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从逆境土壤发现高效抗病促生抗逆的小麦根际细菌

作　者: 王雪飞
导　师: 张吉斌
学　校: 华中农业大学
专　业: 微生物学
关键词: 植物根际促生微生物污染土壤全蚀病纹枯病生物防治逆境适应性
分类号: S512.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了了解多种非生物胁迫的土壤环境中根际促生微生物的潜在促生和抗病作用,本研究分别从湖北大冶重金属污染农田、江西湖口复合有机污染排污口、湖北荆门石油污染农田、江苏启东盐碱地等典型污染土壤地区采集植物根际土,经过以小麦为宿主的温室循环富集后,在选择性平板上梯度稀释挑选单菌落,通过菌株生理、形态等归类分析,成功得到605株可培养根际细菌。其中139株菌对小麦纹枯病原菌(Rhizoctonia solani) AG-8具有良好的体外抑菌活性,从中筛选出10株小麦根际菌株深入分析。结合16S rDNA和生理生化等鉴定方法,分析菌株的种属间进化关系,所选菌株的菌属以假单胞菌属(Pseudomonas)最常见,其他根际促生微生物菌属包括：代尔夫特菌属(Delftia)、溶杆菌属(Lysobacter)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)和沙雷氏菌属(Serratia)等。利用已知4种抗生素2,4-二乙酰基间苯三酚(2,4-DAPG)、藤黄绿菌素(Plt)硝吡咯菌素(Prn)和吩嗪-1-羧酸(PCA)合成基因phlD, pltC, prnD和phzF或1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylate, ACC)脱氨酶合成基因acdS的保守区域设计或改进五对特异性引物。对所筛选的10株小麦根际菌和2株油菜根际菌进行抑菌特性检测,包括prnD、pltC、phzF、phlD基因的鉴定以及产纤维素酶、嗜铁素和蛋白酶的检测,发现了大部分菌株都能产生纤维素酶、嗜铁素和蛋白酶,但只有TM1109、KY4410具有2,4-二乙酰基间苯三酚合成基因(phlD)和藤黄绿菌素合成基因(pltC), TM1109、KM3407、TM4307-1、KY5406具有硝吡咯菌素合成基因(prnD), KY5406扩增出吩嗪-1-羧合成基因(phzF)。抗生素基因系统分类分析,发现TM1109、KY4410、KY5406和KM3113分别与已知模式生防假单胞菌Pf-5、TX-1、Q8rl-96亲缘关系较近。在小麦温室盆钵和试管试验中,分别验证菌株在活体条件对小麦病害R. solaniAG-8或小麦全蚀病病原(Gaeumannomyces. graminis var. tritici ARS-A1)的控制效果。实验结果表明,假单胞菌TM1109无论在温室试管还是盆钵实验条件下均可以有效控制小麦纹枯病情,假单胞菌KY5406也有显著生防效果。此外,具有广谱抗菌、杀虫活性的溶杆菌TM5405能将小麦全蚀病的病级下降1-2级。采用油菜为宿主的根延长法结合ACC脱氨酶分子探测和定量检测吲哚乙酸(IAA)对供试菌株的促生特性进行筛选和验证。结果表明,代尔夫特菌TM3205和四株假单胞菌KM3113、KM2404、KY4410、TM1109对油菜有显著促进根部延长能力,其中KM3113含有acdS基因并能产生IAA,促生率可高达42.7%。值得注意的是KM2404虽不产ACC脱氨酶和IAA,其促生效果仍在36%以上,目前对其促生机制仍不甚了解。离体逆境适应性实验结果表明,所筛选得到的污染土壤中的植物促生根际微生物(PGPR)均能在中度盐浓度条件下生长,最小抑菌盐浓度均高于5.5%; TM3205. KY4410、KM3113、KY5406和TM1109对重金属Cu2+(≥4mM)或Cd2+(≥1mM)的耐受能力均高于或相当于其他污染土壤中的菌株。过酸性土壤的温室胁迫中,实验结果表明KY5406能够增加油菜植株整体生物量,TM1109和KY4410促进油菜叶的生长发育。本研究在多种典型污染土壤中分离、发现多株具有生防特性的植物促生根际微生物,其中所发现的P. protegens KY4410是首例硝吡咯菌素缺陷型P. protegens生防菌。研究结果再次证实PGPR及其代谢物或基因广泛存在于农业生态系统的微生物群落中,尤其在污染环境中发挥辅助天然抗病、直接促生和缓解非生物胁迫等作用。

从逆境土壤发现高效抗病促生抗逆的小麦根际细菌

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