根际溶铁细菌与AM真菌协同提高石灰性土壤铁有效性的机制研究

石灰性土壤普遍存在铁有效性低导致的植物缺铁黄化现象,严重影响农业可持续发展。筛选高效溶铁细菌并探讨其与菌根真菌(AMF)协同提高土壤有效铁含量、改善植物铁营养机制具有重要意义。以石灰性土壤和番茄(Lycopersicon esculentum)为试材进行盆栽试验,分别接种Advenella kashmirensis(B1)、Arthrobacter cupressi(B2)、Klebsiellavariicola(B3)、Variovorax guangxiensis(B4)和Enterobacter ludwigii(B5)5株细菌,以不接菌处理为对照(CK),筛选出高效溶铁菌株B1、B2和B3。将其与纯培养得到的AM真菌孢子(Rhizoshagu irregularis,Ri)组合,设置单独接种AM真菌(Ri)、单菌与Ri(B1+Ri、B2+Ri和B3+Ri)、菌群与Ri(B1+B2+B3+Ri)共接种处理,进一步探究单菌及菌群与AMF协同促进石灰性土壤难溶性铁的活化和促进植物铁吸收的机制。结果表明:(1)与对照相比,接种B1、B2和B3能够显著促进番茄生长,根系和地上部全铁积累量分别提高6.48倍和2.61倍(B1)、4.11倍和2.03倍(B2)、4.37倍和2.25倍(B3);新叶活性铁含量分别提高74.21%、1.33倍和1.75倍。(2)与单接AMF相比,不同共接种组合显著增加番茄生物量,各部位平均全铁积累量显著提高58.32%~119.43%,其中B3+Ri处理、B1+B2+B3+Ri处理下番茄根系活性铁含量分别提高41.47%和44.30%、新叶活性铁含量分别提高12.61%和12.77%。不同共接种组合处理显著提高AM真菌的菌根侵染率,较单接AM真菌处理提高13.35%~30.99%;根系铁还原酶活性增加9.86%~22.07%,根系LeFIT1、LeFRO2和LeMYB72基因表达显著上调。与单接AM真菌相比,B3+Ri和B1+B2+B3+Ri处理下根际土壤pH分别降低0.21和0.09,土壤有效铁含量分别提高15.78%和55.23%。综上,AM真菌与3株高效溶铁细菌的协同作用可显著提高石灰性土壤铁有效性并改善植物铁营养,不同类型溶铁细菌与AMF的协同作用机制不同,为解决石灰性土壤铁有效性低的问题提供了微生物途径。

白刺链霉菌CT205对南方根结线虫的毒杀作用及盆栽防效

[目的]检测白刺链霉菌(Streptomyces albospinus)CT205产生的挥发性有机化合物(volatile organic compound,VOC)和非挥发性有机化合物(nonvolatile organic compound,NVOC),并研究其对黄瓜根结线虫病的生防效果。[方法]分别将线虫悬液和新鲜线虫卵悬液与白刺链霉菌CT205发酵上清液共同培养,测定发酵上清液对根结线虫J2s和虫卵的毒杀作用。用气相色谱-质谱(GC-MS)检测CT205产生VOC的主要组分及含量,采用二分平板来检测CT205 VOC杀线虫活性。通过固体发酵制备白刺链霉菌CT205制剂,开展黄瓜盆栽试验测定CT205制剂对黄瓜根结线虫病的生防效果。[结果]CT205发酵上清液对根结线虫J2s具有较强的杀虫活性,24 h时校正死亡率达91.21%;对根结线虫虫卵同样具有较强的抑卵孵化作用,处理时间在72 h后相对抑制率达80%以上。CT205产生的主要VOC有烯烃类、醇类等化合物,能显著抑制根结线虫J2s活性。CT205菌剂可有效降低黄瓜根结线虫病的发病率促进黄瓜植株生长,对黄瓜根结线虫病的防治效果为45.80%。[结论]白刺链霉菌CT205制剂对根结线虫有很好的毒杀作用,对黄瓜根结线虫病具有较好的生防效果。

联合接种原生动物和木霉对黄瓜生长及土壤微生物区系的影响

[目的]本文旨在探究吞噬性原生动物、真菌及两者联合对黄瓜生长和土壤微生物群落组成的影响。[方法]供试黄瓜品种为‘露丰黄瓜’,采用盆栽试验,设计不接种对照(CK)、单独接种贵州木霉(Trichoderma guizhouense NJAU 4742)(T处理)、单独接种丝竹虫(Cercomomnas lenta)(C处理)、组合接种丝竹虫和贵州木霉(T+C处理)4个处理,处理2周后采集植株及土壤样品,评估各处理对黄瓜性状及土壤细菌和真菌群落的影响。[结果]相较于CK,T、C和T+C 3个处理黄瓜株高分别增加6.0%、12.5%和21.5%,生物量分别提高5.6%、12.9%和24.0%,即贵州木霉和丝竹虫均能促进黄瓜生长且两者组合能够进一步增强促生效应。基于主坐标分析发现,3个处理均显著改变了土壤细菌和真菌群落组成,随机森林模型进一步发现细菌和真菌群落组成是影响黄瓜生物量的主要因素。线性判别分析发现,与CK相比,3个处理分别激发22、51和82个关键细菌操作分类单元(OTU),2、6和16个关键真菌OTU;T+C处理激发了更多的与黄瓜促生相关的OTU,其中,有21个关键细菌OTU仅在T+C处理中被激发,对黄瓜促生贡献最大的分别归属于Parasediminibacterium、Fluviicola和Roseimaritima;有11个关键真菌OTU仅在T+C处理中被激发,对黄瓜促生贡献最大的分别归属于隔指孢属、Melanoleuca和毛壳菌属。[结论]相比于单一接种,丝竹虫和木霉组合接种后能更显著促进黄瓜生长,两者协同调控土著细菌和真菌群落,激发并富集潜在的土著功能微生物以塑造更有利于黄瓜生长的土壤微生物群落。

