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植物共生放线菌(plant symbiotic actinobacteria,PSA)物种资源丰富、广泛分布于植物组织和根围土壤中,其定殖的植物种类及其部位多样。业已表明,PSA具有促进寄主植物养分吸收与利用、增强植物抗逆性、增加作物产量和改善土壤肥力等生理生态效应,具有十分广阔的应用前景。因此,挖掘新型或特殊生境中的PSA资源、明确其生理生态效应与作用机制具有重要的理论价值和实际意义。
本研究从山东青岛地区盐碱地、湿地和工业污染区选择样地及其优势植物,采集其根系和根围土壤,采用平板培养法分离植物根系和根围PSA;利用高通量测序技术测定分析上述优势植物根围土壤细菌与放线菌多样性与分布特征;通过平板对峙试验筛选具有抑制植物病原真菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、轮纹大茎点霉(Macrophoma kawatsukai)和瓜类炭疽菌(Colletotrichum orbiculare)效应的PSA菌株,进而采用Salkowski比色法、CAS平板检测法和无氮源培养法检测抑菌菌株的促生作用;通过形态观测、生理生化特性检测及16SrRNA基因序列分析鉴定菌种并构建系统进化树;开展温室盆栽试验,设辣椒(Capsicumannuum品种:羊角椒)和茄子(Solanummelongena品种:黑冠长茄)分别接种和不接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae, Fm)、变形球囊霉(Glomus versiforme,Gv)、PSA浑圆链霉菌(Streptomyces globosus)H6-1、娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)S2-2、珊瑚链霉菌(Streptomyces coralus)D11-4或/和植物病原真菌灰葡萄孢(Botrytis cinerea)共48个处理,测定各处理植株生长、发病和根系共生体发育状况等。评价供试PSA对茄科蔬菜生长和病害的影响,以及这些PSA与AMF协同防病促生效应,以期获得高效AMF+PSA组合。主要研究结果如下:
1、测序结果显示,盐碱地、湿地和工业污染区3个生境土壤中,获得54门141纲202目368科712属细菌,多样性呈现出湿地>盐碱地>工业污染区;以及6纲及未命名4纲放线菌,多样性呈现出湿地>工业污染区>盐碱地。3个采样地优势土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主。土壤放线菌以酸微菌纲(Acidimicrobiia)、放线菌纲(Actinobacteria)和嗜热油菌纲(Thermoleophilia)为优势纲;在属水平上,湿地以链霉菌属为主,污染土中类诺卡氏菌属和Iamia属丰度较高,盐碱地没有较突出的优势属。
2、经平板培养共分离到链霉菌属(Streptomyces)、诺卡氏菌属(Nocardia)和小单胞菌属(Micromonospora)3属283株PSA,其中链霉菌属占总数的77%,可分为10个类群。3个采样地中,以湿地中的数量最多;根围土壤中的>根内的。经筛选获得7株抑菌活性和促生效应较强的菌株,其中,菌株H6-1抑菌效应最大,其无菌发酵液对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、轮纹大茎点霉(Macrophoma kawatsukai)和瓜类炭疽菌(Colletotrichum orbiculare)的抑制率分别为32.3%、42.6%、48%、72.2%、58.1%和60.5%;D11-4菌株的促生作用最强,其IAA产量为22.3mg/L、产铁载体(晕圈直径25.2mm),并具有固氮作用。经形态学结合分子生物学技术鉴定这7株PSA是吸水链霉菌变种H4-6、娄彻氏链霉菌S2-2、浑圆链霉菌H6-1、StreptomyceIakyrusGD8-4、波卓链霉菌GH8-6、StreptomyceparadoxusH8-2和珊瑚链霉菌D11-4。
3、温室盆栽试验表明,AMFFm与PSA能相互促进侵染定殖,而Gv与PSA则相互抑制。与不接种对照相比,接种AMF、PSA和AMF+PSA各处理均能不同程度提高辣椒和茄子植株的光合性能、根系活力和生长量。接种病原真菌条件下,AMF和/或PSA处理均显著促进辣椒和茄子植株生长,降低植株灰霉病的病情指数,其中,PSA的促生防病效应大于AMF,Fm+H6-1组合对辣椒的促生防病效果最好,对灰霉病的防效达69.1%;Fm+D11-4对茄子促生防病效果最佳,对灰霉病的防效达75.5%。结论认为,Fm+浑圆链霉菌H6-1和Fm+珊瑚链霉菌D11-4是本试验条件下分别是辣椒和茄子促生防病的高效组合,有待进一步开展田间试验。
