土壤食細(xì)菌線蟲影響水稻根系生長的養(yǎng)分和激素作用機(jī)制.pdf

1、食細(xì)菌線蟲作為土壤中重要的食細(xì)菌微型動(dòng)物，與微生物相互作用對(duì)植物生長的影響已有大量研究報(bào)導(dǎo)。但關(guān)于食細(xì)菌線蟲對(duì)植物根系生長影響的機(jī)理尚不明確，有些研究認(rèn)為是其取食微生物所產(chǎn)生的直接或間接的養(yǎng)分作用（主要是氮素礦化）為植物生長提供更多有效氮，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長．最近有研究表明：原生動(dòng)物促進(jìn)植物生長存在激素效應(yīng)，而食細(xì)菌線蟲在生理及生態(tài)上與原生動(dòng)物很相似，因此有研究者推測(cè)食細(xì)菌線蟲對(duì)植物生長的促進(jìn)作用機(jī)理也可能存在激素效應(yīng)。
　　

2、本文從土壤微生物及植物兩條途徑研究食細(xì)菌線蟲對(duì)植物根系生長影響的機(jī)理．首先采用簡(jiǎn)化的悉生培養(yǎng)系統(tǒng)，研究食細(xì)菌線蟲與不同產(chǎn)IAA細(xì)菌的相互作用及其對(duì)土壤IAA含量及氮素礦化的影響；并在同樣模式下研究不同食細(xì)菌線蟲與不同細(xì)菌的相互作用對(duì)水稻根系生長的影響，并采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Quantitative Real-timeqRT-PCR)檢測(cè)激素IAA早期響應(yīng)基因GH3—2在水稻根系內(nèi)的表達(dá)，旨在揭示土壤食細(xì)菌線蟲與細(xì)菌的相互作用對(duì)植物生

3、長的激素作用機(jī)理．另一方面，在自然土培條件下，研究供試土壤土著食細(xì)菌線蟲對(duì)水稻根系生長的影響，及根系內(nèi)部響應(yīng)基因?qū)ν寥繧AA含量變化的響應(yīng)，同時(shí)采用BIOLOG和PCR-DGGE兩種方法研究了食細(xì)菌線蟲對(duì)根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，旨在進(jìn)一步闡明土壤食細(xì)菌線蟲與細(xì)菌的相互作用及其對(duì)植物生長的促進(jìn)作用機(jī)理．所獲主要研究結(jié)果如下：
　　 1．悉生培養(yǎng)（接種單一線蟲和單一細(xì)菌）條件下，食細(xì)菌線蟲(Cephalobus sp.)對(duì)不同

4、產(chǎn)IAA細(xì)菌Pseudomonas sp.(P)和Burkholderia sp.(B)數(shù)量、活性及分泌IAA能力的影響
　　 在整個(gè)培養(yǎng)期，食細(xì)菌線蟲的取食對(duì)土壤中細(xì)菌的數(shù)量雖無增殖作用，卻促進(jìn)了細(xì)菌的活性及分泌IAA的能力，且這種影響受采樣時(shí)間和接種細(xì)菌種類的影響。接種線蟲在培養(yǎng)第8天時(shí)顯著促進(jìn)了細(xì)菌P的活性，在20天時(shí)顯著促進(jìn)了細(xì)菌B的活性；接種線蟲在培養(yǎng)14天顯著增加了接種細(xì)菌P處理土壤IAA的含量，在20天時(shí)顯著增加了

5、接種細(xì)菌B處理土壤中IAA的含量。然而，不同的細(xì)菌種類也影響土壤中線蟲的數(shù)量，除培養(yǎng)4天外，Cephalobus sp.線蟲的數(shù)量在接種P細(xì)菌處理中均高于接種B細(xì)菌處理，但兩處理培養(yǎng)結(jié)束時(shí)線蟲的數(shù)量都是起始數(shù)量的2倍以上．
　　 2．悉生培養(yǎng)條件下，不同食細(xì)菌線蟲(Cephalobus sp.和C elegans)與產(chǎn)IAA細(xì)菌(Pseudomonas sp.和Burkholderia sp.)間相互作用對(duì)水稻氮含量及根系生長的

6、影響
　　 接種食細(xì)菌線蟲[Cephalobus sp.(N1)和C elegans(N2)]對(duì)產(chǎn)IAA細(xì)菌的數(shù)量均無明顯促進(jìn)作用，但是對(duì)產(chǎn)IAA細(xì)菌的活性都有顯著影響，且因線蟲種類、細(xì)菌種類和采樣時(shí)間的不同而不同．接種線蟲N1、N2對(duì)細(xì)菌P活性的促進(jìn)作用在14天才表現(xiàn)出來；而接種線蟲N2對(duì)細(xì)菌B活性的促進(jìn)作用表現(xiàn)的更早，這種差異可能是由不同細(xì)菌特性的差異導(dǎo)致的。然而，不同產(chǎn)IAA細(xì)菌對(duì)接種線蟲數(shù)量的影響也因線蟲種類，細(xì)菌種類的

