植物根际促生长细菌研究进展

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  农业生产中,化肥的过量使用导致土壤肥力、粮食产量和品质下降。 为此,许多国家开始开发微生物肥料,其中植物根际促生菌的开发利用已成为研究热点。

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   PGPR是一种生活在土壤中或附着在植物根部的真菌微生物,能促进植物的生长发育和矿质养分的吸收利用,同时抑制有害微生物的生长。

   PGPR菌肥可用于农业生产,对环境无危害,适合作为化肥的替代品。

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   1PGPR的类型

   PGPR泛指能够促进植物生长的一类微生物。 目前,自然界已鉴定出 20 多个 PGPR 菌株,如假单胞菌属、节杆菌属、农杆菌属、芽孢杆菌属、固氮弧菌属、固氮螺菌属等。

  其中,学者们对芽孢杆菌属和假单胞菌属的PGPR菌株进行了广泛的研究。

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   PGPR 的作用

   1、合成植物生长调节剂

   3-吲哚乙酸。 植物生长调节剂的种类很多,但目前学者研究最多的是吲哚-3-乙酸(IAA)。

   IAA能刺激和调节植物体内多种生理反应,在植物细胞分裂、向性、果实发育和衰老等方面发挥着重要作用。

   PGPR可以分泌IAA,使植物根部吸收更多的养分,从而促进植物根部生长。

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  肖坤等. 等从核桃根际土壤中筛选出泛杆菌属菌株27B和不动杆菌属菌株21A,其产IAA能力分别达到97.95和79.13 mg/L。 两种PGPR菌株浸种和围施的接种方式均能显着促进核桃生长。

  沙希德等人。 从马铃薯根际土壤中筛选出促根Cossackia KR-17,在15% NaCl浓度下IAA分泌量达到243 μg/mL; 在盐渍土胁迫下接种KR-17的萝卜,与对照相比,萝卜产量较对照组显着增加。

  赤霉素。 赤霉素(GAs)具有打破种子休眠、提高坐果率、促进植物枝条伸长、促进植物开花、促进果实生长和无核果形成等作用,其中最重要的功能是促进植物枝条伸长。

  目前,相关学者发现各种PGPR群体通过产生GAs及其类似物来促进植物种子萌发、茎伸长、开花和结果。

   Khan的研究发现,番茄植株接种产生赤霉素的LK11菌株后,其生长特性显着改善。 此外,GAs还能减轻植物在干旱胁迫下的抑制作用,从而影响作物的生长发育。

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  莫加尔等人。 研究了2组5个菌株组合对绿豆的生长效果。 与对照相比,组合2(根瘤菌+固氮菌+假单胞菌+芽孢杆菌+地衣芽孢杆菌)的GAs和IAA分泌量最高(1.99μg/mL和1.04μg/mL),促进效果显着。绿豆生长最好,显着提高根瘤质量和绿豆产量。

  细胞分裂素。 PGPR分泌的细胞分裂素(CTK)具有促进细胞分裂、叶绿素积累、种子和叶芽萌发、减轻顶端优势对侧芽的抑制作用、刺激叶片展开、延缓植物衰老等作用。

  西本坤等人。 发现将芽孢杆菌 S141 和 USDA110 共同接种到大豆中会产生更大的根瘤。 可能是菌株S141能够分泌IAA和细胞分裂素,从而提高大豆结瘤和固氮效率。

  此外,CTKs还有助于植物适应逆境胁迫,如干旱胁迫、碱胁迫、重金属胁迫等。 研究发现,接种产生细胞分裂素的枯草芽孢杆菌的崖柏幼苗对干旱引起的非生物胁迫具有更强的抵抗力。

  阿尔希波娃等人。 研究发现,当在干旱胁迫条件下将产CTK的枯草芽孢杆菌接种到生菜植株上时,植株的鲜重和干重与对照组相比显着增加。

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   ACC脱氨酶乙烯的合成可以调节植物生长的多个过程,如促进花叶衰老脱落、促进果实成熟、参与各种逆境反应等。但高浓度的乙烯会抑制植物根系的生长并导致它过早老化。

