到了第二次青藏高原科学考察研究计划(2019QZKK0502)、青海省2021年第一批中央财政引导地方科技发展专项资金(2021ZY002)、青海省基础研究计划(2019-ZJ-7033),青海省创新平台建设项目(2017-ZJ-Y20),国家自然科学基金(31772383、31960268、41761107) 资助。 

双孢蘑菇圈内外矮嵩草的生长特征及其代谢物变化

A.双孢蘑菇圈内外生长的矮嵩草叶片鲜重 (FW) 和干重 (DW) (A);B. 双孢蘑菇圈内外生长的矮嵩草根鲜重(FW);C. 双孢蘑菇圈内外生长的矮嵩草根干重(DW);D. 与生长双孢蘑菇圈内生长的矮嵩草叶和根中代谢物变化的维恩分析

双孢蘑菇圈内外生长的矮嵩草植物的叶(A)和 根(B)中的代谢物发生显著变化

双孢蘑菇圈内外土壤中的代谢物显著变化

双孢蘑菇圈通过调节植物的代谢特征来影响矮嵩草的生长