内生枯草芽孢杆菌BS—2（Bacillus subtilis）在植物体内的定殖及促生作用的论文.pdf

独创性声明 本人声明 所呈交的学位 毕业 论文 是在指导教师的指导下 通过 我的努力取得的成果 并且是自己撰写的 尽我所知 除了文中作了标注和 致谢中己作了答谢的地方外 论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果 与我一同对本研究做出贡献的同志 都在论文中作了明确的说明并表示了谢 意 如被查有侵犯他人知识产权的行为 由本人承担应有的责任 学位 毕业 论文作者亲笔签名 恭学多为 日期 僦r j 一 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留 使用学位 毕业 论文的规定 即 学校有权送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的 全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密 在年后解密可适用本授权书 口 不保密 本论文属于不保密 函 学位 毕业 论文作者亲笔签名 恭学多焉同期 州 寸 舯溯亲笔签名 谢备 f l 期 巧j 福建农林人学硕士学位论文 摘要 以抗利福平 3 0 0 9 9 m 1 和拮抗病原真菌双抗性为标记 测定枯草芽孢杆 菌b s 2 b a c i l l u s s u b t i l i s 菌株在辣椒 白菜和水稻体内的内生定殖 结果表明 通过浸种 灌根和涂抹叶片等方法接种 该菌株均可在辣椒和白菜体内定殖 通过浸种处理也可在水稻体内定殖 用浓度为5 1 0 2 c f u m l 的菌液浸泡辣椒 种子2 4 h 出苗后可从辣椒体内分离到大量目标细菌 而同样方法浸泡白菜 和水稻种子 在白菜和水稻体内却分离不到目标细菌 此外 如果用菌液浓 度为5 1 0 3 1 0 6 c f u m l 浸种 从辣椒苗中分离到的菌量则比白菜和水稻多 采用浸种 灌根和涂抹叶片等方法室内测定该菌株在辣椒体内和用间测定在白 菜体内的定殖动态 结果表明 三种方法接种后 该菌株均可主动进入辣椒 和白菜体内定殖 同时迅速向接种点上部的未接种组织器官转移传导 并可 在辣椒和白菜体内长期定殖 其中以涂抹接种进入植物体内的菌量最多 促生效果研究表明 无论是浸种 涂抹或浇灌土壤接种均对小白菜和辣 椒表现出明显的促生作用 其中以涂抹接种效果最好 小白菜和辣椒鲜重分 别比对照增加1 5 1 2 0 1 6 8 7 0 干重分别增加1 8 2 3 0 1 8 1 2 5 再者 该菌的菌体或外分泌物均可促进小白菜 福州山西白 和水稻 佳早6 号和汕 优6 3 的生长 其中菌体处理小白菜和水稻的鲜重分别比对照增加8 2 7 5 6 0 3 4 1 4 0 8 分泌物处理的鲜重分别增加了5 0 4 6 2 8 5 1 2 5 6 7 菌体处理小白菜和水稻的干重分别比对照增加8 2 5 8 3 7 7 1 3 3 9 0 分 泌物处理的干重分别增加了7 0 2 4 1 3 6 3 3 2 9 4 用浓度为5 1 0 4 1 0 8 c f u m l 的b s 一2 菌液浸泡小白菜和水稻种子 均表现出明显的促生作用 促生机制研究结果表明 1 b s 一2 菌株能够进入植物体内定殖并传导 该菌在植物体内定殖量的多少与其促生作用呈正相关 2 b s 一2 菌株对小白 菜和水稻苗起促生作用的并不单单是菌体或其外分泌物 而是这两者之间共 同起作用的结果 3 能提高作物体内的叶绿素含量 4 能提高作物光合 作用 研究中发现经内生菌处理后作物体内光合速率 气孔导度和蒸腾速率 比对照高 5 能诱导寄主植物体内内源激素的变化 研究表明经b s 一2 菌株 处理后的辣椒苗在出芽后1 0 d 体内的生长素 i a a 与赤霉素 g a 3 分别比对照 高出3 3 5 0 和7 0 4 2 而脱落酸 a b a 却一直比对照低 在其出芽后1 5 d 表现最明最 其比对照低6 0 6 0 6 能增强植株体内的保护酶活性 从而 福建农林大学硕士学位论文 改善植物对不良环境条件的反应 试验结果表明 经内生菌处理后1 5 d 白菜 和水稻体内过氧化氢酶 c a t 超氧化物歧化酶 s o d 过氧化物酶 p o d 活性均比对照高 丙二醛 m d a 含量 超氧阴离子自由基 0 2 的产生速率 却比对照低 7 能防治植物病害 研究表明该菌株培养液对白菜和辣椒苗 炭疽病有较好的防治效果 其中对白菜炭疽病的防治效果为3 4 9 0 4 5 1 2 对辣椒炭疽病的防治效果为6 8 4 6 8 1 4 9 关键词 辣椒 内生枯草芽孢杆菌 定殖 促生作用 促生机制 福建农林大学硕士学位论文3 a b s t r a c t m u t a n t e db ya n t a g o n i s ma g a i n s tt h er i f a m p i c i n 3 0 0 a g m 1 a n di n o c u l a t e d b yd i p p i n gs e e d s d a u b i n gl e a v e s a n dp o u r i n gr o o t s b s 2 b a c i l l u ss u b t i l s t r a i n w a sp