Perbezaan Eksudasi Akar Haloxylon Ammodendron Merentasi Umur Tetapan Dan Tindak Balas Percambahan Biji Cistanche Deserticola

 

Abstrak

Untuk menjelaskan bagaimana akar eksudat daripadaHaloxylon ammodendron(saxaul) berbeza mengikut umur pendirian dan caranyaCistanche deserticolaPercambahan biji benih (Cistanche) bertindak balas terhadap perbezaan ini, kami menyiasat dirian saxual berumur 1, 3, dan 6 tahun di rantau Alar, Xinjiang, China. Sampel eksudat akar dikumpul dan dianalisis menggunakan metabolomik tidak disasarkan berasaskan LC-MS untuk mencirikan perbezaan komposisi. selari,Cistanchebenih dirawat dengan eksudat akar dari kumpulan umur berdiri yang berbeza, dan kadar percambahan benih ditentukan.

Keputusan menunjukkan perbezaan yang ketara dalamCistanchekadar percambahan antara rawatan. Rawatan eksudat dirian 3 tahun menghasilkan kadar percambahan tertinggi, jauh lebih tinggi daripada rawatan menggunakan eksudat dari dirian 1 tahun dan 6 tahun, manakala tiada perbezaan ketara dikesan antara rawatan 1 tahun dan 6 tahun. Analisis metabolomik menunjukkan bahawa profil metabolik keseluruhan eksudat akar saxual jelas boleh dibezakan antara umur pendirian, dan bilangan metabolit pembezaan terbesar berlaku antara dirian 3 tahun dan 1 tahun. Metabolit berbeza terutamanya diperkaya dalam gula, molekul berkaitan vitamin B6, flavonoid/fenolik, dan molekul berkaitan lipid. Perbezaan laluan utama melibatkan metabolisme asid alfa-linolenik, metabolisme vitamin B6, dan laluan berkaitan flavonoid. Pemeriksaan lanjut dengan menyepadukan fenotip percambahan menunjukkan bahawa ciri-ciri pembezaan perwakilan yang konsisten dengan percambahan yang lebih tinggi juga tertumpu dalam kategori dan laluan metabolit ini.

Penemuan ini menunjukkan pembezaan kimia yang jelas bagi eksudat akar saxual di kalangan umur berdiri, dan mencadangkan bahawa dirian saxaul berusia 3 tahun boleh menghasilkan latar belakang kimia eksudat yang lebih baik untukCistanchepercambahan biji benih. Hasilnya menyediakan asas teori untuk membangun dan mengoptimumkanCistancheteknik inokulasi.

Kata kunci: Haloxylon ammodendron; Cistanche deserticola; eksudat akar; metabolisme; kecerunan umur berdiri

pengenalan

Pemulihan ekosistem padang pasir yang gersang sering bergantung pada penubuhan dan pengembangan berterusan pokok renek [1–2].Haloxylon ammodendronialah spesies pokok penetapan pasir yang tipikal di kawasan gurun Barat Laut China dan memainkan peranan yang luar biasa dalam penahan angin dan penetapan pasir, penstabilan permukaan dan penyelenggaraan struktur tumbuh-tumbuhan [3–4]. Di sekitar pengurusan dan peningkatan fungsi ekologi ladang saxaul, laluan komprehensif "pemulihan ekologi–pengurusan hutan–penggunaan sumber" telah terbentuk secara beransur-ansur [5–7]. Antara pendekatan ini, inokulasiCistanche deserticoladi bawah ladang saxaul dianggap sebagai model pembangunan perwakilan yang mengimbangi faedah ekologi dan perindustrian [8–9].

 

Pangkalan Penanaman Cistanche Di Xinjiang, China

 

Cistanche deserticolamempunyai nilai ekonomi yang ketara dan telah merangsang permintaan untuk penanaman buatan [10–11]. Walau bagaimanapun, dalam pengeluaran berskala besar, kadar kejayaan inokulasi parasit sangat turun naik, menjejaskan kestabilan dan skalabiliti model ini [12].

Dalam sistem saxaul-Cistanche, percambahan benih dan pengecaman perumah awal adalah langkah kritikal yang menentukan sama ada hubungan parasit boleh diwujudkan [12-13].Cistanchebenih adalah sangat kecil, dan permulaan percambahan sangat bergantung pada rangsangan daripada eksudat akar perumah [14-15]. Selepas percambahan, anak benih mesti mencari akar perumah dalam masa yang singkat dan memasuki proses pembentukan haustorium [16]. Oleh itu, keamatan dan komposisi isyarat perumah dicerminkan secara langsung dalam kecekapan percambahan dan kadar kejayaan parasitisme berikutnya [16-17]. Untuk tumbuhan parasit obligat, isyarat ini juga boleh membentuk "gabungan keadaan" ruang masa yang lebih cenderung untuk mencetuskan percambahan, iaitu, tetingkap percambahan yang dipanggil [18–19].

Eksudat akar Saxaul mengandungi berbilang kelas sebatian yang mungkin mengambil bahagian dalam pengecaman perumah dan proses aruhan, seperti kuinon, asid organik dan molekul berkaitan hormon. Komposisi mereka dipengaruhi oleh kedua-dua peringkat perkembangan tumbuhan dan latar belakang persekitaran [20-21]. Kajian terdahulu mencadangkan bahawa eksudat akar berbeza-beza secara dinamik merentas musim atau peringkat pertumbuhan, yang boleh membawa kepada perbezaan dalamCistanchekadar percambahan, kecekapan pembentukan haustorium, dan penubuhan parasitisme [22]. Dari perspektif pengurusan perladangan, kecerunan umur berdiri selalunya sepadan dengan pembangunan sistem akar perumah, pengumpulan input karbon, dan penstabilan persekitaran mikro rizosfera. Akibatnya, latar belakang kimia eksudat mungkin menjalani pelarasan sistematik [23-26].

