CN103224900B - 一种植物内生菌及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物内生菌,分类命名为肠杆菌(Enterobacter sp.),完整命名为肠杆菌(Enterobacter sp.)SaCS20,该菌株已于2013年3月28日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC),保藏编号为CGMCC NO:7381。本发明还公开了所述的植物内生菌在促进水稻生长、提高水稻产量或促进微量元素锌在水稻体内积累中的应用。本发明提供的肠杆菌CGMCC NO:7381从锌超积累植物东南景天根系内分离得到,不仅对水稻无致病性,还能成功定殖到水稻根系体内,促进水稻生长、增加根际土有效锌含量以及籽粒锌富集。本发明操作简单、安全、经济,即能减少土壤微肥的投入,又能增加作物产量。
Description
技术领域
本发明属于水稻微量元素生物强化技术领域,尤其涉及一种植物内生菌及其应用。
背景技术
锌与人类生产及生命活动密切相关,锌是植物生长必不可少的微量营养元素,也是人体必需的重要营养元素。锌对人体来说有重要的生理功能和营养价值。正常人一般情况下体内有近200种酶的活性与锌有关,故人体内缺锌时很多酶活性受到影响,导致多种代谢紊乱,进而影响人体健康。研究表明,缺锌会引起身材矮小、皮肤紊乱等,尤其对孕妇和儿童的影响最为明显。
粮食作物可食部的锌是人体获取锌的主要途径,由于摄入量不足,数十亿的人口遭遇锌缺乏现象。水稻是我国主要的粮食作物,我国居民70%的热量、65%的蛋白质和大部分微量元素均来自水稻等谷物。水稻锌缺乏不仅是其产量下降的重要影响因子之一,更是导致我国居民微量元素缺乏的重要原因。目前,生物强化是帮助发展中国家摆脱锌营养危机困境的唯一方法,即通过育种和栽培途径提高作物可食用部分微量养分含量。植物育种和施肥是锌生物强化的最主要的方法,但植物育种周期长、费时费力;锌肥价格高且在土壤中利用率低。
植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌。内生菌可通过固氮作用、产生植物生长激素、防治病害等增加作物产量,在农业生产和环境科学上的应用潜力已经引起了国内外研究者的广泛关注。有些内生菌可产生铁载体、小分子有机酸等,与重金属螯合等,进而促进根系对土壤中锌、铁等微量元素的吸收。因此,植物内生菌不仅能够促进植物生长、增加产量、提高作物品质,而且还可增加可食部微量元素含量。
综上所述,分离、纯化和筛选有利于微量元素锌吸收的有益内生菌,并将内生菌接种到农业作物上,可利用内生菌提高作物产量,并提高作物对土壤中微量元素锌的吸收及籽粒对锌的积累。然而目前这方面的研究还很少,在农业生产实际中,可考虑将植物内生细菌制成菌剂或无土混合菌剂进行拌种而加以应用,提高农作物的产量和品质。
发明内容
本发明提供了一种植物内生菌及其应用,可促进水稻生长、增加水稻根际土有效锌含量以及籽粒锌富集。
一种植物内生菌,分类命名为肠杆菌(Enterobacter sp.),完整命名为肠杆菌(Enterobacter sp.)SaCS20,该菌株已于2013年3月28日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC),保藏编号为CGMCC NO:7381。
本发明菌株在培养基上的菌落特征为:大小2-5mm;圆形、边缘整齐;表面光滑、隆起、不透明。
所述培养基的成分为:胰蛋白胨10g L-1、酵母提取物5g L-1、氯化钠10g L-1、琼脂15g L-1,pH值7.2。
本发明的菌株为革兰氏阴性菌;能产生铁载体、IAA,具有溶磷的能力。
该菌株从锌超积累植物东南景天中分离得到,并能成功定殖于水稻根系体内,对微量元素锌具有吸收作用,可促进水稻生长、增加根际土有效锌含量以及籽粒锌富集。
本发明还提供了所述的植物内生菌在促进水稻生长、提高水稻产量或促进微量元素锌在水稻体内积累中的应用。
利用肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻的培养可在营养液或土壤中进行。
