Isolierung, Identifizierung und funktionelle Überprüfung von endophytischen Bakterien in Huanglian-Samen
Samen sind wichtige Fortpflanzungsorgane von Pflanzen und haben eine große Bedeutung für die Erhaltung der Keimplasmaressourcen und die landwirtschaftliche Produktion. Endophytische Bakterien sind eng mit Samen verwandt und kommen in verschiedenen Teilen des Samens (Samenschale, Embryo, Endosperm) sowie in der gesamten Wachstums- und Entwicklungsphase des Samens vor. Die mikrobiellen Taxa in Samen aus verschiedenen Quellen überschneiden sich stark, wobei die in Samen gefundenen endophytischen Bakterien zu 4 Phyla und 131 Gattungen gehören. Unter ihnen sind Proteobakterien und Gamma-Proteobakterien die dominierenden Gruppen in verschiedenen Samen, während Bacillus, Pseudomonas, Bacillus-ähnliche Bakterien, Micrococcus, Staphylococcus und Pseudomonas in verschiedenen Pflanzensamen am häufigsten vorkommen. Danshen, Reis, Luzerne und andere endophytische Bakterien in Saatgut sind reich an Arten, die eine große Anzahl funktioneller Gene tragen und die Entwicklung von Saatgut durch direkte oder indirekte Effekte fördern. Endophytische Bakterien im Saatgut haben verschiedene physiologische Funktionen im Zusammenhang mit der Samenentwicklung und der Keimung. Sie fördern die Saatgutentwicklung und das Pflanzenwachstum, indem sie Stickstoff fixieren, Phosphor auflösen, Pflanzenhormone und ACC-Deaminase produzieren, Eisenträger herstellen und die Nährstoffaufnahme fördern. Außerdem produzieren sie Antibiotika und hydrolytische Enzyme (Pektinase, Amylase, Cellulase usw.), leiten Abwehrmechanismen ein und fördern die Umwandlung von Stoffen im Saatgut, wodurch sie die Schäden durch biotischen oder abiotischen Stress für die Pflanzen verringern.
Coptis chinensis Franch. ist ein mehrjähriges Kraut der Gattung Coptis aus der Familie der Hahnenfußgewächse (Ranunculaceae), dessen trockene Rhizome als Medizin verwendet werden. Es ist einer der Rohstoffe vieler traditioneller chinesischer Patentarzneimittel und einfacher Zubereitungen und wird in großen Gebieten künstlich angebaut. Die Samen von Huanglian weisen jedoch morphologische und physiologische Merkmale der Nachreifung auf und benötigen nach dem Abfallen von der Pflanze eine 9-monatige Schichtung bei unterschiedlichen Temperaturen, um zu reifen und zu keimen, wobei die Keimrate niedrig ist; da sie der Austrocknung während der Lagerung nicht standhalten können, ergeben sich Schwierigkeiten für die Konservierung und Qualitätskontrolle der Samen sowie für die Einführung und den Anbau von Huanglian, was sich wiederum auf den Ertrag und die Qualität der medizinischen Materialien auswirkt. Die vorläufige metagenomische Untersuchung der Forschungsgruppe ergab, dass Huanglian-Samen reichlich endophytische Bakterien enthalten, die an Stoffwechselwegen wie oxidative Phosphorylierung, Tricarbonsäurezyklus, Pentosephosphat, Glykolyse, Gluconeogenese usw. beteiligt sein könnten. Diese Stoffwechselwege stehen in engem Zusammenhang mit der Samenentwicklung und dem Pflanzenwachstum, und es wird vermutet, dass Mikroorganismen eine Rolle im Nachreifungs- und Keimungsprozess von Huanglian-Samen spielen könnten.
Um die Förderung von endophytischen Bakterien in Huanglian-Samen weiter zu erforschen, wurden in dieser Studie kultivierbare endophytische Bakterien aus Huanglian-Samen durch Plattenisolierung gewonnen. Die endophytischen Bakterien in Huanglian-Samen wurden durch 16S rRNA identifiziert, und ihre wachstumsfördernden Eigenschaften wie Phosphor-Solubilisierung, Stickstoff-Fixierung und IAA-Produktion wurden bestimmt. Die wachstumsfördernde Funktion der endophytischen Bakterien wurde durch Samenkeimungsexperimente verifiziert. Mit dem Ziel, endophytische Bakterien zu finden, die für die Reifung und Keimung von Saatgut von Vorteil sind, soll eine theoretische Grundlage geschaffen werden, um den Förderungsmechanismus von endophytischen Pflanzenbakterien und den Mechanismus der Reifung und Keimung von widerspenstigem Saatgut aufzudecken. Gleichzeitig wird damit auch die Grundlage für die Erforschung und Entwicklung neuer und effizienter mikrobieller Düngemittel gelegt.

