【摘要】：濕地是水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),濕地植物與微生物聯(lián)合凈化水質(zhì)可有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。濕地植物內(nèi)生細(xì)菌可促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,對(duì)維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)揮著重要作用。本文以濕地植物蘆葦(Phragmites australis)和狹葉香蒲(Typha angustifolia L.)為研究對(duì)象,通過植物細(xì)胞工程技術(shù)構(gòu)建其再生體系,應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)分析其根與種子內(nèi)生及根際環(huán)境中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),采用活性污泥孵育蘆葦再生苗的手段富集并挖掘功能內(nèi)生細(xì)菌,基于功能內(nèi)生細(xì)菌與植物離體組織共培育的策略改良濕地植物,主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)以種子為外植體,通過體細(xì)胞胚發(fā)生途徑構(gòu)建蘆葦再生體系、器官發(fā)生途徑構(gòu)建狹葉香蒲再生體系。增殖的蘆葦胚性培養(yǎng)物表現(xiàn)出極強(qiáng)分化潛力,被選為人工種子的繁殖體。胚性培養(yǎng)物能快速再生成大小均一、無(wú)污染的植株,為可控條件下內(nèi)生細(xì)菌的定殖研究提供了理想的實(shí)驗(yàn)材料。(2)蘆葦與狹葉香蒲根際細(xì)菌、根部?jī)?nèi)生細(xì)菌和種子內(nèi)生細(xì)菌群落組成存在明顯的差異。其種子內(nèi)生細(xì)菌為一個(gè)獨(dú)特的細(xì)菌類群,而非根際細(xì)菌或根部?jī)?nèi)生細(xì)菌的一個(gè)子集。蘆葦與狹葉香蒲種子內(nèi)生細(xì)菌群落主要包括7個(gè)菌門:變形菌門、擬桿菌門、浮霉菌門、綠彎菌門、熱袍菌門、柔壁菌門和螺旋體門;主要菌屬包括脫硫桿狀菌屬、地桿菌屬、硫桿菌屬、氧化硫單胞菌屬、甲基營(yíng)養(yǎng)菌屬和脫氯單胞菌屬等。(3)利用活性污泥侵染蘆葦再生苗的手段富集內(nèi)生細(xì)菌,通過變性梯度凝膠電泳技術(shù)證實(shí)了有豐富的內(nèi)生細(xì)菌成功定殖于再生苗根部。從再生苗根部分離出新鞘氨醇單胞菌RE3-1、吐蕃根瘤菌RE3-2、弗賴森草螺菌RE3-3、長(zhǎng)野雷夫松氏菌RE3-4、束紅球菌RE3-5、沃氏葡萄球菌RE3-6、根際金黃桿菌SH1、池生戴爾福特菌SH2、木糖氧化無(wú)色小桿菌SH4、嗜線蟲沙雷氏菌SH5和表皮葡萄球菌SH6等11株內(nèi)生菌株。(4)木糖氧化無(wú)色小桿菌SH4表現(xiàn)出高耐鉛特性。通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)擬合Langmuir方程,發(fā)現(xiàn)木糖氧化無(wú)色小桿菌SH4對(duì)Pb2+最大吸附量qmax為57.94 mg g-1。該菌株通過產(chǎn)生大量胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)而與鉛離子結(jié)合形成有機(jī)金屬配位體,從而減弱鉛對(duì)植物體的毒性。(5)弗賴森草螺菌RE3-3具有產(chǎn)吲哚乙酸及與鐵載體的功能,其中鐵載體可螯合鐵與鎘。該菌株被挑選為模式菌株,通過菌體與植物繁殖體共培養(yǎng)的方法成功定殖于蘆葦人工種子,并垂直傳遞于再生植株并表現(xiàn)出耐鎘特性。弗賴森草螺菌RE3-3通過人工種子的定殖與傳遞,增強(qiáng)幼苗對(duì)重金屬鎘脅迫的耐受性,改良了蘆葦幼苗品質(zhì)。本研究采用植物細(xì)胞工程和分子生物學(xué)等技術(shù)手段,挖掘優(yōu)良濕地植物內(nèi)生細(xì)菌資源,解析功能內(nèi)生細(xì)菌的金屬耐受性及促生機(jī)制,并進(jìn)行共培育功能內(nèi)生細(xì)菌與植物離體培養(yǎng)物,將功能內(nèi)生細(xì)菌的利用拓展至濕地植物育種方向,為改良濕地植物品種提供了一個(gè)新的思路。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X172
【圖文】：