当采用营养液培养水稻时,具体过程为:将灭菌后的水稻幼苗根系放入肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液中浸泡1~4h,再将所述水稻幼苗根系放入营养液中培养,每2~5d更换一次营养液。
通过对水稻幼苗根系进行肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液浸染,可促进水稻的生长和对营养液中锌的吸收。
为了保证营养液中肠杆菌CGMCC NO:7381的定殖量,可在培养过程中往所述营养液中补充肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液2~5次。
当采用土壤培养水稻时,具体过程为:将灭菌后的水稻幼苗根系放入肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液中浸泡1~4h,再将所述水稻幼苗根系种植于土壤中。
通过对水稻幼苗根系进行肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液浸染,可促进水稻的生长和对土壤中锌的吸收。
为了确保肠杆菌CGMCC NO:7381定殖于水稻的整个生长期,分别于水稻生长的分蘖期、拔节期、开花期往水稻根际土壤中补充肠杆菌CGMCCNO:7381的菌悬液。
水稻幼苗根系的灭菌方法为:将水稻幼苗根系浸泡于1~5%次氯酸钠溶液1~10min,用无菌水冲洗3~10次。
所述肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液OD600为0.8~1.0,该OD600范围内的菌悬液具有良好的生物活性,有利于促进水稻生长及对锌的积累。
所述肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液的制备方法为:将肠杆菌CGMCC NO:7381活化后接入LB液体培养基,扩繁后离心去上清液,再加入磷酸缓冲液制得菌悬液。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的肠杆菌CGMCC NO:7381从锌超积累植物东南景天根系内分离得到,不仅对水稻无致病性,还能成功定殖到水稻根系体内,促进水稻生长、增加根际土有效锌含量以及籽粒锌富集。本发明操作简单、安全、经济,即能减少土壤微肥的投入,又能增加作物产量。
附图说明
图1为实施例4中接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻生长的影响;
图2为实施例4中接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻地上部生物量(干重)的影响;
图3为实施例4中接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻根系生物量(干重)的影响;
图4为实施例5中接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻根际土壤有效锌含量的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释。
试验中的检测方法如下:
OD600的检测方法:紫外分光光度法;
植株锌含量的检测方法:ICP-MS;
土壤锌含量的检测方法:OES-MS。
实施例1肠杆菌CGMCC NO:7381的分离
(1)培养基
DF培养基:每升培养液中含有KH2PO44g,Na2HPO46g,MgSO4·7H2O0.2g,葡萄糖2g,葡萄糖酸钠2g,柠檬酸2g,(NH4)2SO42g,组分1、组分2溶液各0.1mL,琼脂15g,溶剂为水,pH值7.2,高压蒸汽灭菌(121℃,20min)。
其中,组分1:H3BO310mg,MnSO4·H2O11.19mg,ZnSO4·7H2O124.6mg,CuSO4·5H2O78.22mg,MoO310mg溶于100mL灭菌蒸馏水中,-4℃保存;
组分2:FeSO4·7H2O100mg溶于10mL灭菌蒸馏水中,-4℃保存。
DF+ACC培养基:每升DF培养基中加入3mM的ACC。
