一株党参根际促生长菌的促生长特性及其挥发性物质对农作物生长的影响.pdf

中国农学通报 2023 39 30 123 131 ChineseAgriculturalScienceBulletin 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 群 体 感 应 QS 介 导 内 生Burkholderia pyrrocinia 的 生 防 分 子 机 制 32071770 2021 01 2024 12 在 研 山 西 省 1331 工程 资助项目 太行山药用植物生物肥料工程研究中心 1331KSC 第 一 作 者 简 介 孟 静 女 1995 年 出 生 山 西 朔 州 人 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 资 源 微 生 物 通 信 地 址 046011 山 西 省 长 治 市 潞 州 区 保 宁 门 东 街73 号 长 治学院 Tel 17835096536 E mail 2681697272 通 信 作 者 任 嘉 红 女 1976 年 出 生 云 南 文 山 人 教 授 博 士 研 究 方 向 森 林 微 生 物 通 信 地 址 046011 山 西 省 长 治 市 潞 州 区 保 宁 门 东 街73 号 长 治 学院 Tel 15235535898 E mail renjiahong 收稿日期 2022 11 23 修回日期 2023 08 12 一株党参根际促生长菌的促生长特性及其挥发性物质 对农作物生长的影响 孟 静 1 2 张丽慧 1 2 白变霞 1 任嘉红 1 1 长治学院生命科学系 山西长治046011 2 山西师范大学生命科学学院 太原030000 摘 要 探 讨 植 物 根 际 促 生 菌DM11 的 促 生 长 特 性 及 所 产 挥 发 性 物 质 VOCs 对 农 作 物 生 长 的 影 响 采 用 形 态 生 理 生 化 指 标 BIOLOG 系 统 和16SrDNA 序 列 对DM11 进 行 鉴 定 通 过 顶 空 气 相 色 谱 质 谱 联 用 法 分 析 其 所 产VOCs 利 用 二 分 格 培 养 皿 法 研 究VOCs 对 黄 瓜 和 番 茄 生 长 的 影 响 及 拮 抗 作 用 并 测 定 菌 株 促 生 长 特 性 及 对 苗 的 促 生 长 作 用 DM11 鉴 定 为 塞 维 瓦 尔 假 单 胞 菌 具 产 生 长 素 嗜 铁 素 解 磷 固 氮 耐 盐 等 促 生 长 特 性 所 产VOCs 对 黄 瓜 番 茄 生 长 和 诱 导 系 统 抗 性 ISR 相 关 指 标 有 促 进 作 用 VOCs 种 类4 种 主 要 成 分1 十 一 烯 对2 种 农 作 物 具 促 生 长 作 用 并 抑 制3 种 供 试 病 原 真 菌 的 生 长 黄 瓜 番 茄 幼 苗 接 种DM11 后 叶 片 数 苗 高 分 别 增 长15 94 11 63 7 50 6 55 DM11 菌 株 及 其 所 产VOCs 具有开发为生物菌剂的潜力 关键词 植物根际促生菌 挥发性物质 促生作用 诱导系统抗性 赛维瓦尔假单胞菌 中图分类号 S144 文献标志码 A 论文编号 casb2022 0959 Growth Promoting Characteristics of Rhizosphere Growth Promoting Bacteria of Codonopsis pilosula and Effects of Its Volatile Substances on Crop Growth MENG Jing 1 2 ZHANG Lihui 1 2 BAI Bianxia 1 REN Jiahong 1 1 Department of Life Sciences Changzhi College Changzhi Shanxi 046011 2 School of Life Science Shanxi Normal University Taiyuan 030000 Abstract The growth promoting characteristics of plant growth promoting rhizobacteria PGPR strain DM 11 and the effects of volatile