大豆根瘤菌耐旱菌株筛选及其蛋白组学研究.pdf

河北农业大学
硕士学位论文
大豆根瘤菌耐旱菌株的筛选及其蛋白组学研究
姓名:裴晓峰
申请学位级别:硕士
专业:微生物与生化药学
指导教师:朱宝成;李俊
20120601
摘要本文以从黄淮海大豆产区分离得到的株大豆根瘤菌和瓴伪染曜魑9┦菌株,采用实验室干旱胁迫初筛和土壤盆栽干旱胁迫复筛相结合的方法,通过比较供试根瘤菌株的生长能力、结瘤能力、固氮能力,从中筛选出在干旱条件下能够结瘤固氮的优良菌株:同时研究了干旱胁迫条件下接种根瘤菌对大豆植株生理生化指标的影响;选取耐旱优良菌株进行了蛋白质组学初步分析,以探寻其耐旱的机理。本研究结果为干旱条件下筛选大豆根瘤菌优良菌株提供一定的依据,并将促进干旱大豆产区根瘤菌的接种应用,发挥共生固氮功效。论文结果如下:用聚乙二醇D飧珊敌财忍跫孀鸥珊党潭鹊脑黾樱怨┦跃株生长的抑制作用逐渐增大。当ǘ任ナ保甑腛迪陆德在%以上,说明干旱条件达到该水平时,菌株的生长开始受到严重的抑制。在同一ǘ忍跫拢昙銸迪陆德蚀嬖诮洗蟛钜欤渲芯闎.,甪的值下降率明显低于其它菌株,说明这昃芄耐受不同程度的干旱,选作下一步土壤盆栽干旱试验复筛材料。复筛试验表明,随干旱程度增加,各株菌问在结瘤固氮方面存在差异。其中菌株只哂性诟珊堤跫崃龉痰!⒋俳仓晟さ能力,因此这昃I秆』竦玫挠帕寄秃稻辍用试剂盒的方法测定接种根瘤菌甹的大豆植株叶片中的生理生化指标。结果显示,与对照相比,接种根瘤菌的大豆叶片中甜菜碱、负鸵堵素的含量都有不同程度的增加,丙二醛的含量则减少,说明接种根瘤菌能够提高大豆植株耐旱性物质的积累,使干旱危害得到缓解。采用蛋白质组学的方法,对干旱条件处理赂鼍胘的蛋白表达进行了分析。结果显示,与对照相比,菌株经处理后表达蛋白有个蛋白发生上调,个蛋白发生下调。通过猅质谱鉴定差异表达蛋白,确定了个差异蛋白,主要是与胁迫直接相关的应激蛋白,参与蛋白翻译协同因子,参与代谢途径和信号传导等有关的蛋白。在个差异蛋白中,佘占琢虬彼岷铣擅浮⒂さ鞍缀虳结合应激反应蛋白以及铣擅竝亚基上调。其中佘占琢虬彼岷铣擅缚山赴兄8珊敌财的信号传输至胁迫蛋白,调控与干旱防御相关的功能基因,从而加强对干旱胁迫的抵御;应激蛋白和岷嫌し从Φ鞍妆泶锪康脑黾樱梢园镏榷ǖ鞍字屎投嚯模当蛋白质发生错误后使之恢复正常,还能降解严重损伤的蛋白质,有效保护受各种损伤,以抵抗逆境胁迫,从而使甹能够在干旱环境中生长和繁殖;铣擅窪亚基明显增加了表达量,可以提供更多的能量以确保根瘤菌株在适应胁迫冲击的过程中利用。因此,初步认为以上中珊敌财韧揪犊赡苁蔷耐受干旱的重要机制。关键词:根瘤菌:生物固氮;耐旱性;蛋白质组学珺.,甹、和丑株甹、、
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第一章引言生物固氮的应用研究概况随着社会的发展和进步,人类逐渐认识到,农业的发展既要增加农作物产量,又不能破坏土地的持续生产力和生态环境,这就是可持续农业发展战略。为农作物提供充足的氮素肥料,是大力发展农业生产的必要条件之一。然而,过度地施用和依赖化学氮素肥料,也给农业生产和生态环境带来了巨大的负面影响,如土壤板结,肥力下降,污染地下水源等。据国际权威机构晖臣疲厍蛏辖岷咸W芰有%来源于生物固氮,每年全球生物固定的氮素量可达诙郑颊既蜃魑镄氮量的,相当于工业生产氮肥的抖唷緇】。在可持续发展日益成为世界各国的共识之际,生物固氮越来越受到人们的关注。因此,在农业生产中,大豆、花生、苜蓿等豆科植物接种根瘤菌,发挥其共生固氮功能,减少氮肥的施用已成为世界各国重要的农业措施。而在影响豆科植物与根瘤菌的共生固氮因素中,干旱已成为一个重要的因素。近年来频发的干旱已经制约了根瘤菌的结瘤和共生固氮功能的实现,因此,研究根瘤菌耐旱机理和筛选耐旱优良菌株,具有重要的理论和生产实践意义。氮是植物生长的必须营养元素,但空气中约有%的氮气不能被植物直接利用,只有固氮微生物具有将氮气转化成氨的能力,人们称之为生物固氮【俊I锕痰J亲然生态系统中氮素的主要来源。全球生物固氮的量是巨大的,×?杉锕痰T谂⒘忠瞪偷K厣态系统平衡中的发挥着很大作用。我国农民很早就开始利用豆科植物固氮肥田,直至现在仍然保留着豆科植物和非豆科植物轮作、间作和套作等耕作制度。国外也十分重视固氮生物在农业中的作用【】。其中豆科植物与根瘤菌形成的共生固氮体系是生物固氮中效率最高、应用最广、位于首要地位的固氮类型。研究表明,通过根瘤菌固定的氮素可以提供植物生长所需氮素营养的%ィ踔潦%。豆科植物地下部分含氮占植株总含氮的%,其残体分解后可有效提高土壤肥力。可见,发挥根瘤菌的共生固氮对包括大豆在内的豆科作物种植中减