Walau bagaimanapun, bukti masih tidak mencukupi mengenai bagaimana perbezaan umur berdiri membentuk semula spektrum kimia eksudat akar saxaul dan sama ada perubahan tersebut boleh menghasilkan tindak balas percambahan yang boleh diukur. Jurang ini juga mengehadkan panduan kuantitatif langsung untuk memilih umur pendirian hos dan menjadualkan tempoh pengurusan utama.

Metabolomik boleh mendedahkan perubahan dalam profil metabolit eksudat akar. Kaedah statistik multivariate seperti analisis komponen utama (PCA) dan analisis diskriminasi kuasa dua terkecil separa ortogon (OPLS-DA) boleh digunakan untuk membezakan kumpulan dan mengenal pasti metabolit pembezaan [27-28]. Anotasi laluan lanjut dan analisis pengayaan membantu mentafsir arah perubahan biokimia [29–30]. Dengan membandingkan keluaran metabolomik secara serentak dengan fenotip berfungsi (cth, kadar percambahan biji benih), perbezaan kimia dalam eksudat boleh dikaitkan dengan hasil yang boleh diukur- "sama ada percambahan digalakkan, dan sejauh mana"-menyediakan lebih banyak sokongan langsung untuk pengurusan dan keputusan aplikasi [31–33].

Oleh itu, kajian ini tertumpu kepada dirian saxaul yang berbeza umur di kawasan Alar di pinggir Gurun Taklamakan. Kami mengumpul eksudat akar dari umur pendirian yang berbeza untuk pemprofilan metabolomik tidak disasarkan LC-MS, dan dijalankanCistancheujian percambahan biji benih menggunakan eksudat ini sebagai rawatan. Kami menyiasat perubahan yang didorong oleh umur pendirian dalam profil metabolit eksudat akar (pemisahan keseluruhan, saringan metabolit berbeza, dan pengayaan laluan) dan memadankannya dengan perbezaan dalam kadar percambahan. Kajian ini menyediakan rujukan kuantitatif untuk penambahbaikanCistanchekejayaan inokulasi dan menawarkan bukti metabolomik empirikal untuk interaksi kimia antara tumbuhan perumah dan parasit di kawasan gersang.

 

1 Bahan dan Kaedah

1.1 Kawasan Kajian

Kawasan kajian terletak di zon peralihan padang pasir–oasis Kota Alar, di pinggir utara Gurun Taklamakan, Xinjiang, China. Wilayah ini mempunyai iklim sederhana panas, sangat gersang, dengan aktiviti angin-pasir yang kuat, kerpasan yang terhad, dan penyejatan yang kuat. Purata hujan tahunan ialah 40.1–82.5 mm, manakala purata sejatan tahunan ialah 1876.6–2558.9 mm. Sumber cahaya dan haba adalah banyak, dan perbezaan suhu harian adalah besar. Tumbuhan permukaan didominasi oleh pokok renek padang pasir dan herba yang jarang. Saxaul ialah spesies konstruktif utama yang digunakan untuk penahan angin tempatan dan tali pinggang penetapan pasir, dan rantau ini juga merupakan kawasan pengeluaran penting untuk inokulasi saxaulCistanche.

1.2 Pengumpulan dan Pemprosesan Sampel

Persampelan telah dijalankan pada April 2025 (musim bunga) di wilayah Alar. Eksudat akar dan sampel tanah segerak dikumpulkan dari dirian saxaul berumur 1, 3, dan 6 tahun.Cistancheeksperimen percambahan biji benih dijalankan selepas pensampelan.

Rawatan umur 1-, 3-, dan 6 tahun ditetapkan sebagai AO, AT, dan AS, masing-masing. Setiap rawatan termasuk tiga replika biologi, berlabel AO1-AO3, AT1-AT3, dan AS1-AS3. Gerai 1 tahun mewakili peringkat penubuhan awal; Dirian 3 tahun mewakili peringkat pertumbuhan yang cergas dengan proses rizosfera yang aktif; dan dirian 6 tahun mewakili peringkat yang agak stabil. Berdasarkan perbezaan dalam peringkat perkembangan perumah, kami membandingkan variasi kimia eksudat akar merentas umur berdiri dan hubungannya denganCistanchepercambahan biji benih.

1.2.1 Koleksi Eksudat Akar

Eksudat akar dikumpul menggunakan kaedah pengekstrakan medan in situ. Dalam setiap plot umur berdiri, individu saxaul dengan status pertumbuhan yang sama dan tiada perosak atau penyakit yang jelas telah dipilih. Tiga tumbuhan telah diambil sampel setiap umur dirian sebagai replika biologi. Akar digali dengan teliti di sekitar pangkalan tumbuhan, meminimumkan kecederaan mekanikal. Tanah yang melekat dibuang perlahan-lahan; akar dibilas dengan air ternyahion; kemudian akar telah dimasukkan ke dalam beg dan ditanam semula di situ untuk pra-rawatan 24 jam.

