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芽孢杆菌对植物的促生和耐盐作用及其相关机制的研究

作　者: 罗欢
导　师: 高学文
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物病理学
关键词: 芽孢杆菌 促生 耐盐 生理指标 基因表达
分类号: S476
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


芽孢杆菌(Bacillus spp.)是一类十分重要的植物根围促生细菌(Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR),嗜热、好氧,且分布广泛,能产生抗逆性强的芽孢,分泌多种抑菌物质等特点。芽孢杆菌能通过固氮、解磷和产生激素类物质等促进植物生长,还能通过抑制病原物和诱导系统抗性(ISR)等防治植物病害。本研究发现实验室鉴定的芽孢杆菌具有促生和诱导植物耐盐的功能,并对其促生和耐盐的机制进行了初步的探索。1.首先本研究对芽孢杆菌(Bacillus spp.)B3、86、NMSL88、CJLC2、GBSC56、 RJGP41的促生效果进行了检测,并评价了这些菌株与复硝酚钠(CSN)的复配增效作用。实验结果表明,这6株芽孢杆菌都能促进植物生长。其中B3菌株的效果最好,对黄瓜的根长、株高和鲜重促进率分别达到了10.43%,10.80%和15.91%.并且还能促进辣椒的生长,与单独使用CSN相比其促生效果更加显著。其次是86菌株,其对黄瓜的根长、株高和鲜重达到了6.36%,11.88%和10.21%。NMSL88菌株对辣椒的根长、株高和鲜重达到了10.12o%,13.11%和12.26%。这6株芽孢杆菌与CSN复配实验结果表明,这6株菌株能显著提高CSN对黄瓜和辣椒的促生效果。其中B3菌株的增效效果最显著,与单独使用CSN相比,对黄瓜的根长、株高和鲜重分别提高了31.30%,28.17%和33.46%。其次是86菌株,对黄瓜的根长、株高和鲜重分别提高了22.52%,32.40%和26.82%。同时,本研究还通过检测植物生理指标,揭示这两类物质的促生机理。结果表明,使用芽孢杆菌、CSN以及复配制剂都能提高黄瓜和辣椒的光合速率、叶绿素含量以及根系活力,而且复配制剂的增强效果更为明显。其中,B3、86和NMSL88这三株芽孢杆菌与CSN的复配制剂的效果最为显著。B3+CSN复配制剂对黄瓜的光合速率、叶绿素含量以及根系活力促进率分别为45.67%,26.99%和40.47%。本研究表明芽孢杆菌和CSN都能通过提高光合速率、叶绿素含量以及根系活力等促进植物生长,并且芽孢杆菌能明显增强CSN的促生效果。2.本论文还对芽孢杆菌CJLC2和B3菌株提高植物耐盐能力进行了研究。结果表明,盐胁迫抑制了番茄幼苗生长,芽孢杆菌处理能缓解番茄幼苗的盐伤害。相同NaCl浓度下,加菌处理比单纯NaCl处理提高了番茄幼苗的生理指标,促进了幼苗生长。CJLC2处理比单纯NaCl处理使P含量提高了190%,使Na含量降低了25.11%,使叶片脯氨酸含量不同程度的下降20.59～33.33%。与单纯NaC1处理比较,B3处理使番茄株高提高了38.05%,鲜重提高了17.81%,组织含水量提高了40.62%,且可溶性糖含量提高了55.69%,同时使水分饱和亏降低了28.57%,以及乙烯释放量降低了18.46%。盐胁迫下,芽孢杆菌改善了番茄对水分的吸收,改变了渗透调节物质的含量以降低细胞的渗透势来获得细胞渗透平衡；提高了番茄对P、K、Fe、Cu和Zn吸收以及K+/Na+比值,而降低了对Na的吸收,特别是CJLC2对P的吸收比对照提高了1.9倍,说明芽孢杆菌对根系矿质元素的吸收有调节能力,增强了对K的吸收而外排Na盐,减轻盐伤害,利于植株的正常生长。3.本研究还对芽孢杆菌提高植物的耐盐机理进行了研究。酶活性检测表明,不同的培养时间和温度对CJLC2产生的ACC脱氨酶有影响。随着培养时间延长和温度升高,酶比活力升高,后有所下降。在24℃培养18h时酶比活力最高,达到1.134μmol-(mg-h)-1。推测CJLC2菌株能通过产生ACC脱氨酶,分解植物盐害产生的乙烯合成前体物质1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨基,从而使乙烯浓度降低,进而提高植物的耐盐能力。本研究还利用Real-time PCR分析了在盐胁迫下各个处理的水孔蛋白基因的表达情况。结果表明,加菌处理比无菌处理显著提高了番茄叶片水孔蛋白基因LeTRAMP、LeAQP2、LePIP1、LePIP2和LeTIP的表达。水孔蛋白的合成增强了叶片细胞对水分的调控能力,而降低了液泡膜Na+/H+逆向运输蛋白基因LeNHXl和脯氨酸合成相关的吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因tomPRO2的表达,使得番茄叶片液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白活性以及脯氨酸的合成下降,提高了番茄抵御盐胁迫的能力。