compounds VOCs produced by DM 11 on plant growth were investigated DM 11 was identified by morphological physiological and biochemical indexes BIOLOG system and 16 s rDNA sequence The VOCs were analyzed by headspace gas chromatography mass spectrometry HS GC MS The antifungal activity and growth promoting effects on cucumber and tomato of VOCs produced by strain DM 11 were studied by the dual culture on two section of a Petri dish The growth promoting characteristics of the strain and its growth promoting effect on seedlings were determined DM 11 was identified as Pseudomonas thivervalensis which was shown to produce IAA siderophore solubilize insoluble phosphate fix nitrogen and tolerate salt stress The VOCs produced by strain DM 11 could promote the growth of cucumber and tomato and the indexes related to induced systemic resistance ISR There were 4 kinds of VOCs and the main component 1 undecene could promote the growth of two crops and inhibit the growth of three pathogenic fungi DM 11 can promote the growth of cucumber and tomato and the number of leaves and seedling height increased by 15 94 11 63 7 50 and 6 55 respectively DM 11 strain and its VOCs have the potential to be中国农学通报 0 引言 植 物 根 际 促 生 菌 plant growth promoting rhizobacteria PGPR 是 一 大 类 自 由 生 活 在 土 壤 或 附 生 于 植 物 根 系 可 促 进 植 物 生 长 及 对 矿 质 营 养 的 吸 收 利 用 并 能 抑 制 有 害 生 物 的 有 益 微 生 物 1 2 目 前 已 分 离 鉴 定 出 多 种 PGPR 菌 株 其 中 假 单 胞 菌 属 Pseudomonas 是 促 生 抗 逆 的 优 选 菌 种 之 一 3 PGPR 对植物有直接和间接的促生作用 直接作用包括产挥 发 性 物 质 Volatileorganiccompounds VOCs 解 磷 固 氮 产 嗜 铁 素 分 泌 植 物 激 素 IAA 等 间 接 促 生 作 用 包 括抑制病原体的存活 防止病菌的侵害 促进有益的共 生 作 用 4 近 年 来 PGPR 的 促 生 抗 病 效 果 引 起 了 人 们 的 高 度 关 注 例 如 从 东 北 玉 米 根 际 分 离 筛 选 出 的5 株PGPR 对 玉 米 有 明 显 促 生 长 作 用 具 产 生 长 素 IAA 溶 磷 解 钾 产 嗜 铁 素 等 促 生 长 特 性 5 高 亚 慧 6 等 分 离 获 得 的PGPR 菌 株 GX14001 所 产VOCs 对 本 氏 烟 草 Nicotiana benthamiana 和 上 海 青 Brassica chinensis 均 表 现 出 显 著 促 生 效 果 棉 花 内 生 细 菌 S258 