湿地植物内生细菌资源挖掘及其功能研究
发布时间：2020-06-15 11:46
【摘要】：湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,湿地植物与微生物联合净化水质可有效改善区域生态环境质量。湿地植物内生细菌可促进宿主植物生长及对环境的适应性,对维持湿地生态系统的平衡发挥着重要作用。本文以湿地植物芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)为研究对象,通过植物细胞工程技术构建其再生体系,应用高通量测序技术分析其根与种子内生及根际环境中细菌群落结构,采用活性污泥孵育芦苇再生苗的手段富集并挖掘功能内生细菌,基于功能内生细菌与植物离体组织共培育的策略改良湿地植物,主要研究内容与结果如下:(1)以种子为外植体,通过体细胞胚发生途径构建芦苇再生体系、器官发生途径构建狭叶香蒲再生体系。增殖的芦苇胚性培养物表现出极强分化潜力,被选为人工种子的繁殖体。胚性培养物能快速再生成大小均一、无污染的植株,为可控条件下内生细菌的定殖研究提供了理想的实验材料。(2)芦苇与狭叶香蒲根际细菌、根部内生细菌和种子内生细菌群落组成存在明显的差异。其种子内生细菌为一个独特的细菌类群,而非根际细菌或根部内生细菌的一个子集。芦苇与狭叶香蒲种子内生细菌群落主要包括7个菌门:变形菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、热袍菌门、柔壁菌门和螺旋体门;主要菌属包括脱硫杆状菌属、地杆菌属、硫杆菌属、氧化硫单胞菌属、甲基营养菌属和脱氯单胞菌属等。(3)利用活性污泥侵染芦苇再生苗的手段富集内生细菌,通过变性梯度凝胶电泳技术证实了有丰富的内生细菌成功定殖于再生苗根部。从再生苗根部分离出新鞘氨醇单胞菌RE3-1、吐蕃根瘤菌RE3-2、弗赖森草螺菌RE3-3、长野雷夫松氏菌RE3-4、束红球菌RE3-5、沃氏葡萄球菌RE3-6、根际金黄杆菌SH1、池生戴尔福特菌SH2、木糖氧化无色小杆菌SH4、嗜线虫沙雷氏菌SH5和表皮葡萄球菌SH6等11株内生菌株。(4)木糖氧化无色小杆菌SH4表现出高耐铅特性。通过等温吸附实验拟合Langmuir方程,发现木糖氧化无色小杆菌SH4对Pb2+最大吸附量qmax为57.94 mg g-1。该菌株通过产生大量胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)而与铅离子结合形成有机金属配位体,从而减弱铅对植物体的毒性。(5)弗赖森草螺菌RE3-3具有产吲哚乙酸及与铁载体的功能,其中铁载体可螯合铁与镉。该菌株被挑选为模式菌株,通过菌体与植物繁殖体共培养的方法成功定殖于芦苇人工种子,并垂直传递于再生植株并表现出耐镉特性。弗赖森草螺菌RE3-3通过人工种子的定殖与传递,增强幼苗对重金属镉胁迫的耐受性,改良了芦苇幼苗品质。本研究采用植物细胞工程和分子生物学等技术手段,挖掘优良湿地植物内生细菌资源,解析功能内生细菌的金属耐受性及促生机制,并进行共培育功能内生细菌与植物离体培养物,将功能内生细菌的利用拓展至湿地植物育种方向,为改良湿地植物品种提供了一个新的思路。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172
【图文】：
时根系分泌物可为微生物的生长提供营养和能源物质，植物的根区为微生物创造逡逑了适宜的生境。内生细菌在根际成功定殖后仍可进入植物根皮层，但内皮层作为逡逑一道屏障会阻碍内生菌的进一步侵入（图１－１邋）。部分内生细菌利用某些酶类或物逡逑理作用通过皮层裂隙而侵入到中柱，随后穿过中柱鞘进入木质部导管，再借助蒸逡逑腾作用扩散到植物的其它部位［１２２］。同时细菌具有的脂多糖、鞭毛、菌毛等特征逡逑也都可影响其根内定殖以及在宿主植物中的运动。除了根部侵入途径，一些内生逡逑细菌还可依靠被动渗透方式通过气孔、水孔、茎上皮孔及根部裂隙等自然孔口，逡逑以及因土壤摩擦、人为伤害、动物取食或有害微生物侵染造成的伤口进入植物体；逡逑一些内生细菌还可分泌纤维素酶、果胶酶等细胞壁降解酶来降解植物细胞组织而逡逑主动侵入植物体内。有些内生细菌进到植物体后，可以通过维管束系统进入种子，逡逑或通过禾谷类花粉通道、成熟种子的种脐、种皮的裂缝开口、种皮背部索状细胞逡逑和种脊进入种子。有些内生细菌进到植物体后可以通过次生根进入分生组织，通逡逑过叶表吐水孔的水液进入叶内［２３１。逡逑
