植物根内生菌促生作用及其定殖能力研究

论文摘要

微生物也可以合成植物生长素吲哚乙酸（IAA）。研究表明,许多植物内生细菌可以通过合成生长素促进植物生长,影响植物的生长发育、健康和产量。筛选产IAA和具有植物生长促进作用的植物内生细菌,解析植物内生菌的促生机理及其在植物体内定殖、菌落建成的分析机制,为进一步理解植物-微生物之间的相互作用关系,改善农业生产实践中微生物肥料的促生效果,挖掘新的促生细菌资源以及为建立发展新型的可持续发展的现代生态农业生产系统奠定坚实的科学和理论基础。在前期工作的基础上,对实验室分离保存的番茄内生菌进行整理活化,经分子鉴定,最终共获得鉴定的番茄内生菌208株,分属于3个门、7个目、11个属、25个种,其中以厚壁菌门和变形菌门细菌为主,主要包括Bacillus（芽孢杆菌属）、Pseudomonas（假单胞菌属）和Enterobacter（肠杆菌属）等。以小麦种子为材料筛选具有促进植物生长能力的促生细菌。在筛选的208株番茄根内生菌中,共有55个细菌菌株（26.45%）对小麦发芽有较为明显的促生作用,其中mr89,cz23,cz30,cz34,cz35,cz36,cz67,B50,B51,B58,B60,B68,B70,B72,B75等菌株的促生活性最为明显,而有7株菌处理的小麦种子不发芽。共有20株细菌对植物根的伸长有明显促进作用;3株菌能明显促进植物整株株高（从根部到叶尖）的生长。结合先前的分子鉴定结果,筛选的植物生长促进细菌主要属于芽孢杆菌属和肠杆菌属。结果表明,植物内生菌是具有广泛而多样性的植物生长促进作用的细菌资源。进一步,筛选出的47株细菌在盆栽实验中也对植物根的发育、植物生长以及植株总重具有明显的促生效果。为了揭示植物根内生菌促生机理及其在根内的定殖机制,分别对分离细菌菌株的产IAA能力和纤维素酶木聚糖酶活性进行了测定。结果表明,在测试的208株番茄内生菌中,有136株细菌（65.38%）可以在含有色氨酸的培养基发酵产生IAA,经对比分析发现其中大多数是具有促生作用的菌株,同时也能够分泌植物生长素IAA,表明植物内生菌主要通过产生IAA促进植物生长。在酶活性检测中,有177株内生菌有明显的纤维素水解圈,约占总菌数的85.1%;有163株菌有明显的木聚糖水解圈,占总菌数的78.37%,表明大多数的植物内生菌具有明显的植物木质纤维素生物降解能力。在筛选植物促生细菌的基础上,通过高通量测序解析单菌侵染的植物根内微生物组的菌群结构组成推断测试的根内生菌是否可以在植物体内成功定殖并形成优势菌落。结果表明,在测试的55株细菌菌株中,有10株,Bac98、Ent130、Bac61、Bac117、Ent95、Bac79、Bac71、Bac133、Bac92、Ent189,主要为肠杆菌属和芽孢杆菌属细菌可以在番茄根内成功定殖并在根微生物中占绝对优势;14株细菌,Ste26、Ser99、Rhi33、Ent114、Pan120、Ent2、Ent39、Ent4、Ent129、Lys159、Ent15、Ent17、Bac64、Ach45等可以在根内检测到但是丰度很低。其余测试菌株对植物内生菌菌群没有明显影响。在盆栽条件下,检测的两个内生菌菌株均对根内生菌组成没有明显影响。结果表明不同的细菌菌株在植物根内定殖和菌落建成能力是明显不同的,一些根内生菌非优势种属细菌也具有在植物根组织内定殖和形成优势菌落的能力。植物根内生菌在侵染和定殖过程中起到关键作用的是纤维素酶。大多数测试的内生菌在酶活筛选中表现出了纤维素酶和木聚糖酶活性。从先前单菌侵染的平板实验中挑选4株在根内占绝对优势的细菌菌株侵染小麦根,收集并富集根内生菌,提取总RNA进行转录组测序和代谢途径分析。通过基于KEGG中的淀粉和蔗糖代谢通路分析发现,在4株菌中均检测到与降解植物细胞壁相关的纤维素酶类（α/β-葡萄糖苷酶）和果胶酯酶基因的表达。同时,在Bac73和Ent189中也检测到与依赖色氨酸的IAA生物合成途径相关基因的表达。对植物内生菌根内定殖和促生机理的分析为后续侵染机制以及植物益生菌剂的研究奠定理论基础。

