植物微生物组生态功能与群落构建过程研究进展

植物各个器官表面及内部定殖着高度多样化的微生物群落,这些微生物与植物长期共进化,作为宿主植物的“共生功能体”(holobiont)在植物生长发育、养分吸收、病害抵御和环境胁迫适应性等方面发挥了重要作用。得益于近10年来多组学技术的发展和应用,有关植物微生物群落的多样性、组成和功能特征、群落构建的驱动因素和植物–微生物互作机制等方面研究取得了一系列重要进展。然而,与土壤微生物组相比,目前对植物微生物组的认识及其应用尚且不足。本文系统总结了植物微生物组的组成特征,植物微生物在调节植物生长发育、促进养分吸收、提高病害抵御能力及环境胁迫适应性等方面的功能及作用机制,从宿主选择、环境因子以及生物互作3个方面总结了驱动植物微生物群落构建的因素,并着重阐述了植物–微生物互作如何塑造植物微生物群落以及如何调节对植物的有益功能。此外,我们对未来植物微生物组研究和应用面临的挑战进行了展望,如核心微生物组挖掘和合成群落构建,植物–微生物互作的分子调控机制,植物微生物群落水平上的互作机制等。深入理解植物微生物群落特征、生态功能以及构建过程对于精准调控植物微生物组以提高植物适应性和生产力以及维持生态系统健康具有...     

链霉菌JD211对接种稻瘟病后水稻过敏性反应的生理机制分析

以水稻品种"陆两优996"为材料,采用盆栽试验,通过施加链霉菌JD211固体菌剂培育水稻,以叶片喷施稻瘟病菌孢子悬液接种稻瘟病菌为处理,以喷施清水为对照,测定分析水稻叶片过氧化氢(H2O2)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、脂氧合酶(LOX)活性、丙二醛(MDA)含量及细胞质膜透性等生理生化指标变化,探究链霉菌JD211对接种稻瘟病后水稻过敏性反应的生理机制。结果表明:(1)水稻秧龄30d时,只添加链霉菌JD211处理组水稻的叶片CAT活性、LOX活性、H2O2含量较对照组分别显著提高50.30%、40.85%和45.31%,其MDA含量显著降低25.75%。(2)接种稻瘟病菌后添加JD211处理组水稻的叶片CAT活性、LOX活性、H2O2含量较未添加JD211处理组(只接种稻温病菌处理组)分别提高了33.50%、4.07%和47.76%,其MDA含量降低了38.68%。(3)接种稻瘟病菌后添加JD211处理组的细胞膜透性较未添加JD211处理组在秧龄32、34和36d时分别提高了38.94%、39.03%和8.08%。研究认为,施加链霉菌JD211提高了水稻叶片过氧化氢含量、过氧化氢酶以及脂氧合酶活性,抑制了丙二醛积累,在后期增加了接种稻瘟病菌处理组的细胞膜透性,从而能够有效调控细胞过敏性反应,诱发细胞过敏性坏死,阻止病原菌的进一步侵染,有效提高水稻稻瘟病抗性。     

联合固氮菌叶面接种剂的优化及其在玉米叶际的定殖

【背景】联合固氮菌由于不具有宿主专一性,在土壤、叶际中广泛存在,对生态系统氮素供应有着重要贡献,它还可以通过分泌生长激素等间接作用促进植物生长,可作为重要的农业生产菌剂。土壤接种剂由于受土著微生物的竞争和土壤抑菌物质等的影响,接种效果不稳定,难以推广使用。相比于土壤环境,叶际生境相对简单且表面积巨大,进行叶际接种是固氮菌剂推广应用的一个新思路。【目的】优化联合固氮菌菌株W12接种添加剂,制备液体接种剂并研究其在玉米叶际的定殖效果。【方法】对菌株W12进行菌落PCR测序,构建系统发育树并确定分类地位。分别在培养液中添加不同浓度梯度的羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)和甘油(Glycerol,Gly),测量菌株W12生长曲线和固氮酶活性,优化添加剂浓度并制备液体接种剂,对接种剂的有效保存时间进行检测。将接种剂喷洒到玉米叶际,测量其对玉米产量和植株含氮量的影响,并通过低氮培养基进行回收计数。【结果】固氮菌菌株W12的16S r RNA基因序列与变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)的相似性高达99%,在培养液中添加CMC和甘油对菌株W12的生长无明显促进和抑制效果,但均提高了固氮酶活性。添加甘油制备的接种剂在盆栽和大田玉米叶面喷施后,在玉米生长末期叶际回收到的W12类似菌分别为4.3×105 CFU/g叶片和1.7×105 CFU/g叶片,显著高于未接种的处理;而且大田玉米籽粒、茎部和叶片的含氮量高于不接种的对照处理。经过90 d贮藏后,4°C保存的接种剂剩余活菌数均高于1.0×108 CFU/m L。【结论】羧甲基纤维素和甘油的添加不仅有利于固氮菌液体接种剂在叶片的附着,并能显著提高联合固氮菌菌株W12的固氮酶活性,低温冷藏可保证液体接种剂的有效活菌数;液体接种剂在玉米叶际喷施后,菌株W12能够成功定殖,并显著提高玉米植株和籽粒含氮量。研究结果为固氮菌叶面接种剂的制备和应用,以及实现农业氮肥减施保产的目标提供了借鉴意义。