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小麦亲和性根际解磷菌解磷机理及促生效果研究

赵为容  
【摘要】:为研究小麦亲和性根际解磷菌的解磷机理及其对小麦的促生作用,本研究选用实验室前期筛选得到的对小麦具有特异亲和性的27株根际解磷细菌为材料,分别检测这27株解磷细菌对无机磷和有机磷的溶解能力,筛选出5株解磷能力差异较大的菌株,分别从生理生化水平和分子水平研究解磷菌株对难溶性磷的解磷机理。并采用根袋试验研究解磷菌株对小麦根系发育及幼苗生长的促进作用,采用盆栽实验研究两株亲和性高效解磷菌株及其不同浓度配比对小麦生长、磷素吸收及土壤速效磷含量的影响,为阐明解磷菌株解磷机理及植物对其响应的机制提供基础。将27株解磷菌株分别在含有无机磷Ca_3(PO_4)_2和CaHPO_4·2H_2O以及有机磷植酸钙的培养基中培养,检测发酵液中的可溶性磷含量,挑选出5株解磷效果差异较大的亲和性解磷菌:P1616、WS32、P16、P17和WS33用于研究菌株的解磷机理,其中菌株WS32有较强的解Ca_3(PO_4)_2的能力,菌株P1616有较强的解CaHPO_4·2H_2O和植酸钙的能力,菌株WS33、菌株P17和菌株P16解有机磷和无机磷的能力均较弱。将5株解磷菌分别在Ca_3(PO_4)_2和植酸钙培养基中培养,每天定时检测发酵液中可溶性磷含量和发酵液pH值。结果显示菌株WS32有最高的解Ca_3(PO_4)_2的能力,其次为菌株P1616,同时菌株WS32发酵液中pH下降的幅度最大,其次为菌株P1616,说明细菌解Ca_3(PO_4)_2的能力可能与其产酸有关。菌株P1616有最高的解植酸钙的能力,其次为菌株WS32,但结果表明细菌解植酸钙的能力与发酵液中pH变化无明显对应关系。采用高效液相色谱法检测5株解磷菌在Ca_3(PO_4)_2发酵液中产生的有机酸的种类及含量,采用磷酸苯二钠法测定菌株在植酸钙培养基中的磷酸酶活性,结果表明菌株P1616和WS32产生的总有机酸在种类和产量上均较P16、P17和WS33高。菌株P1616和WS32分泌的磷酸酶活性均较菌株P16、P17和WS33高,菌株有机酸和磷酸酶的分泌量与菌株解磷能力呈正相关,说明解磷菌株解难溶性无机磷的机理为产生各种类型的有机酸将难溶态无机磷溶解为可溶性磷;解磷菌解难溶性有机磷的机理为分泌磷酸酶,将难溶性有机磷降解降解为可溶性磷,从生理生化水平研究了菌株的解磷机理。采用实时荧光定量PCR技术检测解磷菌株对小麦根部磷转运蛋白TaPT4基因和生长素结合蛋白TaABP1基因表达水平的影响,TaPT4基因为磷缺陷指示基因,表现为在低磷处理下的表达明显增强,可由此来判断环境中磷素水平,结果发现菌株可下调小麦根部TaPT4基因表达水平,说明菌株可溶解土壤中的难溶性磷,增加小麦根系土壤中的有效磷含量,利于植物吸收利用。同时解磷菌株还能有效促进小麦生长相关基因TaABP1表达水平的上调,解磷菌株可通过上调小麦TaABP1基因的表达水平促进小麦生长,初步揭示了解磷菌株解磷促生的分子机理。采用根袋试验测定五株解磷菌对小麦生长根系发育及幼苗生长的影响,结果表明5株解磷菌均能促进根系总长度、投影面积、表面积、总体积、根尖数、分叉数和交叉数的增加,同时也能有效增加小麦植株干重、鲜重以及株高,且菌株P1616和WS32对小麦的促生效果优于菌株P16、P17和WS33。选取促生效果较好的亲和性解磷菌株WS32和P1616做盆栽实验,并探究两株解磷菌的不同浓度配比(即WS32和P1616菌液体积比分别为2:1,1:1,1:2)对小麦生长的影响,实验结果表明两株高效解磷菌株及两株菌的不同配比均可增加小麦植株干重、鲜重以及株高,同时提高小麦植株中的磷含量和土壤磷含量,且混合菌株的作用优于单菌株,其中菌株WS32和P1616以2:1体积比混合接种小麦的处理组在小麦株高、植株鲜重、植株干重、植株全磷含量和土壤有效磷含量上较未施菌对照分别提高15.62%、8.92%、19.34%、49.69%和11.98%。


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