解磷细菌YL6在小白菜植株中的定殖及促生机制研究

发布时间：2020-11-03 15:24

　　 磷不仅是植物生长发育的重要物质基础,也是土壤养分的重要指标之一。其主要在土壤中以难溶性磷存在,每年施入的磷肥大部分以无效态在土壤中不断累积。因此溶解并释放这些无效磷,对于提高土壤中有效磷含量、减少化学磷肥的施用和磷矿资源的消耗具有重要意义。解磷细菌(phosphate solubilizing bacteria,PSB)作为土壤解磷微生物中的一种,能够将土壤中的无效磷转化为植物可以吸收利用有效磷,在土壤-植物之间的磷循环和有机-无机磷之间的磷素形态转化中起着极为重要的作用。本研究选用实验室前期分离的一株解磷细菌YL6及其绿色荧光蛋白标记菌株YL6-GFP,首先对YL6和YL6-GFP的培养条件进行优化,并对两种菌株的生理生化特性进行比较;然后采用趋化性试验,探究YL6对小白菜根及糖类和有机酸类物质的趋化性反应;通过在小白菜根际土壤引入趋化剂,探究趋化剂对YL6在小白菜根际定殖数量的影响;采用盆栽试验,研究YL6在小白菜的根围土壤及组织内的迁移顺序及分布;最后通过盆栽试验与浸种萌发试验结合,探讨了YL6对小白菜的促生机制,以期为进一步了解磷细菌YL6与小白菜之间的相互作用关系提供更多理论依据。得到以下研究结果:(1)原始菌株YL6与标记菌株YL6-GFP的生理特性无显著差异。在无机解磷培养基中,YL6与YL6-GFP的最佳生长条件:30℃,pH 5.0-6.0,葡萄糖为最适碳源,NH_4NO_3为最适氮源;二者分泌IAA、GA及EPS的能力没有显著差异,表明外源质粒GFP的导入并未影响菌株YL6的生理生化活性。(2)有机酸能够促进YL6在小白菜根际的定殖。通过烧杯法测定YL6-GFP对不同生长时期小白菜根的反应结果表明,YL6-GFP对小白菜根的趋化值(che)均大于1,证明其对小白菜根具有正向趋化性。同时趋化性试验表明YL6-GFP对植株根系分泌物中的多种糖和有机酸具有趋化作用,其中对糖类物质的趋化性由强到弱依次是山梨醇﹑麦芽糖﹑果糖﹑葡萄糖和甘露醇;对有机酸类物质的趋化性由强到弱依次是苹果酸﹑柠檬酸、琥珀酸、乳酸和草酸。通过外源单施或混施3种有机酸(苹果酸、柠檬酸和琥珀酸)设计盆栽试验,结果表明有机酸皆可提高YL6-GFP在小白菜根表及根内组织的定殖数量;单施处理中100mmol/L苹果酸效果最为显著,与对照(单施菌)相比,YL6-GFP在小白菜根表及根内组织的定殖数量分别提高9.1倍和7.5倍;混施处理中,3种有机酸一起等比例混合使用效果最佳,YL6-GFP在小白菜根表及根内组织的定殖数量(与单施菌处理相比)分别提高3.4倍和4.1倍。(3)YL6-GFP能够在小白菜根围土壤及植株组织内定殖且发生迁移。从垂直水平上看,YL6-GFP在土壤中的定殖及迁移顺序为表层(0-6cm)→中层(6-12cm)→底层(12-18cm);回收检测YL6-GFP菌落数及荧光显微镜观察发现,YL6-GFP在小白菜体内出现的先后顺序根→茎(短缩茎)→叶柄(功能叶→幼叶)→叶脉→叶肉细胞(功能叶→幼叶);在小白菜根上,YL6-GFP主要分布在根毛、根表皮细胞以及维管束细胞(次生木质部和次生韧皮部)中;其在小白菜短缩茎中主要分布于皮层细胞、次生木质部导管及髓薄壁细胞中;在叶柄中其主要分布在皮层细胞和维管束中;同时在主叶脉皮层细胞、维管束及叶肉细胞中有YL6-GFP分布。因此本试验认为解磷细菌YL6很可能是通过维管束和胞间隙由根向地上部分迁移。(4)YL6对小白菜的促生效应是由其分解产生的速效磷、IAA及GA三者共同作用的结果。盆栽试验证明YL6-GFP显著提高小白菜的农艺性状﹑生物量,叶绿素含量及植株磷积累量。与对照CK相比,小白菜的叶片数﹑株高﹑根长分别增加33.33%﹑22.30%﹑44.44%;植株的地上鲜重和干重分别提高了49.90%和47.59%;YL6-GFP处理的根冠比显著小于对照,说明解磷细菌为小白菜提供了充足的磷素,对植株根系生长具有明显促进作用;植株叶绿素含量和磷积累量提高23.36%﹑59.53%。综上所述,说明解磷细菌YL6对小白菜的生长促进效果显著。室内浸种萌发试验表明YL6发酵液能够促进小白菜种子萌发率及幼苗活力,其中培养24h的YL6发酵液对种子萌发率和幼苗活力的促进效果最好,与对照相比分别提高12.5%和43.6%;根据培养24h发酵液中有效磷、IAA和GA的浓度,配制P、IAA和GA溶液设计对照试验,结果显示三种物质均能提高种子萌发率和幼苗活力,其中三种一起混合处理效果最佳,种子发芽率和幼苗活力较对照提高了16.3%和33.5%。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S634.3
【部分图文】：

技术路线

第二章 YL6 与 YL6-GFP 的生物学特性比较分析线始菌株YL6与标记菌株YL6-GFP在无机解磷条件下的出，在 0-4h 为两种菌株的生长延滞期，该时期是细菌对 为对数生长期，12h 后细菌生长进入稳定期，16h 菌体量为 1.266 和 1.229。同时标记菌株 YL6-GFP 与原始菌株 Y，YL6-GFP 达到对数期和稳定期的生长速度稍慢于 YL复制及相关基因表达消耗细胞能量，导致细胞生长受到速率无显著差异。

西北农林科技大学硕士学位论文图 2-5 为在不同氮源条件下 YL6 和 YL6-GFP 的生长情况，由图可见，解磷细菌以硝酸铵为氮源时，菌株生长较好，菌体量较高。OD600值分别为 1.35 和1.36，其次为氯化铵和硫酸铵。尿素不利于解磷细菌的生长可能是由于其不能产生分解脲的酶，进而缺少能够利用的氮源。故 NH4NO3为二者的最适氮源。
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本文编号：2868755