全文目录


摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
上篇 文献综述  12-33
  第一章 植物根围促生菌生物防治作用机理及其生防应用  13-19
    1 植物根围促生菌生物防治的作用机理  13-17
      1.1 植物根围促生菌的直接作用途径  13-16
        1.1.1 生物固氮  13-14
        1.1.2 溶磷或解磷作用  14
        1.1.3 分泌嗜铁素促进植物铁营养的吸收  14-15
        1.1.4 产生植物激素调控植物生长  15
        1.1.5 调节植物乙烯  15-16
      1.2 植物根围促生菌的间接作用途径  16-17
        1.2.1 产生抗生素和抗菌代谢产物  16
        1.2.2 诱导系统抗性(ISR)功能  16
        1.2.3 与病原微生物争夺根围生存空间  16-17
    2 芽孢杆菌的生防应用  17-19
      2.1 生物防治应用  17-18
      2.2 国内外研究进展  18-19
  第二章 盐害及其耐盐机理与芽孢杆菌的耐盐性研究进展  19-29
    1 盐胁迫对植物的危害  19-20
      1.1 离子毒害  19-20
      1.2 渗透胁迫  20
    2 植物耐盐机制  20-27
      2.1 植物参与的渗透调节生理机制  21-22
        2.1.1 有机物质参与的渗透调节  21-22
        2.1.2 无机离子参与的渗透调节  22
      2.2 植物参与的保护酶活性增强  22-23
      2.3 耐盐分子机理  23-27
        2.3.1 分子机理概述  23-24
        2.3.2 乙烯参与的植物耐盐性在分子水平的研究  24
        2.3.3 ACC脱氨酶概述  24-26
        2.3.4 盐胁迫相关的蛋白质研究  26-27
    3 芽孢杆菌的耐盐性研究  27-29
  第三章 植物生长调节剂生理作用及其应用  29-33
    1 植物生长调节剂的生理作用  29-31
      1.1 促进植物生长  29
      1.2 改善作物品质  29-30
      1.3 提高植物抗性  30
      1.4 促进矿质元素吸收  30-31
      1.5 延缓植物衰老  31
    2 复硝酚钠概述(CSN)  31-33
      2.1 复硝酚钠的效用  31-32
      2.2 复硝酚钠应用研究进展  32-33
下篇 研究内容  33-82
  第一章 芽孢杆菌对黄瓜和辣椒的促生作用及其相关机制的研究  34-46
    摘要  34-35
    1 材料与方法  35-37
      1.1 试验材料  35-36
      1.2 试验设计  36
      1.3 方法  36-37
        1.3.1 幼苗形态指标测定方法  36
        1.3.2 幼苗生理生化指标的测定  36-37
      1.4 数据统计分析  37
    2 结果与分析  37-44
      2.1 芽孢杆菌和复硝酚钠(CSN)浸种对黄瓜、辣椒幼苗长势的影响  37-41
        2.1.1 CSN浸种对黄瓜、辣椒幼苗长势的影响  37-38
        2.1.2 芽孢杆菌与CSN复配后浸种对黄瓜、辣椒幼苗长势的影响  38-41
      2.2 芽孢杆菌和复硝酚钠(CSN)浸种对黄瓜、辣椒幼苗生理指标的影响  41-44
        2.2.1 芽孢杆菌与CSN(9mg·L~(-1))复配浸种对黄瓜幼苗叶片净光合速率、叶绿素含量和根系活力的影响  41-42
        2.2.2 芽孢杆菌与CSN(8mg·L~(-1))复配浸种对辣椒幼苗叶片净光合速率、叶绿素含量和根系活力的影响  42-44
    3 讨论  44-45
    ABSTRACT  45-46
