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《兰州大学》 2011年
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冰缘植物内生细菌与高山离子芥抗寒性关系的研究

丁硕  
【摘要】:植物内生细菌是定殖于健康的植物组织内部,不引起宿主植物表现出外在病症的一类细菌。一些植物内生细菌可以提高植物对非生物胁迫和生物胁迫如盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫、金属离子胁迫和病虫害等的抗性,促进宿主植物的生长。研究发现,高山冰缘植物中含有大量内生细菌,且部分内生细菌有抗冻、固氮、溶解难溶性磷、产IAA等特性,具有潜在的生物学和生态学作用。高山离子芥(Chorispora bungeana Fisch. C.A. Mey)是一种典型的高山冰缘植物,具有很强的抗寒能力,是研究植物抗寒机制的理想材料。为了探究高山冰缘植物内生细菌对其宿主植物抗寒性的影响,本论文以高山离子芥为材料,研究并阐释了内生细菌对高山离子芥抗寒性的影响及其机制,试图为低温胁迫下植物内生细菌的应用和植物抗寒机制的研究提供实验依据和理论基础。获得的主要研究结果如下: 1.确定了7株高山冰缘植物内生细菌在高山离子芥再生植株体内的定殖能力,选择冰缘植物内生优势菌株Enfl2和Enf30进行抗寒机制的研究。对7株高山冰缘植物内生细菌在高山离子芥再生植株体内的定殖能力进行检测,结果表明,不论在正常环境中(20℃)还是低温胁迫(0℃)下,除Enf42 (Sphinqomonas sp.)外,其余6株内生细菌Enf10 (Sanguibacter sp.)、Enf69 (Plantibacter sp.)、Enf11 (Rhodococcus sp.)、Enf12 (Clavibacter sp.)、Enf30 (Pseadomonas sp.)和Ens37 (Pseadomonas sp.)均可成功定殖于高山离子芥再生植株并在其体内传导。综合分析后选择冰缘植物内生优势菌株Enf12和Enf30进行抗寒机制的研究。 2.阐明了低温胁迫下Enf12对维持植物细胞膜结构的完整性和稳定性发挥作用,进而提高高山离子芥的抗寒能力。测定结果表明,Enf12明显降低了低温胁迫下高山离子芥再生植株和悬浮细胞的离子渗漏率及MDA含量,说明Enf12在低温下维持植物细胞膜结构的完整性和稳定性方面发挥积极作用,从而提高高山离子芥的抗寒能力。 3.揭示了内生细菌Enf12通过提高植物的抗氧化防御能力,抑制ROS过量积累,降低细胞氧化损伤,从而提高高山离子芥抗寒性。研究表明,与未接菌植株和悬浮细胞相比,接种Enf12会明显提高低温胁迫下高山离子芥再生植株和悬浮细胞的抗氧化物酶SOD、CAT、POD和APX活性,诱导脯氨酸含量明显上升,显著抑制低温诱导的ROS(H2O2和O2-)过量积累,以降低ROS过量积累对细胞造成的氧化胁迫和氧化损伤,从而提高高山离子芥对低温胁迫的抵抗能力。进一步揭示了内生细菌对高山离子芥抗寒性的影响及其机制。 4.对高山离子芥悬浮细胞超微结构的观察分析表明,与未接菌细胞相比,接种Enf12可以减轻低温胁迫(4℃)对悬浮细胞质体造成的损伤,提高细胞对低温的耐受力,增强高山离子芥悬浮细胞的抗寒能力。 5.阐明了Enf12能够促进高山离子芥再生植株生长。生物量测定结果表明,与未接菌植株相比,接种高山离子芥内生细菌Enf12的植株在常温(20℃)和低温胁迫(0℃)下,其地上部分生物量均显著增高,说明Enf12可以促进高山离子芥再生植株生长。 6.本论文同时研究了接种Enf30的高山离子芥再生植株和悬浮细胞,发现Enf30对高山离子芥抗寒性及其生长无明显影响。 综上所述,内生细菌Enf12和Enf30能够定殖于高山离子芥体内,Enf12可以增加高山离子芥的生长量,低温胁迫下对其细胞结构起保护作用,提高高山离子芥抗寒性,而Enf30对高山离子芥抗寒性及其生长无明显影响。本研究阐明了高山冰缘植物内生细菌Enf12与高山离子芥抗寒性的关系,进一步揭示了高山离子芥适应低温环境的生理生态机制。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:Q948

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