产 生 的VOCs 对 病 原 真 菌 具 有 抑 制 作 用 并 能 促 进 拟 南 芥 的 生 长 7 因 此 开 展PGPR 菌 株 促 生 长 特 性 和VOCs 的 研 究 对 植 物 的 促 生 长 和 抗 病 性 具 有 重 要 意义 DM11 是 一 株 实 验 室 前 期 从 党 参 根 际 分 离 的 PGPR 菌 株 本 研 究 以DM11 菌 株 为 研 究 对 象 开 展 该 菌 株 的 鉴 定 及 促 生 特 性 测 定 检 测 其 所 产VOCs 对 黄 瓜 番 茄 幼 苗 系 统 抗 性 相 关 生 理 指 标 的 影 响 采 用 SPME GC MS 方 法 检 测 其 所 产VOCs 的 成 分 组 成 并 测 定VOCs 主 要 成 分 拮 抗 作 用 和 促 生 长 作 用 本 研 究为生物新菌剂的研发提供了备选资源 1 材料与方法 1 1 植物材料 黄 瓜 Cucumis sativus L 番 茄 Solanum lycopersicumL 1 2 供试菌株 菌 株DM11 分 离 自 山 西 省 长 治 市 党 参 根 际 现 保 藏 于 中 国 典 型 培 养 物 保 藏 中 心 CCTCC 保 藏 号 CCTCCM2017582 1 3 培养基 LB 培 养 基 NBRIP 培 养 基 8 CAS 检 测 平 板 9 Ashby 固 氮 培 养 基 10 King 培 养 基 11 MKB 培 养 基 9 1 2MS 培养基 12 1 4 方法 1 4 1 菌 株 的 活 化 及 菌 液 制 备 将DM11 甘 油 管 菌 种 于 LB 平 板 上 划 线 活 化 30 培 养48h 后 挑 取 单 菌 落 接 种 于20 mL LB 液 体 培 养 基 中 摇 培 30 180 r min 24h 后备用 1 4 2 菌株的鉴定 参照文献 13 14 对其进行形态 生理生 化 Biolog 及16SrDNA 序列分析鉴定 1 4 3 促 生 长 特 性 的 测 定 对DM11 菌 株 开 展 解 磷 产 IAA 产 嗜 铁 素 能 力 耐 盐 与 固 氮 能 力 的 测 定 解 磷 参 照 文 献 8 产IAA 参 照 文 献 11 产 嗜 铁 素 参 照 文 献 9 耐盐与固氮参照文献 10 1 4 4 DM11 菌 株VOCs 对 农 作 物 幼 苗 的 影 响 采 用 二 分 格 培 养 皿 法 其 中 一 室 为LB 培 养 基 另 一 室1 2MS 培 养 基 分 别 将 催 芽 露 白 的 无 菌 黄 瓜 番 茄 种 子 移 栽 到1 2 MS 培 养 基 每 皿5 株 另 一 室 加 入20 L 菌 液 菌 含 量10 9 CFU 3 个 重 复 光 照16h 黑 暗8h 光 照 强 度H1 25 共 培 养5 d 后 测 量 幼 苗 根 长 侧 根 数 芽长等 DM11 产 生 的VOCs 对 农 作 物 生 理 指 标 的 测 定 将 露 白 的 无 菌 黄 瓜 番 茄 种 子 移 栽 到 装 有1 2MS 培 养 基 的 锥 形 瓶 中 每 瓶3 株 将 无 菌 的5mL 小 烧 杯 放 入 锥 形 瓶 中 并 接 入2mL 菌 液 培 养 条 件 同 上 共 培 养 15d 后 测 量 幼 苗POD 15 MDA 16 PPO 17 总 酚 18 1 3 葡聚糖酶 19 等系统抗性相关生理指标 1 4 5 DM11 菌 株VOCs 的 鉴 定 将DM11 菌 株500 L 菌 液 接 种 于 装 有50mLLB 液 体 培 养 基 的100mL 三 角 瓶 中 用 锡 箔 纸 封 口 30 180r min 振 荡 培 养48h 后 备用 通 过 顶 空 气 相 色 谱 质 谱 联 用 HS GC MS 法 鉴 定 DM11 菌 株VOCs 选 取65 m PDMS DVB 纤 维 头 进 行 测 定 将 老 化 好 的SPME 针 头 刺 穿 锡 箔 纸 置 于 DM11 培 养 液 上 层 约2 cm 处 吸 附 萃 取30 min 每 5 min 晃 动 锥 形 瓶60 次 萃 取 结 束 后 迅 速 插 入 气 相 色 谱 的 气 化 室 推 出 纤 维 头 进 样 口 温 度 为260 炉 温 起 始40 利 用 气 化 室 高 温 热 解 析 目 标 待 测 物2min 走 样72min 色 谱 分 离 结 束 后 