功能内生细菌Pn2定殖对小麦体内菲污染和土著细菌群落结构的影响

发布时间：2020-09-22 15:42

　　多环芳烃(PAHs)是我国污染土壤中最常见的一类具有“致畸、致癌、致突变”效应的持久性有机污染物,可以被植物吸收积累,并通过食物链危害农产品安全和人群健康。如何减低污染区植物PAHs污染一直备受关注。近年来,利用具有PAHs降解功能的植物内生细菌来去除污染区植物PAHs已成为农业环境领域研究的热点之一。功能内生细菌能够有效地定殖在目标植物体内,促进植物生长,提高植物的耐受性,促进植物体内PAHs代谢。然而,功能内生细菌定殖对植物体内土著细菌群落结构和PAHs降解相关酶系活性有何影响?国内外相关研究仍很薄弱。阐明这一重要科学问题有助于丰富和完善功能内生细菌减低植物PAHs污染的作用机制。本论文选用实验室前期分离筛选的一株具有菲降解功能的内生细菌Pn2(Massilia sp.),在明确了其对抗生素的抗性以及产植物促生物质情况的基础上,利用温室盆栽试验,研究了菌株Pn2定殖对小麦(Triticum aestivum L.cv.Yangmai-16)生长和吸收积累菲的影响;探讨了定殖菌株Pn2后小麦体内土著细菌群落结构和PAHs降解相关酶系活性的变化。主要研究成果如下:1.阐明了功能内生细菌Pn2定殖对小麦吸收积累菲的影响。功能内生细菌Pn2定殖降低了小麦体内菲含量、积累量以及从根向茎叶的转运能力。采用抗生素抗性标记技术对功能菌株Pn2进行标记,其中Pn2对低浓度的氨苄青霉素(20mg·L-1)和氯霉素(20mg·L-1)有抗性。利用这两种抗性作为菌株Pn2的筛选标记,采用灌根的定殖方式将菌株Pn2定殖到小麦体内。结果表明,功能菌株Pn2可以良好地定殖在小麦组织中,并通过产生吲哚乙酸(IAA)和铁载体促进小麦生长,提高小麦生物量。较高密度的菌株Pn2定殖在小麦组织中能够有效地降低植物体内菲含量。例如,接种30 d后,小麦根部和茎叶部菌株Pn2的定殖数量分别为3.74-4.53和2.88-3.38 log cfu·g-1FW;与不接菌对照相比,高密度的Pn2定殖促使小麦根和茎叶组织中菲去除率分别提高15.5%-28.4%和20.8%-30.6%。同时,菌株Pn2定殖也能够提高污染土壤中菲的去除率。2.揭示了菌株Pn2定殖对小麦体内土著细菌群落结构的影响。分别提取小麦根和茎叶中内生细菌总DNA,采用IlluminaPE250测序技术研究了菲污染小麦组织中内生细菌群落结构及多样性动态。结果表明,内生细菌的群落结构取决于小麦组织中菲污染胁迫和外源功能内生细菌Pn2的定殖。在不同菲污染水平下,小麦组织中内生细菌的优势种群不尽相同,但变形菌门(Proteobacteria)和假单胞菌属(Pseudomonassp.)始终为优势种群。低(5mg·kg-1)、中水平(50mg·kg-1)菲污染强度下小麦体内内生细菌具有较高的丰富度和多样性。功能菌株Pn2定殖可提高小麦组织中内生细菌的丰富度和多样性。例如,低水平菲污染强度条件下,接种菌株Pn2可以显著提高小麦根和茎叶组织中内生细菌的丰富度(p0.05)。然而,功能菌株Pn2定殖只能部分改变小麦组织中内生细菌的群落结构。例如,接种菌株Pn2后,小麦组织中厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度要高于不接菌对照组;小麦根中Pseudomonassp.的相对丰度要高于对照组,但小麦茎叶中Pseudomonas sp.的相对丰度则显著低于对照组(p0.05)。3.探明了菌株Pn2定殖对小麦体内PAHs代谢酶系活性的影响。功能菌株Pn2定殖可以影响小麦体内PAHs代谢相关酶系活性。小麦体内PAHs代谢酶系活性取决于小麦组织中菲含量和外源功能内生细菌Pn2的定殖。在不接菌对照组中,菲胁迫使小麦组织中多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性先增强后减弱,且当土壤中菲污染强度为50mg·kg-1时,小麦组织中PPO和POD活性最高。接种功能菌株Pn2后,小麦组织中PPO和POD活性都增强。例如,功能菌株Pn2接种20d后,可以显著提高小麦根部PPO活性(p0.05);而当菌株Pn2分别接种20d和40d后,可以显著提高小麦根部POD活性(p0.05)。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X592;S154.3
【部分图文】：