途径由甲硫氨酸合成。在甲硫氨酸循环过程中，甲硫氨酸首先转化成ＳＡＭ，ＳＡＭ逡逑再通过ＡＣＣ合成酶（ＡＣＣ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ，邋ＡＣＳ）催化作用转化为ＡＣＣ，然后ＡＣＣ逡逑经ＡＣＣ氧化酶（ＡＣＣ邋ｏｘｉｄａｓｅ，ＡＣＯ）作用代谢为乙烯（图１－２）。一些植物内逡逑生细菌可通过产生氨基环丙综竣酸脱氨酶（ａ－ａｍｉｎｏｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ－ｌ－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑ｄｅａｍｉｎａｓｅ，邋ＡＣＣＤ）将乙稀合成的直接前体ＡＣＣ转化为ａ－丁画司酸和氨，从而降逡逑低植物组织内部的乙烯水平，提高植物在逆境胁迫下的适应能力＾＾１１。逡逑－？逡逑＾逦／邋ＯＨ邋ＯＨ逦ＣＭｊ－Ｓ－ＣＭａ－ＣＨｊ－Ｃ－ＣＯＯ－逡逑＊＠＊－７逦＼邋＾逡逑／逦＼邋Ｒ－ＣＭ－ＣＯＯ－逡逑Ｉ逦Ｖ邋，１＾逡逑ＣＨ２逦ＮＨｊ逡逑Ｃｙ＊ｉ＊逦Ｑ＾－ＣＭｊ－ＣＨ－ＣＯＯ－逡逑Ｓ－Ｍｃｔｈｙｌｔｈｔｏｒｉｔｉｏｖｓ逦Ａ逦ＳＡＭ逡逑气逦Ａ逦ｔｙＭｔｏｔａＭ逡逑＼逦卜~枺炕斟义希希樱樱茫龋茫龋蓿茫龋茫希希义希颍睿剩樱洌鳎ⅰ⑵摺⒊А掊义
本文编号：2714368
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172
【图文】：
时根系分泌物可为微生物的生长提供营养和能源物质，植物的根区为微生物创造逡逑了适宜的生境。内生细菌在根际成功定殖后仍可进入植物根皮层，但内皮层作为逡逑一道屏障会阻碍内生菌的进一步侵入（图１－１邋）。部分内生细菌利用某些酶类或物逡逑理作用通过皮层裂隙而侵入到中柱，随后穿过中柱鞘进入木质部导管，再借助蒸逡逑腾作用扩散到植物的其它部位［１２２］。同时细菌具有的脂多糖、鞭毛、菌毛等特征逡逑也都可影响其根内定殖以及在宿主植物中的运动。除了根部侵入途径，一些内生逡逑细菌还可依靠被动渗透方式通过气孔、水孔、茎上皮孔及根部裂隙等自然孔口，逡逑以及因土壤摩擦、人为伤害、动物取食或有害微生物侵染造成的伤口进入植物体；逡逑一些内生细菌还可分泌纤维素酶、果胶酶等细胞壁降解酶来降解植物细胞组织而逡逑主动侵入植物体内。有些内生细菌进到植物体后，可以通过维管束系统进入种子，逡逑或通过禾谷类花粉通道、成熟种子的种脐、种皮的裂缝开口、种皮背部索状细胞逡逑和种脊进入种子。有些内生细菌进到植物体后可以通过次生根进入分生组织，通逡逑过叶表吐水孔的水液进入叶内［２３１。逡逑
途径由甲硫氨酸合成。在甲硫氨酸循环过程中，甲硫氨酸首先转化成ＳＡＭ，ＳＡＭ逡逑再通过ＡＣＣ合成酶（ＡＣＣ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ，邋ＡＣＳ）催化作用转化为ＡＣＣ，然后ＡＣＣ逡逑经ＡＣＣ氧化酶（ＡＣＣ邋ｏｘｉｄａｓｅ，ＡＣＯ）作用代谢为乙烯（图１－２）。一些植物内逡逑生细菌可通过产生氨基环丙综竣酸脱氨酶（ａ－ａｍｉｎｏｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ－ｌ－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑ｄｅａｍｉｎａｓｅ，邋ＡＣＣＤ）将乙稀合成的直接前体ＡＣＣ转化为ａ－丁画司酸和氨，从而降逡逑低植物组织内部的乙烯水平，提高植物在逆境胁迫下的适应能力＾＾１１。逡逑－？逡逑＾逦／邋ＯＨ邋ＯＨ逦ＣＭｊ－Ｓ－ＣＭａ－ＣＨｊ－Ｃ－ＣＯＯ－逡逑＊＠＊－７逦＼邋＾逡逑／逦＼邋Ｒ－ＣＭ－ＣＯＯ－逡逑Ｉ逦Ｖ邋，１＾逡逑ＣＨ２逦ＮＨｊ逡逑Ｃｙ＊ｉ＊逦Ｑ＾－ＣＭｊ－ＣＨ－ＣＯＯ－逡逑Ｓ－Ｍｃｔｈｙｌｔｈｔｏｒｉｔｉｏｖｓ逦Ａ逦ＳＡＭ逡逑气逦Ａ逦ｔｙＭｔｏｔａＭ逡逑＼逦卜~枺炕斟义希希樱樱茫龋茫龋蓿茫龋茫希希义希颍睿剩樱洌鳎ⅰ⑵摺⒊А掊义
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