两株根际促生菌与花生互作机制的初步研究

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花生是世界上主要的油料作物之一,我国的种植面积居全球之首。化肥的大量施用虽可提高产量,但会导致环境问题;而干旱和盐胁迫等逆境也对花生造成严重的伤害,降低花生的产量和品质,接种根际促生菌(PGPR,Plant Growth-Promoting Rhizobacteria)是增强植物抗逆性及提高产量的一种有效手段。本文以耐酪氨酸束村氏菌(Tsukamurella tyrosinosolvens P9,简称P9)和吡咯伯克霍尔德氏菌(Burkholderia pyrrocinia P10,简称P10)为研究对象,通过接种盆栽花生,分析2株菌对花生在正常水分条件、干旱及盐胁迫下生长及抗氧化防御体系的影响;以水培法收集花生根系分泌物,研究根系分泌物对2株PGPR菌株基因表达及代谢途径上的影响,初步探讨P9、P10菌株与花生的互作机制。研究结果如下:设置P9、P10及P9+P10混合菌株接种处理,在正常水分条件下,3种接菌处理均使花生的根长、株高及鲜重有不同程度的增加,降低了幼苗的脯氨酸含量,而对叶片相对含水量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)基本无影响。干旱抑制了花生幼苗的生长,降低了植株的叶绿素含量及叶片相对含水量,但菌株的接种可以促进植株的叶绿素含量和叶片含水量的提高、降低丙二醛含量,以增强花生的抗旱性并促进了干旱胁迫下植株的生长。类似的,盐胁迫会抑制花生的生长,导致叶绿素含量降低,丙二醛含量、脯氨酸含量及H2O2水平增高;但接菌处理组植株的生长指标及叶绿素含量均不同程度地高于未接种处理,丙二醛含量及过氧化氢水平更低,接菌处理减轻了盐胁迫下花生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平及H2O2含量,减轻了盐胁迫条件下自由基积累对组织细胞的损害,增强花生的抗盐能力。当分别添加2%和1%花生根系分泌物到培养基中,接种P9和P10菌株培养至22h及2h(均为对数生长期时,可以明显促进2个PGPR菌株的生长。转录组学测序分析根系分泌物对2个菌株基因表达的影响。结果显示,P9菌株的差异表达基因为126个,其中81个为上调基因,45个为下调基因;差异基因主要富集在17条差异显著通路上,除精氨酸生物合成下调外,上调通路主要集中在分解代谢通途及生物合成上。P10菌株的差异表达基因有491个,其中有462个上调基因,29个下调基因;这些差异基因主要富集在8条为差异显著通路上,其中ABC转运体、铁载体基团非核糖体肽的生物合成、类固醇降解、群体感应、半乳糖代谢等5条为显著上调通路,3条显著下调通路分别为鞭毛组装、果糖和甘露糖代谢以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。从P9和P10菌株中分别挑选12个与菌株生长及促生特性相关的基因进行实时荧光定量(Real Time Quantitative PCR,RT-q PCR),结果显示与转录组分析呈现相同表达趋势。综上所述,一方面,2株PGPR菌株可以促进花生在正常条件、干旱及盐胁迫下的生长,提高花生幼苗的抗逆能力。另一方面,受根系分泌物的影响,推测2个菌株的物质和能量代谢、物质运输、铁载体合成、毒力及群体感应、鞭毛及细菌的运动性等方面的基因表达呈现差异,并促进了菌株的生长繁殖及促生特性的发挥。
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