根瘤菌、内生菌和植物根际促生菌是重要的微生物资源,近十多年来对根瘤菌固氮以外的促生作用、内生菌活性菌株和根际促生菌的筛选以及对生物防治的研究,一直是微生物领域的研究热点。商洛地区地理位置和气候独特,豆科植物分布广泛,但对其根瘤菌缺乏研究。商洛药用植物十分丰富,道地性品质优良,但却受病虫害等连作障碍威胁。基于上述背景,本课题系统研究了商洛资源微生物多样性及其对植物的促生和防病作用。本研究对资源微生物的开发利用具有十分重要的意义,也将进一步丰富和补充微生物的类群。
课题由以下四个项目支撑:
(1)陕西省自然科学基础研究计划项目:商洛刺槐根瘤菌多样性和促进植物抗逆生长作用研究,编号:2011JM3012);
(2)陕西省教育厅科研项目:商洛药用植物内生菌研究,编号:08JK280;
(3)陕西省教育厅科研项目:植物抗病激发子的筛选及诱导抗病性生理生化机制研究,编号:2010JK522;
(4)商洛学院科研基金项目:生防放线菌诱导商洛黄黄芩抗病性机制的研究,编号:12SKY-FWDF-015。
研究获得了下列性能指标:
(1)揭示了商洛刺槐和多花胡枝子根瘤菌的遗传多样性,构建了其系统发充进化树,确定了其系统发育地位。得出与刺槐共生的根瘤菌归属于中慢生根瘤菌属,与多花胡枝子共生的主要要是根瘤菌属和中华根瘤菌属菌株,故研制刺槐促生菌剂时应选中慢生根瘤属菌株,研制多花胡枝子促生菌剂时应选择根瘤菌属和中华根瘤菌属菌株,这样方能达到最佳结瘤效果。
(2)研究了商洛刺槐和多花胡枝子根瘤菌的生理生化表型多样性,筛选出了具有优良性能的菌株;测定研究了刺槐根瘤菌溶磷和分泌IAA的能力以及铜胁迫对刺槐根瘤菌溶磷和分泌IAA能力的影响,初步筛选到了溶磷和分泌IAA能力较强的菌株和耐铅锌胁迫能力较强的根瘤菌菌株;研究了根瘤菌对桔梗的促生作用,筛选出对桔梗具有促生作用的根瘤菌菌株。
(3)通过对不同采集地的刺槐和多花胡枝子根瘤菌限制性片段长度多态性遗传图谱的比较发现,相同的生境可以孕育出不同的根瘤菌,不同的生境也可以孕育出相同的根瘤菌,同一植物更倾向于选择同种类型的根瘤菌来共生。据此我们提出自己的观点:环境并非根瘤菌多样性形成的主要原因,共生关系是寄主植物、根瘤菌、其它内生细菌和环境共同作用的结果,植物、根瘤菌和其它内生细菌之间基因的横向转移可能也是多样性形成的重要原因。
(4)从商洛丹参、黄芩和连翘组织内分离了内生真菌,研究了丹参内生真菌种群多样性;对黄芩和连翘内生真菌抗植物病原菌的活性进行了筛选。
(5)从洛南县土壤样品中筛选出8株放线菌,研究了放线菌对商麦5226和黑小麦的促生作用,筛选到了能显著促进商麦5226和黑小麦生长发育的生防放线菌A4菌株。
(6)从商州区土壤样品中筛选出8株放线菌,其中M12菌株对黄芩根腐病菌的抑制率最大,用其发酵液诱导处理黄芩幼苗,测定不同生长期黄芩叶片中防御酶系活性的变化,研究了放线菌对黄芩的诱导防病机制。
(7)采用杨树溃疡菌和植物细胞壁等为原料制备寡聚糖激发子,诱导处理毛白杨愈伤组织,筛选了活性较强的寡聚糖激发子及其诱导毛白杨愈伤组织的最佳间隔期, 测定了组织内系列保护酶和活性成分的变化,探究寡聚糖激发子对杨树溃疡的诱导防病机理。
该成果有以下创新性:
(1)首次构建出了商洛部分地区刺槐和多花胡枝子根瘤菌的系统发育进化树,确定了其系统发育地位,为其促生菌剂研制提供了依据,并筛选到了与其相匹配的根瘤菌菌株。
(2)发现刺槐根瘤菌对非豆科植物桔梗具有促生作用,从刺槐根瘤菌中筛选到溶磷和分泌植物生长素能力强和耐重金属胁迫性强的菌株,为进一步研制非豆科植物促生菌肥提供了种质资源。
(3)首次研究了商洛道地药用植物丹参、黄芩和连翘内生菌的种群组成和在植物组织器官中分布的微生态规律,对从微生态角度探究商洛道地药材优良品质形成和药用植物的种植提供了依据。分离筛选的具有抗病抑菌性能的活性菌株,为研制生防农药提供了有利用潜力的种质资源。
(4)分离出了对商麦5226和黄芩具有显著促生效果的生防放线菌,测定了放线菌接种引起小麦和黄芩有关保护酶和生理活性物质的变化规律,首次探究了放线菌对商麦5226和黄芩的促生和生防作用机理。
(5)在植物诱导抗病性研究上使用了新方法并且提出了新观点。用不同方法降解杨树溃疡病菌得到寡聚糖,发现从病原菌中降解得来的寡聚糖激发子更能使寄主植物提高抗病性。据此提出将病原菌寡聚糖用于植物病虫害防治的新思路,为研究生物农药和克服中药材连作障碍提供了指导依据。
成果应用范围主要是微生物学科领域,、农业和林业及中药材种植物业中。
该项目属自然科学的应用基础研究,成果主要以论文形式在国内核心以上期刊发表,共发表学术论文20多篇。与国内外同类研究相比,研究达到了国内先进水平,项目成果受到国内同行的认可并被多次引用。