時(shí)根系分泌物可為微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)和能源物質(zhì)，植物的根區(qū)為微生物創(chuàng)造逡逑了適宜的生境。內(nèi)生細(xì)菌在根際成功定殖后仍可進(jìn)入植物根皮層，但內(nèi)皮層作為逡逑一道屏障會(huì)阻礙內(nèi)生菌的進(jìn)一步侵入（圖１－１邋）。部分內(nèi)生細(xì)菌利用某些酶類或物逡逑理作用通過皮層裂隙而侵入到中柱，隨后穿過中柱鞘進(jìn)入木質(zhì)部導(dǎo)管，再借助蒸逡逑騰作用擴(kuò)散到植物的其它部位［１２２］。同時(shí)細(xì)菌具有的脂多糖、鞭毛、菌毛等特征逡逑也都可影響其根內(nèi)定殖以及在宿主植物中的運(yùn)動(dòng)。除了根部侵入途徑，一些內(nèi)生逡逑細(xì)菌還可依靠被動(dòng)滲透方式通過氣孔、水孔、莖上皮孔及根部裂隙等自然孔口，逡逑以及因土壤摩擦、人為傷害、動(dòng)物取食或有害微生物侵染造成的傷口進(jìn)入植物體；逡逑一些內(nèi)生細(xì)菌還可分泌纖維素酶、果膠酶等細(xì)胞壁降解酶來降解植物細(xì)胞組織而逡逑主動(dòng)侵入植物體內(nèi)。有些內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)到植物體后，可以通過維管束系統(tǒng)進(jìn)入種子，逡逑或通過禾谷類花粉通道、成熟種子的種臍、種皮的裂縫開口、種皮背部索狀細(xì)胞逡逑和種脊進(jìn)入種子。有些內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)到植物體后可以通過次生根進(jìn)入分生組織，通逡逑過葉表吐水孔的水液進(jìn)入葉內(nèi)［２３１。逡逑

途徑由甲硫氨酸合成。在甲硫氨酸循環(huán)過程中，甲硫氨酸首先轉(zhuǎn)化成ＳＡＭ，ＳＡＭ逡逑再通過ＡＣＣ合成酶（ＡＣＣ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ，邋ＡＣＳ）催化作用轉(zhuǎn)化為ＡＣＣ，然后ＡＣＣ逡逑經(jīng)ＡＣＣ氧化酶（ＡＣＣ邋ｏｘｉｄａｓｅ，ＡＣＯ）作用代謝為乙烯（圖１－２）。一些植物內(nèi)逡逑生細(xì)菌可通過產(chǎn)生氨基環(huán)丙綜竣酸脫氨酶（ａ－ａｍｉｎｏｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ－ｌ－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑ｄｅａｍｉｎａｓｅ，邋ＡＣＣＤ）將乙稀合成的直接前體ＡＣＣ轉(zhuǎn)化為ａ－丁畫司酸和氨，從而降逡逑低植物組織內(nèi)部的乙烯水平，提高植物在逆境脅迫下的適應(yīng)能力＾＾１１。逡逑－？逡逑＾邐／邋ＯＨ邋ＯＨ邐ＣＭｊ－Ｓ－ＣＭａ－ＣＨｊ－Ｃ－ＣＯＯ－逡逑＊＠＊－７邐＼邋＾逡逑／邐＼邋Ｒ－ＣＭ－ＣＯＯ－逡逑Ｉ邐Ｖ邋，１＾逡逑ＣＨ２邐ＮＨｊ逡逑Ｃｙ＊ｉ＊邐Ｑ＾－ＣＭｊ－ＣＨ－ＣＯＯ－逡逑Ｓ－Ｍｃｔｈｙｌｔｈｔｏｒｉｔｉｏｖｓ邐Ａ邐ＳＡＭ逡逑氣邐Ａ邐ｔｙＭｔｏｔａＭ逡逑＼邐卜~枺炕斟義希希櫻櫻茫齲茫齲蓿茫齲茫希希義希潁睿剩櫻洌鰨�、、七、厂’＊＾辶x

本文編號(hào)：2714368