豆科植物根際氫氧化細菌的分離及促生作用機制研究

《豆科植物根際氫氧化細菌的分離及促生作用機制研究》是依託西北大學，由王衛衛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：豆科植物根際氫氧化細菌的分離及促生作用機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王衛衛
• 依託單位：西北大學

項目摘要

豆科植物共生固氮過程中釋放的氫氣及其依賴於氫氣而生長的氫氧化細菌構成了豆科植物根際所特有的微生物群落結構，對土壤肥力和養分循環產生重要影響。由於氫氧化細菌的獨特性和大多數土壤細菌的不可培養性，對這些氫氧化細菌的研究十分有限，其促生作用機制仍處猜測階段。本項目以豆科作物大豆、苜蓿根際土壤為研究材料，通過接種Hup-根瘤菌的豆科作物固氮放氫和實驗室條件下的土壤氫氣處理，刺激土壤氫氧化細菌，採用氣體循環培養體系，模擬土壤環境，建立新的氫氧化細菌的分離方法和培養技術，分離獲得新的生理類群微生物；研究共生固氮作用中放氫效應對土壤中氫氧化細菌群落結構的影響以及這些氫氧化細菌產生的ACC脫氨酶等生物活性物質與作物生長的相關性，進而補充與完善豆科作物輪作增產效應的機制。該項研究將從根際土壤微生物區系的新視角豐富生物固氮的研究內容，並為豐富土壤微生物種質資源和開拓新型作物增產途徑提供新思路和科學依據。

結題摘要

豆科植物共生固氮過程中釋放的H2及其依賴於H2而生長的氫氧化細菌構成了豆科植物根際所特有的微生物群落結構，並對植物根際土壤微生物以及植物病原微生物生態系統產生有益影響。本項目以豆科作物大豆、紫花苜蓿以及西北地區廣泛種植的其他多種豆科植物根際土壤為研究材料，通過豆科作物固氮過程中放氫和實驗室條件下的土壤氫氣處理，採用電解水製作氫氣的氣體循環培養體系，模擬自然環境中土壤生態特性，建立起了氣體處理土壤系統裝置、氫氧化細菌培養裝置及氫氣流速檢測系統，建立根際氫氧化微生物分離、培養技術，分離獲得具有氫氧化特性的生理類群微生物若干株；採用傳統的和現代的微生物分類方法，觀察獲得的氫氧化菌株（群）培養特徵和菌體形態，分析菌株生理生化特性和16SrRNA序列同源性，確定氫氧化細菌的分類地位。利用不同濃度氫氣處理土壤樣品採用宏基因組技術比較氫氣處理土壤在物種多樣性的差異，檢測某些菌株的轉錄組，探索菌株中氫氧化酶表達與氫氣存在的關係。通過項目的實施，建立了一套比較完整的氫氣處理土壤系統及其較為先進的根際微生物分離、鑑定、培養技術平台，獲得了具有氧化氫酶活性生理類群的微生物菌株；初步揭示了豆科作物根際氫氧化細菌種群生理生化特性以及對作物生長的影響的作用機理；發表研究論文6篇；申請專利4項；培養研究生6名。我國從漢代起就將豆科作物用於輪作和間作。但隨著經濟的發展，我國農業為了應付快速增長的社會需求，大量地使用化肥以取得眼前的短期效益。化肥大量長期使用造成了土壤的退化，水系的污染，使得農業面臨的困境進一步惡化。現代化的高產出農業急需一種不需要大量化肥，能改善土壤肥力並能支持可持續發展的技術。如把根瘤菌固氮時釋放的氫氣用來提高作物產量的技術能夠運用在我國的農業生產中，即可提高作物單產，也能持續保持土壤肥力，為農業生產提供一條新的增產途徑。