7、不同有一定差異。接種線蟲數(shù)量在接種細(xì)菌P處理中高于接種細(xì)菌B處理，且C elegans線蟲的數(shù)量高于Cephalobus sp.線蟲。食細(xì)菌線蟲對(duì)水稻根系的總長度、根表面積及根尖數(shù)都有顯著影響，且因接種細(xì)菌的種類及采樣時(shí)間的不同而不同。接種線蟲處理的水稻氮含量均高于單獨(dú)接種細(xì)菌處理，且在接種細(xì)菌B處理的含量顯著高于接種細(xì)菌P處理，而整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)接種線蟲種類對(duì)水稻氮含量無顯著影響。
　　 3．悉生培養(yǎng)條件下，食細(xì)菌線蟲對(duì)土壤IAA

8、含量及水稻根系內(nèi)GH3-2表達(dá)的影響
　　 接種食細(xì)菌線蟲增加了土壤中IAA的含量，但是不同線蟲和細(xì)菌的組合效應(yīng)有所不同．與土壤中IAA含量的變化一致，水稻根系中IAA早期響應(yīng)基因GH3-2的表達(dá)量也與土壤中接種的線蟲與否及種類有明顯的關(guān)系．土壤中IAA的含量與GH3-2基因的表達(dá)量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為0.663，P=0.019）。結(jié)合食細(xì)菌線蟲對(duì)水稻根系形態(tài)的影響進(jìn)一步從植物內(nèi)在根系發(fā)育角度證明了食細(xì)菌線蟲對(duì)根

9、系生長的促進(jìn)作用存在明顯的激素作用。
　　 4．原位富化條件下，食細(xì)菌線蟲對(duì)水稻根系生長的影響
　　 原位富化試驗(yàn)條件下，食細(xì)菌線蟲使水稻的根系形態(tài)（根總長、根表面積、根平均直徑和根尖數(shù)等）發(fā)生明顯改變，使植物的根系都發(fā)育成了更長、有更多分支的根系系統(tǒng)，且這種影響受采樣時(shí)間的影響很大。
　　 5．原位富化條件下，土壤食細(xì)菌線蟲對(duì)土壤中氮素礦化的影響
　　 種植水稻系統(tǒng)中，有大量線蟲富集處理(SM1)和有少

10、量線蟲富集處理(SM5)土壤中礦質(zhì)氮(Mineral Nitrogen)的含量均表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。在培養(yǎng)10天時(shí)，SM1處理土壤中礦質(zhì)氮的含量顯著高于SM5處理土壤；隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，兩處理土壤中礦質(zhì)氮含量均顯著降低，且SM1處理MN的含量下降幅度為82.6％，顯著高于SM5處理的50.5%．這一結(jié)果表明：食細(xì)菌線蟲促進(jìn)了土壤中氮的礦化，提高了其可利用性，而植物生長的吸收和固定氮素量的增加降低了土壤中礦質(zhì)氮的含量，同時(shí)水稻

11、對(duì)NH4+-N的偏好性使得土壤中NH4+N和N03-N出現(xiàn)差異。
　　 6．食細(xì)菌線蟲對(duì)根際土壤（種植水稻）微生物（細(xì)菌）群落結(jié)構(gòu)的影響（Biolog和PCR-DGGE方法）
　　 Biolog結(jié)果表明：食細(xì)菌線蟲影響了土壤微生物群落的總體活性(AWCD值表示)，并顯著地改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（微生物對(duì)底物碳源的利用表征），但是這種影響隨采樣時(shí)間的不同而有所變化．在種植水稻20天后，食細(xì)菌線蟲的存在增加了微生物碳源利用

12、豐富度。種植水稻的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)DGGE分析結(jié)果也表明：培養(yǎng)20天時(shí)，SM1處理土壤微生物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)都顯著高于SM5處理，這與Biolog方法得出的結(jié)果相同。培養(yǎng)30天時(shí)，兩種方法得出的兩個(gè)處理在多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)的不一致性可能是因?yàn)锽IOLOG和DGGE對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)組成表征的方法不同，但是卻從不同角度說明食細(xì)菌線蟲改變了根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成。
　　 7．原位富化條件下，食細(xì)菌線蟲對(duì)土壤IAA含量

13、和植物體內(nèi)GH3-2基因表達(dá)的影響
　　 與SM5處理相比，種植水稻的SM1處理土壤中IAA的含量及GH3-2基因在水稻根系內(nèi)的表達(dá)量均顯著提高。相關(guān)性分析得出二者的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.865(p=0.0261)，說明外源IAA含量的增加上調(diào)了GH3-2基因在水稻根系內(nèi)的表達(dá)。這一結(jié)果從自然的土培試驗(yàn)，利用線蟲原位富化的培養(yǎng)體系，進(jìn)一步證實(shí)了悉生培養(yǎng)體系中食細(xì)菌線蟲促進(jìn)植物根系生長所存在的養(yǎng)分和激素作用。
　　 本研究從土壤微