LB液体培养基:每升培养液中含有胰蛋白胨10g,酵母提取物5g,NaCl10g,溶剂为水,pH7.0,高压蒸汽灭菌(121℃,20min)。
(2)菌株的分离纯化
用无菌剪刀在东南景天根基部将根系剪下,与植物地上部分开。地上部用自来水冲洗30min,用蒸馏水洗3次,每次3min。用吸水纸吸去植物表面水分,将地上部用70%酒精浸2min,无菌水洗3次,3%NaClO浸泡2次,每次1min,然后用无菌水冲洗3次,每次2min。植株地上部表面灭菌后称重,加入10倍体积的磷酸盐缓冲液在无菌研钵中研磨,匀浆后静置5min,取悬液进行10倍系列稀释,分别取不同稀释度的悬液100μl涂布于DF平板上,在30℃暗培养。
从不同稀释倍数的DF平板上选择在形态、色泽和生长速率上不同的菌落在DF-ACC培养基上划线,置于37℃恒温培养箱中培养。
多次划线,直至菌株纯化,将该菌株命名为SaCS20,将纯化后的单菌落接种于5ml LB液体培养基,在30℃,180rpm培养。将长好的菌液0.7mL与50%灭菌甘油0.3ml混合分装于冻存管在-80℃保存。
实施例2SaCS20菌株的鉴定
(1)SaCS20菌株的菌落、菌体形态观察
菌体形态学研究:对菌体进行革兰氏染色,在光学显微镜16×100油镜下进行观察。
菌体内部结构研究:对菌体进行超薄切片,用透射电子显微镜观察菌体内部结构。
在固体LB培养基上,SaCS20菌株的大小为2-5mm;圆形、边缘整齐;表面光滑、隆起、不透明。
(2)SaCS20菌株的分子生物学鉴定
将保存的SaCS20菌株接种到LB液体培养基中,30℃,180r/min恒温摇床上培养过夜培养,所得菌液用上海生工生物细菌DNA提取试剂盒进行提取,扩增该菌株的16S rDNA,将获得的PCR产物纯化后委托华大基因进行测序。
PCR扩增引物为通用引物:
27F:5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'
1492R:5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3'。
PCR扩增体系采用25μl反应体系,如表1所示。
表1PCR扩增体系
PCR反应条件为:
94℃预变性3min,94℃变性1min,61℃退火1min,72℃延伸1min,进行30个循环,72℃延伸5~10min。
电泳检测:1%琼脂糖凝胶电泳,分析PCR产物电泳结果。
将PCR产物送到华大基因进行测序,经测序获得到长度为1462bp的16S rDNA片段,在GenBank中的注册登记号为JX290206,碱基序列如SEQ ID NO.1所示。通过Blast比对,并利用ClustalX1.83及MEGA5.0软件进行系统发育分析。结果表明,菌株SaCS20与Enterobacter mori&ludwigii的16S rDNA核苷酸序列的同源性在99.4%以上,所以鉴定该菌株为肠杆菌,命名为肠杆菌(Enterobacter sp.)SaCS20,并将该菌株送至中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏中心进行保藏,保藏编号为CGMCC NO:7381,保藏日期为2013年3月28日。
实施例3肠杆菌CGMCC NO:7381的菌剂制备
(1)菌种活化
将低温保存的肠杆菌CGMCC NO:7381原种接种于LB斜面培养基中进行活化培养,在37℃恒温培养箱中22~24h,获得菌体斜面;
(2)扩大培养
将活化的菌种接入LB液体培养基,进行扩繁,于30℃,180r/min恒温摇床上培养,震荡至对数期,获得菌液,将菌液离心,弃上清,用无菌水洗涤沉淀3次,沉淀用pH值为7.0的磷酸缓冲液悬浮,获得含有肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液,菌悬液在应用前需将OD600调整至0.8~1.0。
实施例4肠杆菌CGMCC NO:7381在水稻营养液培养中的应用
(1)水稻种子发芽:用3%次氯酸钠进行水稻种子表面消毒30min,清水反复冲洗,于暗处催芽后转移到基质培养至三叶期。
(2)水稻幼苗根系灭菌:选取长势一致的水稻幼苗,根系用3%次氯酸钠灭菌2min,无菌水冲洗4次,将水稻根系浸在OD600为0.8~1.0的菌悬液中2h(对照为无菌水)。
