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《商洛刺槐根瘤菌多样性和促进植物抗逆生长作用研究》简 介

生物医药与食品工程学院冀玉良副教授主持的陕西省自然科学基础研究计划《商洛刺槐根瘤菌多样性和促进植物抗逆生长作用研究》(项目编号:2011JM3012),最终成果为论文、研究报告。本项目由冀玉良、李堆淑、李丹青、王攀、刘自刚、彭晓邦、王新军等7位同志合作完成。

一、项目研究的目的和意义

根瘤菌是存在于土壤中能侵染豆科植物根部并与其共生结瘤的革兰氏阴性细菌,由于根瘤菌的固氮作用既节能高效又无负面效应,根瘤菌对促进农业可持续发展和维持生态平衡具有不可替代的的作用,尤其是在全球环境问题日益严峻的形势下,目前更成为人们研究的热点。豆科植物中的刺槐耐干旱耐贫瘠,是水土保持的先锋树种,刺槐顽强的生长能力和优良性能离不开与其共生的根瘤菌。本项目的研究将揭示商洛地区刺槐根瘤菌的遗传多样性,进一步确立商洛刺槐根瘤菌的系统发育地位,为本地区根瘤菌资源的开发利用提供依据。通过测定刺槐根瘤菌对接种桔梗的促生作用,从试验菌株中筛选出具有明显促生作用的根瘤菌菌株,为研制桔梗等非豆科植物的促生菌肥提供种质资源。对商洛刺槐根瘤菌进行溶磷和分泌植物生长素能力的定性和定量测定,筛选具有溶磷和分泌植物生长素能力的菌株,进一步探讨根瘤菌的促生作用机理。对分离自铅锌尾矿区的刺槐根瘤菌进行耐铅、锌胁迫能力的测试,从中筛选对重金属具有较强抗性的菌株,同时测定菌株的生理生化特征,探讨根瘤菌抗重金属胁迫的促生作用机制,为将根瘤菌菌应用于重金属尾矿区的土壤和植被恢复提供依据。

二、研究的主要内容

研究了商洛地区刺槐根瘤菌的遗传多样性与系统发育。结果表明,来自6个生态环境有明显差异的采集地的68株供试菌株共有12种遗传图谱类型,在遗传多样性上有一定的差异:分离自山阳的刺槐根瘤菌同其它地区的刺槐根瘤菌之间Jaccard相似性系数较低;而来自商州和洛南的菌株遗传多样性较为丰富。这些菌株归属于中慢生根瘤菌属。因此,陕西商洛地区刺槐根瘤菌在不同生态环境下表现出一定的差异性,并且在进化中主要选择与中慢生根瘤菌属共生结瘤。研究揭示了商洛刺槐根瘤菌的系统发育地位,为本地区根瘤菌资源的开发利用提供了依据。

测定了刺槐根瘤菌对接种桔梗的促生作用,从试验菌株中筛选出具有明显促生作用的根瘤菌菌株。其中SLCH171,SLCH023,SLCH184这三株菌对桔梗的农艺性状和生物量影响达到了极显著的水平,尤其是能显著增加桔梗的根长度、重量和相关生物量, 因而可提高桔梗的产量,为进一步研制桔梗促生菌肥提供了依据。

对分离自商洛刺槐的根瘤菌进行了溶磷和分泌植物生长素能力的定性和定量测定。在定性测定中,菌株SLCH171对有机磷和无机磷的溶解能力均最强;在定量测定中,菌株SLCH171对有机磷的溶解能力最强,SLCH184对无机磷的溶解能力最强,有10株菌既能溶解无机磷又能溶解有机磷。有21个菌株具有分泌IAA的能力,以SLCH184的分泌能力最强。各菌株分泌IAA能力的定量测定结果与定性测定结果基本相符。

研究了分离自商州铅锌尾矿区刺槐的根瘤菌耐铅、锌单盐与铅锌双盐胁迫的能力,同时测定了菌株的生理生化特征。发现该区域刺槐根瘤菌对铅、锌单盐胁迫具有良好的耐性,但对铅锌双盐胁迫的耐性明显低于单盐。耐性菌株在生理生化特性上存在广泛差异,对铅锌耐性越强的根瘤菌,其阳性生理生化特征也越多。从本研究可以得出耐性根瘤菌对铅锌胁迫的抵抗能力可能是建立在其具有多种生理代谢反应基础上的,即它们通过改变代谢途径以适应重金属的污染环境,对铅锌胁迫耐性强的根瘤菌菌株在重金属尾矿区的土壤和植被恢复中有潜在的开发应用价值。

三、研究的学术(应用)价值

研究首次构建商洛刺槐根瘤菌的系统发育进化树,确定其系统发育地位,揭示出本地区与刺槐共生的主要是中慢生根瘤菌,对补充和完善根瘤菌分类系统及菌种资源开发均具有重要意义。长期以来对根瘤菌除固氮以外是否还有其它促生作用知道甚少,本研究发现刺槐根瘤菌对非豆科植物桔梗具有促生作用,发现刺槐根瘤菌中具有溶磷和分泌植物生长素的菌株较多,筛选出的促生菌株为进一步研制非豆科植物促生菌肥提供了优良的种质资源。

本研究的结论和发现将促使人们在农林生产中发挥固氮作用的独特优势,扩大根瘤菌的应用范围,研发根瘤菌促生菌肥,降低长期以来对化肥的依赖所带来的负面效应,将产生巨大的经济和生态效益。

冀玉良,男,陕西洛南人,理学硕士,生物医药与食品工程学院副教授,硕士生导师。主要从事微生物生理生化、微生物与植物共生和互作方面的科研。主持完成陕西省科技厅、教育厅和校内项目各1项,发表学术论文20余篇。

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