Selepas pra-rawatan, akar dibuang dan perlahan-lahan dibilas semula dengan air ternyahion. Segmen akar dibalut dengan kertas turas yang dilembapkan untuk mengekalkan kelembapan, diletakkan ke dalam tiub empar 50 mL, ditutup dengan parafilem, dan ditanam semula di situ. Selepas 24 jam, segmen akar yang dibalut kertas penapis dikumpulkan, disimpan di atas ais, dan diangkut ke makmal.

Di makmal, 100 mL air ternyahion ditambah, dan sampel digoncang selama 30 minit untuk pengekstrakan. Ekstrak telah ditapis vakum, tertumpu di bawah tekanan yang dikurangkan, dan disimpan pada −80 darjah untuk analisis metabolomik tidak disasarkan LC-MS berikutnya. Ekstrak yang sama juga digunakan untuk ujian rawatan benih.

1.2.2 Persampelan Tanah dan Penentuan Sifat Fisikokimia Tanah

Sampel tanah dikumpulkan serentak dengan eksudat akar. Sampel dikeringkan secara semula jadi, kekotoran dikeluarkan, dan melalui penapis 2 mm untuk pengukuran fizikokimia termasuk pH, jumlah nitrogen (TN), jumlah fosforus (TP), jumlah kalium (TK), nitrogen alkali-hidrolisis (AN), fosforus tersedia (AP), tersedia kalium (AK), dan bahan organik tanah (SOM). Kaedah terperinci disediakan dalam Jadual 1.

Jadual 1. Penunjuk fizikokimia tanah dan kaedah analisis

Penunjuk	Singkatan	Kaedah analisis
pH	-	Kaedah potensiometri
Jumlah nitrogen	TN	Kaedah Kjeldahl
Jumlah fosforus	TP	Gabungan NaOH – kolorimetri antimoni molibdenum (spektrofotometri)
Jumlah kalium	TK	Kaedah gabungan NaOH
Nitrogen alkali-hidrolisis	AN	Kaedah penyebaran alkali
Fosfor yang ada	AP	Kaedah spektrofotometri
Kalium yang ada	AK	Kaedah pengekstrakan ammonium asetat
Bahan organik tanah	SOM	Kaedah pengoksidaan kalium dikromat

1.3 Metabolomik Tidak Sasaran LC–MS dan Prapemprosesan Data

Sampel eksudat akar dianalisis menggunakan kromatografi cecair berprestasi tinggi-spektrometri jisim resolusi tinggi (UHPLC-HRMS) dalam kedua-dua mod pengionan elektrospray positif dan negatif. Data mentah tertakluk kepada pengekstrakan puncak, pembetulan masa pengekalan, penjajaran puncak, pengendalian nilai hilang dan normalisasi sebelum analisis hiliran.

Sampel kawalan kualiti dan kawalan kosong digunakan untuk mengalih keluar puncak gangguan latar belakang dan ciri dengan kebolehulangan yang lemah untuk meningkatkan kestabilan dan kebolehbandingan data. Pengenalpastian dan anotasi metabolit adalah berdasarkan terutamanya pada jisim yang tepat, masa pengekalan dan corak pemecahan MS/MS, dipadankan dengan HMDB, METLIN, MassBank dan dipetakan kepada KEGG untuk analisis laluan. Keputusan anotasi telah ditapis dengan memadankan keyakinan, dan pengkategorian kelas kimia dan ringkasan peringkat laluan telah dijalankan.

1.4 CistancheEksperimen Percambahan Benih

1.4.1 Prarawatan Benih

DikumpulCistanchebenih diletakkan pada 30 darjah dalam inkubator suhu malar selama 1 jam. Kulit benih dibuang, dan benih disterilkan permukaan dalam 2% natrium hipoklorit selama 15 minit, dibilas tiga kali dengan air suling steril, dan dikeringkan di atas kertas turas steril.

1.4.2 Pra-Eksperimen dan Penentuan Keadaan Pro-Percambahan Basal

Untuk memastikan perbandingan antara rawatan dengan eksudat dari umur pendirian yang berbeza, pra-eksperimen telah dijalankan untuk menyaring keadaan penambahan untuk giberelin dan fluridon. Berdasarkan keputusan ujian pra, gabungan dengan prestasi percambahan yang lebih baik dan kebolehulangan yang stabil telah dipilih sebagai keadaan pro-percambahan asas: penambahan 1 mL 1 g·L−1^{-1}−1 giberelin dan 1 mL 10 mg·L−1^{-1}−1 fluridone.

1.4.3 Rawatan dengan Eksudat Akar dari Umur Berbeza

Di bawah keadaan pro-percambahan basal bersatu, jumlah sampel eksudat akar yang sama dari dirian saxaul 1-, 3-, dan 6 tahun telah ditambah untuk membandingkanCistanchetindak balas percambahan biji benih. Kajian ini memberi tumpuan kepada kesan rawatan eksudat dari umur pendirian yang berbeza dan tidak termasuk kecerunan kepekatan eksudat.

Bagi setiap rawatan, 50 biji benih yang telah dirawat telah diletakkan dalam cawan Petri menggunakan kaedah kertas turas dan diinkubasi pada suhu 25 darjah dalam keadaan gelap. Kadar percambahan direkodkan selepas 10 hari. Panjang radikel (tiub kuman) > 1 mm digunakan sebagai kriteria percambahan. Setiap rawatan mempunyai tiga ulangan.