   PGPR可以合成乙烯的前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶。 ACC脱氨酶是一种抑制乙烯生物合成的细胞内酶。 其作用机制涉及植物中乙烯产生的蛋氨酸循环途径。 对植物保鲜、延长寿命、吸附某些重金属等具有重要作用。

  格利克等人。 研究发现产生ACC脱氨酶的PGPR可以促进植物生长。

  艾哈迈德等人。 研究发现产生ACC脱氨酶的根瘤菌和假单胞菌可以改善咸环境中绿豆的生长。

  佐雷赫等人。 研究发现,接种产生ACC脱氨酶的PGPR后,植物的胁迫耐受能力有所提高,这可能是因为PGPR可以将乙烯浓度控制在适合植物生长的范围内。

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   2. 3PGPR 激活元素

   PGPR可以通过固氮、解磷、分解钾等方式分解土壤中的固定养分,使之被植物根部吸收利用,从而促进植物生长。

  氮。 氮是最重要的营养物质之一,在植物生长和各种代谢活动中发挥着重要作用。氮(N2)占空气中体积的78%,但植物不能利用它

  某些细菌和古细菌利用固氮酶蛋白复合物将氮转化为氨(NH3),这称为生物固氮。 自然界中分布着多种固氮细菌,固氮细菌可分为共生(如细菌与豆科植物和非豆科植物之间的共生关系)和非共生(自由生活和非豆科植物)两类。内生生物)。

  广泛报道的土壤共生固氮细菌包括弗兰克氏菌和根瘤菌,非共生固氮细菌包括蓝藻、固氮螺菌、假单胞菌、固氮细菌和念珠菌等。

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  赵树东等. 选用5株优良PGPR接种高原早熟禾。 接种后土壤全氮含量、速效氮含量等指标均有所增加,但不同PGPR的效果不同。

  磷元素。 磷是仅次于氮的最重要的大量营养素,在植物生长中起着非常重要的作用。

  土壤中的磷大部分以不溶性磷的形式存在,植物很难吸收利用。 PGPR溶磷菌可以溶解不溶性磷,并将其转化为植物可以吸收利用的形式,从而促进植物对磷的吸收。 使用。

  解磷细菌通过转化土壤中难溶的磷来增加土壤磷的利用率。 解磷菌溶解不溶性磷的程度很大程度上取决于土壤的pH值。 它通过根际酸化机制产生多种有机酸、无机酸等代谢产物,从而改变土壤的pH值。

  穆莱塔等人。 发现各种慢生根瘤菌菌株可以将磷酸三钙作为磷源的Pikovskaya培养基的pH值从6.9降低至5.2。

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  可溶性磷含量增加1.53-138.00μg/mL,符合预期。

  肖坤等. 等采用溶磷球法从根际土壤中筛选出有机溶磷菌株27B和无机溶磷菌株21A,其溶磷能力分别为22.70mg/L和14.16mg/L。 核桃长大了。

  钾。 钾是植物必需的重要营养元素。 它可以促进根系发育,提高水分利用效率,参与有机酸、脂肪和其他化合物的代谢。

  尽管土壤富含钾,但80%至90%的钾以矿物质形式存在。 PGPR可将土壤中的不溶性钾转化为作物可吸收利用的速效钾,提高土壤养分利用率,促进作物增产。

  土壤菌群中,有胶状芽孢杆菌、芽孢杆菌属。 和环状芽孢杆菌是最有效的富钾细菌。 PGPR对钾的溶解受pH值、解钾菌菌株以及含钾自然资源类型的影响,从而产生不同的效果。

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  朱娟娟等. 研究发现,在盐胁迫下添加解钾菌KSBGY02菌液,可以提高枸杞叶片中的黄酮类化合物(FLAV)、花青素(ANTH-RB)和氮平衡指数(NBI-G),并增加可溶性糖的含量。 过氧化氢酶(CAT)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)和转化酶(INV)活性等,有利于缓解盐胁迫对枸杞幼苗的影响。

