ASO诱导烟草根系分泌物和根际细菌在其防御体系构建中的作用

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根系分泌物在调控植物与环境相互作用过程中发挥着至关重要的作用。虽然研究者对不同植物在不同生长期、不同生境中根系分泌物组成的变化及其对根际微生物的影响进行了大量的研究,但是对于根系分泌物如何影响根际微生物群落及微生物群落的改变给植物带来的影响却知之甚少。本文将植物与根际细菌作为一个系统,研究了经化学诱抗剂ASO(3-丙酮基-3-羟基吲哚的水分散粒剂,能诱导烟草对普通花叶病(Tobacco mosaic virus, TMV)和烟草白粉病(Erysiphe cichoracearum)的抗性)诱导处理后,烟草K326根系分泌物的组成变化及其对根际细菌群落组成和功能的影响,并通过对一株分离自植烟土壤的细菌的分类学地位、抗病性和趋化性等的研究,证明植物能通过根系分泌物吸引特定的根际细菌集聚。取得的主要结果如下:1、通过GC-MS和离子色谱分析了化学诱抗剂ASO诱导后烟草K326的根系分泌物中挥发性组份和有机酸的组成变化。结果表明,ASO诱导对根系分泌物中小分子物质的含量和有机酸组成无显著影响,但其显著改变了根系分泌物中小分子物质的组成。其中具有抗生素活性的脂肪酸3-甲基丁酸、2-甲基丁酸及具有杀虫活性的烟碱类衍生物麦斯明、新烟草灵和信号分子乙酰香草酮、乙酰丁香酮和靛红含量显著改变;这是根系分泌物直接影响根际微生物群落组成的物质基础和理论依据,同时也表明植物产生系统获得性抗性后会引发一系列的、广泛性的保护性反应。2、采用16S rDNA扩增子测序技术,对施用ASO处理的烟草K326根际细菌群落多样性及其功能的动态变化进行了研究。结果表明,K326根际微生物群落的多样性随植物的生长和ASO的施用减少。植物的生长时期对根际微生物群落的结构产生显著影响;ASO的施用则对K326根际微生物群落的结构、种群数量和功能产生影响,但是这一影响会随施用时间逐渐减弱。对根际细菌优势群落的组成及功能分析表明,在对照处理组中,根际优势细菌群落的已知功能主要是各类复杂有机物的降解和参与物质循环;而在ASO处理后,根际优势细菌群落的主要功能则转变为分泌抗生素和诱导植物系统抗性;从优势菌群的组成上看,ASO处理后,具有物质转换功能的菌群被具有防御功能的相关菌群所取代,从而使根际微生物群落的功能与植物的生存策略保持一致,进而得出根际微生物是植物适应环境的一个重要组成部分的结论。3、将ASO诱导后的K326根系分泌物作为选择性培养物,筛选得到一株具有二孢白粉菌(E. cichoracearum)抗性的细菌菌株,经形态学、生理生化、细胞化学和分子生物学鉴定该菌株为溶杆菌属的新种,命名为Lysobacter erysipheiresistens (RS-LYSO-3)。该菌株对ASO诱导后的K326根系分泌物表现出较强的趋化性,并在根际土壤中迅速繁殖,丰富度增加;生测实验表明RS-LYSO-3对烟草白粉病的防治效果明显。这些实验结果都提示着植物能通过根系分泌物成分的改变,招徕功能性的微生物,共同构筑防御系统,即烟草与其根际微生物能组成一个“共生体”以适应环境变化。
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