论文部分内容阅读
植物根际促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPRs)能够促进植物生长、提高作物产量或诱导植物产生系统抗性来抵御生物和非生物胁迫。不同生境的植物根际蕴含着适应宿主植物所处生境的特有细菌群落。多浆旱生植物梭梭(Haloxylon ammodendron)作为我国西北荒漠区的优势建群种,在长期进化过程中形成了一系列复杂而独特的抗逆机制。我们设想梭梭根际促生菌与其宿主植物及生境密切相关,形成了具有适应严苛荒漠生境的特性并能通过各种不同机制来影响宿主植物的生长、提高宿主植物的抗逆性。因此,深入挖掘荒漠植物梭梭根际促生菌,探究其对栽培植物的促生作用以及抗逆机制尤为重要,研究结果可为深入探究PGPR促生的分子机制奠定前期工作基础,也可为植物新型复合微生物菌肥的研发提供优质菌种资源。本研究以从荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)根际分离到的四株细菌(WAW-10、WA30-5、WM30-21和WM13-24)为材料,研究了它们的生理生化特性及其调控豆科牧草生长和耐盐性的作用,并采用三代基因组测序技术对菌株WM13-24进行了全基因组测序分析。取得如下主要结果:1.菌株WAW-10、WA30-5、WM30-21属于中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium sp.),均为耐盐碱根瘤菌,可在5~11的pH值范围内生长;可生长温度范围为20~37℃;菌株WA30-5、WAW-10可耐受最高盐浓度为4%NaCl(0.684 mol/L),菌株WM30-21可耐受最高盐浓度为5%NaCl(0.855 mol/L);三株菌均具有良好的固氮、溶磷能力。2.三株根瘤菌对紫花苜蓿表现出良好的促生效果并提高了其耐盐性,特别是在300 mM NaCl处理下,三株根瘤菌显著提高了紫花苜蓿的生物量、叶绿素含量、根系活力、叶片可溶性糖含量、脯氨酸含量、过氧化氢酶活性、K~+含量、K~+/Na~+比,降低了叶片渗透势、丙二醛含量、Na~+含量,从而缓解了盐胁迫对紫花苜蓿的伤害,以菌株WM30-21效果最优。3.菌株WM13-24属于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),具有多种酶活,可利用多种碳源,能在4~11的pH值范围内生长,可耐受最高盐浓度为17%(2.91mol/L),可生长温度范围为20~45℃,是一株耐盐碱和高温的菌株;其基因组大小为4,230,925 bp,GC含量为43.88%,初步挖掘得到29个与促生相关、30个与非生物胁迫相关的功能基因。4.菌株WM13-24接种蒺藜苜蓿和白三叶均表现出显著的促生效果,显著提高了蒺藜苜蓿和白三叶的株高、根长、分枝数、生物量、根体积、根系活力、光合速率等生理指标。综上所述,梭梭根际三株根瘤菌在促进紫花苜蓿生长及提高其耐盐性方面效果显著;梭梭根际促生菌WM13-24的全基因组测序及分类鉴定,丰富了我国芽孢杆菌属全基因组数据库,补充了植物根际促生菌功能基因方面的研究数据。本研究将为进一步阐明荒漠植物根际促生菌-植物互作促进植物生长、提高植物抗逆性的机制奠定了理论和实践基础;为豆科植物新型复合微生物菌肥的研发提供优质菌种资源;对发展绿色可持续农业具有重要意义。