   3 PGPR对植物非生物胁迫的影响

  非生物胁迫被认为是作物生产力下降的主要原因之一。 然而,非生物胁迫对植物的影响因土壤类型和植物因素而异。

   PGPR对于提高植物在非生物胁迫条件下的耐受性具有积极作用。 有些PGPR可以通过溶解矿物质、分泌铁载体、生物表面活性剂等来减少金属污染,促进植物生长。在重金属污染的土壤中,PGPR经过长期的适应性进化,可以自发形成抵抗机制,减缓重金属对植物的危害。本身和植物。

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  金婷婷等. 等从连香树根际土壤中筛选出能够产生IAA和ACC脱氨酶的钾分解菌LWK2,发现其基因组中含有大量铜、钴、锌、镉等重金属抗性基因,并对CuSO4具有抗性, ZnSO4、CdCl2、CoCl2均具有抗性,接种LWK2的莲香树幼苗生长良好。

   PGPR 对非生物胁迫条件下植物的另一个主要作用是改善叶片水分状况,特别是在盐胁迫和干旱胁迫下。

  植物利用水生长的能力取决于其气孔的数量,气孔用于平衡叶子中的含水量和根部对水分的吸收。

  苏寻帆研究了枯草芽孢杆菌QM3对干旱胁迫下拟南芥和大白菜的影响,发现枯草芽孢杆菌QM3处理的植物成活率显着提高,气孔孔径显着减小; QM3处理的拟南芥侧根数量和长度增加,促进植物体内干旱诱导基因的高表达。

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  贡德等人之后。 他们将PGPR接种到玉米根部,发现玉米根部在盐碱条件下吸收水分的能力显着提高。

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   PGPR作为生物肥料的应用

  生物肥料是指含有大量活微生物(包括根瘤菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌等)的一类特种肥料。

  这种肥料施入土壤后,一些活的微生物可以在作物根部周围增殖,发挥自固氮或联合固氮作用; 有的能分解磷、钾矿质元素供作物吸收,或分泌植物生长调节剂刺激作物生长。

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  可见,生物肥料并不直接供给作物所需的养分,而是通过土壤中大量活体微生物的活跃活动,从而提供作物所需的养分或产生植物生长调节剂,促进作物生长。

  徐伟辉等. 等使用PGPR复合菌剂R2处理西瓜苗,发现复合菌剂R2的4株菌株分泌赤霉素的能力远远超过其他处理组和对照组。 根长、根表面积、根体积、根尖数和根干质量均增加。

  赵凌宇等. 等人以芽孢杆菌 WM13-24、假单胞菌 M30-35、根瘤菌 WMN-3、解淀粉芽孢杆菌 GB03 和中华根瘤菌 ACCC17578 5 种促生菌制备复合肥,并将其施用于番茄植株。 与对照组相比,复合菌肥处理后番茄产量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量均显着提高。

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  结论

   PGPR不仅直接影响植物的生长发育,而且对于改善土壤环境、修复受损土壤也发挥着重要作用。

  此外,PGPR对环境友好,未来在多个领域具有巨大的应用潜力。

  但目前学者们对PGPR的类型、功能以及开发利用等方面的研究成果有限。 未来,相关学者需要进一步加强对PGPR的研究。

  参考:

   [1] 徐伟辉,卢志航,石怡然,等。 西瓜根际复合促生菌的构建及促生作用研究[J]. 浙江农业科学,2018(5):778-786。

   [2] 赵凌宇,索盛洲,赵琪,等。 梭梭根际促生菌(PGPR)肥对番茄产量、品质及土壤特性的影响[J]. 甘肃农业大学学报,2022(3):42-51。

   [3] 苏寻繁. 枯草芽孢杆菌对拟南芥耐旱、耐盐胁迫的影响[J]. 分子植物育种,2022(2):536-543