生防木霉菌对植物的解盐促生作用及其机制的硏究

生防木霉菌对植物的解盐促生作用及其机制的硏究

论文摘要

随着全球环境的恶化,土壤的沙漠化、盐渍化问题日益威胁着人类赖以生存的有限的土地资源,据不完全统计,世界盐碱土面积约占总土地面积的7%左右,并有逐年增加的趋势。此外,设施土壤的次生盐渍化也在影响着农业生产与生态环境。在我国,由于温室栽培灌溉措施不当以及过度施用农药化肥造成的土壤板结、积盐加重、耕地退化的土壤次生盐渍化问题,已成为农业生产中的重要限制因子。土壤的盐渍化不仅影响植物代谢和光合作用,还会降低植物对土壤养分及微量元素的摄入,由于土壤中的铁主要以难溶性的高价氧化物等形式存在,而盐碱土又会进一步降低土壤可溶性铁的含量,从而导致植物的缺绿症。因此,生长在盐渍化土壤中的植物往往同时受到盐胁迫的危害以及铁缺乏的威胁。木霉菌(Trichoderma spp.)是一类能够刺激作物生长并增强其抗生物和非生物胁迫的多功能益生真菌。但目前国内外对于生防木霉菌在增强植物耐盐性及其作用机理方面尚缺乏深入、系统的研究。本文结合生产实际,从分离、筛选具有解盐促生特性的生防木霉菌入手,通过盆栽及水培试验对分离并鉴定的木霉菌株在盐胁迫条件下对黄瓜幼苗的促生作用及其嗜铁素在解盐促生中的作用进行初步研究,利用亲和层析法对该菌产生的嗜铁素进行分离纯化,并对其类型进行鉴定。具体结果如下:1.从大棚作物根际土中分离得到一株具有多种促生特性的生防木霉菌Q1,此株木霉菌对黄瓜枯萎病菌(F. oxysporum f. sp. Cucumerinum)、西瓜枯萎病菌(F. oxysporum f. sp. Niveum)、茄镰孢菌(Fusarium solani)等多种植物病原菌具有良好的生物拮抗作用。同时,此株木霉菌还具有溶磷、产生植物激素、嗜铁素及ACC脱氨酶活性的植物促生特性,经形态学和分子生物学方法将其鉴定为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)。结果表明,木霉菌Q1是一株兼具多种促生特性的生防菌。2.通过盆栽试验系统研究了棘孢木霉(Trichoderma asperellum)菌Q1对黄瓜幼苗的解盐促生作用,并分别测定了添加菌(Q1)、盐(salt)、盐+菌(Q1+salt)、清水(control)四种处理的生理生化反应和光合效率的变化。结果发现,无论在有无盐胁迫条件下,接种木霉菌株Q1孢子悬浮液均可促进黄瓜幼苗的生长,与对照相比,处理25d后,黄瓜幼苗的株高、叶绿素含量,叶片中渗透分子(可溶性糖和可溶性蛋白)含量、抗氧化酶活性(SOD和POD)以及净光合速率(PN)、蒸腾速率(Evap)、气孔导度(GS)、胞间CO2浓度(C Int)等光合参数均有不同程度的提高,有效降低了黄瓜幼苗在盐胁迫条件下受到的生理损伤。3.为进一步完善棘孢木霉(Trichoderma asperellum)菌Q1对植物解盐促生机制的研究,本文针对该菌产生的大量嗜铁素,通过水培试验研究了嗜铁素在提高植物抗盐中的作用。采用含NaCl 60 mmol l-1的缺铁水培液对黄瓜幼苗进行盐胁迫,在有无难溶性铁(Fe3+)以及有无菌株Q1嗜铁素发酵滤液(SCF)的4组处理(SCF+Fe)、(SCF-Fe)、(Non-SCF+Fe)、(Non-SCF-Fe)中,添加难溶性Fe3+及嗜铁素发酵滤液(SCF+Fe)的黄瓜幼苗获得了最大的生物量,植株的茎/根长以及第一片真叶叶面积增加,植株的萎蔫率及缺绿症明显降低,说明棘孢木霉嗜铁素缓解了盐胁迫及缺铁条件下对植物产生的负面影响。4.为确定棘孢木霉(Trichoderma asperellum)嗜铁素的类型,本文利用固相化金属离子亲和层析法(Immobilized Metal Affinity Chromatography, IMAC)对木霉菌株Q1嗜铁素发酵滤液进行分离纯化,并通过四唑盐实验将菌株Q1分泌的嗜铁素鉴定为无荧光的异羟肟酸型。这一研究结果是对棘孢木霉(Trichodermaasperellum)嗜铁素类型研究的有效补充,为今后深入了解其化学结构及嗜铁素对铁的转运机制提供了一定的理论依据。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1 土地盐渍化现状及危害
