党参内生菌促进生长性能评价及CPSE11菌株镉离子耐受的分子机制

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:kitwe
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党参(codonopsis pilosula)是一种传统的中国药材之一,鉴于其拥有良好的药用价值已经被应用于治疗糖尿病和一些抗肿瘤的治疗中。而居泉沙雷氏菌(Serratia fonticola)是广泛存在于植物根内促进生长细菌的一种,近年来,因为农药的过度使用已经对土壤造成一系列的破坏,中药的栽培也因为过度使用农药而引起影响品质的问题,而同样可以提高植物生长且对环境无影响的促进生长细菌就受到人们的关注,植物促进生长菌可以提高药用植物对重金属的抗性,因此去了解植物促进生长菌与药用植物间的关系也有了重要意义,基于此,我们去分离得到的党参内生细菌,以期获得促进党参生长、降低重金属吸附或转运的微生物资源,为党参的种植提供新思路。本研究内容和结果如下:(1)从甘肃岷县采集党参,从根中分离得到五株内生细菌分别命名为CPSE11(沙雷氏菌)、CPSE12(沙雷氏菌)、CPSE22(肠杆菌)、CPSE32(小细菌)、CPSE8(枯草芽孢杆菌),对其进行分子生物学鉴定,之后对分离得到的内生细菌对其产IAA、铁载体、溶磷、固氮、纤维素酶、HCN等促进生长能力进行检测,结果发现CPSE8的产IAA能力优良,产量为146.67mg/L,CPSE32产ACC脱氨酶能力最强,产量为1.979μmα·丁酮酸mg/h。(2)对党参种子进行在不同镉离子浓度的萌发试验,试验发现在Cd2+浓度为20mg/L后,镉离子的萌发率和发芽指数都受到明显的抑制,党参幼苗与五株细菌的互作试验表明四株细菌(除CPSE22)都对党参幼苗在重金属环境中的生长有促进作用,其中CPSE11的促进效果是最好的,虽然CPSE11对于根长的生长促进效果不明显,但是其作用的党参幼苗的地上部分鲜重增长和地下部分鲜重增长分别为1.42倍和3.84倍而且其处理的党参幼苗体内所含重金属含量最少所以选取CPSE11做后续试验。提取CPSE11的胞外聚合物(EPS)并发现EPS对党参种子有良好的促进萌发效果,之后的党参幼苗分别与CPSE11和其胞外聚合物进行互作试验,水培试验在Cd2+浓度分别为0、5、10、15mg/L四个梯度下进行,实验结果表明CPSE11对植物的促进生长有良好的表现,植物的抗氧化酶(SOD和POD)和丙二醛(MDA)在加入CPSE11和EPS后都低于对照。(3)对提取的到的CPSE11和不同处理的CPSE11菌体进行与镉离子的吸附实验,设置了不同pH、温度、投加量和Cd2+的重金属初始浓度,实验表明pH在碱性环境下拥有更好的吸附效果,三种吸附剂(CPSE11菌体、去除EPS的CPSE11菌体和EPS)在温度为40℃是呈现完全不同的作用,菌体在40℃时对Cd2+的吸附明显下降而EPS的吸附率却得到很大提升,之后对于三种吸附剂进行热力学和动力学吸附试验发现EPS对Cd2+的吸附符合动力学二级模型,而保留EPS的菌体吸附更符合动力学一级模型,去除EPS的菌体既不符合伪一级动力学也不符合伪二级动力学,三种吸附剂都符合Langumir方程。(4)对CPSE11进行全基因组测序,测序结果显示其基因组大小约为5,611,152bp,GC含量为53.81%,包含了5099个编码基因,我们找到了丁酸代谢、牛磺酸代谢、谷胱甘肽代谢和多种氨基酸的代谢途径,这表明该菌有着良好的应对外环境胁迫的能力,同时我们发现了多种有效成分的合成,包括花青素合成、异喹啉、生物碱、植物激素等物质,这些都促进植物生长,CPSE11的全基因组信息已经提交至NCBI。
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