  第二章 芽孢杆菌的耐盐性及其在盐胁迫下对番茄幼苗生长的影响  46-70
    摘要  46-47
    1 材料与方法  47-50
      1.1 试验材料  47
      1.2 方法  47-50
        1.2.1 芽孢杆菌生长曲线及其耐盐性测定  47-48
        1.2.2 幼苗长势指标测定  48
        1.2.3 幼苗组织含水量和水分饱和亏测定  48
        1.2.4 番茄叶片渗透调节物质测定  48-49
        1.2.5 叶片乙烯释放量测定  49-50
        1.2.6 根系矿质元素含量测定  50
      1.3 数据统计分析  50
    2 结果与分析  50-66
      2.1 不同盐浓度胁迫下的芽孢杆菌耐盐性实验  50-53
        2.1.1 低盐浓度胁迫下芽孢杆菌生长曲线的测定  50-51
        2.1.2 高盐浓度胁迫对芽孢杆菌生长的影响  51-52
        2.1.3 低盐胁迫下芽孢杆菌耐盐性的平板实验  52-53
      2.2 巨大芽孢杆菌对盐胁迫下番茄幼苗长势的影响  53-56
        2.2.1 萌发实验  53-54
        2.2.2 根长、株高和鲜重  54-56
      2.3 芽孢杆菌对盐胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响  56-62
        2.3.1 组织含水量  56-57
        2.3.2 水分饱和亏  57-58
        2.3.3 渗透调节物质测定  58-61
        2.3.4 乙烯含量  61-62
      2.4 芽孢杆菌对盐迫下番茄幼苗根系矿质元素含量的影响  62-66
        2.4.1 大量元素测定  62-64
        2.4.2 微量元素测定  64-66
    3 讨论  66-68
      3.1 不同盐浓度对芽孢杆菌生长的影响  66
      3.2 盐胁迫下植物生理生化指标  66-67
      3.3 矿质元素吸收  67-68
    ABSTRACT  68-70
  第三章 巨大芽孢杆菌CJLC2对番茄耐盐的机制研究  70-82
    摘要  70-71
    1 材料与方法  71-76
      1.1 试验材料  71
      1.2 试验设计  71
      1.3 方法  71-76
        1.3.1 ACC脱氨酶活性测定  71-72
        1.3.2 番茄叶片RNA的提取  72
        1.3.3 RNA的定性与质量检测  72-73
        1.3.4 mRNA反转录cDNA  73-74
        1.3.5 Real-time PCR  74
        1.3.6 盐胁迫下番茄相关调控基因的RT-PCR检测  74-75
        1.3.7 Real-time PCR操作顺序  75
        1.3.8 Real-time PCR反应液的配制(冰浴条件下进行)  75-76
        1.3.9 Real-time PCR反应设置  76
      1.4 数据统计分析  76
    2 结果与分析  76-79
      2.1 不同培养时间和培养温度下ACC脱氨酶比活力的测定  76-77
      2.2 Real-time PCR检测番茄叶片盐胁迫相关基因的表达情况  77-79
    3 讨论  79-81
    ABSTRACT  81-82
参考文献  82-102
致谢  102-104
攻读硕士学位期间发表的论文  104

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中图分类: > 农业科学 > 植物保护 > 各种防治方法 > 生物防治
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