紫色光养细菌对甜叶菊增产增质的机制研究

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紫色光养细菌含有并可分泌多种植物生长所需的生理活性物质,可增强植物的光合作用强度,其胞外多糖通常在细菌对植物的促生过程中发挥关键作用,且紫色光养细菌的获得易于实现,能以多种废水为培养基,可同时实现废水的资源化。甜叶菊(Stevia rebaudiana Bertoni)是世界第三大糖源,可用于提取叶零热量甜味剂——甜菊糖苷,其产量和品质难以满足市场,而提高甜叶菊产量与品质的途径之一,就是提高其光合作用强度。因此,本研究旨在筛选高产胞外多糖的紫色光养细菌菌株,将其系统应用于甜叶菊扦插育苗、水培以及盆栽上,研究其促进甜叶菊生长和甜菊糖苷积累的效果,最终探讨其作用机制。  本研究的主要结果如下:  1.将11株紫色光养细菌经过化学合成培养基及不同配比的废水培养基培养,提取并测定胞外多糖。结果发现,不同的紫色光养细菌在同一培养基中产胞外多糖的能力差异很大,而同一紫色光养细菌在不同培养基中产胞外多糖的能力也存在显著差异。经过筛选得到一株产胞外多糖能力较高的菌株R.palustris J4,该菌株在豆制品废水培养基中胞外多糖产量最高,可达140 mgg-1。且经Sephadex G-50柱层析发现,R.palustris J4所产的胞外多糖为大分子多糖。因此,可利用豆制品废水培养高产胞外多糖的R.palustris J4,以应用于生产实践。  2.将紫色光养细菌R.palustris J4应用于甜叶菊种植,在扦插育苗试验中,接种紫色光养细菌R.palustris J4缩短了甜叶菊茎端扦插育苗的生根时间,且生根后幼苗叶片内叶绿素含量高、根系根毛数量多,生理状态良好,利于移栽。此外,育苗盘液体中细菌数量显著增加,表明R.palustris J4可能促进了甜叶菊根系分泌物的释放。  3.30d施用R.palustris J4结果发现,根灌与喷施R.palustris J4均提高了甜叶菊的生物量和品质,如增加了甜菊糖苷的含量,同时显著增加甜叶菊了叶片中P、K、Zn、Mg、Mo、Fe的含量。总体上,喷施R.palustris J4的作用大于根灌,根灌喷施联用对以上各项指标的提高效果最显著。此外,根灌R.palustris J4降低了土壤的pH,提高了土壤中16s基因拷贝数及速效P、速效K含量,从而增加了甜叶菊可利用的养分;喷施R.palustris J4显著增加了甜叶菊的根系生物量,增强了植株对养分的吸收。  4.在水培试验中,低施K(施K浓度为0.01 mmol l-1)处理下,喷施R.palustrisJ4显著影响了甜叶菊的K吸收能力,而高施K(施K浓度为3 mmol l-1)和不施K(施K浓度为0 mmol l-1)处理影响不大。低施K条件下甜叶菊生长受到抑制,表现为叶片的细胞不饱满,厚度降低,叶片的光合速率减弱;喷施紫色光养细菌R.palustris J4增加了甜叶菊根系的生物量和根尖的根毛数量,使之对K的吸收提高了431.2%。同时,增加了甜叶菊叶片厚度以及细胞膨大度,改变了叶绿体的体积和形态,从而提高叶片的光合速率,缓解甜叶菊的缺K胁迫。  5.花蕾前期10d喷施与根灌R.palustris J4结果发现,甜叶菊生长和甜菊苷累积均得到了促进。喷施分别显著增加了新叶中的叶绿素、老叶中的可溶性糖和甜菊苷含量,作用大于根灌,根灌喷施联用的效果最为显著,极大提高了叶片干重(51.3%)和甜菊苷单株产量(62.9%)。此外,不同处理对土壤微生物也有一定影响,其中联用处理显著提高了土壤脱氢酶活性,且根灌处理影响了土壤微生物碳源利用能力与类型。  本研究筛选到一株高产胞外多糖的紫色光养细菌R.palustris J4,明确了R.palustris J4以不同施用方式分别在甜叶菊种植的不同阶段上的促生增产效果,深入挖掘了R.palustris J4作为微生物肥料的促生机理,从而为紫色光养细菌的农业应用提供理论依据,同时也为甜叶菊种植提供了有效的生物施肥途径。
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