植物根际促生细菌的筛选及其缓解紫花苜蓿盐碱胁迫的作用研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huoxingtan22
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土壤盐碱化是严重影响植物生长的因素之一。盐碱胁迫会抑制种子萌发、根的形成、植物的光合作用和呼吸作用等,进而抑制植物生长。接种植物根际促生细菌(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)可以促进植物生长,提高植物对干旱、盐等逆境胁迫的抵抗能力。但盐碱胁迫下PGPR促进植物生长的作用及其机理目前还不清楚。本研究从盐碱土中生长的植物根际筛选出具有1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶的PGPR,评价其促生特性,并分析PGPR缓解紫花苜蓿盐碱胁迫的能力及其作用机理。主要研究结果如下:1.PGPR的筛选和鉴定以ACC为唯一氮源,从盐碱地中生长的植物根际筛选出9株含ACC脱氨酶的PGPR。结合16s rDNA序列分析及菌株生理生化,鉴定出稗草根际2株,L-11(Serratia marcescens)和L-12(Acinetobacter baumannii);莎草根际2株,L-14(Pantoea sp.)和L-16(Agrobacterium sp.);燕麦根际1株,L-6(Agrobacterium sp.);芦苇根际2株,L-17(Agrobacterium sp.)和L-18(Klebsiella oxytoca);紫花苜蓿根际2株,M-3(Pseudomonas mediterranea)和M-5(Pseudomonas fluorescens)。2.PGPR的促生特性分析对9株PGPR菌株的促生特性进行了测定。结果表明,ACC脱氨酶活性由高到低依次为L-11、L-12、M-3、M-5、L-6、L-16、L-18、L-17和L-14。9株菌株都可以在没有L-Trp存在时合成IAA,其中L-6、L-11、L-12、L-16、M-3和M-5随着L-Trp浓度的增加而增加,在无L-Trp时,菌株L-11的IAA合成量最高,L-12在L-Trp浓度为50、100、200和500μg/m L时合成IAA的量都处于最高水平;嗜铁素合成能力由高到低为L-11、L-18、L-14、M-3、L-17、M-5、L-6、L-16和L-12;溶磷能力由高到低依次为L-12、L-11、L-6、M-5、L-14、L-18、M-3、L-17和L-16。在盐浓度4%且pH 9的胁迫下,9株PGPR菌株仍具有一定的促生特性。9株菌株的ACC脱氨酶活性由高到低依次为L-11、L-12、M-3、M-5、L-6、L-16、L-17、L-18和L-14;随着L-Trp浓度的增加,L-6、L-11、L-12、L-16、M-3和M-5的IAA合成量也随着增加,无L-Trp时L-11的IAA合成量最高,L-12在L-Trp浓度为50、100、200和500μg/m L时合成IAA的量都最高;合成嗜铁素能力由高到低分别为L-11、L-18、L-14、L-17、M-3、L-6、M-5、L-16和L-12;溶磷能力由高到低依次为M-5、L-12、L-6、L-11、L-14、L-18、M-3、L-16和L-17。3.盐碱胁迫下,PGPR对紫花苜蓿的促生作用分析(盆栽试验)通过发芽试验筛选出L-11、L-12、M-3和M-5可以促进平皿中盐碱胁迫下紫花苜蓿种子的发芽。这4株菌株可以降低盐碱胁迫下乙烯的合成量。通过盆栽试验,对盐碱胁迫下,这4株PGPR菌株对紫花苜蓿的促生作用进行了分析。结果表明,这4株PGPR菌株单接种及双接种可以显著增加盆栽盐碱土中紫花苜蓿的株高、根长、地上干鲜重及根干鲜重(P<0.05),而且接种PGPR的紫花苜蓿根系活力、叶绿素含量、可溶性蛋白、游离脯氨酸(Pro)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性显著高于未接种对照(P<0.05),丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O2)、过氧化氢(H2O2)含量显著低于对照(P<0.05)。其中双接种L-11+M-3的紫花苜蓿生物量和紫花苜蓿生理指标与未接种对照差异显著(P<0.05),单接种中L-11的各项指标与未接种对照相比也差异显著(P<0.05)。4.盐碱胁迫下,PGPR对紫花苜蓿的促生作用分析(大田试验)在2014和2015年,对盐碱地大田种植的紫花苜蓿进行了PGPR接种,分析了PGPR对紫花苜蓿的产量和品质的影响。结果表明,单接种和双接种PGPR的紫花苜蓿株高和产量显著高于未接种对照(P<0.05),双接种中L-11+M-3最高,单接种中L-11最高;PGPR接种处理的紫花苜蓿粗蛋白含量显著高于未接种对照(P<0.05),紫花苜蓿的粗纤维含量均显著低于未接种对照(P<0.05),紫花苜蓿植株的磷含量显著高于未接种对照(P<0.05)。双接种L-11+M-3处理的紫花苜蓿生物量最高,紫花苜蓿品质最好。5.接种PGPR对盐碱胁迫下紫花苜蓿基因表达的影响以L-11为出发菌株,通过qRT-PCR分析了接种PGPR对盐碱胁迫下紫花苜蓿基因表达的影响。结果表明,在乙烯合成方面,接种含ACC脱氨酶的PGPR后,紫花苜蓿合成乙烯的ACC氧化酶表达量降低,乙烯受体蛋白基因ERS1、ERS2和ETR1表达量降低,下游乙烯信号蛋白基因EIN3表达量降低,乙烯响应因子基因ERF1的表达量降低,说明紫花苜蓿受到盐碱胁迫时接种含ACC脱氨酶的PGPR,可以通过减少乙烯的合成量,减轻乙烯对植物生长的抑制作用。在IAA感受方面,接种可以合成IAA的PGPR后,SCFTIR1复合体相关基因TIR1和CUL1,生长素响应因子基因ARF1,以及影响侧根生长的基因IAA3、IAA14和IAA19均上调表达,说明即使在盐碱胁迫时接种可合成IAA的PGPR,也可以促进紫花苜蓿根的伸长等生长。在盐碱胁迫应答基因方面,接种PGPR后,紫花苜蓿根部调控植物基因对逆境胁迫做出应答的基因NAC6和NAC47、可清除活性氧的谷胱甘肽-S-转移酶的基因GSTU4和GSTU10、参与植物调节过程的基因WRKY33和WRKY75表达量增加,说明紫花苜蓿受到盐碱胁迫时接种PGPR,可以帮助植株清除过量超氧阴离子自由基等有害物质,积累渗透保护物质,提高植物的抗盐碱能力。
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