1.5 Analisis Statistik

Selepas prapemprosesan dan normalisasi, data metabolomik dianalisis menggunakan analisis pengelompokan hierarki, PCA, dan OPLS-DA untuk menilai perbezaan keseluruhan antara umur pendirian. Metabolit pembezaan disaring menggunakan VIP> 1 dan P <0.05. Gambar rajah Venn, plot gunung berapi, peta haba berkelompok, dan analisis pengayaan laluan KEGG digunakan untuk mentafsir ciri metabolik perbezaan utama.

Cistanchekadar percambahan biji benih dianalisis dengan ANOVA sehala; perbandingan post hoc dilakukan menggunakan ujian Tukey. Tahap keertian telah ditetapkan pada =0.05\\alfa=0.05 =0.05.

 

2 Keputusan dan Analisis

2.1 Ciri-ciri Fisikokimia Tanah

Penunjuk fizikokimia tanah menunjukkan beberapa variasi antara umur dirian yang berbeza, tetapi magnitud keseluruhan perubahan adalah terhad (Jadual 2). Tanah adalah beralkali dalam semua plot, dengan pH antara 8.35 hingga 8.83. Kandungan jumlah nitrogen, jumlah fosforus, jumlah kalium, dan bahan organik pada umumnya rendah. Pendirian 3 tahun mempunyai TN, TK, SOM dan AK yang lebih tinggi; kedudukan 6 tahun mempunyai TP dan AP yang lebih tinggi sedikit; dan kedudukan 1 tahun mempunyai AN yang lebih tinggi. Secara keseluruhan, latar belakang tanah agak turun naik merentas umur dirian tanpa arah aliran yang konsisten. Oleh itu, analisis seterusnya tertumpu terutamanya pada perbezaan akar-eksudat dan korespondensinya denganCistanchetindak balas percambahan biji benih.

Jadual 2. Sifat fizikokimia tanah

Rawatan	pH	TN (g·kg⁻¹)	TP (g·kg⁻¹)	TK (g·kg⁻¹)	AN (mg·kg⁻¹)	AP (mg·kg⁻¹)	AK (mg·kg⁻¹)	SOM (g·kg⁻¹)
AO	8.83	0.129	0.591	6.76	11.672	7.171	159.783	2.660
AT	8.35	0.165	0.604	10.69	9.114	7.381	377.900	3.186
AS	8.82	0.101	0.649	7.08	10.697	8.086	185.962	2.547

Nota:AO=1-tahun berdiri; PADA=3-tahun berdiri; AS=6-tahun berdiri.

 

2.2 Kesan Eksudat Akar daripada Umur Berbeza padaCistanchePercambahan Benih

CistancheKadar percambahan biji benih berbeza dengan ketara antara rawatan dengan eksudat akar dari umur dirian yang berbeza (Rajah 1). Rawatan eksudat dirian 3 tahun (AT) menghasilkan kadar percambahan tertinggi pada 84.66% ± 1.15%. Rawatan 1 tahun (AO) dan 6 tahun (AS) masing-masing menghasilkan 80.89% ± 2.04% dan 80.67% ± 0.67%. ANOVA sehala menunjukkan perbezaan yang ketara antara rawatan (P=0.022). Ujian post hoc Tukey menunjukkan bahawa AT adalah jauh lebih tinggi daripada AO (P=0.038) dan AS (P=0.030), manakala AO dan AS tidak berbeza dengan ketara (P=0.980).

Rajah. 1 Perbezaan dalam kadar percambahan biji Cistanche deserticola di bawah rawatan eksudat akar daripada dirian Haloxylon ammodendron yang berumur berbeza

 

Keputusan ini menunjukkan bahawa semasa tempoh tetingkap musim bunga, eksudat akar dari umur pendirian yang berbeza sepadan dengan perbezaan yang jelas dalamCistanchetindak balas percambahan benih, dan eksudat dari dirian 3 tahun menunjukkan potensi menggalakkan percambahan yang lebih kuat. Untuk menerangkan lebih lanjut perbezaan ini, kami seterusnya menganalisis pemisahan profil metabolit keseluruhan dan ciri metabolik pembezaan.

2.3 Perbezaan Keseluruhan dalam Eksudat Akar Merentasi Umur Dirian

2.3.1 Pemisahan Keseluruhan Profil Metabolik Root-Exudate

Profil metabolik eksudat akar dibezakan dengan jelas di kalangan umur berdiri. Peta haba global (Rajah 2) menunjukkan bahawa kebanyakan sampel dalam umur pendirian yang sama berkumpul pada cawangan yang sama, menunjukkan konsistensi dalam kumpulan yang baik. Sampel dari umur pendirian yang berbeza menunjukkan corak pengelompokan yang agak jelas, menunjukkan bahawa komposisi eksudat disusun semula dengan umur pendirian.

Keputusan PCA (Rajah 3) menunjukkan bahawa dua komponen utama pertama menjelaskan 46.5% daripada jumlah varians; PC1 dan PC2 menjelaskan 32.1% dan 14.4%, masing-masing. Sampel dari umur pendirian yang berbeza menunjukkan taburan yang boleh dibezakan dalam ruang pentahbisan. Khususnya, sampel 1 tahun menunjukkan aliran pengedaran keseluruhan berbeza daripada sampel 3 dan 6 tahun, menunjukkan pembezaan struktur dalam komposisi eksudat keseluruhan dengan umur pendirian. Walaupun beberapa kebolehubahan dalam kumpulan kekal, trend pemisahan berkaitan umur adalah jelas.

