植物促生菌Pseudomonas chlororaphis PAS18调控狼尾草对阿特拉津胁迫的抗性与机制

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Lv619
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阿特拉津是一种在我国东北黑土区广泛施用的除草剂,因其具有生物毒性且环境残留期长的特点,进而对生态环境造成极大威胁,受到广泛关注。狼尾草被证实是一种可应用于阿特拉津污染治理的修复植物,有效提升狼尾草对阿特拉津的耐受能力有助于强化阿特拉津污染的植物修复。根际促生菌(PGPR)具有增强植物抵抗各种非生物胁迫的能力,但PGPR能否提升狼尾草对阿特拉津的耐受能力及相关机制尚不明晰。本研究着重探讨具有吲哚乙酸产生能力的植物促生菌Pseudomonas chlororaphis PAS18调控狼尾草幼苗生长、光和参数、抗氧化酶活性及根系离子通量等指标对阿特拉津胁迫的响应规律,旨在探究PGPR调控狼尾草对阿特拉津胁迫的抗性与相关机制,主要研究结果概括如下:(1)借助盆栽试验,本研究考察了菌株PAS18在不同接菌量条件下对不同浓度阿特拉津胁迫下狼尾草的生长影响。结果表明:低浓度(20 mg·kg-1)阿特拉津胁迫条件下,当菌株PAS18的接菌量为3.6×107 CFU·g-1干土,5.4×107 CFU·g-1干土,7.2×107 CFU·g-1干土,1.08×108 CFU·g-1干土,2.16×108 CFU·g-1干土时,接菌处理供试植物生物量较未接菌处理相比分别增加50.87%、116.07%、25.21%、6.09%、11.74%,叶绿素含量提升25.22%、58.26%、18.7%、6.09%、30.43%,其中当菌株PAS18接菌量为5.4×107 CFU·g-1干土时对狼尾草耐受阿特拉津(20 mg·kg-1)的调节作用最明显,与空白处理相比生物量和叶绿素含量分别上调116.07%、58.26%。然而上述接菌量范围的菌株PAS18对暴露于100 mg·kg-1阿特拉津条件下的狼尾草生长及叶绿素含量的调节作用均不明显。(2)在此基础上考察了菌株PAS18(5.4×107 CFU·g-1干土)的投加对不同浓度阿特拉津胁迫条件下狼尾草体内阿特拉津积累及光合作用的调控情况。在上述接菌条件下,菌株PAS18可以使低水平(20 mg·kg-1)阿特拉津暴露条件下狼尾草体内阿特拉津积累量较未接菌处理降低29.71%。同时使蒸腾速率较未接菌处理相比提升27.14%,净光合速率、气孔导度以及水分利用率分别提升40.42%、58.39%、10.79%。此外,在上述低水平阿特拉津暴露条件下,接菌处理上述光合参数指标与无污染空白处理相比均无显著差异,其中接菌处理组蒸腾速率与净光合速率较空白处理仅降低13.87%,11.04%,而气孔导度以及水分利用率分别提升了2.37%和4.76%。而在阿特拉津暴露水平为100 mg·kg-1时,菌株PAS18缓解阿特拉津对狼尾草生长抑制的调控效果不显著。上述结果表明:菌株PAS18(5.4×107 CFU·g-1干土)能够有效缓解20 mg·kg-1阿特拉津对狼尾草幼苗生长及光合作用的胁迫作用。(3)生理分析表明:20 mg·kg-1的阿特拉津可引起狼尾草幼苗体内ROS积累,引起膜质过氧化损伤。接种菌株PAS18(5.4×107 CFU·g-1干土)可以使20 mg·kg-1阿特拉津暴露水平条件下狼尾草体内SOD、POD、CAT的活性较对照组分别提升30.98%、27.00%、36.02%;同时在上述接菌及胁迫水平条件下,狼尾草体内O2·-以及H2O2的含量较未接菌处理分别降低44.90%和13.40%,MDA含量降低44.62%。相反,菌株PAS18对100 mg·kg-1阿特拉津胁迫水平条件下狼尾草体内抗氧化酶活性及自由基、MDA含量的调节作用较未接菌处理相比变化不显著。上述结果说明:菌株PAS18可激活狼尾草抗氧化酶系统来消除20 mg·kg-1阿特拉津对狼尾草产生的胁迫作用,进而提升供试植物对阿特拉津的抗性。(4)菌株PAS18通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)促进植物生长,试验采用非损伤微测技术,以IAA代替植物促生菌PAS18探讨其调控狼尾草根系Ca2+和H+通量对20 mg·L-1浓度阿特拉津胁迫的响应规律。结果表明:20 mg·L-1浓度阿特拉津引起了狼尾草根系钙离子强烈的内流(速率高达175 pmol·cm-2·s-1),进而使植物细胞的正常生理功能出现紊乱。菌株PAS18分泌的IAA能够使上述阿特拉津暴露条件下狼尾草根系钙离子内流速率降低57.1%,此时钙离子通量变化与空白对照组差异不显著,说明菌株PAS18有助于维持胁迫条件下狼尾草钙离子通量。此外,20 mg·L-1的阿特拉津同样引起狼尾草根系氢离子内流(75 pmol·cm-2·s-1),此时植物细胞的养分吸收遭到破坏。IAA将上述阿特拉津暴露条件下狼尾草根系氢离子内流速率降低61%,此时氢离子通量变化与空白对照组差异不显著。上述结果表明,菌株PAS18在胁迫条件下能够帮助植物细胞平衡氢离子流量变化使其趋于未胁迫的状态。
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