Isolering, identifikation og funktionel verifikation af endofytiske bakterier i Huanglian-frø
Frø er vigtige forplantningsorganer hos planter og har stor betydning for bevarelsen af kimplasmeressourcer og landbrugsproduktion. Endofytiske bakterier er tæt knyttet til frø og findes i forskellige dele af frøet (frøkappe, embryo, endosperm) såvel som i hele frøets vækst- og udviklingsfase. De mikrobielle taxa i frø fra forskellige kilder overlapper i høj grad hinanden, og endofytiske bakterier fundet i frø tilhører 4 phyla og 131 slægter. Blandt dem er Proteobacteria og Gamma Proteobacteria de dominerende grupper i forskellige frø, mens Bacillus, Pseudomonas, Bacillus-lignende, Micrococcus, Staphylococcus og Pseudomonas er de mest almindelige i forskellige plantefrø. Danshen, ris, lucerne og andre endofytiske bakterier i frø er rige på arter, der bærer et stort antal funktionelle gener og fremmer frøudvikling gennem direkte eller indirekte effekter. Endofytiske bakterier i frø har forskellige fysiologiske funktioner i forbindelse med frøudvikling og spiring. De fremmer frøudvikling og plantevækst ved at fiksere kvælstof, opløse fosfor, producere plantehormoner, ACC-deaminase, producere jernbærere og fremme næringsstofoptagelse. De producerer også antibiotika, hydrolytiske enzymer (pektinase, amylase, cellulase osv.), fremkalder forsvarsmekanismer og fremmer omdannelsen af stoffer inde i frøene, hvilket reducerer skaderne af biotisk eller abiotisk stress på planterne.
Coptis chinensis Franch. er en flerårig urt af Coptis-slægten i Ranunculaceae, som bruger tørre jordstængler som medicin. Det er et af råmaterialerne i mange traditionelle kinesiske patentlægemidler og enkle præparater og har et stort område med kunstig dyrkning. Huanglian-frø har imidlertid morfologiske og fysiologiske egenskaber ved eftermodning og kræver 9 måneders lagdeling ved variabel temperatur, efter at de er faldet af planten, for at modnes og spire, med en lav spirehastighed; At de ikke kan modstå dehydrering under opbevaring giver vanskeligheder for frøbevarelse og kvalitetskontrol samt for introduktion og dyrkning af Huanglian, hvilket igen påvirker udbyttet og kvaliteten af medicinske materialer. Forskergruppens foreløbige metagenomiske forskning viste, at Huanglian-frø har rigeligt med endofytiske bakterier, som kan deltage i veje som oxidativ fosforylering, tricarboxylsyrecyklus, pentosefosfat, glykolyse, glukoneogenese osv. Disse veje er tæt forbundet med frøudvikling og plantevækst, og det spekuleres i, at mikroorganismer kan spille en rolle i Huanglian-frøenes eftermodnings- og spiringsproces.
For yderligere at udforske fremme af endofytiske bakterier i Huanglian-frø fik denne undersøgelse dyrkbare endofytiske bakterier fra Huanglian-frø gennem pladeisolering. De endofytiske bakterier i Huanglian-frø blev identificeret ved hjælp af 16S rRNA, og deres vækstfremmende egenskaber som fosforopløsning, kvælstoffiksering og IAA-produktion blev bestemt. De endofytiske bakteriers vækstfremmende funktion blev verificeret ved hjælp af frøspiringseksperimenter. For at screene for endofytiske bakterier, der er gavnlige for frømodning og spiring, er målet at tilvejebringe et teoretisk grundlag for at afsløre den fremmende mekanisme for endofytiske plantebakterier og mekanismen for genstridig frømodning og spiring. Samtidig lægger det også grunden til forskning og udvikling af nye og effektive mikrobielle gødninger.

