苜蓿中华根瘤菌—天蓝苜蓿共生固氮体系对铜胁迫的响应及抗铜工程菌构建

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1、分类号：Q93学校代码：10712UDC：579研究生学号：2011060276密级：公开2015届攻读博士学位研究生学位（毕业）论文苜蓿中华根瘤菌-天蓝苜蓿共生固氮体系对铜胁迫的响应及抗铜工程菌构建学科专业：微生物学研究方向：微生物资源与利用研究生孔召玉指导教师：韦革宏教授完成时间：2015年5月中国陕西杨凌Classificationcode:Q93Universitycode:10712UDC:579Postgraduatenumber:2011060276Confidentialitylevel:PublicDissertationforDoctorDeg

2、reeNorthwestA＆FUniversityin2015THERESPONSEOFSINORHIZOBIUMMELILOTI-MEDICAGOLUPULINASYMBIOSISTOCOPPERSTRESSANDITSPOTENTIALUSEFORTHEREMEDIATIONOFCOPPERCONTAMINATEDSOILSMajor:MicrobiologyResearchfield:MicrobialResourcesandApplicationNameofPostgraduate:ZhaoyuKongAdviser:Prof.GehongWeiCo-ad

3、visers:BernardR.Glick&BrendanJ.McConkeyDateofsubmission:May,2015YanglingShaanxiChina苜蓿中华根瘤菌-天蓝苜蓿共生固氮体系对铜胁迫的响应及抗铜工程菌构建摘要本研究利用苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)CCNWSX0020具有重金属铜抗性这一特性，将S.melilotiCCNWSX0020-天蓝苜蓿共生固氮这一重要的生理过程与铜污染土壤的修复治理相结合，从植物自身抗氧化酶系统响应的角度研究接种S.melilotiCCNWSX0020提高植物铜耐受性的机理，并进

4、一步探索该共生固氮体系在重金属污染土壤修复中的实际应用潜力。盆栽条件下，将S.melilotiCCNWSX0020及其宿主植物天蓝苜蓿建立适宜的生长条件和有效的共生体系，并筛选确定200mgkg-1Cu2+为合适的铜胁迫浓度。结果表明，200mgkg-1Cu2+胁迫处理对植物生长与结瘤均造成显著的抑制作用，而接种S.melilotiCCNWSX0020在不同程度上提高了植物的生物量、株高以及总氮含量。与不接菌的植物相比，接种S.melilotiCCNWSX0020的植物地上部分和根部对铜的总吸收量分别显著提高了34.0%和120.4%，表明接种S.meliloti

5、CCNWSX0020的天蓝苜蓿根部能够耐受更高浓度的铜胁迫，这也显示了该共生固氮体系在植物固定技术中的应用潜力。通过对植物抗氧酶系统的测定分析，结果显示，在共生体系发育的不同阶段，过量铜普遍提高了植物体内丙二醛(MDA)的含量，并且这种提高作用在不接菌的植物中表现地更为显著。与不接菌的植物相比，接种S.melilotiCCNWSX0020的植物在接菌后8天，13天，18天地上部分和根部的MDA含量均显著下降。接菌植物地上部分的超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性，与不接菌植物相比，在不同时间段表现出显著提高；同样，接菌植物根部的SOD，过氧

6、化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性也表现出不同程度的提高。另外，在铜胁迫条件下，接菌后植物根部的抗氧化酶基因CuZnSODc、CuZnSODp、CAT、APX和GR都表现出普遍上调，在接菌植物的地上部分也有类似的结果，即CuZnSODc、CuZnSODp、CAT和APX也表现出上调表达。不同处理下植物体内的各抗氧化酶活性及其基因表达均随着共生体系不同的发育阶段表现出较大的波动，而接种S.melilotiCCNWSX0020表现出对植物抗氧化酶系统响应铜胁迫过程中的促进作用。根瘤菌对豆科植物生长的促进除了通过固氮作用之外，部分根瘤菌还表现出促植物生长特性

7、，例如产生吲哚-3-乙酸(Indole-3-aceticacid,IAA)、铁载体、溶磷作用、ACC(1-aminocycloproprane-1-carboxylate)脱氨酶活性等。其中，ACC脱氨酶已在许多微生物中得到分离和鉴定，具有ACC脱氨酶活性的促植物生长细菌(Plantgrowth-promotingbacteria,PGPB)能够通过降低因环境胁迫造成的植物体内乙烯含量的增加，从而缓解植物受到的不良反应，提高植物的抗逆性。然而，ACC脱氨酶在根瘤菌中表达的活性远远低于其他自生的植物促生菌，尽管已证实根瘤菌中的ACC脱氨酶对豆科植物的结瘤固氮起到一定

8、的促进作用