不同水分條件下化感水稻根際功能微生物研究.pdf

1、利用水稻化感作用開發(fā)生態(tài)安全的稻田生物除草技術(shù)是當(dāng)今農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)上的研究熱點之一。水稻化感作用特性屬于數(shù)量性狀,受外界環(huán)境調(diào)控,已有研究表明逆境脅迫下水稻化感作用潛力增強。研究者已有從水稻體出發(fā)揭示了其生理與分子生物學(xué)機理,但對逆境下化感水稻土壤微生物生態(tài)學(xué)特性的研究相對較少。在抗逆應(yīng)答特性上,水稻是干旱脅迫敏感型作物,為此,本文主要利用環(huán)境微生物系統(tǒng)生物學(xué)的研究思路,運用T-RFLP(末端限制性片段長度多樣性)、DGGE(變性梯度凝膠電

2、泳)、土壤蛋白質(zhì)組學(xué)三種技術(shù),以強化感水稻品種PI312777和弱化感水稻品種Lemont為材料,分析旱直播模式和育秧移栽模式下強弱化感水稻根際土壤微生態(tài)特性,探討旱作水稻化感作用增強及其在較強化感作用生育期的特異或高峰度表達的菌群,同時在環(huán)境蛋白質(zhì)研究與化感微生物的研究結(jié)合上做了嘗試性的工作,即利用土壤蛋白質(zhì)組學(xué)研究揭示其功能蛋白。主要結(jié)果如下:
　　 (1)T-RFLP結(jié)果顯示,早直播栽培模式和育秧移栽模式下,不同葉齡期(5

3、葉期和7葉期)的強、弱化感水稻秧苗根際土壤微生物組成存在顯著差異。旱直播條件下,強化感水稻的根際土壤微生物多樣性要高于弱化感水稻:隨著生育期增加,強、弱化感水稻的根際微生物的多樣性增加,分別從168種、129種增至424種、169種,強化感水稻的根際微生物的增幅遠高于弱化感水稻(252％對比于131％);但在育秧移栽模式條件下,強化感水稻根際土壤微生物多樣性要低于弱化感水稻。同時,兩種栽培模式下強弱化感水稻的水稻根系微生物有17個共有菌

4、群,占所有鑒定種屬的8％,主要涉及氮循環(huán)(弗蘭克氏菌屬)、硫循環(huán)(外硫紅螺旋菌屬)、C循環(huán)(甲基單胞菌屬)、芳香化合物利用(鞘脂單胞菌屬)、利用葡萄糖產(chǎn)酸(微桿菌屬、短芽孢桿菌屬、孿生球菌屬),表明兩種水稻在分解次生代謝產(chǎn)物,地理化學(xué)循環(huán)等方面的根基微生態(tài)具有穩(wěn)定性和保守性。
　　 (2)T-RFLP片段特異性分析顯示,水稻早直播栽培模式能較強誘導(dǎo)強化感水稻的根際微生物類群發(fā)生變化,其中P17增加了30種特異微生物菌群,涉及粘細

5、菌、產(chǎn)酸產(chǎn)氣菌、以及其它菌,其中粘細菌有7個菌屬,主要功能為降解大分子、纖維或死細胞,推測粘細菌能夠通過破壞土壤種子庫中雜草種子細胞,降解種子胚根、胚芽,從而達到抑制土壤種子庫中種子萌芽作用效果。產(chǎn)酸產(chǎn)氣菌屬有7個,功能分析其是一類代謝最終產(chǎn)物為丙酸的菌屬,推測其與種植化感水稻的根際微環(huán)境偏酸性有關(guān)。其他的特異菌屬功能尚不明確。
　　 (3)土壤宏蛋白質(zhì)組學(xué)初步分析結(jié)果表明,在旱直播模式下,強化感水稻根際土壤的功能蛋白質(zhì)種類較弱

6、化感水稻土壤更為豐富,其中強化感水稻根際土壤特異蛋白質(zhì)增加9個,其中2個為信號誘導(dǎo)蛋白,5個為物質(zhì)和能量代謝蛋白,2個為基因轉(zhuǎn)錄蛋白,而弱化感水稻根際土壤特異蛋白質(zhì)僅為1個結(jié)構(gòu)組成蛋白。由此推測化感水稻的化感物質(zhì)進入土壤生態(tài)系統(tǒng)中能有效提高某些生物體分泌的誘導(dǎo)蛋白識別能力,提高運動趨向速率,進而通過物質(zhì)和能量代謝的酶化學(xué)作用進行轉(zhuǎn)化,形成具化感作用潛力的次生代謝產(chǎn)物對靶標受體進行作用。
　　 (4)DGGE檢測分析顯示,旱直播模

7、式下的強化感水稻的特有條帶16經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育樹分析表明,該條帶與鞘脂單胞菌屬(uncultured Sphingomonassp.)同源性較高,該菌屬在T-RFLP分析中相對優(yōu)勢度表現(xiàn)差異:PI7:1.1％、Pi5:2.1％、PI:2.1％,LE7:檢測限以下,LE5:1.6％,LE:0.8％。同時,土壤蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明該菌屬是化感水稻土壤特異功能蛋白來源微生物。該菌屬在土壤中與芳香族化合物的降解有關(guān),也是土壤病原菌之一。推測化感物質(zhì)分泌

8、出較多的芳香族化合物,鞘脂單胞菌屬在化學(xué)趨化作用下富集,可影響伴生雜草的生長發(fā)育,甚至致病于伴生雜草,從而形成化感水稻的抑草作用,但其對伴生雜草的作用機制還有待進一步研究。
　　 綜上所述,兩種栽培條件下,強弱化感水稻土壤根際在分解次生代謝產(chǎn)物,地理化學(xué)循環(huán)方面的微生物具有保守性。旱直播條件能夠能較強誘導(dǎo)強化感水稻的根際微生物生長,其中粘細菌對強化感水稻特異性強,推測化感作用與其降解大分子從而影響雜草種子胚根、胚芽的生長有關(guān)。此