 

 

Truyens et al. fandt, at Bacillus og Pseudomonas er dominerende grupper i frø af forskellige planter, mens Bacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas og Acinetobacter også er meget almindelige i endofytiske bakterier i frø. Denne undersøgelse brugte Huanglian-frø som objekt og isolerede og identificerede 29 endofytiske bakterier fordelt på 13 slægter, hvoraf de dominerende bakterier var Bacillus og Pseudomonas oligotrophic. Forskning i Huanglian-frøenes vækstfremmende egenskaber viser, at endofytiske bakterier har den funktion, at de producerer IAA, opløser fosfor, fikserer kvælstof og producerer jernbærere. Nogle endofytiske bakterier har også flere vækstfremmende funktioner, f.eks. kan Ba Toyonensis ZZ-4 producere IAA og jernbærere, mens Pr. megaterium ZZ-24 kan producere IAA og har en fosforopløsende funktion. Frøspiringseksperimentet bekræftede yderligere, at de endofytiske bakterier i Huanglian-frø med vækstfremmende funktioner for det meste er fordelt i slægten Bacillus. Forskningsresultaterne fra Gagne Bourgue et al. viste, at Bacillus subtilis har egenskaberne til at producere IAA, cytokininer og fosforopløsning. Lu et al. fastslog, at Bacillus subtilis BN7 i Boju kan hydrolysere fosfor, kalium og IAA. Derfor kan slægten Bacillus spille en vigtig rolle i eftermodnings- og spiringsprocessen for Huanglian-frø og har stor udviklings- og brugsværdi i landbrugsproduktionen.
Fosfor findes i jorden i form af uopløseligt uorganisk fosfor og organisk fosfor. Kun en lille del af fosforet er opløseligt i jorden og kan optages og udnyttes af planterne. Endofytiske bakterier i planter med evnen til at opløse fosfor kan omdanne fosfor, der er svært for planterne at optage, til letoptagelige former og dermed fremme planternes vækst og udvikling. Pseudomonas brassicacearum H9, der blev isoleret af Xie et al. fra planternes rhizosfærejord, er en bakterie med høj fosfatopløsende aktivitet. Dens bakteriesuspension fremmer spiringen af hvede- og agurkefrø betydeligt. Desuden reguleres frøspiring og kimplantevækst af IAA, og moderat eksogent IAA kan fremme frøspiring og planterodsudvikling; Xu et al. isolerede tre endofytiske bakterier, der er i stand til at producere IAA fra tomat- og risfrø, som koloniserer rødder, stængler og blade af planter som tomat, ris, raps og radise og har varierende grader af vækstfremmende effekter på kimplanter. Khalaf et al. fandt 56 endofytiske bakterier, der var i stand til at udskille auxin fra melonfrø, med Bacillus og Escherichia som dominerende slægter. Omfanget af IAA-sekretion fra endofytiske bakterier, der kan producere auxin i frø af sesbania, er 1,29-25,47 mg/L. Ba. velezensis SC60 har den højeste IAA-produktion og fremmer den embryonale rodudvikling betydeligt og forbedrer frøenes vitalitet. Seks endofytiske bakterier, der er i stand til at udskille IAA, blev fundet i dette forsøg, hvoraf ZZ-6, ZZ-21, ZZ-24 og ZZ-29 udskiller mere end 100 mg/L Pr. Disse bakterier kan både opløse fosfor og producere meget IAA Megaterium ZZ-24 har en betydelig fremmende effekt på væksten af Huanglian-frø. Yderligere udforskning af forskellige vækstfremmende egenskaber ved endofytiske bakterier i frø og udgravning af multifunktionelle endofytiske bakterier vil hjælpe med at belyse mekanismen for endofytiske bakterier i frøudvikling og spiring.
Der er forskellige endofytiske bakterier, der fremmer væksten i Huanglian-frø, og de dominerende bakterier er for det meste fordelt i slægten Bacillus, som kan opløse fosfor og producere høj IAA i Pr Megaterium ZZ-24 har en god evne til at fremme væksten af Huanglian-frø, hvilket indikerer dets potentiale for forskning og udvikling. Endofytiske bakterier med flere vækstfremmende evner kan spille en rolle i den langsigtede eftermodningsproces af Huanglian-frø, hvilket kan være en vigtig faktor for, at Huanglian-frø kan fuldføre eftermodningen og spire med succes.