本研究从山东青岛地区盐碱地、湿地和工业污染区选择样地及其优势植物,采集其根系和根围土壤,采用平板培养法分离植物根系和根围PSA;利用高通量测序技术测定分析上述优势植物根围土壤细菌与放线菌多样性与分布特征;通过平板对峙试验筛选具有抑制植物病原真菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、轮纹大茎点霉(Macrophoma kawatsukai)和瓜类炭疽菌(Colletotrichum orbiculare)效应的PSA菌株,进而采用Salkowski比色法、CAS平板检测法和无氮源培养法检测抑菌菌株的促生作用;通过形态观测、生理生化特性检测及16SrRNA基因序列分析鉴定菌种并构建系统进化树;开展温室盆栽试验,设辣椒(Capsicumannuum品种:羊角椒)和茄子(Solanummelongena品种:黑冠长茄)分别接种和不接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae, Fm)、变形球囊霉(Glomus versiforme,Gv)、PSA浑圆链霉菌(Streptomyces globosus)H6-1、娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)S2-2、珊瑚链霉菌(Streptomyces coralus)D11-4或/和植物病原真菌灰葡萄孢(Botrytis cinerea)共48个处理,测定各处理植株生长、发病和根系共生体发育状况等。评价供试PSA对茄科蔬菜生长和病害的影响,以及这些PSA与AMF协同防病促生效应,以期获得高效AMF+PSA组合。主要研究结果如下:
1、测序结果显示,盐碱地、湿地和工业污染区3个生境土壤中,获得54门141纲202目368科712属细菌,多样性呈现出湿地>盐碱地>工业污染区;以及6纲及未命名4纲放线菌,多样性呈现出湿地>工业污染区>盐碱地。3个采样地优势土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主。土壤放线菌以酸微菌纲(Acidimicrobiia)、放线菌纲(Actinobacteria)和嗜热油菌纲(Thermoleophilia)为优势纲;在属水平上,湿地以链霉菌属为主,污染土中类诺卡氏菌属和Iamia属丰度较高,盐碱地没有较突出的优势属。
2、经平板培养共分离到链霉菌属(Streptomyces)、诺卡氏菌属(Nocardia)和小单胞菌属(Micromonospora)3属283株PSA,其中链霉菌属占总数的77%,可分为10个类群。3个采样地中,以湿地中的数量最多;根围土壤中的>根内的。经筛选获得7株抑菌活性和促生效应较强的菌株,其中,菌株H6-1抑菌效应最大,其无菌发酵液对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、轮纹大茎点霉(Macrophoma kawatsukai)和瓜类炭疽菌(Colletotrichum orbiculare)的抑制率分别为32.3%、42.6%、48%、72.2%、58.1%和60.5%;D11-4菌株的促生作用最强,其IAA产量为22.3mg/L、产铁载体(晕圈直径25.2mm),并具有固氮作用。经形态学结合分子生物学技术鉴定这7株PSA是吸水链霉菌变种H4-6、娄彻氏链霉菌S2-2、浑圆链霉菌H6-1、StreptomyceIakyrusGD8-4、波卓链霉菌GH8-6、StreptomyceparadoxusH8-2和珊瑚链霉菌D11-4。
3、温室盆栽试验表明,AMFFm与PSA能相互促进侵染定殖,而Gv与PSA则相互抑制。与不接种对照相比,接种AMF、PSA和AMF+PSA各处理均能不同程度提高辣椒和茄子植株的光合性能、根系活力和生长量。接种病原真菌条件下,AMF和/或PSA处理均显著促进辣椒和茄子植株生长,降低植株灰霉病的病情指数,其中,PSA的促生防病效应大于AMF,Fm+H6-1组合对辣椒的促生防病效果最好,对灰霉病的防效达69.1%;Fm+D11-4对茄子促生防病效果最佳,对灰霉病的防效达75.5%。结论认为,Fm+浑圆链霉菌H6-1和Fm+珊瑚链霉菌D11-4是本试验条件下分别是辣椒和茄子促生防病的高效组合,有待进一步开展田间试验。