复合微生物菌剂对番茄青枯病的生防效应

[目的]本文旨在筛选复合微生物菌剂并研究其防控番茄青枯病的效果。[方法]从土壤中分离获得拮抗番茄青枯菌的放线菌及细菌各2株,依据菌株的形态特征、理化特征及16S rRNA基因序列对其进行初步鉴定;用透射电镜观察青枯菌经放线菌上清液处理前、后的细胞形态变化;定量测定细菌产SOD酶活性;利用番茄盆栽试验筛选及验证复合菌剂的防病效果;利用高通量测序探究复合菌剂对根际土壤细菌群落结构的影响。[结果]2株拮抗放线菌WL-3、WL-4初步鉴定为链霉菌(Streptomyces sp.),2株拮抗细菌CW-02、XL-2初步鉴定为芽胞杆菌(Bacillus sp.)。菌株WL-3、WL-4发酵上清液与青枯菌共培养24 h后,经透射电镜观察,青枯菌细胞分泌的胞外多糖显著减少。芽胞杆菌CW-02及XL-2产SOD活性分别为120.88和116.72 U·mL^(-1)。利用育苗基质小盆栽试验筛选出最佳的菌剂组合为链霉菌WL-4+芽胞杆菌CW-02,经土壤盆栽试验验证复合菌剂(WL-4+CW-02)对番茄青枯病的防效为45.58%;高通量测序结果表明,施用复合菌剂能够增加番茄根际细菌α与β多样性,提高潜在有益细菌类群(Sphingomonas、Pseudomonas等)的相对丰度,降低劳尔氏菌属(Ralstonia)的相对丰度。[结论]施用复合菌剂(WL-4+CW-02)能够较好防控番茄青枯病并改善番茄根际细菌群落结构。

梨Shaker基因家族的鉴定及其响应低钾和盐胁迫的表达分析

[目的]Shaker基因家族在植物应对低钾环境胁迫和盐胁迫过程中发挥重要作用。杜梨是我国梨生产中应用较广的砧木,鉴定梨Shaker基因家族并研究其在杜梨低钾和盐胁迫下的响应,为提高杜梨耐低钾和盐胁迫提供理论依据。[方法]结合已公布的梨全基因组及拟南芥基因组相关数据,鉴定梨Shaker基因家族成员并分析其进化特征,通过RT-qPCR技术分析在低钾和盐胁迫下基因在杜梨幼苗根部表达特征。[结果]在全基因组中鉴定出9个梨Shaker家族的候选基因,这些基因分布在梨7条染色体上,根据进化分析将其分为5个亚族(Ⅰ—Ⅴ)。家族成员氨基酸序列大小、相对分子质量和等电点分别为587~1481、(67.91~168.80)×10^(3)和6.23~8.80,亚细胞定位预测显示该家族成员主要定位于细胞质膜。基因结构分析发现,各亚族具有相似的外显子/内含子结构,但外显子和内含子数量不同。启动子顺式作用元件分析结果表明,PbShaker的启动子含有与抗氧化剂、低温、激素、干旱胁迫等相关的顺式作用元件。杜梨幼苗根中PbAKT 1.1、PbAKT2/3和PbKC1.2在低钾胁迫15 d的表达量均明显上调,而盐胁迫下所有基因表达量均明显上调。PbAKT 1.1/1.2和PbKC1.1在轻度盐胁迫下表达量高于重度盐胁迫的表达量,表明重度盐胁迫抑制其转录丰度;PbKC 1.2随盐胁迫程度增加其表达量增加。[结论]梨Shaker基因家族成员在低钾和盐胁迫下有不同程度的响应,表明其在耐低钾和耐盐方面可能有不同的作用机制。

‘黄冠梨’钾转运体基因PbKT8的克隆与表达分析

[目的]本文旨在克隆‘黄冠梨’钾转运体 PbKT 8 基因,对基因定位及表达特征进行初步分析,为其功能研究提供基础。[方法]从‘黄冠梨’果实中克隆 PbKT 8 基因的cDNA全长序列,利用生物信息学对其同源序列进行分析,构建含GFP载体并通过激光共聚焦显微镜精确定位蛋白位置,实时荧光定量PCR分析不同施钾处理下该基因在果实成熟期的表达特征。[结果]钾转运体 PbKT 8 基因序列全长2 328 bp,编码775个氨基酸,PbKT8蛋白与苹果( Malus domestica )进化关系最相近,同源序列相似性高达99.10%;亚细胞定位结果显示,PbKT8蛋白定位于细胞膜上;PbKT 8 基因转化酵母突变菌株R5421在低于5 mmol · L^-1 K^+培养基上恢复生长;qRT-PCR结果表明, PbKT 8 基因在果实和叶片中相对表达量随施钾水平增加而上升。[结论] PbKT8蛋白定位在质膜上具有转运钾离子的功能,在果实成熟期受高钾响应表达。