植物根际促生菌与紫花苜蓿互作抵抗盐碱胁迫研究

The saline-alkali soil is distributed wide-ranging over the world, and is ecologically fragile area on the land surface. It is existed each other following with the desert, which would destroy the nature resources, and cause heavy losses the agriculture production. Meanwhile, it constitutes a threat to the biosphere and the ecology environment. How to develop and utilize the saline-alkali soil turns into an urgent problem in agricultural sustainable development. This study screens plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), which could promote the growth of Medicago sativa under saline-alkali stress. Combination with the characteristics of ACC deaminase, IAA, phosphate solubilization, nitrogen fixation and siderophores of PGPR, analyze the effects of PGPR on absorption of nitrogen, phosphorus and other nutrient, antioxidant system and photosynthesis of Medicago sativa, and rhizosphere microbial community, soil enzyme activities, and the physical and chemical properties of soil, to reveal the mechanism that Medicago sativa improves saline-alkali tolerance when nodulated by PGPR. The study would lay the foundation for saline-alkali tolerance cultivation of Medicago sativa and development of plant-microbial remediation technology in saline-alkali soil, which would provide a scientific basis for vegetation restoration and ecological reconstruction in saline-alkali soil.

盐碱土是世界上分布广泛的一种土壤类型，是陆地表面生态脆弱区域。它与荒漠化过程相伴而生，不但造成了资源的破坏、农业生产的巨大损失，而且还对生物圈和生态环境构成威胁。盐碱地改造治理及开发利用是农业可持续发展迫切需要解决的问题。 本研究筛选在盐碱胁迫下对紫花苜蓿具有促生能力的根际促生菌，结合根际促生菌ACC脱氨酶活性、IAA含量、溶磷能力、固氮能力、嗜铁素含量等特性，分析在盐碱胁迫下根际促生菌对紫花苜蓿氮、磷等营养元素吸收的影响；对紫花苜蓿抗氧化系统、光合作用等细胞生理代谢的影响；以及对紫花苜蓿根际微生物群落、土壤酶及理化性质的影响，揭示根际促生菌与紫花苜蓿互作抵抗盐碱胁迫的机理。为紫花苜蓿耐盐碱栽培，发展盐碱土壤的植物-微生物修复技术奠定基础，为盐碱土壤的植被恢复和生态重建提供科学依据。

本研究从盐碱土种植的紫花苜蓿根际土中快速分离得到11株具有ACC脱氨酶活性的根际促生菌（PGPR）。这些菌株具有较强的促生特性和促生能力。在盐碱胁迫下，接种PGPR的紫花苜蓿，其根系活力，叶绿素、可溶性蛋白及游离脯氨酸含量，超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等抗氧化酶活性显著提高，丙二醛、超氧阴离子、过氧化氢含量显著降低；粗蛋白含量和磷含量显著高于对照，粗纤维含量显著低于对照。在盐碱胁迫下，接种PGPR，紫花苜蓿根部乙烯合成通路的基因下调表达、IAA合成通路的基因上调表达、与清除活性氧有关的基因上调表达、植物盐碱胁迫应答基因、离子转运通路相关基因等的表达量发生了改变。. 在盐碱胁迫下，接种PGPR，提高了紫花苜蓿根际土壤微生物的功能多样性群落结构多样性。特别是酸杆菌门、硝化螺旋菌门和酸杆菌纲等细菌分类群，及子囊菌门、子囊菌纲、座囊菌纲和伞菌纲等真菌分类群的相对丰度明显提高。另外，接种PGPR，提高了紫花苜蓿根际土壤脲酶、蔗糖酶和脱氢酶的活性、降低了紫花苜蓿根际土壤的pH值和电导率、提高了紫花苜蓿根际土壤的有机质含量。. 以上研究结果表明，筛选得到的紫花苜蓿根际促生菌，具有较强的ACC脱氨酶活性、IAA合成能力和溶磷能力等促生特性。紫花苜蓿受到盐碱胁迫时接种PGPR，一方面可以通过降低乙烯含量、增加IAA合成、增强溶磷能力、清除过量活性氧等有害物质、积累渗透保护物质等途径，缓解盐碱胁迫对紫花苜蓿产生的毒害作用，提高了紫花苜蓿抗氧化胁迫能力、增强了紫花苜蓿的光合作用；另一方面，提高了紫花苜蓿根际土壤微生物的多样性、土壤酶活性、提高了土壤有机质含量、降低了根际土壤的盐碱度。接种PGPR提高了紫花苜蓿的耐盐碱能力，提高了紫花苜蓿的产量和品质。本研究揭示了根际促生菌与紫花苜蓿互作抵抗盐碱胁迫的机理，为紫花苜蓿耐盐碱栽培，发展盐碱土壤的植物-微生物修复技术奠定了基础，为盐碱土壤的植被恢复和生态重建提供了科学依据。