定 性 和 定 量 分 析 方 法 参 照文献 6 1 4 6 VOCs 对 病 原 菌 的 影 响 二 分 格 培 养 皿 法 检 测 DM11 菌 株VOCs 对 病 原 菌 的 拮 抗 作 用 一 室 分 别 接 developed as biological agents Keywords plant growth promoting rhizobacteria PGPR volatile organic compounds VOCs promoting growth induced systemic resistance ISR Pseudomonas thivervalensis 124种 香 蕉 枯 萎 病 菌 尖 孢 镰 刀 菌 和 棉 花 立 枯 菌 一 块5mm 的 菌 饼 于PDA 培 养 基 上 另 一 室 在LB 培 养 基 涂 布 50 L 菌液 28 培养4 6d 后 测定抑菌率 20 1 4 7 单 一VOCs 对 农 作 物 和 病 原 菌 的 影 响 采 用 二 分 格 培 养 皿 法 检 测DM11 单 一VOCs 对 农 作 物 生 长 的 影 响 将 生 长 状 况 一 致 的 种 子 移 栽 到1 2MS 培 养 基 中 每 皿5 株 另 一 室 放 置2cm 的 无 菌 玻 璃 培 养 皿 并 分 别 加 入5 7 10 15 L1 十 一 烯 单 一VOCs 设 置 条 件 同1 4 4 培养5d 测量幼苗芽长 二 分 格 培 养 皿 法 检 测 单 一VOCs 的 抑 菌 作 用 一 室分别接种香蕉枯萎病菌 尖孢镰刀菌 棉花立枯菌一 块5mm 的 菌 饼 于PDA 培 养 基 另 一 室 放 置 直 径2cm 无 菌 玻 璃 培 养 皿 并 分 别 加 入80 100 120 140 L1 十一烯VOCs 28 培养4 6d 测定抑菌率 20 1 4 8 盆栽实验 盆栽实验参照文献 2 2 结果与分析 2 1 DM11 菌株的鉴定 DM11 菌 株 革 兰 氏 阴 性 G 细 菌 杆 状 菌 落 乳 白 色 大 而 湿 润 有 光 泽 圆 形 边 缘 整 齐 易 挑 起 好 氧 接 触 酶 实 验 3 KOH 试 验 明 胶 水 解 试 验 甲 基 红 和 伏普实验均为阳性 油脂实验阴性 无脓青素产生 该 菌 株 BIOLOG 鉴 定 为 赛 维 瓦 尔 假 单 胞 菌 Pseudomonas thivervalensis 其16S rDNA 序 列 全 长 1498 bp 将 该 序 列 提 交 GeneBank 登 录 号 为 ON885287 进 行 比 对 分 析 结 果 显 示 该 菌 株16S rDNA 序 列 与 Pseudomonas 属 菌 株 序 列 相 似 性 达 99 采 用 邻 接 法 构 建 系 统 发 育 树 可 以 看 出 DM11 最 接 近P thivervalensis CPs4 MK267298 图1 因 图 1 基于菌株 DM 11 16 S rDNA 及其同源序列构建的系统发育树 此 最终将DM11 菌株鉴定为P thivervalensis 2 2 DM11 菌株促生长特性的测定 2 2 1 解 磷 与 产IAA 能 力 的 鉴 定 DM11 菌 株 的 解 无 机 磷 动 力 学 曲 线 如 图2 所 示 随 着 培 养 时 间 增 加 菌 株 发 酵 液 中 可 溶 性 磷 含 量 呈 先 升 高 后 下 降 的 趋 势 1 2 d 时 显 著 升 高 2 4 d 趋 于 稳 定 4 d 时 达 到 最 高 311 56mg L 图2 经 检 测 DM11 还 具 有 产IAA 的 能 力 该 菌 株 产IAA 的 动 力 学 曲 线 如 图3 所 示 随 培 养 时 间 的 增 加 菌 株 产IAA 能 力 呈 现 逐 渐 升 高 后 趋 于 平 缓 的 趋 势 其 中 第5 d 时 发 酵 液 中IAA 含 量 最多 36 3mg L 2 2 2 产 嗜 铁 素 能 力 鉴 定 DM11 菌 株 产 嗜 铁 素 动 力 学 曲 线 如 图4 所 示 0 9h 时 菌 株 发 酵 液 上 清 中 的 嗜 铁 素 含 量 无 明 显 变 化 9h 后 急 剧 增 加 至18h 后 趋 于 平 缓 因此 DM11 菌株具有较强的产嗜铁素能力 2 2 3 固 氮 与 耐 盐 能 力 的 鉴 定 将DM11 点 