  • 1.1 盐胁迫对植物种子萌发和组织发育的影响
  • 1.2 盐胁迫对植物光合作用的影响
  • 1.3 盐胁迫对植物细胞渗透平衡及超微结构的影响
  • 1.4 盐胁迫对植物抗氧化酶类的影响
  • 1.5 盐胁迫对植物体内物质代谢的影响
  • 2 盐渍土的生物改良措施
  • 2.1 种植耐盐植物和树木
  • 2.2 有益微生物的利用
  • 3 植物根际微生物对植物的解盐促生作用
  • 3.1 植物根际解盐促生微生物的种类
  • 3.1.1 细菌
  • 3.1.2 菌根真菌
  • 3.2 植物根际微生物的解盐促生机制
  • 3.2.1 改善植物营养亏缺
  • 3.2.2 降低植物内源乙烯的水平
  • 3.2.3 促进植物根系水分的吸收和水孔蛋白的表达
  • 3.2.4 提高植物组织渗透调节能力
  • 3.2.5 增强植物抗氧化物酶活性
  • 3.3 木霉菌与植物和植物病原菌之间的相互作用
  • 3.3.1 木霉菌对植物病原菌的拮抗作用
  • 3.3.2 木霉菌对植物的促生作用
  • 3.3.2.1 产生植物激素
  • 3.3.2.2 产生抗生物质
  • 3.3.2.3 提高养分利用率
  • 3.3.2.4 诱导植物系统抗性
  • 4 植物根际微生物嗜铁素的作用及其研究进展
  • 4.1 铁对植物生长的影响
  • 4.2 植物根际微生物嗜铁素的类型
  • 4.3 嗜铁素的生防作用及机制
  • 4.4 嗜铁素的促生作用及机制
  • 5 本研究的立题依据、研究内容及技术路线
  • 5.1 立题依据
  • 5.2 研究内容及创新点
  • 5.3 技术路线
  • 第二章 生防木霉菌株的分离、鉴定及其生物学特性
  • 1 材料与方法
  • 1.1 实验材料
  • 1.1.1 植物根际土壤
  • 1.1.2 供试植物病原真菌
  • 1.1.3 培养基
  • 1.1.3.1 PDA 培养基
  • 1.1.3.2 IAA 培养基
  • 1.1.3.3 Pikovskaya 无机磷培养基(PVK)
  • 1.1.3.4 SM 培养基
  • 1.1.3.5 LNM 缺铁培养基
  • 1.1.3.6 改良的 CAS 检测平板
  • 1.1.4 主要试剂
  • 1.1.4.1 Salkowski 试剂
  • 1.1.4.2 钒钼酸铵溶液
  • 1.1.4.3 CAS 检测液
  • 1.1.4.4 基因组提取试剂
  • 1.1.5 主要仪器设备
  • 1.2 实验方法
  • 1.2.1 植物根际生防木霉菌的分离
  • 1.2.2 木霉菌孢子悬液的制备
  • 1.2.3 木霉菌的生物学特性
  • 1.2.3.1 对植物病原菌的拮抗作用
  • 1.2.3.2 嗜铁素含量的测定
  • 1.2.3.3 ACC 脱氨酶活力测定
  • 1.2.3.4 溶磷作用
  • 1.2.3.5 吲哚乙酸(IAA)测定
  • 1.2.4 木霉菌形态学鉴定
  • 1.2.5 木霉菌分子生物学鉴定
  • 1.2.5.1 菌株基因组 DNA 的提取
  • 1.2.5.2 ITS/5.8S 基因序列扩增
  • 1.2.5.3 系统发育树分析
  • 2 结果与分析
  • 2.1 木霉菌的分离
  • 2.2 木霉菌 Q1 的生物学特性
  • 2.2.1 拮抗特性
  • 2.2.2 植物促生特性
  • 2.3 木霉菌的形态鉴定
  • 2.4 木霉菌的分子鉴定
  • 3 讨论
  • 第三章 棘孢木霉菌 Q1 对黄瓜幼苗的解盐促生作用
  • 1 材料与方法
  • 1.1 实验材料
  • 1.1.1 供试菌种
  • 1.1.2 供试植物
  • 1.1.3 培养基质
  • 1.1.4 主要仪器和设备
  • 1.1.5 试剂
  • 1.2 实验方法
  • 1.2.1 木霉菌株 Q1 对盐胁迫下黄瓜、油菜株高的影响
  • 1.2.1.1 木霉菌悬液制备
  • 1.2.1.2 植物种子处理