 

2.3.2 Diskriminasi Antara Kumpulan

Untuk membandingkan lagi perbezaan antara umur pendirian, perbandingan berpasangan (AO vs. AT, AO vs. AS, AT vs. AS) telah dijalankan berdasarkan data mod-ion negatif (Rajah 4). Ketiga-tiga perbandingan menunjukkan pemisahan yang jelas dan pengelompokan replika biologi yang baik, menunjukkan perbezaan metabolik yang stabil di kalangan umur berdiri.

Semua model OPLS-DA mempamerkan prestasi pemasangan dan ramalan yang baik, dengan R2Y=0.998–1.000 dan Q2=0.663–0.873, menunjukkan diskriminasi teguh bagi sampel eksudat akar dalam kalangan umur berdiri. Pemisahan paling ketara antara AS dan AO, menunjukkan perbezaan komposisi keseluruhan terbesar antara eksudat pendirian 1 dan 6 tahun. AT juga menunjukkan pemisahan yang stabil daripada AO dan AS, menunjukkan bahawa eksudat 3 tahun sudah mempunyai ciri khusus peringkat yang berbeza. Secara keseluruhannya, profil metabolit eksudat akar sangat boleh didiskriminasi merentas umur berdiri, menyokong analisis hiliran metabolit pembezaan dan kaitannya dengan perbezaan percambahan.

Rajah. 3 Analisis komponen utama

Rajah. 4 Perbandingan berpasangan skor OPLS-DA eksudat akar daripada Haloxylon ammodendron yang berumur berbeza

 

2.4 Ciri Metabolik Pembezaan Utama Eksudat Akar Saxaul

2.4.1 Bilangan Metabolit Berbeza dan Ciri Dikongsi

Each pairwise comparison among stand ages contained a certain number of differential metabolites (Figure 5). The largest number occurred in AT vs. AO, with 31 differential metabolites. AS vs. AO and AS vs. AT had 24 and 18 differential metabolites, respectively, indicating that differences between 3-year and 1-year exudates were the most pronounced.

Tujuh metabolit pembezaan telah dikongsi merentasi ketiga-tiga perbandingan, menunjukkan set metabolit yang agak stabil bertindak balas terhadap perubahan umur berdiri. Sementara itu, setiap perbandingan mengekalkan beberapa metabolit pembezaan yang unik, mencerminkan ciri khusus peringkat yang jelas dalam perubahan eksudat. Secara keseluruhannya, perbezaan umur pendirian dinyatakan bukan sahaja dalam kiraan metabolit tetapi juga dalam struktur di mana metabolit pembezaan yang dikongsi dan khusus peringkat wujud bersama.

 

Rajah. 5 Gambar rajah Venn bagi metabolit berbeza dalam eksudat akar Haloxylon ammodendron merentas umur berdiri

 

2.4.2 Corak Perubahan dalam Metabolit Berbeza

Plot gunung berapi dan peta haba berkelompok menunjukkan corak perubahan modular dalam eksudat akar merentas umur berdiri. Dalam ketiga-tiga perbandingan (Rajah 6), metabolit penting telah diedarkan pada kedua-dua belah plot gunung berapi, menunjukkan kedua-dua metabolit terkawal atas dan bawah di kalangan umur berdiri. Banyak ciri penting menunjukkan perubahan lipatan besar dan kepentingan yang kuat, menunjukkan bahawa pemisahan kumpulan didorong bersama oleh satu set anjakan metabolik tertumpu dan bukannya variasi individu yang berselerak.

Berdasarkan anotasi metabolit, kategori pembezaan utama tertumpu pada gula, molekul berkaitan vitamin B6, flavonoid/fenolik dan molekul berkaitan lipid. Metabolit pembezaan perwakilan termasuk sukrosa, isopyridoxal, linolenate (18:3), PA 40:7, metil giberelin A9, dan secologanin.

AT lwn. AO mengandungi bilangan metabolit pembezaan terbesar, mencadangkan peralihan keluaran kimia yang lebih kuat daripada pendirian 1 tahun kepada 3 tahun. Perbezaan antara AT dan AS juga stabil, menunjukkan bahawa peringkat 3 tahun bukan sekadar peralihan linear antara dirian 1 tahun dan 6 tahun tetapi mempunyai ciri khusus peringkat yang berbeza. Secara keseluruhannya, perbezaan antara umur berdiri terutamanya mencerminkan perubahan yang diselaraskan antara kategori metabolit di atas dan bukannya turun naik terpencil dalam metabolit tunggal.

 

Rajah. 6 Plot gunung berapi metabolit berbeza dalam eksudat akar Haloxylon ammodendron merentas umur berdiri

 

Peta haba bagi metabolit pembezaan perwakilan (Rajah 7) selanjutnya menunjukkan pengelompokan replika biologi yang baik dan pemisahan yang jelas di antara umur pendirian, menunjukkan bahawa perbezaan umur pendirian dicerminkan secara langsung dalam profil metabolit pembezaan. Kumpulan 3 tahun (AT) menunjukkan persamaan separa dengan AO atau AS merentas modul metabolit yang berbeza tetapi mengekalkan ciri tersendirinya. Sesetengah metabolit memuncak dalam AT sementara kekal lebih rendah dalam AO dan AS; yang lain lebih rendah dalam AT tetapi lebih tinggi dalam AO atau AS. Oleh itu, peringkat 3 tahun tidak mengikuti corak peningkatan/penurunan monoton yang mudah, tetapi sebaliknya penyusunan semula khusus peringkat yang jelas. Terutamanya, molekul yang berkaitan dengan vitamin B6 (cth, isopyridoxal, pyridoxate), flavonoid/phenolics (cth, quercetin, isoquercitrin, scopolin), dan molekul berkaitan lipid (cth, linolenate 18:3, PA 40:7, FA 18:1;O2) secara konsisten menunjukkan modularges.

