Biología moderna | Asimetría de carbono en el intercambio de nutrientes entre plantas y HMA impulsada por la alimentación de pulgones
1.? Prefacio
La relación entre las plantas y los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) se manifiesta como un intercambio de materiales bidireccional, es decir, los HMA transportan los nutrientes del suelo a la planta, y la planta a su vez proporciona carbohidratos y lípidos. El intercambio puede ser simétrico. Los factores abióticos, incluida la concentración de dióxido de carbono (CO2) atmosférico, pueden afectar el intercambio de materiales entre organismos vivos, afectando así las funciones biológicas del cuerpo. No se ha estudiado si los factores bióticos, como los insectos que se alimentan de plantas, influyen en la función de las micorrizas. Existe evidencia de que la cantidad de carbono transferido de las plantas a los HMA puede estar estrictamente controlada por los nutrientes y asimilados de las plantas proporcionados por los HMA. Más experimentos muestran que las plantas pueden diferenciar entre socios fúngicos micorrízicos mutuamente beneficiosos y asignar carbono preferentemente a HMA más cooperativos. A su vez, las micorrizas son estimuladas por el carbono vegetal, creando conexiones más estrechas.
Utilizando HMA (Rhizophagus irregularis) marcado con 33P y trigo (Triticum aestivum) marcado con 14CO2, estudiamos el aumento de la intensidad de los sumideros de carbono (es decir, los pulgones que se alimentan de plantas) y el aumento de la intensidad de las fuentes de carbono ( es decir, aumento de la concentración de CO2) Efectos sobre el intercambio de materiales entre plantas y HMA * * *. Los resultados muestran que después de que el pulgón de los cereales se alimenta de las hojas de las plantas, la cantidad de carbono asignado a los HMA por la planta disminuye significativamente, pero el aumento de la concentración de CO2 no alivia este resultado. Sin embargo, independientemente de si los pulgones se alimentan o si aumenta la concentración de CO2, el 33P de las plantas en la vía de las micorrizas permanece sin cambios, lo que significa que la alimentación de los insectos conduce a una asimetría en el intercambio de carbono y fósforo entre organismos. Se concluyó que un aumento en la fuerza de la reserva de carbono (áfidos que se alimentan de plantas) puede limitar la distribución de carbono de las plantas a los HMA sin obstaculizar el acceso a los nutrientes proporcionados por las micorrizas. Los resultados de este estudio enfatizan la dependencia ambiental del intercambio de recursos entre las plantas y los HMA, revelando que los factores bióticos independientes o factores bióticos y abióticos son factores efectivos en la regulación de las * * * funciones.
2.? Materiales y Métodos
2.1.? Probador
Al plantar trigo, se inserta un conjunto de tubos de PVC en la maceta (Figura 1A y Figura 2A). La matriz se llena por la mitad y sirve como cultivo de captura de esporas de HMA. Después de 8 semanas de crecimiento de la planta, se sujetaron jaulas de pulgones con y sin pulgones (+/-) a la tercera hoja de la planta.
Nota: a. Cada maceta se inserta en un tubo. La tubería consta de tres cilindros. Los dos tubos más externos en estrecho contacto (Nos. 1 y 2) contienen paredes de tubo hueco de 15 mm × 40 mm, y el tubo más externo (No. 1) está equipado con una malla de nailon de 35 micrones (que permite que solo pasen las hifas). El tubo 1 y el tubo 2 se pueden girar y desalinear. En el centro está el tubo capilar de sílice (tubo nº 3) que se utiliza para agregar la solución acuosa de 33P (Figura 2A). b.Jaula de pulgón. Espuma de tapicería: Espuma amortiguadora (para evitar daños en la pala).
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2.2.? Trazador isotópico 33P
Después de 24 horas en la jaula del pulgón, añadir 100 mL de 1 MBq? Solución de ortofosfato 33P (Figura 2A). Agregar una maceta 33P (n? = 6, tratamiento de "rotación") puede rotar y destruir la conectividad entre la planta y las hifas en el tubo. Gire las paredes del tubo antes de agregar 33P y luego cada 48 horas. Las macetas 33P restantes (n? = 6, tratamiento "estático") no rotaron, por lo que las plantas permanecieron como hifas conectadas al tubo interior. El 33P obtenido por las micorrizas (AM-33P) se calculó utilizando la diferencia entre el tratamiento "estático" y el tratamiento "rotativo".
Nota: a. Agregue ortofosfato marcado con 33P en el tubo de ensayo donde solo puedan llegar las hifas de AMF. b. El dispositivo está en un espacio cerrado y el bicarbonato de sodio marcado con 14C libera 14CO2. La planta fija el 14CO2 y lo distribuye a las hifas fuera de las raíces del HMA o lo asimilan los pulgones en la jaula de los pulgones.