r o v e dt ob ea b l et oc o l o n i z ei n s i d eo fc a p s i c u m c a b b a g ea n dr i c e i f c a p s i c u ms e e d sw e r es o a k i n gf o r2 4 hi nb a c t e r i a ls u s p e n t i o nw i t h5 10 2 c f u m l c o n c e n t r a t i o nb e f o r e s o w i n g t h et a r g e tb a c t e r i ac o u l db ei s o l a t e df r o mt h e c a p s i c u ms e e d l i n g sl a t e b u tc o u l dn o tb ei s o l a t e df r o mb o t ho fc a b b a g ea n dr i c e s e e d l i n g s i nt h es a m et r e a t m e n t w h e nt h es e e d sw e r es o a k i n gi nb a c t e r i a l s u s p e n t i o nw i t h5 1 0 3 1 0 0 c f u m lc o n c e n t r a t i o n s t h et a r g e tb a c t e r i ac o u l db e i s o l a t e dm o r ef r o mc a p s i c u ms e e d l i n g st h a nc a b b a g ea n dr i c es e e d l i n g s n l e r e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h es t r a i nw a sa b l et og e ti n t ot h ep l a n t si n i t i a t i v e l y a n d l i v ea n dm o v ei nt h ep l a n t s t h ei n o c u l a t i o nb yd a u b i n gl e a v e sc 船u l dg e tb e t t e r r e s u l t t h er e s u l t so f p l a n tp r o m o t i n gg r o w t hb yb s 2s h o w e dt h a tt h eb a c t e r i ac o u l d a c c e l e r a t eg r o w t ho fc a b b a g ea n dc a p s i c u mn om a t t e rw h i c hi n o c u l a t i o nm e t h o d w a su s e d b u tt h eb e s to n ew a sd a u b i n gl e a v e s t h ef l e s hw e i g h t so f t h et w op l a n t s w e r e151 2 0 a n d16 8 7 0 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l ya n dt h ed r yw e i g h t sw e r e 18 2 3 0 a n dl8 1 2 5 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l y t h eb a c t e r i a lc e l l sa n db a c t e r i a l s e c r e t i o nc o u l da c c e l e r a t eg r o w t ho fc a b b a g ea n dr i c er j i a z a 0 6 h a o s h a n y o u 6 3 s e p a r a t e l y t h ef r e s hw e i g h t so ft h ep l a n t sw e r e8 2 7 5 a n d6 0 3 4 a n d14 0 8 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l yi n o c u l a t e db yb a c t e r i a lc e l l s a n dd r yw e i g h t sw e r e8 2 5 8 a n d3 7 7 1 a n d3 3 9 0 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l y t h ef l e s hw e i g h t so ft h ep l a n t s w e r e5 0 4 6 a n d2 8 51 a n d2 5 6 7 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l yi