木麻黄根内生细菌次生产物的化感潜力

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木麻黄(Casuarina equisetifolia L.)是海南省重要的海防林树种,但随着林龄的增长,木麻黄林出现自我更新困难的问题,其主要原因是化感物质的积累。我们前期的研究表明,引起木麻黄化感作用的物质除自身次生代谢合成和土壤微生物合成外,木麻黄植株内生细菌也是化感物质的来源。我们运用高通量测序平台,分析木麻黄根内生细菌群落结构的多样性;利用传统的分离方法分离纯化根内生细菌并用16sDNA进行菌种鉴定;用分离鉴定出的不同内生细菌发酵液对木麻黄种子进行处理,以探究不同内生细菌发酵液对木麻黄种子萌发的化感潜力;此外,挑选3种对木麻黄种子萌发化感潜力最强的内生细菌,利用气质联用(GC-MS)技术对其发酵液的甲醇和正己烷萃取液进行鉴定,并与前期相应的木麻黄根、土壤水浸提液的甲醇和正己烷萃取液鉴定出的物质成分进行比较。主要研究结果如下:1.通过高通量测序对木麻黄根基因组DNA进行16S rDNA测序,将各菌株16S rDNA序列与NCBI中已知序列进行Blast比对,并构建系统发育树。从木麻黄根中分离出最终确定36株内生细菌属于10属21种;其中芽孢杆菌属(Bacillus)6种,占总菌种数的28.57%;不动杆菌属(Acinetobacter)、葡萄球菌属(Staphylococcus)各3种,各占总菌种数的14.29%;肠杆菌属(Enterobacter)、赖氨酸芽孢杆菌属(Lysinibacillus)各2种,各占总菌种数的9.52%;鞘脂菌属(Sphingobium)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、根瘤菌属(Rhizobium)、Paraburkholderia、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)各1种,各占总菌种数的4.76%。2.不同木麻黄根内生细菌发酵液对木麻黄种子的萌发均有不同程度的抑制作用,并降低了种子的发芽率。其中,解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)发酵液处理下种子的化感效应指数最强,为-1;其次是阿氏芽孢杆菌(Bacillusaryabhattai)和解聚糖类芽孢杆菌(Paenibacillus glycanilyticus)发酵液处理下的,其化感效应指数分别为-0.99和-0.94,并与对照组以及实验组存在显著差异。此外,蜡样芽胞杆菌(Bacilluscereus)和伯克霍尔德菌(Burkholderia sp.)发酵液对木麻黄种子的化感效应最弱,且与其他实验组存在显著差异,其化感效应指数分别为-0.008和-0.041。3.通过GC-MS技术在不同木麻黄根内生细菌的次生代谢产物中检测出酚、酮、酯、有机酸、醇类等有机化合物,其中2,2’-亚甲基双-[4-甲基-6-叔丁基]苯酚和1,2,3,4-丁四醇2种化合物为内生细菌代谢产物与根、土壤浸提液所共有;而且这些物质均已被证实为化感物质,表明木麻黄根内生细菌次生代谢产物也是化感物质来源。以上研究结果为木麻黄化感作用机制的研究提供理论依据,也可为木麻黄防护林的二代更新提供实践指导。
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