酸性土壤中豆科植物根际微生物群体感应的初步研究

【摘要】：群体感应(quorum sensing,QS)是细菌通过可扩散的小分子自体诱导物信号分子来感知细胞群体密度的变化,从而进行基因表达调控的生理行为。多种植物根际微生物都存在群体感应现象,参与调控与植物共生、生物膜形成、毒性因子的产生等重要生理功能,并可能进一步影响土壤微生态及功能。存在铝胁迫的酸性土壤(如红壤)中,豆科植物能够分泌有机酸、酚类化合物等多种化合物来缓解铝毒,这些物质除了参与缓解铝毒外,还可能影响根际土壤微生物的群体感应及其群落结构与功能。因此,微生物群体感应在根际微生物群落与植物间的生态互作过程中具有重要作用,探索红壤中根际微生物的QS信号分子的动态变化以及QS参与调控豆科植物与微生物互作的机制具有重要意义。本研究采用盆栽试验及实验室模拟实验对铝胁迫下豆科植物根际微生物的群体感应进行了初步探索,研究结果总结如下:(1)成功构建检测根际土壤QS信号分子酰基高丝氨酸内酯(AHLs)水平的体系:运用高效检测菌株根癌农杆菌A.tumefaciensKYC55分别检测阳性对照菌株R10及酸性红壤中AHLs水平。R10在对数期末期,AHLs水平达到2145.13 Miller units,红壤根际土中的AHLs水平达到248.60 Miller units/50g土壤,说明该检测菌株具备较强的检测能力。(2)酸性土壤中不同基因型大豆品种在不同生育时期,其根际土中AHLs水平的动态变化:研究发现,耐铝能力不同的大豆品种,根际土壤中的AHLs的水平呈现不同的变化趋势。随着生长时期的推移,耐铝品种BX10,根际土壤中微生物的AHLs水平呈现逐步上升趋势,至生长后期(107天)达到顶峰;敏感型品种BD2的根际土壤中微生物的AHLs水平呈现上升趋势,至生长中期(76天)达到最高值,随后逐渐下降。(3)铝胁迫对中华根瘤菌群体感应及其生理功能的影响:采用3.0、6.0、9.0μMAlCl3分别处理中华根瘤菌。Sinorhizobium sp.1128 12 h、24 h、36 h后,其AHLs的产生水平、胞外多糖的合成量显著降低。AlCl_3处理还显著抑制Sinorhizobium sp.1128对苜蓿幼根的根毛吸附。本论文为进一步探索酸铝胁迫下植物-土壤微生物互作的分子机制奠定基础,为酸性土壤上提高作物产量提供的新思路。