2.3.? Marcado 14C
Doce días después de marcar con 33P, selle la parte superior de ambos tubos y coloque el dispositivo en un espacio cerrado (Figura 2B). Al comienzo del fotoperiodo de 16 horas, se libera 14CO2 al espacio libre de la planta. Con una jeringa, recoja el aire de la cabeza de la planta después de 1 ml, 1,5 y 4,5 horas y registre la absorción de 14CO2 por parte de la planta.
2.4. Recolección de plantas y preparación de muestras
Retirar las jaulas de pulgón y los pulgones y almacenarlos a -20°C. El muestreo de plantas y suelos se divide en partes aéreas, sistemas de raíces, suelo no tubular y suelo tubular (matriz de procesamiento dinámico y matriz de procesamiento estática). Enjuague las raíces con agua del grifo, almacene parte de las raíces a 5°C para determinar la tasa de infección de HMA en las raíces, parte del suelo a 5°C para determinar las hifas AM y el resto a -20°C.
3.? Resultados
3.1. La concentración de CO2 y la alimentación de los pulgones cambiaron la disponibilidad de carbono de las plantas hospedantes.
Se utilizaron diferentes concentraciones de CO2 (AC02: 440 ppm y EC02: 800 ppm) y alimentación de pulgones (+/-) para controlar la fuente de carbono y la intensidad del sumidero del trigo. La biomasa aérea de las plantas de trigo que usaron eCO2 fue significativamente mayor que la de las plantas de trigo que usaron aCO2 (Fig. 3a; p & lt0.001), y la biomasa aérea disminuyó en un 14% y un 11% respectivamente en el tratamiento con pulgones con eCO2 (Fig. 3a; p<0,001).
La concentración de CO2 no tuvo efecto sobre la biomasa subterránea del trigo (Figura 3B), pero el tratamiento con pulgones redujo significativamente la biomasa de las raíces (P
3.2. Respuesta de los HMA a la concentración de CO2 y los pulgones
Con o sin tratamiento contra los pulgones, la tasa de infección de los HMA fue inferior a la del aCO2 (Figura 4A, P
3.3. La alimentación con pulgones reduce el carbono asignado a los HMA por las plantas.
< Para directamente Para examinar el impacto de la asignación dinámica de carbono de diferentes depósitos de carbono de las plantas y fuentes de carbono en los HMA, se etiquetó 14C en un espacio cerrado y se cuantificó el carbono de las plantas recientemente fijado y asignado a las micorrizas (Figura 2B). Las plantas expuestas a pulgones se habían transferido a los HMA de manera significativa. menor contenido de carbono que las plantas no expuestas a los pulgones (Fig. 5A), con una reducción del 97% y el 73% en aCO2 y eCO2, respectivamente, cuando se expresan como carbono fijo en la planta. La alimentación de los pulgones también redujo la asignación de carbono de la planta a los HMA ( Fig. 5B, PNota: a. 14C; fijado y asignado a la red AMF; b. La proporción de 14C fijado en la planta asignado al suelo de raíces estáticas. /p>
3.4. El AM-33P absorbido por las plantas no tiene nada que ver con la asignación de carbono de las plantas.
Finalmente, se evaluó la intensidad dinámica de las fuentes de carbono sobre la absorción de AM-33P por las plantas. La concentración de fósforo total y las vías de micorrizas se redujeron en las plantas de trigo en eCO2 en comparación con aCO2 (Fig. 6a, P
Para cuantificar cómo el suministro de carbono de las plantas afecta a las plantas solo a través de HMA. Para la asimilación de fósforo, los investigadores agregaron 33P- ortofosfato marcado en una matriz accesible solo para las hifas de HMA (Figura 1A y Figura 2A) y midió su asimilación de la planta mediante mediciones de centelleo líquido cuando se trató con eCO2. La concentración de 33P en las partes aéreas de HMA tratados con pulgones mostró resultados similares (Figuras 6C y 2). 6D). Sin embargo, no hubo correlación entre la tasa de infección por HMA y la absorción de 33P mediada por HMA. No existe correlación entre la asignación de carbono de las plantas y la absorción de 33P mediada por HMA, lo que sugiere que la función y la abundancia de HMA no están relacionadas con la asignación de carbono fijada recientemente por las plantas.
Nota: a. Concentración de P por encima del suelo; b. Concentración de 33P transferida por HMA; Contenido de p en yemas; >
Carbón externo de la planta Un aumento en la intensidad del sumidero (alimentación de las hojas del pulgón) reducirá la asignación de carbono de la planta a los HMA, pero un aumento en la intensidad de la fuente de carbono de las plantas no conduce necesariamente a un aumento en la asignación de carbono a los HMA. El fósforo de los HMA a las plantas no tiene nada que ver con la asignación de carbono de las plantas. Existe una asimetría en el intercambio de carbono de nutrientes entre
Editor: Feng Zengwei
Audit Yao Qing