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中文摘要

ABSTRACT

绪论

1.植物根内生菌的菌群结构组成及其多样性

1.1 植物根内生菌

1.2 植物根内生菌的群落组成及多样性

1.3 植物根内微生物结构分布的影响因素

2.植物根内生菌的侵入、定殖与菌落建成

2.1 植物根内生菌的来源及与根际土壤菌的关系

2.2 植物内生菌的侵入与定殖

2.3 影响内生菌在根内定殖的因素

3.植物内生菌的促生长作用

4.研究内容、目的及意义

第一章番茄根内生菌促生特性及其产酶活性的筛选

第一节材料和方法

1.1 材料

1.1.1 实验菌株

1.1.2 植物

1.1.3 主要仪器与试剂

1.2 方法

1.2.1 番茄根内生菌的收集整理、活化保存及纯度鉴定

1.2.2 植物生长促进作用细菌的筛选

1.2.3 番茄根内生菌分泌植物生长素（IAA）的定性分析

1.2.3.1 培养基和试剂

1.2.3.2 主要试剂的配制

1.2.3.3 分泌IAA内生细菌的定性测定

1.2.4 番茄根内生菌纤维素酶和木聚糖酶活性检测

1.2.4.1 纤维素酶活性的检测

1.2.4.2 木聚糖酶活性的检测

1.2.5 番茄根内生细菌对植物生长促进效果的盆栽实验

第二节结果和分析

2.1 番茄根内生菌菌种的活化和纯化

2.2 番茄根内生细菌对植物种子发芽和生长的影响

2.3 番茄根内生菌分泌IAA的定性测定

2.4 番茄根内生菌酶活性分析

2.4.1 番茄根内生菌纤维素酶活性分析

2.4.2 番茄根内生菌木聚糖酶活性分析

2.5 盆栽条件下番茄根内生细菌对植物生长的促进效果

2.5.1 番茄根内生菌侵染方法的选择

2.5.2 番茄根内生菌对植物促生作用的结果

第三节小结与讨论

第二章单菌侵染的植物根内生菌群落结构组成及其根内定殖能力分析

第一节材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验菌株

1.1.2 主要仪器与试剂

1.2 实验方法

1.2.1 单菌侵染实验和盆栽实验

1.2.2 植物根的收集与整理

1.2.3 总基因组DNA的提取

1.2.4 细菌16S RDNA的高通量测序

1.2.5 数据处理与分析

第二节结果和分析

2.1 植物材料细菌16S RRNA基因的PCR扩增与验证

2.2 单菌侵染小麦根内生菌的结果与分析

2.2.1 单菌侵染的小麦根内生细菌测序数据的统计

2.2.2 单菌侵染植物根内微生物菌群的多样性分析

2.2.3 单菌侵染植物根内微生物菌群的结构组成分析

2.2.4 不同单菌侵染植物样品根内微生物菌群的BATA多样性分析

2.2.5 基于样品根内微生物菌群组成的功能预测

2.3 盆栽实验中番茄根内生菌菌群组成与多样性分析

2.3.1 去除嵌合体与靶区域外序列统计分析

2.3.2 单菌侵染的植物根内生菌菌群多样性分析

2.3.3 单菌侵染番茄根内生菌菌群的结构组成分析

2.3.4 不同单菌侵染番茄根内生菌菌群的BETA多样性分析

2.3.5 基于番茄根内生菌菌群组成的功能分析

第三节小结与讨论

第三章细菌侵染的小麦根内生菌宏转录组学测序及其定殖能力分析

第一节材料和方法

1.1 材料

1.1.1 细菌菌株和植物

1.1.2 主要仪器与试剂

1.2 方法

1.2.1 样品采集与准备

1.2.2 植物根内微生物菌体的制备

1.2.3 宏转录组数据处理与分析

1.2.4 宏转录组基因注释与功能分析

第二节结果和分析

2.1 根内生菌测序数据的分析

2.2 测序样本之间的关系分析

2.3 差异基因表达分析

2.4 根内生菌功能注释分析

2.4.1 GO功能分析

2.4.2 COG功能注释分析

2.4.3 植物根内微生物代谢途径分析

2.4.3.1 植物根内微生物糖代谢途径分析

2.4.3.2 植物根内微生物色氨酸代谢途径分析

第三节小结与讨论

第四章结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 熊娟

导师: 田宝玉

关键词: 根内生菌,促生作用,细菌定殖,菌群分析,高通量测序,转录组分析,分子机制

来源: 福建师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 福建师范大学

分类号: Q948

DOI: 10.27019/d.cnki.gfjsu.2019.000311

总页数: 95

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