n o c u l a t e db yt h e b a c t e r i a ls e c r e t i o n a n dt h ed r yw e i g h t sw e r e7 0 2 4 a n d1 3 6 3 a n d3 2 9 4 i n c r e a s e dr e s p e c t i v e l y n l eb s 一2s t r a i nc o u l da c c e l e r a t eg r o w t ho fc a b b a g ea n d r i c ew i t hd i f f e r e n ti n o e u l m i o nc o n c e r t r a t i o n s 5 1 0 4 1 0 8 c f u m 1 t h em e c h a n i s m so fp r o m o t i n gp l a n tg r o w t hb yb s 一2w e r ei n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t 1 b s 一2s t r a i nc o u l dc o l o n i z ei np l a n t a n dt h eq u a n t i t yo f c o l o n i z i t i o nw a sc o r r e l a t i o nw i t h p l a n tp r o m o t i n g 2 t h e e f f e c to fp l a n t p r o m o t i n gi sg o t t e nb yb o t ho ft h eb a c t e r i a lc e l l sa n dt h e i rm e t a b o l i t e s 3 t h e b a c t e r i ac o u l di n c r e a s et h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l lo ft e s tp l a n t s 4 t h eb a c t e r i a 福建农林大学硕士学位论文 4 c o u l da d v a n c et h ep h o t o s y n t h e s i so ft e s tp l a n t s 5 t h eb a c t e r i ac o u l di n d u c et h e c h a n g eo fp l a n th o r m o n ec o n c e n t r a t i o n ss u c ha si a aa n dg a 3i nt h ec a p s i c u m s e e d l i n g s w h e ni nt h e10 da f t e ri n o c u l a t i o nb yb s 2 w e r e3 3 5 0 a n d7 0 4 2 h i g h e rt h a nc o n t r o l b u ta b a w a sv e r yl o wi nt h eb e g i n n i n g t h e ni n c r e s e d i nt h e 15 dw a s6 0 6 0 h i g h e rt h a nc o n t r o l 6 t h eb a c t e r i ac o u l de n h a n c ea c t i o no f p r o t e c t i o ne n z y m e s a d v a n c i n gr e s i s t a n c et oa d v e r s i t yb yi m p r o v i n ga d j u s t a b i l i t y a n dp r o m o t i n gt h eg r o w t ho fp l a n t i nt h e15 da f t e ri n o c u l a t i o nb yb s 一2t h e c a b b a g ea n dr i c eh a v eh i g h e rc a t a l a s e c a t s u p e r o x i d ed i s m u t a s e s o d p e r o x i d a s e p o d a c t i v i t i e s b u tl o w e rm a l o n d i a l d e h y d e m d a a n ds u p e r o x i d e a n i o nr i d i c a l s 0 2 t h a nc o n t r 0 1 7 t h eb a c t e r i aa l s oc o u l dc o n t r o lp l a n td i s e a s e s t h ea n t h r a c n o s e so fc a b b a g ea n dc a p s i c u mw e r et e s t e d t h ec o n t r o le f f e c t sw e r e 3 4 9 0 一4 5 12 a n d6 8 4 6 81 