小麦,菌株,功能菌,效率

接种功能菌株Ｐｎ２降低了小麦体内菲的含量，结果如表２－５所示。为了进一步表逡逑征菌株Ｐｎ２对小麦体内菲降解的作用，引入了促进效率（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ邋ｒａｔｉｏ，邋Ｅ，％）逡逑的概念。如图２－１，邋２０邋ｄ时，小麦根部菌株Ｐｎ２的促进效率分别为２６．７７％、１７．３１％、逡逑１７．４１％，小麦茎叶部菌株Ｐｎ２的促进效率分别为２７．７３％、３７．４８％、３１．０８％：邋３０邋ｄ时，逡逑小麦根部菌株Ｐｎ２的促进效率分别为２３．３４％、２８．４％、１５．５０％，小麦茎叶部菌株Ｐｎ２逡逑的促进效率分别为３０．６０％、２８．５０％、２０．８０％；邋４０邋ｄ时，小麦根部菌株Ｐｎ２的促进效逡逑率分别为１９．６８％、３３．０２％、２８．８７％，小麦茎叶部菌株Ｐｎ２的促进效率分别为３２．３１％、逡逑２３逡逑

土样,残留量,处理组

２．２．６邋Ｐｎ２定殖对土壤中菲去除的影响逡逑接种菌株Ｐｎ２不仅能够促进小麦体内菲的降解代谢，也可以降低根际土壤中菲的逡逑污染浓度。通过图２－２可以看出，同一菲污染强度下，接菌处理组（ＣＰＢ）邋土样中菲逡逑残留量比对照组（ＣＰ）低；２０邋ｄ后，ＣＰＢ处理组土样中菲含量相对于ＣＰ处理组减逡逑少了邋２１．３３％、１０．２３％、１６．９％；逦３０ｄ后，ＣＰＢ处理组土样中菲含量相对于ＣＰ处理逡逑组减少了邋１５．４２％、１７．６１％、１７．９５％；逦４０ｄ后，ＣＰＢ处理组土样中菲含量相对于ＣＰ逡逑处理组减少了邋２７．３９％、２０．８６％、２０．２７％。此外，功能菌株Ｐｎ２接种３０邋ｄ后，土壤中逡逑菲的残留浓度显著低于对照组＜０．０５）。以上结果表明接种功能内生细菌Ｐｎ２对土逡逑壤中菲的去除起到了促进作用。逡逑２５逡逑

小麦,污染强度,小麦根,接菌

４．２．１邋Ｐｎ２定殖对小麦体内多酚氧化酶活性的影响逡逑随着菲污染强度的提高，小麦根部和茎叶部ＰＰＯ活性先增大后减少；且当菲污染逡逑浓度为５０邋ｍｇ邋ｋｇ－１时小麦根部和茎叶部中ＰＰＯ活性最高（图４－１、４－２、４－３）。结果表逡逑明在一定浓度的菲污染强度可以诱导小麦体内ＰＰＯ的活性提高，相反的当菲污染强度逡逑超过阈值，就会降低小麦体内ＰＰＯ活性。逡逑—１５００「ａ未接菌ＣＰ逦ｂ逦３０００「□来接菌ＣＰ逡逑＇ｊｃ逦□接菌邋ＣＰＢ邋N逦？逦□接菌邋ＣＰＢ逡逑？邋１２００邋－逦ａｂ此W 逦．目逡逑＞逦ｊＩ逦ｆ邋２４００逦－逦ｃ逡逑－９00邋．邋ａｂ｜｜邋曜逦＃rP猓r』ｂ3Z牵rP蓿rPx預岕逦￡１８°。■邋＿W ■邋ｉ逡逑？穴逦ＴｒＩ＿邋ｉ邋§邋眉邋ａｂ逦W邋W 逦：截逦ａ邋ｉ逡逑ｒ°．ｆ｜逦｜逦＿逦卜■！逦Ｉ逦Ｉ邋＿逡逑益ｉ３°°邋…震：ｌ逦＿邋＿逦圈：ｉ邋：媝逡逑Ｓ逦．逦\dW逦WX咏⿱p逡逑0邋Ｉ邋ｆ屈》Ｉ邋Ｂ邋？邋Ｉ坦邋？邋Ｉ．因》逦■邋圈邋眉逡逑0邋邋邋ｒｎｉ邋Ｉ邋邋ｔｅａ邋ｉ邋邋ｒｒｄ邋ｉ邋邋邋ｉ逡逑Ｓ0邋５１逦５２逦８３逦ＳＯ邋Ｓ！逦Ｓ２邋Ｓ３逡逑图４－１种植２０天后小麦体内多酚氧化酶活性（Ｕ邋ｇ＋ｍｉｒｖ１）逡逑Ｆｉｇ．邋４－１邋Ａｃｔｉｖｉｔｙ邋ｏｆ邋ＰＰＯ邋ｉｎ邋ｗｈｅａｔ邋ｒｏｏｔｓ邋ａｎｄ邋ｓｈｏｏｔｓ邋ｐｌａｎｔｅｄ邋ｉｎ邋ｙｅｌｌｏｗ－ｂｒｏｗｎ邋ｓｏｉｌ逡逑ａｆｔｅｒ邋２０邋ｄａｙｓ邋（Ｕ邋ｇ＇＾ｍｉｎ１）逡逑接种功能菌株Ｐｎ２提高了小麦体内ＰＰＯ活性。例如：功能菌株Ｐｎ２接种２０邋ｄ后，逡逑可以显著提高小麦根部ＰＰＯ活性（ｐ＜邋０．０５）。表４－１显示

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