植物根际促生菌的筛选及应用

来源 :扬州大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:taomeizi2006
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高产、优质和高效农业是我国农业发展的方向。这一进程中,化肥、农药、激素等化学农资产品的大量使用依然不可避免。化学农资产品的过度依赖必然造成环境污染和食品安全问题。因此,如何在相对减少农药化肥等用量的前提下,提高植物产量和品质,已成为农产品质量与安全领域的重要研究方向。对农学家和育种学家而言,改进栽培措施、培育优良品种,是解决这一问题的途径之一。除此之外,农用生物制剂如生物肥料和生物农药等因其效果显著、环境友好,也逐渐受到人们的关注。农用生物制剂常用的微生物素材是植物根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR),主要是定殖于植物根际系统,并能促进植物生长的一类细菌。PGPR能通过产生抵抗多种病原菌的抗生素类物质、毒素或诱导寄主植物产生病程相关蛋白等途径,帮助植物抵抗生物类侵害,包括病原细菌、真菌、病毒及线虫等;PGPR还能通过产生如ACC脱氨酶、IAA、气体信号分子等途径,帮助植物忍受多种非生物胁迫,包括重金属、干旱、盐分、肥力低下或过剩等。总之,PGPR作用机制多样,人们可以根据不同的需求,筛选合适的PGPR。然而,许多PGPR在实验室和温室条件下表现良好,但是在大田条件下的表现往往缺乏很好的重现性,这就限制了PGPR菌的大面积使用。因此,筛选高效广适的PGPR,并进行最适作用植物、土壤等条件的相关研究,成为研发生物制剂的关键。基于此,本研究致力于从不同植物根际筛选多株高效PGPR,并进行应用实践,以期为农用生物制剂的研制提供素材和依据。结果及结论如下:(1)按国际通用方法,从盐城、扬州等地不同植物根际筛选到14株PGPR,体外促生指标显示,所筛菌株具有一定的应用前景,并从分子水平进行了菌株鉴定。分类鉴定结果显示:7株属于假单胞菌属(Pseudomonas)、3株属于类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、2株为芽孢杆菌属(Bacillus)、1株为布克氏菌属(Burkholderia)、1株为欧文氏菌属(Erwinia)。(2)通过体外促生试验明确:Pseudomonas sp. RA6和Bacillus sp. WP8可用于豇豆盆栽试验;Bacillus sp. RBB1、Bacillus sp. WP8和Pseudomonas sp. RBP1可用于水稻育秧试验;Erwinia sp. RA2和Bacillus sp.WP8可用于番茄青枯病的生物防治。(3) PGPR对豇豆的促生作用因接种方式、接种量的不同而不同。WP8、RA6浸种处理的出苗率分别比对照(CK)提高14.29%和9.52%(p<0.05);15d时的株高分别比CK提高14.39%和10.40%(p<0.05);茎叶干物重分别比CK增加19.69%和17.71%(p<0.05)。WP8、 RA6低拌处理(104cfu/g soil)出苗率、15d时的株高以及茎叶干物重等指标与CK相比,均无显著差异(p>0.05); WP8. RA6中拌处理(106cfu/g soil)出苗率比CK提高4.76%,但未达显著差异(p>0.05);15d时的株高分别比CK提高1.08%和5.65%(p>0.05);茎叶干物重分别比CK增加12.71%和18.59%(p<0.05)。WP8、RA6高拌处理(108cfu/g soil)出苗率分别比CK提高9.52%和14.29%(p<0.05);15d时的株高分别比CK提高6.37%和7.64%(p<0.05);茎叶干物重分别比CK增加27.37%和20.43%(p<0.05)。说明供试菌株对豇豆均有一定程度的促生作用,表现在提高豇豆种子出苗率,增加茎叶干物重,提高植物高度,且浸种处理效果优于拌土处理。分析还表明,茎叶干物重和种子出苗率显著相关,说明用茎叶干物重作为PGPR促生的生物学指标更为敏感。DGGE指纹图谱分析结果显示:各处理在15d和45d时,除WP8浸种处理外,其余土壤微生物群落多样性和CK均已发生明显变化,其中RA6菌株在土壤中可随时间推延,优势地位更趋明显,表现在45d时仍可明显检测到;WP8在土壤中存活时间不长,但拌十处理改变了土著细菌的群落结构。试验暗示WP8的促生作用很可能与土著微生物群落的变化有关。(4)通过水稻塑盘育秧的促生试验,我们发现:①RBP1和WP8可不同程度地促进秧苗生长,主要表现在促使秧苗矮壮、增加干物质积累;②PGPR拌土普遍优于浸种方式;③PGPR的有效性受是否与壮秧剂混用的影响,其次是接种方式;④地上部干物重对PGPR不同处理方式较为敏感,是评价促生效果的理想指标;⑤PGPR对土壤细菌群落结构有一定的影响,但不十分明显。(5)供试菌株WP8、RA2浸种处理12d时的出苗率分别达到90.4%和92.5%,显著高于青枯病菌处理(71.8%)和对照处理(60.2%);健株率分别达62.8%和68.9%,远高于青枯病菌处理(22.4%);生防效果分别为52.1%和59.9%;35d时的株高分别比病原菌对照处理高86.00%和81.56%p<0.05);根长分别比病原菌对照处理长136.91%和118.12%p<0.05);茎基粗分别比病原菌对照处理增粗109.65%和96.49%p<0.05);茎叶干物重分别比病原菌对照处理增重110.82%和63.20%(p<0.05);根干重分别比病原菌对照处理增重205.83%和159.13%(p<0.05);35d时的土壤水稳性团聚体比例分别比病原菌对照处理增加156.88%和55.56%(p<0.05)。WP8、RA2拌土处理12d时的出苗率和对照相比未见增加,只有62.2%和72.4%;健株率分别比病原菌对照处理增加116.52%和133.48%(p<0.05);生防效果为33.6%和38.5%,分别比各自浸种处理低35.51%和35.73%(p<0.05);35d时的株高分别比病原菌对照处理高69.56%和92.00%(p<0.05);根长分别比病原菌对照处理长120.40%和56.86%(p<0.05);茎基粗分别比病原菌对照处理增粗131.58%和100.00%(p<0.05);茎叶干物重分别比病原菌对照处理增重53.68%和34.20%(p<0.05);根干重分别比病原菌对照处理增重128.53%和164.52%(p<0.05);35d时的土壤水稳性团聚体比例分别比病原菌对照处理增加42.87%(p<0.05)和降低31.88%(p<0.05)。PGPR处理土壤中青枯病菌依然存在,说明生防途径并非通过减少该菌在土壤中的数量实现的;此外,论文还对病原菌处理的一些特征条带进行了分析。这些结果说明,2株PGPR都具有防治番茄青枯病的作用,并能不同程度地促进番茄幼苗生长,浸种处理的促进效应明显优于拌土处理;PGPR处理还能在一定程度上提高土壤水稳性团聚体(>0.25mm)比例,WP8浸种处理尤为明显。根际微生物群落受番茄种植的影响最大,其次是青枯病菌,受PGPR的影响最小;PGPR处理土壤中青枯病菌依然存在,说明生防途径并非通过减少该菌在土壤中的数量实现的。通过本研究,明确了促生不同植物生长所需的最适PGPR,以及最佳的接种方式。PGPR对土壤土著微生物群落的影响等结论也为进一步应用提供理论基础;供试菌株中,WP8相对具有促生广适性,更具应用潜力。
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