4 9 s e p a r a t e l y k e yw o r d s c a p s i c u m e n d o p h y t i cb a c i l l u ss u b t i l i s c o l o n i z a t i o n p l a n tg r o w t h p r o m o t i n g p r o m o t i n gm e c h a n i s m 福建农林大学硕士学位论文 1 前言 我国是一个农业大国 长期由于化肥 农药使用不当造成病虫抗药性 农产品污染以及农业环境恶化已成为人们普遍关注的问题 如何提高农产品 质量和产量 保护环境 已成为迫在眉睫的问题 前人研究表明 微生物增 产菌具有一定的肥效 防病作用 无毒无害 不污染环境且成本低 可节约 能源等特点 是化学肥料与农药有效的替代品 合理开发和利用微生物增产 菌 是我国农业持续发展的重要途径 梅汝鸿 1 9 9 1 高旭辉 1 9 9 5 丁秀 琦 1 9 9 6 关于微生物增产菌的研究 至今已有多年的历史 目前在微生物增产菌 研究中 绝大多数是从土壤 根际 叶围中分离筛选的具有促生作用的细菌 或真菌 如 固氮菌 或联合固氮菌 根瘤菌 磷细菌 钾细菌 硅酸盐细 菌等细菌或菌根菌等 这些细菌 真菌只有在较高的初始接种菌量 一般每 克菌剂含有有效活菌数要在1 0 8 个以上 下才能获得一定的促生增产作用 否则效果不明显 甚至无效 但汉鸿等 1 9 9 5 刘健等 2 0 0 1 黄京华等 2 0 0 2 z a h e r a a e ta 1 1 9 9 3 b t i t od e c ta l 1 9 9 5 究其原因 主要是 由于土壤及植物叶围存在有大量的习居微生物 这些微生物在长期的进化发 展过程中 形成了一种相互依赖 相互依存的生态学平衡关系 而上述促生 增产菌作为土壤 植物根际和叶围微生物群落中的 外来 者 一般难于在 与这些习居微生物的竞争中占据优势 成为其优势种群 发挥生物学作用 f o r l a n ie t a l 1 9 9 5 而内生细菌作为植物微生态系统的组成成员 由于其定殖于植物组织内 部与植物表生细菌相比具有更加良好的生态环境 与植物表面相比植物内部 组织可以为微生物提供一个更加安全稳定生存环境 植物表面暴露于各种不 利的环境如温度 渗透势 紫外线等 从而影响细菌的长期生存 另外 在 植物组织内部也可以避免被原生动物吞噬 所以更能稳定的发挥其生物学作 用 b s 一2 菌株为本实验室从辣椒叶片上分离筛选到的一株内生枯草芽孢杆 菌 经研究该菌株对辣椒 白菜 香蕉的炭疽病以及蔬菜苗期病害具有良好 的防治作用 本研究在上述的研究基础上 进一步对该菌的内生定殖以及对 作物的促生作用进行研究 为该菌株应用于植物微生态制剂以及进 步开发 福建农林大学硕士学位论文 利用提供理论和实践基础 1 1 植物内生细菌研究历史 植物内生细菌的研究是从1 8 7 6 年p a s t e u r 报道从果中提取的无菌葡萄汁不 易变质时起 就引起人们对植物体内是否存在细菌的兴趣 至今已有1 0 0 多年 的研究历史 刘云霞 1 9 9 4 早期报道主要是将内生细菌作为一种污染和潜 在病原菌来看待 t h o m a se t 口f1 9 5 2 近年来研究表明内生细菌可以促进作 物生长 减轻植物病害症状等c t j a l t i o se ta 1 2 0 0 4 s u r e a ee ta 1 2 0 0 3 崔林 等 2 0 0 3 r a n g e s h w a r a ne la 1 2 0 0 2 c h e ne ta l 1 9 9 5 p l c b a ne ta l 1 9 9 5 k l o e p p e re t a l 1 9 9 2 f r o m m e le l a l 1 9 9 l v a n p e e re l a l 1 9 9 0 还有人认为无 菌苗的抗逆性较弱的部分原因是缺乏内生微生物 研究发现内生细菌可广泛 存在于健康大田和盆栽作物中 所包括的细菌属和种也极其广泛 他们与寄 主植物形成有益的 中性的或有害的相互关系 研究中发现内生细菌在与寄 主植物长期的协同发展过程中 彼此形成了相互依存 相互作用的生态学关系 植物内生细菌对植物生长发育 抵抗不良外界环境 抵御病虫害等具有广泛的 生物学作用 因此 内生细菌是改善植物生长条件 提高植物对不良环境条件 的抵御能力 减少病虫为害 提高植物对环境的治理能力等多方面有益生物学 作用的天然资源 l o d e w y c k x 2 0 0 2 a s t u r ze t a l 2 0 0 0 目前已成为植物学家 植物育种学家和微生物学家等研究的热门课题 1 2 植物内生细菌的内生定殖研究 目前主要采用抗生素标记法 m i s a g h ie t a l 1 9 9 0 c h e ne t a l 1 9 9 5 吴蔼民 等 2 0 0 1 胶体金荧光免疫电镜观测法 刘云霞等 1 9 9 6 血清学方法 荧 光标记 q u a d t h a l l m a ne ta 1 1 9 9 6 a d e l e ta 1 2 0 0 1 冯永君等 2 0 0 2 等方法对 内生细菌在植物体内定殖进行检测 其中以抗生素标记法较多 在抗生素标记 法中又以抗利福平标记为主 