接 于 无 氮 培 养基上检测其固氮能力 培养4d 后 可以发现在培养 基 上 长 出 明 显 的 菌 落 图5 说 明 该 菌 株 可 固 定 空 气 中 的 氮 具 自 身 固 氮 作 用 将DM11 菌 株 接 种 于 不 同 NaCl 浓度 的培 养基 中 振荡 培养24h 后 结果 如图6 所 示 NaCl 浓 度 为1 2 时 OD600 无 显 著 变 化 NaCl 浓 度 高 于2 时 OD600 显 著 下 降 当NaCl 浓 度5 时 孟 静 等 一 株 党 参 根 际 促 生 长 菌 的 促 生 长 特 性 及 其 挥 发 性 物 质 对 农 作 物 生 长 的 影 响 125中国农学通报 OD600 降 至 最 低 细 菌 数 量 接 近 于 零 按 照Vreeland 21 的分类法 可将DM11 菌株判断为轻度耐盐菌 2 3 DM11 菌株VOCs 对农作物幼苗的影响 2 3 1 对 农 作 物 形 态 指 标 的 影 响 通 过 二 分 格 平 板 培 养 皿 法 将DM11 菌 株 分 别 与 黄 瓜 番 茄 共 培 养5d 后 与 对 照CK 相 比 黄 瓜 和 番 茄 幼 苗 主 根 分 别 增 长79 42 41 88 芽 长 分 别 增 长27 89 25 85 黄 瓜 侧 根 数 增 加48 59 表1 说 明DM11 菌 株 分 泌 的VOCs 含 有 发 酵 天 数 可 溶 性 磷 含 量 天 数 浓 度 40 35 30 25 20 图 2 DM 11 菌株解无机磷动力学曲线 图 3 DM 11 菌株产 IAA 动力学曲线 时 间 菌 密 度 铁 载 体 相 对 含 量 菌 密 度 铁 载 体 图 4 DM 11 菌株产嗜铁素动力学曲线 图 5 DM 11 菌株耐盐能力 浓 度 OD600 图 6 DM 11 菌株耐盐能力 126促生长成分 2 3 2 对 农 作 物 系 统 抗 性 相 关 生 理 指 标 的 影 响 将 黄 瓜 番 茄 与DM11 菌 株 不 接 触 共 培 养15d 后 对 幼 苗 叶 片 的 系 统 抗 性 相 关 生 理 指 标 进 行 测 定 从 图7 可 知 与 对 照CK 相 比 黄 瓜MDA 含 量 升 高 而 番 茄MDA 含 量 降 低 表 明DM11 菌 株 产 生 的VOCs 对 番 茄 细 胞 膜 质 过 氧 化 程 度 有 所 消 减 总 酚 与 抗 氧 化 相 关 与 对 照 相 比 DM11 菌 株 产 生 的VOCs 使 黄 瓜 总 酚 合 成 增 多 DM11 菌 株 产 生 的VOCs 可 以 有 效 促 进 黄 瓜 和 番 茄 幼 苗 合 成POD 从 而 增 加 农 作 物 在 不 良 环 境 中 的 抗 性 黄 瓜 番 茄 经DM11 菌 株VOCs 处 理 后 PPO 含 量 远 高 于 对 照 说 明DM11 菌 株VOCs 促 进 植 物 多 酚 氧 化 酶 的 产 生 进 而 增 加2 种 农 作 物 的 抗 病 性 另 外 DM11 菌 株 产 生 的VOCs 使 黄 瓜 番 茄 中 1 3 葡 聚 糖 酶 的 合 成 减 少 说 明DM11 菌 株 产 生 的VOCs 对2 种 农 作 物 生 长 没 有 产 生 胁 迫 且 有 促 进 作 用 以 上 生 理 指 标 与 植 物 抗 性 相 关 这 说 明DM11 所 产VOCs 具 有 诱 导 植 物系统抗性的作用 2 4 DM11 菌 株VOCs 的 鉴 定 及 单 一VOCs 对 病 原 菌 和 农作物的影响 2 4 1 DM11 菌 株VOCs 分 析 通 过 顶 空 气 相 色 谱 质 谱 联 用 法 分 析DM11 菌 株 产 生 的VOCs 并 应 用Nist05 和 表 1 2 种农作物幼苗根长 芽长和侧根数 农作物 黄瓜 黄瓜 番茄 番茄 处理 CK DM11 CK DM11 主根长 1 560 0 053 2 799 0 454 1 829 0 134 2 595 0 212 芽长 4 109 0 487 5 255 0 397 4 109 0 487 5 171 0 609 侧根数 9 467 1 642 14 067 1 486 黄 瓜 番 茄 含 量 黄 瓜 番 茄 总 酚 浓 度 黄 瓜 番 茄 活 性 黄 瓜 番 茄 活 力 孟 静 等 一 株 党 参 根 际 促 生 长 菌 的 促 生 长 特 性 及 