Rajah. 7 Peta haba pengelompokan hierarki bagi metabolit pembezaan perwakilan

 

2.4.3 Laluan Metabolik Utama Terlibat

Analisis laluan KEGG menunjukkan bahawa perbezaan yang berkaitan dengan umur dalam eksudat akar saxaul terutamanya melibatkan metabolisme lipid, metabolisme vitamin/kofaktor, dan metabolisme sekunder yang berkaitan dengan flavonoid (Rajah 8). Metabolisme asid alfa-linolenik muncul dengan faktor kesan laluan yang agak tinggi, mewakili laluan berkaitan lipid yang menonjol di bawah perbezaan umur berdiri. Metabolisme vitamin B6 juga menunjukkan kepentingan yang tinggi, mencadangkan perubahan besar dalam molekul kecil yang berkaitan dengan kofaktor dan redoks-homeostasis.

Dalam metabolisme sekunder, biosintesis flavonoid, biosintesis flavon dan flavonol, dan degradasi flavonoid semuanya diperkaya, menunjukkan bahawa modul fenolik-flavonoid ialah arah utama variasi umur berdiri. Selain itu, laluan sebatian aromatik seperti degradasi benzoat menunjukkan tindak balas tertentu. Secara keseluruhan, perbezaan yang didorong oleh umur berdiri dalam eksudat akar saxaul terutamanya distrukturkan di sekitar metabolisme lipid, metabolisme vitamin B6, dan metabolisme sekunder flavonoid/fenolik.

2.5 Metabolit Pembezaan Perwakilan Disaring Berdasarkan Fenotip Percambahan

Untuk menjelaskan lebih lanjut hubungan antara perbezaan eksudat danCistanchefenotip percambahan, metabolit berbeza disepadukan dengan corak kadar percambahan. Ujian percambahan menunjukkan bahawa rawatan AT mempunyai kadar percambahan tertinggi, manakala AO dan AS adalah lebih rendah dan tidak berbeza dengan ketara. Corak ini menunjukkan bahawa eksudat saxaul 3 tahun mungkin mengandungi komponen kimia yang lebih baik untuk mempromosikanCistanchepercambahan biji benih.

Berdasarkan fenotip ini, kami mengutamakan metabolit yang (i) muncul dalam kedua-dua perbandingan AT vs AO dan AT vs AS dan (ii) menunjukkan trend perubahan yang konsisten dengan percambahan yang lebih tinggi (Jadual 3). Ciri pembezaan calon ini tertumpu terutamanya pada gula, molekul berkaitan lipid, molekul berkaitan vitamin B6, dan flavonoid/fenolik, dan dikaitkan dengan metabolisme asid alfa-linolenik, metabolisme vitamin B6 dan laluan berkaitan flavonoid. Keputusan ini menunjukkan pengelompokan kategori yang jelas antara ciri metabolik calon yang konsisten dengan percambahan yang lebih tinggi, menunjukkan bahawa metabolit atau laluan berkaitan ini boleh menyumbang kepada fenotip percambahan.

Rajah. 8 Gambar rajah gelembung bagi faktor yang mempengaruhi laluan metabolik

 

 

Tab. 3 Korespondensi antara ciri-ciri pembezaan eksudat akar daripada dirian Haloxylon ammodendron yang berumur berbeza dan percambahan benih Cistanche deserticola

Kumpulan perbandingan	Jenis tindak balas percambahan	Kategori pembezaan utama	Ciri-ciri perbezaan	Metabolit pembezaan perwakilan
AT lwn AO	Kadar percambahan dalamAT lebih tinggidaripadaAO	Gula, berkaitan Vitamin B6, Flavonoid/asid fenolik, Lipid	Penyusunan semula modular yang ketaradalam eksudat di3 tahunumur berdiri	Sukrosa; Isopyridoxal; Pyridoxate; Quercetin; Isoquercitrin; Linolenate (18:3)
AS lwn AT	Kadar percambahan dalamAS lebih rendahdaripadaAT	Gula, Flavonoid, Giberelin	Pembezaan antara6 tahundan3 tahunberdiri dimemberi isyaratdanmetabolisme sekunderperingkat	Sukrosa; Isoquercitrin; Metil giberelin A9
AS lwn AO	Perbezaan kadar percambahantidak ketara	Berkaitan dengan Vitamin B6, Lipid	Perbezaan metabolik yang besarantara1 tahundan6 tahunberdiri, tetapitiada perbezaan percambahan yang ketara	Isopyridoxal, dsb.