大部分内生定殖动态研究均以抗利福平为标记 前人研究表明植物内生细菌可以定殖于植物组织的细胞间 细胞质 薄壁 组织 细胞壁 液泡 表皮细胞 根毛和薄壁细胞 原始细胞 s c a l ep r i m o r d i a 松脂粉 r e s i n d u c t s 细胞和植物木质部维管组织等 刘云霞等 1 9 9 6 d o n g e l a 1 1 9 9 4 q u a d t h a l l m a ne t a l 1 9 9 6 j a c o b se t a l 1 9 8 5 p i r t t i l a e t a l 2 0 0 0 g a r d n e re la l 1 9 8 2 j a c o b se ta l 1 9 8 5 k l o e p p e rg a 1 1 9 9 2 b e l le ta l 1 9 9 5 g o p a l a s w a m ye t a l 2 0 0 0 它们的定殖受到多种因素的影响 如接种的浓度 福建农林大学硕士学位论文 温度和寄主的基因型等影响p s e u d o m o n a sp s j n 菌株在蕃茄苗中的定殖量 p i l l a ye ta 1 1 9 9 7 m c i n r o ye ta 1 1 9 9 4 1 9 9 5 a 则报道处理时间和寄主 生育期可影响内生细菌的种群密度 同时 在植物的整个生育期内 内生细菌 的数量是波动的 而在不同的植物组织内 内生细菌的种群密度也有所不同 s t u r ze ta 1 1 9 9 7 a 内生细菌在植物组织中定殖时间是很长的 b u g b e ee la 1 1 9 8 7 报道甜 菜中的腐烂棒形杆菌 c l a v i b a c t e rs e p e d o n i c u m 和杨海莲等 19 9 8 报道水 稻中的成团肠杆菌 e n t e r b a c t e r a g g l o m e r a n s 都可存在于植物的整个生育期 另外 研究中发现 不同的内生细菌其寄主范围不同 有些内生细菌可存在于 多种寄主植物内 而有些只存在于单一的寄主中 如荧光假单孢杆菌 它可寄 生于菜豆 m a h a f f e ee l a l 1 9 9 4 小麦 蕃茄 柠檬 g a r d n e re l a l 1 9 8 2 甜 菜 j o c be ta 1 1 9 8 5 玉米 f i s h e re la 1 1 9 9 2 等植物 而重氮营养醋杆菌 a c e t o b a c t e r 目前只寄生甘蔗 r e i se t a l 1 9 9 4 关于植物内生细菌进入植物体内的途径 大多数研究者认为 植物内生细 菌进入植物体的方式和途径与植物病原细菌相似 也主要是通过自然孔口和伤 口等进入植物体内 h o l l i s 1 9 5 1 目前关于植物内生细菌进入植物的途径有 1 自然伤口与根毛 b e n h a m o ue t a l 1 9 9 6 b 1 9 9 6 a 2 人造伤口 g a g n 6 e ta 1 1 9 8 7 3 主动穿透植物组织 如某些固氮弧菌属的细菌 h u r e ke ta 1 1 9 9 4 伊拉克固氮螺菌 z o s p i r i l l u mi r a k e n s e 荧光假单胞菌 p s e u d o m o n a s f l u o r e s c e n s d u i j f fe ta l 19 9 7 q u a d t h a l l m a n ne ta 1 19 9 7 b e n h a m o ue ta l 1 9 9 6 a 4 植物叶上气孔 水孔 茎上的皮孔等自然孑l 口 5 通过昆虫 等介体进入植物组织 6 通过维管束系统进入种子 或通过禾谷类花粉管 通道 成熟种子的种脐 种皮的裂缝开口 种英 种皮背部索状细胞 种脊进 入种子 或通过次生根进入分生组织 或通过叶表吐水孔进入叶内等 7 通 过茎表和叶表的吐水滴侵入植物 l a m be t a l 1 9 9 6 8 通过植物维管组织 从根部传导至茎部 s t u r ze t a l 2 0 0 0 另外 吴蔼民等 2 0 0 1 用利福平标记法 对内生菌7 3 a 在棉花体内的定 殖消长动态进行了较为详细的研究 结果表明 内生细菌7 3 a 可以在植物体内 系统定殖 不同接种方法 内生细菌在植株体内的定殖动态有所不同 另外 c h e ne ta l 1 9 9 5 对棉花内生防病细菌在棉花体内定殖研究结果与吴蔼民等 2 0 0 1 的结果相似 g u n s o ne ta l 1 9 9 3 用利福平标记法 对百合内生细 福建农林大学硕士学位论文 菌进行了研究 结果与吴蔼民等 2 0 0 1 相似 1 3 植物内生细菌的促生作用研究 植物内生细菌对其宿主植物的促生作用与植物根际促生菌 p l a n tg r o w t h p r o m o t i n gr h i z o b a c t e r i a 缩写p g p r 相似 k l o e p p e re ta 1 1 9 9 1 即可直接 或间接地影响植物生长 其通过细菌合成或促进植物从环境中吸收某些营养 物质对植物生长起直接促进作用 通过降低或阻止植物病原菌对植物的不利 影响对植物生长起间接促进作用 1 3 1 