其 挥 发 性 物 质 对 农 作 物 生 长 的 影 响 127中国农学通报 Nist05s 质 谱 数 据 库 通 过 计 算 机 检 索 结 合 每 一 个 色 谱 峰 的 质 谱 特 征 数 据 分 析 结 合 对 照 所 产 生 的 气 体 成 分 进 行 综 合 分 析 可 知DM11 产4 种VOCs 成 分 分 别 为 苯 乙 酮 1 十 一 烯 1H Indene 1 methylene 2 5 二 叔 丁 基 酚 表2 其 中 1 十 一 烯 含 量 最 高 峰 面 积 为 44 361 为DM11 菌 株VOCs 主 要 成 分 其 他3 种 成 分 苯 乙 酮 1H Indene 1 methylene 2 5 二 叔 丁 基 酚 含 量 较 少 峰 面 积 分 别 为0 164 0 703 和0 551 因 此 选 择 主 要 成 分1 十 一 烯 开 展 后 续 的 拮 抗 实 验 和 接 种 实 验 2 4 2 主 要 成 分1 十 一 烯 对 病 原 菌 的 拮 抗 作 用 利 用 二 分 格 培 养 皿 法 测 定DM11 菌 株 所 产VOCs 对 香 蕉 枯 黄 瓜 番 茄 葡 聚 糖 图 7 2 种农作物幼苗生理指标测定 表 2 DM 11 产生的 VOCs 成分 保留时间 min 8 945 9 397 11 416 22 210 面积 0 164 44 361 0 703 0 551 名称 苯乙酮 Acetophenone 1 十一烯 1 Undecene 1H Indene 1 methylene 2 5 二叔丁基酚 Phenol 2 5 bis 1 1 dimethylethyl 萎 病 菌 尖 孢 镰 刀 菌 棉 花 立 枯 菌3 种 病 原 真 菌 的 拮 抗 作 用 发 现DM11 所 产VOCs 对3 种 供 试 病 原 菌 均 有 拮 抗 作 用 其 中 主 要 成 分1 十 一 烯 从 低 浓 度 到 高 浓 度 对3 种 病 原 菌 的 生 长 有 不 同 程 度 的 抑 制 作 用 对 香 蕉 枯 萎 病 菌 的 抑 菌 率 分 别 为4 95 23 22 76 16 94 74 对 尖 孢 镰 刀 菌 的 抑 菌 率 分 别 为 35 33 86 44 94 01 97 16 对 棉 花 立 枯 菌 的 抑 菌 率 分 别 为19 47 58 09 87 79 97 03 表3 图8 2 4 3 主 要 成 分1 十 一 烯 对2 种 农 作 物 的 促 生 作 用 采 用 二 分 格 培 养 皿 分 别 将5 L 7 L 10 L 15 L1 十 一 烯 与 黄 瓜 番 茄 幼 苗 共 培 养 研 究 发 现 1 十 一 烯 对 黄 瓜 具 有 促 生 长 作 用 其 中 15 L 时 作 用 最 明 显 芽 长 为6 525 cm 1 十 一 烯 加 入 量 为5 10 L 时 对 番 茄 起 促 生 长 作 用 其 中7 L 作 用 最 显 著 芽 长 为3 9cm 表 3 不同体积的 1 十一烯对 3 种病原菌的抑菌作用 病原菌 香蕉枯萎病菌 尖孢镰刀菌 棉花立枯菌 80 L 4 95 1 93d 35 33 1 97d 19 47 2 06d 100 L 23 22 0 54c 86 44 0 55c 58 09 2 06c 120 L 76 16 1 42b 94 01 1 97b 87 79 2 49b 140 L 94 74 3 26a 97 16 0 95a 97 03 2 97a 注 表中数据为平均数 标准偏差 同行不同小写字母表示差异显著性 P 0 05 128但15 L 时 就 起 抑 制 作 用 图9 因 此 适 量 的1 十 一 烯对黄瓜 番茄的生长具有促进作用 2 4 4 盆 栽 实 验 将DM11 菌 液 分 别 接 种 于 黄 瓜 番 茄 盆 栽 苗 40 d 后 测 定 其 叶 片 数 和 苗 高 结 果 如 表4 图 10 所 示 可 以 看 出 DM11 菌 株 对2 种 农 作 物 均 有 明 显 的 促 生 长 效 果 与 对 照CK 相 比 黄 瓜 和 番 茄 苗 的 叶 A 尖孢镰刀菌 B 香蕉枯萎病菌 C 棉花立枯菌 图 8 1 十一烯对 3 种病原菌的抑菌作用 不同小写字母代表P 0 05 水平上显著差异 图 9 1 十一烯对黄瓜 番茄芽长的影响 片数 苗高分别增长了15 94 11 63 