3 Perbincangan

3.1 Umur Tetapan Memacu Pembezaan Kimia Eksudat Akar Saxaul

Eksudat akar tumbuhan tidak statik; mereka menyesuaikan diri secara dinamik dengan peringkat pembangunan, peruntukan sumber, dan perubahan persekitaran rizosfera. McLaughlin et al. [22] menunjukkan bahawa eksudat akar berbeza dengan ketara merentas spesies tumbuhan dan skala masa, menunjukkan dinamik spatiotemporal yang kuat. Chen et al. [23] selanjutnya melaporkan bahawa kedua-dua umur pokok dan musim dengan ketara mengubah strategi eksudasi akar dan komposisi metabolit dalam ladang cemara Cina, menunjukkan perbezaan peringkat umur yang jelas dalam output metabolik. Kajian-kajian ini menyokong asas fisiologi-ekologi untuk pembezaan yang didorong oleh peringkat perkembangan kimia akar-eksudat.

Dalam kajian ini, eksudat akar saxaul menunjukkan pembezaan yang jelas antara umur berdiri pada tahap profil metabolit keseluruhan. Pengelompokan peta haba, PCA, dan OPLS-DA semuanya menunjukkan pemisahan yang stabil antara umur pendirian, menunjukkan bahawa umur dirian boleh memacu penyusunan semula kimia khusus peringkat eksudat akar saxaul. Ini bersetuju dengan pengetahuan sedia ada bahawa peringkat pertumbuhan tumbuhan mempengaruhi komposisi eksudat, dan mencadangkan bahawa dalam sistem hos saxaul-Cistanche, variasi umur berdiri mungkin merupakan faktor ekologi penting yang membentuk latar belakang isyarat yang diperolehi akar.

Selain itu, perubahan umur berdiri bukan sahaja sepadan dengan peringkat perkembangan tuan rumah tetapi juga dengan peralihan dalam latar belakang persekitaran rizosfera. Tahap nutrien tanah, pH, bahan organik, dan keadaan kemasinan boleh mempengaruhi pemerolehan nutrien tumbuhan, corak peruntukan karbon, dan kestabilan rizosfera, seterusnya mengawal selia komposisi dan proses pelepasan eksudat akar.

3.2 Eksudat dari Saxaul 3 Tahun Sepadan dengan Lebih TinggiCistancheKadar Percambahan Benih

Percambahan benih tumbuhan parasit sangat bergantung pada isyarat kimia yang berasal dari perumah. Nelson [16] menyatakan bahawa tumbuhan akar-parasit dalam Orobanchaceae biasanya bergantung pada molekul isyarat yang dilepaskan akar perumah untuk mengesan kehadiran perumah dan memulakan percambahan; "percambahan akibat perumah" sedemikian adalah mekanisme penyesuaian utama.

Dalam kajian ini,CistancheKadar percambahan biji benih adalah tertinggi di bawah rawatan eksudat saxaul 3 tahun, jauh lebih tinggi daripada rawatan dengan eksudat 1 tahun dan 6 tahun, manakala tiada perbezaan ketara diperhatikan antara rawatan 1 tahun dan 6 tahun. Ini menunjukkan bahawa perumah umur berdiri yang berbeza mungkin menyediakan bukan sahaja kuantiti eksudat yang berbeza, tetapi latar belakang penggalak percambahan yang berbeza secara kimia. Fakta bahawa AT vs. AO mempunyai metabolit yang paling berbeza menunjukkan bahawa penyusunan semula kimia dari berdiri 1 tahun hingga 3 tahun adalah yang terbesar, selaras dengan arah percambahan yang lebih tinggi.

Corak ini mungkin berkaitan dengan perbezaan peringkat pertumbuhan dalam saxaul dan strategi peruntukan sumber yang sepadan. Saxaul satu tahun berada di peringkat awal penubuhan, di mana tumbuhan tidak stabil sepenuhnya, sistem akar dan pemerolehan sumber agak terhad, dan output metabolik mungkin lebih tertumpu pada penyelenggaraan pertumbuhan diri. Saxaul enam tahun berada dalam peringkat yang agak matang, di mana peruntukan sumber mungkin beralih ke arah penyelenggaraan, kestabilan struktur dan penyesuaian alam sekitar, yang membawa kepada strategi eksudasi yang lebih stabil. Sebaliknya, saxaul 3 tahun secara amnya berada dalam peringkat pertumbuhan yang cergas, dengan pengembangan akar yang lebih aktif, penyerapan nutrien, dan metabolisme di bawah tanah, menjadikannya lebih cenderung untuk membentuk profil eksudat akar yang lebih kaya dan berubah-ubah. Atas dasar ini, penyusunan semula metabolit yang ketara dan kadar percambahan yang lebih tinggi dalam rawatan 3 tahun mungkin mencerminkan persekitaran isyarat rizosfera yang lebih baik untuk memulakan.Cistanchepercambahan benih semasa tempoh tingkap musim bunga.

3.3 Ciri Metabolik Pembezaan Utama Selaras dengan Tindak Balas Percambahan

Metabolomik secara berkesan mendedahkan perubahan profil metabolit dalam sampel kompleks. Apabila disepadukan dengan analisis pengayaan laluan, ia membolehkan pengenalpastian peringkat sistem bagi arah perubahan utama. Kajian terdahulu [31-33] mencadangkan bahawa menggabungkan hasil metabolomik dengan fenotip berfungsi seperti percambahan benih membantu menyasarkan metabolit atau laluan calon yang konsisten dengan perubahan fenotip. Untuk eksudat akar, strategi "fenotip pertama, pengesanan metabolit" amat berguna untuk mengenal pasti ciri metabolik calon yang dikaitkan dengan kesan biologi tertentu.