  • 1.2.1.3 盆栽试验方法
  • 1.2.2 黄瓜叶片叶绿素含量测定
  • 1.2.2.1 测定原理
  • 1.2.2.2 实验步骤
  • 1.2.3 黄瓜叶片 MDA 含量测定
  • 1.2.3.1 测定原理
  • 1.2.3.2 实验步骤
  • 1.2.4 黄瓜叶片可溶性糖含量测定
  • 1.2.4.1 测定原理
  • 1.2.4.2 实验步骤
  • 1.2.5 黄瓜叶片可溶性蛋白含量的测定
  • 1.2.5.1 测定原理
  • 1.2.5.2 实验步骤
  • 1.2.5.3 结果处理
  • 1.2.6 黄瓜叶片过氧化物酶(POD)活性测定
  • 1.2.6.1 测定原理
  • 1.2.6.2 实验步骤
  • 1.2.7 黄瓜叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性测定
  • 1.2.7.1 测定原理
  • 1.2.7.2 操作步骤
  • 1.2.8 黄瓜叶片气体交换参数的测定
  • 1.3 数据分析方法
  • 2 结果与分析
  • 2.1 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜、油菜株高的影响
  • 2.2 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片叶绿素含量的影响
  • 2.3 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片 MDA 含量的影响
  • 2.4 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片可溶性糖含量的影响
  • 2.5 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片可溶性蛋白含量的影响
  • 2.6 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片 SOD 和 POD 含量的影响
  • 2.7 木霉菌 Q1 对盐胁迫下黄瓜叶片气体交换的影响
  • 3 讨论
  • 第四章 棘孢木霉菌 Q1 嗜铁素发酵液的解盐促生机制
  • 1 材料与方法
  • 1.1 实验材料
  • 1.1.1 供试植物
  • 1.1.2 培养基
  • 1.1.3 主要试剂及仪器
  • 1.2 实验方法
  • 1.2.1 不同盐浓度对木霉菌株 Q1 嗜铁素产量的影响
  • 1.2.2 黄瓜幼苗的选育
  • 1.2.3 嗜铁素发酵液的制备
  • 1.2.4 水培试验设计
  • 1.3 数据分析方法
  • 2 结果与分析
  • 2.1 盐对木霉菌株 Q1 嗜铁素分泌的影响
  • 2.2 木霉菌株 Q1 嗜铁素发酵液对盐胁迫下黄瓜幼苗的影响
  • 3 讨论
  • 第五章 棘孢木霉菌 Q1 嗜铁素的纯化及其类型检测
  • 1 材料与方法
  • 1.1 实验材料
  • 1.1.1 层析介质
  • 1.1.2 主要试剂
  • 1.1.3 主要仪器
  • 1.2 嗜铁素发酵液的制备
  • 1.3 嗜铁素发酵液类型的检测
  • 1.3.1 儿茶酚类(Catechols)嗜铁素检测
  • 1.3.2 异羟肟酸类(Hydroxamates)嗜铁素检测
  • 1.3.3 羧酸型(Carboxylate-type)嗜铁素检测
  • 1.4 金属离子亲和层析(IMAC)法纯化嗜铁素
  • 1.5 嗜铁素的荧光检测
  • 2 结果分析
  • 2.1 木霉菌株 Q1 嗜铁素发酵液类型检测
  • 2.2 金属离子亲和层析(IMAC)法纯化嗜铁素
  • 2.3 荧光检测
  • 3 讨论
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表论文情况
  • 相关论文文献

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