7 50 6 55 3 结论与讨论 大 部 分 假 单 胞 菌 属 Pseudomonas 菌 株 是 国 内 外 普 遍 采 用 的 促 生 抗 逆 的 优 选PGPR 菌 种 之 一 3 本 课 题 组 前 期 从 潞 党 参 根 际 分 离 筛 选 出 一 株PGPR 菌 株 表 4 2 种农作物幼苗叶片数 苗高 农作物 黄瓜 番茄 叶片数 15 94 7 08 11 63 7 65 苗高 7 50 4 16 6 55 6 02 A 黄瓜 B 番茄 图 10 2 种农作物幼苗的盆栽实验 孟 静 等 一 株 党 参 根 际 促 生 长 菌 的 促 生 长 特 性 及 其 挥 发 性 物 质 对 农 作 物 生 长 的 影 响 129中国农学通报 DM11 采 用 形 态 生 理 生 化 指 标 BIOLOG 系 统 和16S rDNA 序 列 将 该 菌 株 鉴 定 为 赛 维 瓦 尔 假 单 胞 菌 P thivervalensis 检 测 发 现DM11 菌 株 具 有 解 磷 产 IAA 产 嗜 铁 素 固 氮 耐 盐 等 多 种 促 生 长 特 性 和 促 生 长 作 用 盆 栽 黄 瓜 番 茄 苗 接 种DM11 后 在 叶 片 数 苗 高 方 面 较 对 照 分 别 增 长 了15 94 11 63 7 50 6 55 不 少 PGPR 菌 株 会 产 生 挥 发 性 物 质 Volatile organiccompounds VOCs 里 面 的 一 些 组 成 成 分 具 有 防 治 植 物 病 虫 害 促 进 生 长 作 用 7 12 目 前 细 菌 产 生 的VOCs 成 分 已 鉴 定340 种 我 们 通 过SPME GC MS 研 究 发 现 DM11 菌 株 产 生 苯 乙 酮 1 十 一 烯 1H Indene 1 methylene 2 5 二 叔 顶 基 酚 等4 种VOCs 主 要 成 分 为 1 十 一 烯 44 361 生 防 菌 株 假 单 胞 KNU17Pc1 能 产 生13 种VOCs 其 中 十 一 烯 是 最 主 要 的 成 分 22 从 杨 树 根 际 分 离 的 PGPR 菌 株 Pseudomonas sp ST TJ4 的VOCs 具 有 抑 菌 作 用 十 一 烯 也 是 最 主 要 的 成 分 23 RYU 等 24 发 现 两 株 芽 孢 杆 菌 所 产 VOCs 能 促 进 野 生 型 拟 南 芥 的 生 长 P fluorescens SS101 也 能 通 过 VOCs 促 进 植 物 的 生 长 25 本 研 究 发 现 DM11 菌 株 所 产 的VOCs 及 其 主 要 成 分 1 十 一 烯 对 黄 瓜 和 番 茄 的 生 长 具 有 促 进 作 用 生 防 菌 株 内 生 解 淀 粉 芽 孢 杆 菌 Bacillus amyloliquefaciens BEB17 产 生 的VOCs 具 有 广 谱 抑 菌 活 性 26 解 淀 粉 芽 孢 杆 菌LJ02 产 生 的VOCs 中 的2 类 单一化合物对腐皮壳菌 草莓灰霉病菌 枣浆胞病菌都 具 有 良 好 抑 制 作 用 27 B amyloliquefaciens NJN 6 产 生 的 包 括2 癸 酮 等 酮 类 物 质 在 内 的11 种VOCs 可 以 完 全 抑 制 香 蕉 枯 萎 病 菌 菌 丝 的 生 长 和 孢 子 的 萌 发 28 笔 者 采 用 二 分 格 培 养 皿 法 检 测DM11 菌 株 所 产 的 VOCs 并 对 其 主 要 成 分1 十 一 烯 的 抑 菌 能 力 进 行 测 试 发 现 该 物 质 对 香 蕉 枯 萎 病 菌 尖 孢 镰 刀 菌 棉 花 立 枯 菌3 种 供 试 病 原 真 菌 均 具 有 拮 抗 作 用 以 上 研 究 结 果 明 确 了1 十 一 烯 在DM11 菌 株 对 植 物 促 生 及 拮 抗 起 关 键 作 用 进 一 步 证 实 了1 十 一 烯 具 有 开 发 成 新 型 农 药的潜力 不少生物因子和非生物因子可诱导植物产生系统 抗 性 ISR 导 致 植 物 的SOD POD CAT PAL PPO 等 防 御 酶 活 性 的 升 高 29 POD PPO 可 通 过 催 化 木 质 素 及 醌 类 化 合 物 形 成 构 成 保 护 性 屏 蔽 而 使 细 胞 免 受 病 菌 的 侵 害 从 而 