新疆典型荒漠灌木内生固氮菌资源及其在干旱区植被恢复与重建中的应用潜力

具有特殊生境的内生固氮菌对改善植物营养、增强植物抗逆性及群落稳定性上具有重要作用，是一类潜力巨大、尚待开发的微生物资源。本项目开展（1）从新疆3种典型荒漠灌木多枝柽柳、黑果枸杞、盐穗木中分离内生固氮菌，明确其种群多样性和分布特点；（2）探明其固氮促生性能、对环境因子的适应性和在宿主体内的定殖特性，从中筛选出固氮活性高、具多种促生和抗逆性能，定殖良好、稳定的高效功能菌株。（3）研究内生固氮菌在干旱、盐胁迫下的接种效应，解析其提高宿主抗逆性的机理，为探索构建和应用内生固氮菌多功能接种剂促进灌木林生长，增强自我维持能力，加速植被的恢复与重建，促进干旱区生态系统良性循环提供科学基础和技术支持。本研究对丰富固氮微生物物种资源库和基因库，阐明内生细菌与宿主植物互作的实质具有重要的科学意义，将对充分发挥内生固氮菌的应用潜力，推进生态防护林建设，维护绿洲生态安全, 促进地区社会经济可持续发展发挥积极作用。

栖居在植物组织内部并与之进行联合固氮的内生固氮菌，在改善植物营养、调节代谢、增强宿主抗逆性及群落稳定性上具有重要作用，是一类潜力巨大、尚待开发的微生物资源。本研究以新疆典型荒漠干旱区优势灌木多枝柽柳、黒果枸杞、盐穗木为材料，分离获得239株内生固氮菌株，固氮酶活性为0.26～388.58 nmolh-1mL-1。种群多样性和系统发育分析明确了菌株分别与拉恩氏菌属（Rahnella）、假单胞菌属（Pseudomonas）、泛菌属（Pantoea）、芽孢杆菌属（Bacillus）、寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）和申氏杆菌属（Shinella）亲缘关系相近，其中Rahnella为优势种群，固氮酶基因nif H具有三种基因型，灌木种类、分离组织、生长地域和年限等影响内生固氮菌的多样性和固氮酶活性。筛选出了固氮酶活较高、具有溶磷、产生长素IAA等多种促生性能，环境适应性良好的功能菌株。采用绿色荧光蛋白基因（GFP）标记示踪、电镜免疫胶体金染色技术监测非限菌条件下人工种接内生固氮菌株DENB20菌株从多枝柽柳、黑果枸杞和大叶白麻根表向根内、枝叶入侵、传导过程、定殖范围和载菌量。研究发现不同菌株对宿主植物表现出一定程度的特异性，与原宿主和异缘植物的亲和能力、固氮效率有差异；干旱胁迫会减低侵入菌体的增殖速度、载菌量及菌群稳定性。研究证明了干旱胁迫及干旱和盐双胁迫下，接种内生固氮菌株DENB20具有一定的固氮效能，提高多枝柽柳种子发芽和生长，促进了植株对磷、钾元素的吸收，在一定程度上减轻胁迫所造成的生长损失。研究内生固氮菌提高宿主抗盐、抗干旱胁迫的生理机制，表明接种内生固氮菌能提高宿主SOD、POD等保护酶活性，降低膜脂过氧产物丙二醛和脯氨酸含量，增强质膜的稳定性。同时增加植株内可溶性糖含量，降低钠离子含量，加强渗透胁迫调节能力，还具有改变宿主根际微生物群落结构和功能，优化宿主生长环境的生态效应。研究提出内生固氮菌增强植物抗逆性是多种因素综合作用的结果。研究结果不仅丰富了固氮微生物资源库，有助于揭示内生细菌与宿主植物互作的实质，阐明荒漠植物的环境适应机制，具有重要的科学意义。同时为充分发挥内生固氮菌的应用潜力，创制和应用内生固氮菌多功能接种剂加速植被的恢复与重建，促进干旱区生态系统的良性循环提供了科学基础。