Dalam kajian ini, saringan berpandukan fenotip menunjukkan bahawa ciri-ciri pembezaan yang mewakili selaras dengan kadar percambahan yang lebih tinggi dalam rawatan 3 tahun adalah tertumpu terutamanya pada gula, molekul berkaitan vitamin B6, flavonoid/fenolik dan molekul berkaitan lipid, yang melibatkan metabolisme asid alfa-linolenik, metabolisme vitamin B6 dan laluan berkaitan flavonoid. Secara mekanikal, gula mungkin mencerminkan perubahan dalam bekalan dan peruntukan karbon rizosfera; molekul berkaitan lipid mungkin berkaitan dengan pembentukan semula lipid membran dan peraturan isyarat tekanan; flavonoid/fenolik boleh mengambil bahagian dalam pengecaman hos-parasit dan penghantaran isyarat rizosfera; dan molekul berkaitan vitamin B6 mungkin dikaitkan dengan homeostasis metabolik dan penimbalan tekanan. Kategori metabolik ini menunjukkan perubahan yang diselaraskan dalam kumpulan AT.

CistanchePenyelidikan berkaitan menunjukkan bahawa asid fenolik yang berasal dari perumah boleh mempengaruhi proses induksi, dan metabolit sekunder fenolik/aromatik dalam akar perumah boleh memainkan peranan dalam tindak balas parasit [14]. Walaupun kajian ini tidak dapat secara langsung membuktikan bahawa metabolit tunggal adalah faktor penentu yang mendorong percambahan yang dipertingkatkan, perubahan kelompok kategori yang diperhatikan dalam kumpulan 3 tahun menunjukkan bahawa kelebihan menggalakkan percambahan lebih berkemungkinan berasal daripada penyusunan semula yang diselaraskan bagi pelbagai kelas metabolit yang membentuk latar belakang kimia komposit, dan bukannya peningkatan molekul tunggal secara tidak sengaja.

3.4 Implikasi Praktikal dan Batasan Kajian

Dari perspektif amalan pengeluaran, keputusan menunjukkan bahawa semasa tempoh musim bunga, saxaul 3 tahun mungkin mempunyai potensi yang lebih baik untukCistancheinokulasi, menyediakan rujukan untuk pemilihan umur tahan hos di bawah hutanCistanchepenanaman dan kemungkinan arah untuk pembangunan teknikal untuk meningkatkan kejayaan inokulasi.

Walau bagaimanapun, kajian ini adalah berdasarkan pensampelan spring tunggal, dan kesimpulan terutamanya mencerminkan hubungan semasa tingkap musim bunga; ekstrapolasi langsung ke sepanjang tahun masih belum disokong. Di samping itu, peranan latar belakang tanah dalam membentuk ciri metabolit eksudat kekal sebahagian besarnya inferensi dan harus disahkan lebih lanjut melalui analisis korelasi, eksperimen terkawal, atau pendekatan multi-omik. Metabolomik yang tidak disasarkan juga mempunyai batasan seperti gangguan isomer dan keyakinan pengenalan terhad untuk beberapa metabolit. Oleh itu, molekul berkaitan lipid, berkaitan vitamin B6, dan flavonoid/fenolik harus dipertimbangkan sebagai arah calon dan bukannya faktor induksi utama yang disahkan sepenuhnya. Akhir sekali, hasil inokulasi praktikal dipengaruhi oleh pelbagai faktor termasuk penubuhan parasit, pembentukan haustorium, pertumbuhan seterusnya, keadaan air-garam medan, dan amalan pengurusan. Kerja lanjut yang menggabungkan ujian inokulasi lapangan, tinjauan penubuhan parasitisme, dan pengesahan sasaran metabolit calon utama diperlukan untuk mengukuhkan terjemahan kepada pengeluaran dunia sebenar.

 

4 Kesimpulan

Penyusunan semula kimia komposisi akar-eksudat saxaul merentas umur dirian sepadan dengan jelas dengan perbezaan dalamCistanchetindak balas percambahan benih, menonjolkan kepentingan peringkat perkembangan perumah dalam mengawal selia fenotip percambahan benih parasit. Pada bulan April, profil metabolik eksudat akar berbeza dengan ketara di kalangan umur berdiri. Eksudat saxaul 3 tahun menunjukkan perbezaan yang paling ketara dan sepadan dengan yang tertinggiCistanchekadar percambahan biji benih. Ciri pembezaan perwakilan yang konsisten dengan percambahan lebih tinggi tertumpu terutamanya pada gula, molekul berkaitan vitamin B6, flavonoid/fenolik dan molekul berkaitan lipid, yang melibatkan metabolisme asid alfa-linolenik, metabolisme vitamin B6 dan laluan berkaitan flavonoid. Hubungan umur-eksudat-percambahan tidak mengikut peningkatan linear yang mudah; umur berdiri pertengahan lebih berkemungkinan membentuk latar belakang kimia yang konsisten dengan tindak balas percambahan yang lebih tinggi.

 

Sumbangan Pengarang

Zhao Zhen: konseptualisasi, metodologi, penyiasatan, penyusunan data, analisis data, penggubalan, visualisasi.
Fan Jinglong: metodologi, semakan dan penyuntingan, visualisasi, penyeliaan, pentadbiran projek, pemerolehan pembiayaan.
Dong Weikang: penyiasatan, penyusunan data.
Zhou Zhibin: sumber, penyeliaan, pemerolehan pembiayaan.
Li Bingwen, Wang Shijie: metodologi, sumber, penyeliaan, pemerolehan pembiayaan.