增 强 植 物 抵 抗 逆 境 的 能 力 30 本 研 究 发 现DM11 菌 株 所 产VOCs 具 有 诱 导 植 物 系 统 抗 性 的 作 用 该 菌 株 产 生 的VOCs 使 黄 瓜 和 番 茄 幼 苗 主 根 芽 长 增 长 POD PPO 活 性 增 加 总 酚 与 抗 氧 化 相 关 与 对 照 相 比 番 茄 幼 苗 的MDA 和 总 酚 含 量 下 降 另 外 2 种 农 作 物 中 的 葡 聚 糖 酶 的 量 较 对 照 减 少 1 3 葡 聚 糖 是 一 类 重 要 的 抗 真 菌 蛋 白 在 抑 制 病 原 菌 的 侵染和降解其细胞壁过程中发挥重要作用 在正常的 环 境 条 件 下 高 等 植 物 中 1 3 葡 聚 糖 酶 含 量 不 高 而 且 活 性 很 低 只 有 低 水 平 的 组 成 型 表 达 31 说 明DM11 所产VOCs 对2 种农作物的生长没有胁迫 可 以 看 出 赛 维 瓦 尔 假 单 胞 菌DM11 及 其 所 产 VOCs 尤 其 是1 十 一 烯 具 有 开 发 为 生 物 菌 剂 和 农 药 的 潜 力 但 温 室 条 件 与 自 然 环 境 存 在 差 异 许 多 实 验 室 筛 选 出 的 优 良PGPR 菌 株 及 其 产 物 在 大 田 应 用 效 果 并 不 理 想 后 续 我 们 将 进 一 步 深 入 开 展DM11 菌 株 的 大 田 接 种 及 定 殖 试 验 并 揭 示 该 菌 株 所 产VOCs 对 植 物 促 生 抗 逆 相 关 基 因 影 响 的 研 究 以 期 为PGPR 菌 株 的开发利用提供理论支撑 参 考 文 献 1 VURUKONDA S S VARDHARAJULA S SHRIVASTAVA M et al Enhancement of drought stress tolerance in crops by plant growth promoting rhizobacteria J Microbiological research 2016 184 13 24 2 刘 国 强 旭 格 拉 哈 布 丁 艾 山 江 等 黑 果 枸 杞 根 际 促 生 菌 的 筛 选 鉴 定 及 促 生 能 力 分 析 J 厦 门 大 学 学 报 自 然 科 学 版 2019 58 1 56 62 3 BACKERR ROKEMJS LANGUMARANG etal Plantgrowth promoting thizobacteria context mechanisms of action and roadmap to commercialization of biostimulants for sustainable agriculture J Frontiersinplantscience 2018 9 5 1473 4 穆 文 强 康 慎 敏 李 平 兰 根 际 促 生 菌 对 植 物 的 生 长 促 进 作 用 及 机 制研究进展 J 生命科学 2022 34 2 118 127 5 陈 腊 米 国 华 李 可 可 等 多 功 能 植 物 根 际 促 生 菌 对 东 北 黑 土 区 玉 米的促生效果 J 应用生态学报 2020 31 8 2759 2766 6 高 亚 慧 姜 明 国 丰 景 等 产 生 促 生 挥 发 性 物 质 的 潜 在PGPR 菌 株 筛 选 及 其 促 生 特 性 研 究 J 生 物 技 术 通 报 2022 38 3 103 112 7 罗晓宇 单晨阳 贾召召 等 内生细菌S258 产挥发性 有机物的 抑菌 促生长活性及其 组分分析 J 华北农学报 2021 36 5 198 203 8 王 君 范 延 辉 尚 帅 等 一 株 根 际 解 磷 菌 的 筛 选 鉴 定 及 溶 磷 促 生 作 用 J 中国土壤与肥料 2022 6 195 203 9 LOUDEN B C HAARMANN D LYNNE A M Use of blue agar CAS assay for siderophore detection J Journal of microbiology biologyeducation 2011 12 1 51 53 10 张 烨 廖 怡 陈 尚 武 等 文 冠 果 一 二 年 生 植 株 根 系 内 生 菌 的 分 离 鉴定和固氮活性 J 植物生态学报 2010 34