美洲商陸內生細菌群落結構及功能菌株1Y31強化雜交狼尾草富集錳的機制研究.pdf

1、由于人類活動的影響，環(huán)境中錳污染日益嚴重。生物修復是一種成本低、便于操作且環(huán)境友好的新興修復技術。植物內生細菌可以利用多種方式影響植物對錳的耐性和富集能力，因此，在植物-微生物聯(lián)合修復錳污染過程中植物內生細菌發(fā)揮了極其重要的作用。通過從錳超富集植物美洲商陸中分離和篩選具有促生作用的植物內生菌，不僅可以揭示微生物多樣性，豐富微生物資源庫，還可以揭示微生物群落結構與植物富集錳的關系，為植物內生細菌強化植物修復錳污染提供理論依據(jù)和技術基礎。<

2、br>　　本文利用可培養(yǎng)方法研究不同的錳濃度處理(0，1，10 mmol L-1)對水培美洲商陸的根莖葉部內生細菌總數(shù)、抗性細菌數(shù)的影響，結果顯示抗性細菌數(shù)隨Mn濃度升高呈遞增趨勢。從美洲商陸中共分離內生細菌300株，測定其植物促生特性，研究表明高產IAA（＞20μg ml-1）菌株比例同樣隨Mn處理濃度的升高而呈遞增趨勢。對分離菌株進行了系統(tǒng)發(fā)育分析，研究表明美洲商陸可培養(yǎng)內生細菌主要包括:Firmicutes、Actinobacte

3、ria、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria5個發(fā)育類群，此外，不同Mn濃度處理對內生細菌群落結構有顯著影響，其中1mmol L-1處理下分離的菌株種類最為豐富，且不同組織間差異也很大，其中莖部分離的菌株種類最為豐富。提取細菌總DNA，采用PCR-DGGE技術研究不同濃度Mn處理對未培養(yǎng)植物內生細菌群落結構的影響，結果表明美洲商陸未培養(yǎng)細菌主要包括:α-Proteobact

4、eria、β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、δ-Proteobacteria、 Cyanobacteria/Chloroplast和Unclassified6個發(fā)育類群，其中莖部的種群最為豐富。
　　根據(jù)分離菌株的生物學特性，本實驗挑選分離自美洲商陸葉部的Bacillusmegaterium1Y31作為供試菌株，并以雜交狼尾草作為供試植物，進行Mn0和Mn1000 mg kg-1處理土培實驗。結果

5、表明，接菌處理與接滅活菌對照相比，供試植物生物量提高2.9％-70.2％，雜交狼尾草吸收的Mn提高8.9％-63.9％。同時接菌處理還提高了雜交狼尾草內生、根際土壤和非根際土壤細菌的總數(shù)和抗性細菌數(shù)。同時，接菌處理還提高了雜交狼尾草內生、根際土壤和非根際土壤菌株中具有植物促生特性的菌株的比例。另外DGGE結果表明，供試菌株能夠成功定殖在雜交狼尾草根際土壤中，接菌處理雜交狼尾草根際土壤細菌種群主要包括Acidobacteria、Actin

6、obacteria、Bacteroidetes等9個發(fā)育類群，而非根際土壤細菌種群包括Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi等10個發(fā)育類群。接菌對不同處理下的植物根際和非根際土壤細菌群落結構無顯著影響。
　　以雜交狼尾草為供試植物在Mn0，2，10 mmol L-1處理下進行水培實驗。結果表明，在10 mmol L-1處理下植物Mn含量達到了10000 mg kg-1以上，達到了Mn超富

7、集植物的臨界值，且接菌（Bacillus megaterium1Y31）處理可以使雜交狼尾草生物量提高20.6％-93.9％, Mn吸收總量提高22.8％-112％。同時接菌處理還提高了各Mn處理下根部和葉部內生細菌的總數(shù)和抗性細菌數(shù)量及具有促生功能細菌的比例，且根部大于地上部。PCR-DGGE結果表明供試植物根部內生細菌主要包括Bacteroidetes、Alphaproteobacteria、 Betaproteobacteria、

8、 Gammaproteobacteria、 Firmicutes和Cyanobacteria/Chloroplast6個發(fā)育類群，且接菌處理對根內生細菌群落結構有顯著影響，葉部內生細菌主要包括Bacteroidetes、Gammaproteobacteria、Firmicutes和Cyanobacteria/Chloroplast4個發(fā)育類群，且接菌處理對葉部細菌群落結構無顯著影響。
　　利用2-DE和MS技術研究接菌（Bacil

9、lus megaterium1Y31）處理對不同錳濃度處理下水培雜交狼尾草葉部蛋白差異表達的影響。對照相比，接菌處理雜交狼尾草葉部共鑒定出差異蛋白109個，其中發(fā)生上調和下調的蛋白分別是66個和43個。這些差異蛋白涉及關于光合作用、能量代謝、環(huán)境刺激、活性氧代謝、新陳代謝、信號傳遞、細胞結構維持、蛋白翻譯、加工和降解和未歸類共9大類型的蛋白。在非脅迫下(Mn0 mmol L-1)，差異蛋白只涉及光合作用、能量代謝、環(huán)境刺激、蛋白翻譯、加

10、工和降解和未歸類5大類別;接菌處理使葉綠體ab結合蛋白、RuBisCO等涉及集光和碳固定的蛋白發(fā)生上調，說明菌株1Y31可以提高植物光合作用效率，接菌還促使ATP合酶亞基蛋白、1，7-二磷酸-景天庚酮糖和轉酮醇酶等涉及直接生成ATP的關鍵酶同樣發(fā)生上調，說明菌株1Y31可以在非脅迫下提高雜交狼尾草光合作用和能量合成效率。在錳脅迫下（Mn2和Mn10 mmol L-1），差異蛋白則涉及關于光合作用、能量代謝、環(huán)境刺激、活性氧代謝、新陳代謝

11、、信號傳遞、細胞結構維持、蛋白翻譯、加工和降解和未歸類共9大類別，說明錳脅迫對雜交狼尾草葉片蛋白的差異表達有顯著影響;接菌處理使葉綠體ab結合蛋白、RuBisCO、放氧增強蛋白和RuBisCO活化酶等涉及到集光、固碳、光合放氧和活化RuBisCO等功能的蛋白發(fā)生上調，接菌還促使ATP合酶亞基、檸檬酸縮合酶、磷酸雙激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羥化酶等直接或通過三羧酸循環(huán)間接產生ATP的蛋白發(fā)生上調，5-甲基四氫蝶酰三谷氨酸高半胱氨酸甲基轉移酶、