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《西北大学》 2019年
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沙地柏根际促生细菌的筛选和功能鉴定

艾银婷  
【摘要】:植物根际促生细菌(Plant Growth Promoting Rhizobacteria,PGPR)是生活在植物根圈微域内,对病原菌有拮抗或可促进植物生长的有益根际细菌的统称。虽然近年来分离了大量的根际促生细菌,这些细菌具有分泌激素、固氮、溶磷、提高宿主系统抗性等特性的一种或多种,但这些细菌本身的抗逆性不强,在合适的栽培条件下具有促生功能,但在不良的生长环境,这些细菌能存活,却丧失了促生特性,如不再分泌激素。因此,亟需筛选本身具有优良抗逆性,并且具有促生作用的PGPR菌。沙地柏是陕北地区特有的抗逆性非常强的植物,耐盐碱、耐旱,而且抗病抗虫,但以沙地柏的根为对象,进行根际促生细菌筛选的研究尚未见报道。本研究从抗逆性非常强的天然沙地柏根中分离提纯到了一株植物根部内生细菌,在实验室编号为SDB9菌,通过多种研究手段表明:(1)该菌为球状细菌、菌落长时间培养呈玫瑰色。革兰氏染色鉴定结果表明,SDB9菌呈现阳性,为革兰氏阳性菌(G+)。环境扫描电镜结果显示该菌种有一层厚厚的荚膜,从高分辨率扫描镜检照片可以看出该菌直径为784.8 nm-890.6 nm左右。根据内生细菌16S rDNA序列测序检测结果分析表明,SDB9菌属于玫瑰色考克氏菌属,SDB9菌具有较强的耐盐耐碱能力。(2)碳酸钠模拟盐碱胁迫实验表明:SDB9菌能提高绿豆幼苗的耐盐碱能力,具有一定的保绿功能,并使绿豆新叶长出的速度较快,根系更发达,侧根较多,尤其是复叶叶柄明显变长。室内盆栽实验结果表明:加菌处理的绿豆,叶绿素增长了7.81%,加菌处理的绿豆超氧化物歧化酶(SOD)活性与对照组的差异不显著,过氧化物酶(POD)含量没有明显的变化,差异不显著。但处理组的绿豆过氧化氢酶(CAT)活性增长了5倍之多,差异极显著;加菌的绿豆丙二醛(MDA)的含量有所降低,降低了5.34%,差异不显著;接种内生菌的绿豆体内的脯氨酸含量明显高于对照组,相比增长了41.24%,二者差异极显著。利用单子叶禾本科作物玉米进行的室内盆栽实验得到类似的研究结果。(3)利用质谱方法进行激素测定结果表明:SDB9菌体内生长素(IAA)含量很高,含量为7748.1 ng/g,且细胞分裂素含量较高,主要是异戊烯基腺苷(iPR)和异戊烯基腺嘌呤(iP),含量分别为28.9 ng/g和1.41 ng/g,而反式玉米素类细胞分裂素含量很少。(4)沙地柏SDB9菌基因组装得到1条染色体和三个质粒,三个质粒分别注名A、B、C。深入生物信息学分析表明:在SDB9菌基因组上挖存在2个酰胺酶amidase基因,该类基因属于IAA合成的IAM通路,4个乙醛脱氢酶aldehyde dehydrogenase基因,该类基因属于IAA合成的IPyA/TAM/TSO通路。乙醛脱氢酶基因ALDH4是比较特殊的,与NCBI数据库中序列同源性最高的是节杆菌属的Arthrobacter sp.U41,同源性为80.39%,而与考克氏菌属的同源性比较低。(5)初步大田实验结果表明:SDB9菌具有解钾作用,能提高玉米根际土壤的速效钾含量,并促进氮的吸收;能使水稻果穗变长,小穗数增多,进而粒数明显增加,并最终提高了约10%的产量。总之,我们从沙地柏根际分离到一株耐盐碱性强的PGPR菌株SDB9菌,该菌株至少能通过分泌IAA等激素和解钾作用来促进植物生长,提高宿主抗逆性,并且在SDB9菌基因组上找到了参与IAA合成的相关基因,并发现有一个序列同源性跟其他玫瑰色考克氏菌属差异较大的乙醛脱氢酶基因ALDH4基因。
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