植物内生细菌对植物生长的直接促进作用 与植物根际细菌一样 植物体内也存在有大量的对植物生长有促生作用的 内生细菌 如s t u r z 1 9 9 5 1 9 9 8 研究表明 马铃薯薯块中分离的细菌有1 0 可促进植物生长 红三叶草与马铃薯轮作试验表明 2 1 的内生细菌可促进 植物生长 其中有6 3 的菌株可提高苗的高度 6 6 的菌株增加苗的鲜重 5 5 的菌株增加根的鲜重 s t a r ze l a l 1 9 9 8 现已研究表明 植物内生细菌可 增加甜玉米 番茄 黄瓜 茄子的株高 千重 提高根茎重量 棉花的结果率 增加马铃薯的产量 促进金边富贵竹扦插根的生长 红三叶草根瘤的形成等 吴 蔼民等2 0 0 0 徐幼平等 2 0 0 1 和凤美等 2 0 0 2 顾真荣等 2 0 0 2 a d h i k 撕 e fa 1 2 0 0 1 植物内生细菌促生机制也与植物根际细菌相似 目前报道的促生机制有 活化并促进植物对营养元素如氮磷钾等大量元素和铁等微量元素的吸收 a d h i k a r ie t 丑 2 0 0 1 p a t t e ne ta 1 9 9 6 g 1 i c ke ta 1 1 9 9 4 k 1 0 e p p e r e t 且 1 9 8 9 d a v i s i o n 1 9 8 8 b r o w n 1 9 7 4 产生多种生理活性物质刺 激调节植物生长 如植物激素 酸性物质以及维生素等 b r o w n 1 9 7 4 t i e ne t a 1 1 9 7 9 b a r b i e r ie t 盆 1 9 8 6 j a c o b s o ne ta 1 9 9 4 h o l l a n d 1 9 9 7 提高植物抗旱性 抗盐碱性 抗极端温度和p h 值 抗重金属毒害等 提高宿 主植物的逆境生存的能力 黄晓东等 2 0 0 2 刘健等 2 0 0 1 一种细菌可以 通过其中一种或几种机制来促进植物生长 与p g p r 一样 植物内生细菌促进植物生长研究得最多的是固氮作用 b a l d a n ie l a l 1 9 9 7 对近2 0 年来内生固氮细菌的研究进行了综述 指出植物 内生固氮细菌有固氮螺菌 a z o s p i r i l l u m 草螺菌 h e r b a s p i r i l l u m 食酸杆 菌 a c e t o b a c t e r 和固氮弧菌 a z o a r c u s 等 现已研究证明 内生固氮菌可 福建农林大学硕士学位论文 9 直接为甘蔗 b o d d e y 1 9 9 5 水稻 l a d h ae ta l 1 9 9 7 y a n n ie ta l 1 9 9 7 小麦 w e b s t e re ta l 1 9 9 7 等植物提供寄主所需的氮 b n f 5 n 同位素法和n 平 衡法研究表明 在巴西每年每公顷甘蔗可从其内生固氮细菌中获得超过1 5 0 k g 的氮 几乎占作物所需氮量的一半以上 b o d d e ye t a l 1 9 9 5 在甘蔗的根 茎 叶内均发现有大量内生固氮菌存在 k e n n e d ye t a l 1 9 9 7 m a l i ke t a l 1 9 8 7 报道草地上6 0 8 0 的氮来源于内生固氮菌的生物固氮 接种固氮螺菌 a z o s p i r i l l u m 可为水稻植株提供6 6 的全氮 m a l i ke ta 1 1 9 9 7 在湿地水 稻田中 每年生物固氮量超过5 0 k g h a r o g e re t a l 1 9 9 2 据估计 通过在植 物体内引入生物固氮细菌或从内生菌中转移固氮基因 今后生物系统每年可为 每公顷农田提供大于2 0 0 k g 的氮源 l a d h a e la 1 1 9 9 7 s e v i l l ae ta 1 1 9 9 8 研究发现 野生型或突变型的内生固氮细菌对植株 均表现出刺激生长作用 这表明重氮营养醋杆菌对植株的促生作用 除氮作用 外 可能还有其它作用机制 另外 内生固氮细菌可通过非固氮的途径来促进植物生长使得其促生作 用机制变得更为复杂 如在水稻上接种植物内生固氮弧菌b h 7 2 可显著地促 进水稻生长 h u r e ke ta l 1 9 9 4 但不表达固氮酶的突变菌株一样可促进植 物生长 表明并不是固氮作用促进植物生长 因而内生固氮弧菌对植物的促 生作用可能是通过促进植物对矿物质和水分的吸收作用等其他途径而实现 如p a r i h a re t a l 2 0 0 3 发现具有溶磷作用植物内生细菌 b a s h a ne l a l 1 9 9 7 a n d l e i f e r te l a l 1 9 9 4 报道细菌可产生的乙烯 生长 素 细胞分裂素等植物生长调节因子而改变植物生长和发育 如假单胞菌属 肠杆菌属 葡萄球菌属 固氮菌属和固氮螺菌属 v a n d e b r o e ke t a l 1 9 9 8 a n db a s h a ne la l 1 9 9 5 认为植物根际细菌如固氮螺菌属主要是定殖于根的 伸长区和根毛 但该属的某些菌株也可以进入一些禾本科作物根内成为植物 内生细菌 b a r b i e r ie t a l 1 9 9 3 研究表明固氮螺菌通过产生和分泌植物生长素 而促进作物的生长 