一株矿物分解细菌在水稻上的定殖及其对矿物风化的作用

论文摘要

土壤中微生物、矿物、植物之间形成相互依存,相互影响的密切关系,三者之间共同作用影响着岩石、矿物的形成和土壤的形成。但是,有关于矿物分解细菌在植物上的定殖动态并且联合植物对矿物的风化作用研究还未见报道。因此,研究微生物在植物的定殖规律并联合植物对矿物的风化,为探究三者之间的相互关系提供实验依据。本论文首先研究实验室保藏的具有产IAA和铁载体能力的22株细菌对水稻和小麦种子的促芽生长作用,结果表明约有45%的菌株对水稻表现出促生特性,而只有27.2%的菌株对小麦表现出促生特性,从中筛选出菌株W19作为加基因标记的供试菌株,通过三亲本杂交获得16株gfp标记菌株。通过比较出发菌株W19和标记菌株的产IAA、铁载体能力和矿物分解能力,表明标记菌株与出发菌株的生物学特性未发生较大变化。经过PCR验证,确认gfp片段位于菌株W19的染色体上,并非以质粒形式存在。继而选取了菌株19G-3和19G-16作为下一步实验的供试菌株。通过砂培实验研究标记菌株在水稻上的定殖动态,结果表明菌株19G-3和19G-16均能够定殖于水稻根面,且菌株19G-16在根面的定殖数量比19G-3大。在0-19天内两株菌的定殖数量均在105cfu·g-1根以上。标记菌株在根基部的定殖数量显著比2-4cm、4-8cm等区段的定殖数量大。随着水稻根的伸长,菌株19G-3和19G-16有向下转移的趋势。菌株19G-3和19G-16在水稻根内和茎内的定殖数量维持在102-103cfu·g-1根,说明在一定的时期内菌株能够在水稻根内和茎内定殖。在砂培条件下研究了供试菌株对黑云母和钾长石的风化作用,结果表明,在黑云母存在的条件下,供试菌株能够显著提高水稻根、地上部的长度和干重,表现出明显的促生特性。而在钾长石存在的条件下,用1/5钾营养液处理中的水稻根部、地上部的长度和干重比对照显著增加。在黑云母和钾长石存在的条件下,用1/5钾营养液处理的水稻,其根部和地上部的硅元素和钾元素含量比对照有明显的提高。在加有矿物处理中,供试菌株能够显著提高水稻对硅、钾元素的吸收。通过体视显微镜对水稻侧根根毛的观察,发现接菌处理的水稻侧根根毛比对照长而且浓密,说明菌株能刺激根毛的发生和伸长。对水稻根表面的次生矿物X衍射分析,结果表明,接菌处理下钾长石和黑云母产生了一定程度的风化,其中接菌处理中黑云母有蛭石化的现象。对水稻根表面的矿物进行了扫描电镜的观察和能谱分析,结果表明,附着在矿物表面的部分晶体颗粒Fe、Na的相对含量很高,并与矿物表面元素比较后,推测可能形成了新的次生矿物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号及缩略语说明
• 第一章 文献综述
• 第一节 微生物与矿物相互作用的研究
• 1.1 微生物对矿物的风化作用
• 1.2 矿物对微生物的作用
• 第二节 微生物对植物促生的研究
• 2.1 促进植物生长的微生物种类
• 2.2 细菌促进植物生长的机制
• 第三节 报告基因在研究微生物定殖的应用
• 3.1 生物发光酶
• 3.2 gus基因（β-葡糖苷酸酶）
• 3.3 lacZ基因（β-半乳糖苷酶基因）
• 3.4 绿色荧光蛋白基因（gfp）
• 第四节 目的和意义
• 第二章 供试菌株对植物促生能力的研究及其gfp标记
• 1 材料
• 1.1 供试菌株
• 1.2 培养基
• 1.3 试剂
• 2 方法
• 2.1 菌株对植物种子的促芽生长实验
• 2.2 供试菌株的GFP标记
• 2.3 标记菌株与出发菌株的产吲哚乙酸（IAA）能力比较
• 2.4 标记菌株与出发菌株的产铁载体能力比较
• 2.5 标记菌株与出发菌株的矿物分解能力比较
• 2.6 标记菌株的gfp片段检测
• 3 结果与分析
• 3.1 菌株对于水稻种子的促芽生长实验
• 3.2 菌株对于小麦种子的促芽生长实验
• 3.3 w19的gfp基因标记
• 3.4 标记菌株与出发菌株产IAA能力的比较
• 3.5 标记菌株与出发菌株产铁载体能力的比较
• 3.6 标记菌株与出发菌株矿物分解能力的比较
• 3.7 标记菌株的gfp片段检测
• 4 讨论
• 5 本章小结
• 第三章 标记菌株在水稻的定殖规律研究
• 1 材料
• 1.1 供试菌株
• 1.2 培养基
• 1.3 试剂
• 1.4 植物材料
• 2 方法
• 2.1 砂培设计
• 2.2 标记菌株的检测
• 3 结果与分析
• 3.1 标记菌株在水稻根面的定殖
• 3.2 标记菌株在根内和茎内的定殖
• 3.3 水稻根际和根内标记菌株的检测
• 4. 讨论
• 5. 本章小结
• 第四章 供试菌株对水稻促生以及矿物风化的研究
• 1 材料
• 1.1 供试菌株
• 1.2 培养基
• 1.3 试剂
• 1.4 植物材料
• 2 方法
• 2.1 砂培实验
• 2.2 水稻根面标记菌株的检测
• 2.3 植物生物量测定
• 2.4 植物体内硅、钾元素测定
• 2.5 根毛形态观察
• 2.6 根表面次生矿物的提取
• 2.7 根表面次生矿物观察和其表面元素相对含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 水稻根面标记菌株的检测
• 3.2 供试菌株对水稻生物量的影响
• 3.3 植物体内硅、钾元素的测定
• 3.4 根毛形态的观察
• 3.5 根表面次生矿物的X衍射
• 3.6 根表面次生矿物的能谱分析
• 4. 讨论
• 5. 本章小结
• 全文总结
• 本文的创新点
• 参考文献
• 致谢