PGPR研究进展及其应用.ppt

PGPR研究进展及其应用简介 主讲 导师 PGPR简介 PGPR plantgrowth promotingrhizobacteria 即植物促生菌 一群定殖于植物根际 与植物根密切相关的根际细菌 当接种于植物种子 根系 块根 块茎或土壤时 能够促进植物生长 植物根际是细菌的良好生境 能在植物根际持续稳定地定植 受植物影响的细菌称为根际细菌 根际细菌种群密度比非根际土壤高100倍 多达15 的根面可能被各种细菌的微菌落所覆盖 细菌利用植物释放的营养物质进行生长繁殖 同时分泌代谢产物到根际 PGPR研究历史 从1978年 美国奥本大学的J W Kloepper首次提出植物根际促生细菌的概念以来过去40年中 PGPR研究始终是农业微生物学 植物病理学的热点领域之一 3年举办一次的PGPR国际学术研讨会反映了人们对这一研究领域的持续 广泛关注 1987 加拿大 1990 瑞士 1994 澳大利亚 1997 日本 2000 阿根廷 2003 印度 2006 荷兰 2009 美国 多个学科领域的科学家 企业 政府加入其中 从不同角度和层面开展了范围广泛的研究 PGPR的主要种类 芽孢杆菌属 Bacilli 由于其产生芽孢 能够在诸多不利环境中生存 是研究最广泛 最深入的植物根际促生细菌之一 类芽孢杆菌 Paenibacillus 也是植物根际普遍存在的一类芽孢杆菌 某些多粘类芽孢杆菌P polymyxa菌株具有生物固氮能力 有些菌株产生IAA 细胞分裂素等植物激素 假单胞菌 Pseudomonads 是植物根际普遍存在的一类革兰氏阴性细菌 假单胞菌PGPR的研究最为广泛深入 已经从各种植物根际分离筛选了大量的具有植物促生和生防作用的假单胞菌 另外还有根瘤菌属 放线菌 木霉等 PGPR促生机理 1 提供植物营养物质生物固氮作用 在氮素贫瘠的土壤上 根际联合固氮菌提供植物氮素营养 在非豆科作物根际 普遍存在联合固氮菌 如固氮螺菌 Azospirillumsp 固氮弓菌 Azoarcussp 等 联合固氮菌对植物生长的促进作用 主要是由于这些固氮菌能够促进植物根系发育 促进植物对水分和矿质养分的吸收利用所致 PGPR促生机理 提高植物根际养分的可利用性 促进可溶性磷的释放 虽然土壤中丰富的磷元素主要以难溶性的形式存在 PGPR磷转化为可将难溶的植物能吸收的H2PO4 和HPO42 还可促进铁 锌及其他微量元素的吸收 PGPR促生机理 增强其它有益的共生作用 在许多情况下 PGPR作为 助手 细菌 协同其它有益的共生关系 如促进豆科植物 根瘤菌之间的共生 促进植物 菌根真菌之间的共生 复合促生作用 绝大多数情况下 一个PGPR菌株同时具有几种促生作用 在相同植物根际也同时存在多种具有不同促生作用的PGPR PGPR促生机理 2 产生植物生长调节物质生长素 Indole 3 aceticacid IAA 促进根生长 增加根长度及根表面积 细胞分裂素 Cytokinin 促进根细胞分裂及增大和组织膨大 增加根表面积 赤霉素 Gibberellin GA 促进植物形态的改变 PGPR促生机理 ACC脱氨酶 裂解植物体内乙烯合成的直接前体物质 1 氨基环丙烷 1 羧酸酯 ACC 降低植物根乙烯的合成 解除乙烯对根的抑制作用 辅因子 PQQ 植物体内PQQ作为作为一种抗氧化剂 但是也不能排除其间接促生效果 PGPR促生机理 3 植物根际生物修复剂 rhizoremediators 细菌对土壤污染物的降解面临的最大问题是 很难适应非根际土壤环境 目前开发了一种解决方法 根际生物修复系统 筛选降解污染物根际细菌 以便其利用植物根际分泌物作为主要营养 目前获得一株能高效利用根际分泌物 又能降解根际污染物萘的恶臭假单胞菌PCL1444 保护植物免受萘伤害 PGPR促生机理 4 环境胁迫调节剂目前研究的多得是ACC脱氨酶 其可以降低植物体内乙烯水平 并可解除植物病原细菌 多环芳烃碳氢化合物 重金属Ni2 和Ca2 盐 干旱及淹水等生物和非生物压力对植物的危害 PGPR生防机制 植物病害的微生物防治 microbialcontrol 是一个复杂的过程 不仅涉及到生防微生物 病原菌和植物 而且还与土著性微生物区系 indigenousmicroflora 大型生物区系 macrobiota 线虫 原生动物等 和植物栽培基质 土壤 蛭石等 有关 其作用机制主要从以下几个方面体现 A 拮抗作用 antagonism B 产生水解酶C 信号干扰 signalinterference D 诱导系统抗性 inducedsystemicresistance ISR E 竞争营养和生态位 competitionfornutrientsandniches CNN F 竞争Fe3 Competitionforferriciron G 捕食和寄生 predationandparasitism 主要是木霉H 解毒作用 detoxificationanddegradationofvirulencefactor I 干扰病原菌的活性 生存 萌发及孢子形成 PGPR应用前景 1 PGPR在克服作物连作障碍中的应用我国现有作物种植模式及农业生产措施 导致作物连作障碍普遍发生 并日益严重 已经成为制约我国农业可持续发展的瓶颈问题之一 生产实践表明 单纯依赖化学肥料 化学农药不能从根本上解决作物的连作障碍问题 PGPR的应用是根治作物连作障碍的最行之有效的途径 PGPR应用前景 2PGPR在作物逆境生产中的应用作物生产过程中 经常遭遇干旱 积水 盐害 养分亏缺或肥害等恶劣环境条件的影响 PGPR能够诱导作物产生对非生物胁迫的耐受性 有助于作物在逆境条件下的生长 在解决作物生产中经常遇到的非生物胁迫方面具有广阔的应用前景 PGPR应用前景 3 PGPR在土壤修复中的应用PGPR能够降解各种化学农药 减少农药对环境及农产品的污染 利用PGPR对重金属进行钝化 PGPR促进具有生物修复功能的植物生长 显著提高重金属清除效果 及对盐碱土地进行一定的缓解和改造 小麦在盐碱地中种植 加入PGPR其生长状况的对比 PGPR产品的商业化应用进展 美国拜耳作物科学公司 新型生物农药KodiakRConcentrate和YieldShieldRConcentrateBiologicalFungicides 获得EPA登记 加拿大BrettYoung公司 BioBoostR由分离自植物根际的代尔夫特氏菌 Delftia 发酵而成的PGPR接种剂 BioBoostRplus是由食酸代尔夫特氏菌 Delftiaacidovorans 和大豆慢生根瘤菌组合而成 加拿大BeckerUnderwood公司 利用PGPR菌株枯草芽孢杆菌MBI600生产的SubtilexR产品获EPA登记 美国AdvancedMicrobialSolutions AMS 开发了土壤改良剂 PGPR制剂研发前景 近年来国外特别加强了改善PGPR定殖能力 作用机理和适应性等应用基础研究 与其相比 我国的PGPR的应用基础研究十分薄弱 亟待加强 此外 新型PGPR的组成和生产工艺复合菌剂的研制 开发和应用是目前微生物制剂一个热点方