(3)水稻幼苗营养液培养:水稻幼苗移栽到2.5L黑色塑料盆中进行营养液培养,每3天换一次营养液,接种30天后收获样品,为保证内生菌的定殖量,期间每盆加入同浓度的肠杆菌CGMCC NO:7381菌悬液5ml3次。每个处理重复4次,完全随机排列。
实验结果:接种肠杆菌CGMCC NO:7381的处理明显地促进了水稻的生长(图1,表2)。水稻接种肠杆菌CGMCC NO:7381后,与对照相比,地上部的干重增加了70.6%(图2),根干重增加了53.3%(图3)。根系形态也有明显的变化。与对照相比,接种内生菌显著的增加了根尖数、根长、根直径、根表面积及根体积。
表2营养液培养条件下,接种肠杆菌CGMCC NO:738130d后对水稻根系形态的影响
实施例5肠杆菌CGMCC NO:7381在水稻土壤培养中的应用
(1)水稻种子发芽:用3%次氯酸钠进行水稻种子表面消毒30min,清水反复冲洗,于暗处催芽后转移到基质培养至三叶期。
(2)水稻幼苗根系灭菌:选取长势一致的水稻幼苗,根系用5%次氯酸钠灭菌5min,无菌水冲洗8次,将水稻根系浸在OD600为0.8~1.0的菌悬液中4h(对照为无菌水)。
(3)将已浸染内生菌的水稻幼苗转移至装有8.5kg风干土的塑料桶中,温室条件下培养。为了确保特异内生菌定殖于水稻整个生育期,分别于分蘖期、拔节期、开花期于水稻根际土各补施同浓度的菌悬液20ml,对照为同体积的无菌水。水稻成熟期收获植物样。每个处理重复4次,完全随机排列。
实验结果:与对照处理相比,接种肠杆菌CGMCC NO:7381显著增加了水稻的有效穗数、穗粒数,秸秆和籽粒产量也有明显增加(表3)。
表3接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻生长及产量组成的影响
水稻茎中锌含量显著增加,可食部糙米和精米的锌含量也明显增加;水稻各部位锌积累量在接种处理下均显著增加(表4)。
表4接种肠杆菌CGMCC NO:7381对水稻各部位含量及积累量的影响
利用抖落法收集成熟期水稻根际的土壤,利用提取液DTPA提取土壤有效锌,OES-MS测定其含量。
与对照相比,接种肠杆菌CGMCC NO:7381能显著增加水稻根际土壤有效锌的含量(图4),促进水稻对锌的吸收和积累。
Claims (9)
1.一种植物内生菌,其特征在于,命名为肠杆菌(Enterobacter sp.)SaCS20,保藏编号为CGMCC NO:7381。
2.如权利要求1所述的植物内生菌在促进水稻生长、提高水稻产量或促进微量元素锌在水稻体内积累中的应用。
3.如权利要求2所述的应用,其特征在于,包括:将灭菌后的水稻幼苗根系放入肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液中浸泡1~4h,再将所述水稻幼苗根系放入营养液中培养,每2~5d更换一次营养液。
4.如权利要求3所述的应用,其特征在于,还包括:在培养过程中往所述营养液中补充肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液2~5次。
5.如权利要求2所述的应用,其特征在于,包括:将灭菌后的水稻幼苗根系放入肠杆菌CGMCC NO:7381的菌悬液中浸泡1~4h,再将所述水稻幼苗根系种植于土壤中。
6.如权利要求5所述的应用,其特征在于,还包括:分别于水稻生长的分蘖期、拔节期、开花期往水稻根际土壤中补充肠杆菌CGMCCNO:7381的菌悬液。
7.如权利要求3~6任一所述的应用,其特征在于,水稻幼苗根系的灭菌方法为:将水稻幼苗根系浸泡于1~5%次氯酸钠溶液1~10min,用无菌水冲洗3~10次。
8.如权利要求3~6任一所述的应用,其特征在于,所述肠杆菌CGMCCNO:7381的菌悬液OD600为0.8~1.0。
9.如权利要求8所述的应用,其特征在于,所述肠杆菌CGMCCNO:7381的菌悬液的制备方法为:将肠杆菌CGMCC NO:7381活化后接入LB液体培养基,扩繁后离心去上清液,再加入磷酸缓冲液制得菌悬液。
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