g l i c ke ta l 1 9 9 5 1 9 9 8 证明许多植物生长促进细菌可通过产生氨基环 丙烷羧酸酰氨酶的调节作用 而氨基环丙烷羧酸酰氨酶主要是通过调节植物 体内的乙烯而实现其促生作用 g l i c ke t a l 1 9 9 7 h a l ie t a l 1 9 9 6 研究证明 植物在环境压迫如病原菌的侵染下产生过量压迫乙烯 s t r e s se t h y l e n e a b e l e se t a l 1 9 9 2 h y o d o 1 9 9 1 v a nl o o n 1 9 8 4 而氨基环丙烷羧酸酰氨酶 福建农林大学硕士学位论文1 0 可以确保生长植物和处于环境压迫的植物保持较低的乙烯水平 从而提高植 物的适应性 因此该途径被认为是促进植物生长的机制之一 1 3 2 植物内生细菌对植物生长的间接促进作用 与p g p r 一样 植物内生细菌通过诱导寄主植物产生植物激素 l a z a r o v i t s e ta 1 1 9 9 7 改善植物对矿物质的利用率 d a v i s o n 1 9 8 8 m u r t ye la 1 1 9 8 8 或通过改变寄主植物对霜冻等有害环境条件 x ue l a l 1 9 9 8 及有害病原生物 f r e d r i c k s o ne la 1 1 9 8 5 s c l l i p p e me ta 1 1 9 9 0 的敏感性 或防治植物病害的 发生 b a k k e r e t a l 1 9 8 7 d e f a g oe t a l 1 9 9 0 等间接促进植物生长 植物内生细菌通过降低或阻止植物病原菌的损害作用 这被认为是其间 接促进植物生长的 个重要原因 如b e v i v i n oe ta 1 1 9 9 8 报道利用从玉米 根部分离的洋葱伯克赫尔德氏菌 b u r k h o l d e r i ac e p a c i a 培养物进行玉米种 子处理后 可以降低玉米病害的发生并促进其生长 h e b b a re ta 1 1 9 9 2 也 报道了洋葱伯克赫尔德氏菌 b u r k h o l d e r i ac e p a c i a 对玉米的土传病菌串珠 镰刀菌 f u s a r i u mm o n i l i f o r m e 有拮抗作用并且对玉米有促生作用 另外 s h a r m ae ta 1 1 9 9 8 用植物根际内生假单胞杆菌p s j n 菌株防治番茄黄萎病 v e r t i c i l l i u md a h l i a e 研究表明离体和活体条件下接种p s j n 菌株可明显提高 植株的株高和根茎的生物量 并对黄萎病有显著的防病效果 菌株处理番茄后 对病害的减轻程度与病菌接种量呈正相关 菌株可保护植株不受黄萎病为害达 5 周 n o w a k 1 9 9 5 发现在轮枝菌侵染早期 用p s j n 菌株处理马铃薯 可 明显提高马铃薯块茎的产量 n e j a de t a l 2 0 0 0 研究发现 从油菜体内分离 到多株不仅对油菜和番茄有促生作用的内生细菌 而且这些细菌对油菜黄萎病 v e r t i c i l l i u md a h l i a e 和番茄枯萎病 f u s a r i u mo x y s p o r u mf s p 1 y c o p e r s i c i 还有良好的防治效果 何红等 2 0 0 4 2 0 0 3 a 2 0 0 3 b 2 0 0 2 研究表明从辣椒体内分离的内生细 菌 对枯萎病菌 f u s a r i u ms p 黄萎病菌 v e r t i c i l l i u ms p 炭疽病菌 c o l l e t o t r i c h u ms p 等1 6 种病原真菌有较强的拮抗作用 其中2 株分别来自辣 椒叶和茎内的枯草芽孢杆菌 对辣椒 白菜和香蕉等炭疽病具有良好的生防效 果 并对辣椒 白菜等植物有明显的促生效果 邱思鑫等 2 0 0 4 从烟草 茄 子和番茄体内分离的对辣椒疫霉 黄瓜枯萎等1 5 种病原有拮抗作用的内生解 淀粉芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 在室内对辣椒疫病具有良好防治效果 这些菌 福建农林大学硕士学位论文 株对黄瓜枯萎病也有一定的控制作用 且其中t b 2 菌株可在烟草和辣椒体内 传导并促进其生长 关于内生细菌通过防治植物细菌性病害而间接促进植物生长方面 袁军 等 2 0 0 2 从健康马铃薯块茎中分离到1 3 3 株内生细菌 通过离体抑菌作用测 定 田间和温室实验 筛选到5 个具有促生或潜在防治马铃薯环腐病的内生细 菌 其中1 1 8 菌株同时具有内生定殖 促生和拮抗作用 崔林等 2 0 0 3 从分 离至马铃薯块茎的2 4 0 株内生细菌中筛选到5 5 株对环腐病菌有拮抗作用的菌 株 占菌株总数的2 2 9 另外 x ue t a l 1 9 9 8 认为植物内生细菌通过改变寄主植物对霜冻等有 害环境条件的敏感性等促进植物生长 如b o y e 1 9 8 2 研究认为 美国农作 物产量损失的6 9 是因为作物对生长的生理生化环境不适宜造成的 由于作物 对其生长环境的不适宜 致使作物获得最大产量的潜力不能正常发挥 因此 他认为 农业生产技术的主要目的之一就是如何诱导作物对这种可变环境条件 的抗性 n o w a ke t a l 1 9 9 5 研究表明 植物内生细菌在某种情况下可改善植 物对不良环境条件的反应 从而保持或促进作物产量的提高 其中最明显的效 果是提高植物对干旱的抵抗力和缩短植物移栽时的返青期 例如 假单胞菌 p s j n 菌株 可改善马铃薯幼苗气孔的功能 盆钵条件下巴西固氮螺菌 a z o s p i r i l l u mb r a s i l i e n s e s p 2 4 5 菌株与小麦苗共同培养 可以改善小麦苗的 渗透压 移栽时 细菌处理过的小麦苗的成活率比对照高 另外 植物内生细菌还可以产生一些酶或通过营养及根表适合的生态位 竞争 以及诱导植物产生系统性抗性来抑制植物病害 g l i c k 1 9 9 5 前人研究表明 内生细菌对寄主植物的促生作用 存在着明显的品种专 化性 c o n ne la 1 1 9 9 7 p i l l a ye ta 1 1 9 9 7 b c n s a l i me ta 1 1 9 9 8 如假单胞菌p s j n 菌株对马铃薯品种r e dp o n t i a c 的促生作用比品种s h e p o d y 明显 s t u r ze t a 1 1 9 9 7 而且内生细菌对同一种植物的不同生育期的生长的作用也有所不 同 如o n e i ue la l 1 9 9 2 报道细菌对松柏苗移栽的成活率有促进作用 但对 其生长却有抑制作用 另外 接种种类 次序和数量等对内生细菌的作用效果 也有影响 有的在单独接种时对植物生长表现抑制作用的细菌 两种细菌同时 接种时 对寄主植物却表现为促进生长作用 如s t u r ze ta 1 1 9 9 7 发现 豌 豆根瘤菌三叶草生物变种 r 1 e g u m i n o s a r u mb y t r i f o l i i 与其它细菌混合接种 福建农林大学硕士学位论文 1 2 时 比单独接种的效果更好 豌豆根瘤菌三叶革生物变种与b a c i l l u si n s o l i t u s 丑 b r e v i s 或发根土壤杆菌 a g r o b a c t e r i u mr h i z o g e n e s 等细菌共同接种时 对根瘤的 形成有促进作用 单独接种根瘤菌对寄主植物无促生作用 豌豆根瘤菌菜豆生 物变种与豌豆根瘤菌三叶草生物变种混合接种时才对寄主表现有促进生长作 用 而巨大芽孢杆菌 b a c i l l u sm e g a t e r i u m 鸟博德特氏菌 b o r d e t e l l aa v i t u m 和藤黄短小杆菌 c u r t o b a c t e r i u ml u t e u m 等细菌不管是单独接种还是与其它 细菌混合接种 都对寄主表现出促进生长作用 由此可见 植物内生细菌对寄 主植物生长促进作用的效果 是受植物体内和植物体外多种生物种群及其它许 多因素影响的 但是 植物内生细菌除了上述多方面的有益生物学作用之外 有的内生 细菌也表现出对寄主有害的生物学作用 这主要包括有抑制植物生长发育 引 起植物病害等 a r s a ce l a l 1 9 9 0 c h a n w a ye t a l 1 9 9 4 如金玲等 1 9 9 6 报道 从小麦苗中分离的8 9 株内生细菌中有6 株浸种后小麦表现为发芽率低 出苗 迟且不齐 生长缓慢 植株矮化 叶尖黄化 根短分枝少甚至茁扭曲等不良影 响 v a n p e e re t a l 1 9 9 0 从根内分离的假单孢杆菌中有3 0 的菌株对植株苗 鲜重有影响 只有2 的菌株表现对植株生长有促进作用 而从根表的假单孢 杆菌中有4 的菌株可明显降低蕃茄苗鲜重 7 的菌株对植株有促进生长作 用 z u c k e re t a l 1 9 7 0 研究表明 在正常情况下 非致病的荧光假单孢杆菌 一旦寄主 马铃薯 的保护机制被放线菌酮抑制时 也能表现出致病作用 s t u r z 1 9 9 5 报道内生细菌是导致马铃薯薯块腐烂的主要因素 腐烂母种块中的内 生细菌是子代薯块内生细菌的主要来源 m e n e l e ye t a l 1 9 7 5 研究表明 黄 瓜软腐病菌 e r w i n i ac a r o t o v o r a 能以内生菌的方式先在健康组织内存在 待 条件适宜时 即可引起寄主发病 j o n e se td i 1 9 7 3 报道 胡萝t 软腐菌 e c a r o t o v o r a 能以l 型细胞进入马铃薯细胞内 待进入细胞后 细菌又变为正 常状态 另外一些研究中发现 有的植物病原细菌能以内生的方式在其它植物体内 生存 待条件合适 如轮作等 这些内生细菌有可能成为其寄主植物病害的初 侵染源 如b u g b e ee ta 1 1 9 8 7 研究发现 在无病症的甜菜根内分离到腐败 棒状杆菌 c o r y n e b a c t e r i u ms e p e d o n i c u m 经测定 该菌与引起马铃薯 茄子 蕃茄花叶 萎蔫病的病原菌相同 可见甜菜有可能是这种腐败棒状杆菌的无症 状自然寄主 福建农林大学硕士学位论文 总之 任何事物都具有两面性 内生细菌对寄主植物的生物学作用也不 例外 既有有益作用 也存在潜在的有害作用 但由于内生细菌存在植物体内 受到寄主植物体的保