 

 

Truyens et al. fanden heraus, dass Bacillus und Pseudomonas die dominierenden Gruppen in den Samen verschiedener Pflanzen sind, während Bacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas und Acinetobacter auch bei den endophytischen Bakterien in den Samen sehr häufig sind. In dieser Studie wurden Huanglian-Samen als Objekt verwendet und 29 endophytische Bakterien, verteilt auf 13 Gattungen, isoliert und identifiziert, unter denen Bacillus und Pseudomonas oligotrophe Bakterien dominierten. Untersuchungen zu den wachstumsfördernden Eigenschaften von Huanglian-Samen zeigen, dass endophytische Bakterien die Funktionen der Produktion von IAA, der Solubilisierung von Phosphor, der Fixierung von Stickstoff und der Produktion von Eisenträgern haben. Einige endophytische Bakterien haben auch mehrere wachstumsfördernde Funktionen, wie z.B. Ba Toyonensis ZZ-4 kann IAA und Eisenträger produzieren, während Pr. megaterium ZZ-24 IAA produzieren kann und eine Phosphor-Solubilisierungsfunktion hat. Der Samenkeimungsversuch bestätigte außerdem, dass die endophytischen Bakterien in Huanglian-Samen mit wachstumsfördernden Funktionen hauptsächlich in der Gattung Bacillus verteilt sind. Die Forschungsergebnisse von Gagne Bourgue et al. zeigten, dass Bacillus subtilis die Eigenschaften hat, IAA, Cytokinine und Phosphorsolubilisierung zu produzieren. Lu et al. stellten fest, dass Bacillus subtilis BN7 in Boju Phosphor, Kalium und IAA hydrolysieren kann. Daher kann die Gattung Bacillus eine wichtige Rolle im Nachreifungs- und Keimungsprozess von Huanglian-Samen spielen und hat einen großen Entwicklungs- und Nutzungswert für die landwirtschaftliche Produktion.
Phosphor kommt im Boden in Form von unlöslichem anorganischem Phosphor und organischem Phosphor vor. Nur ein kleiner Teil des Phosphors ist im Boden löslich und kann von den Pflanzen aufgenommen und verwertet werden. Endophytische Bakterien in Pflanzen, die in der Lage sind, Phosphor zu lösen, können Phosphor, der von den Pflanzen nur schwer aufgenommen werden kann, in leicht aufnehmbare Formen umwandeln und so das Pflanzenwachstum und die Entwicklung fördern. Pseudomonas brassicacearum H9, das von Xie et al. aus der Rhizosphäre von Pflanzen isoliert wurde, ist ein Bakterium mit hoher Phosphatlösungsaktivität. Seine bakterielle Suspension fördert die Keimung von Weizen- und Gurkensamen erheblich. Xu et al. isolierten drei endophytische Bakterien, die in der Lage sind, IAA aus Tomaten- und Reissamen zu produzieren, und die Wurzeln, Stängel und Blätter von Pflanzen wie Tomaten, Reis, Raps und Rettich besiedeln und in unterschiedlichem Maße wachstumsfördernde Wirkungen auf Sämlinge haben. Khalaf et al. fanden 56 endophytische Bakterien, die in der Lage sind, Auxin aus Melonensamen zu sezernieren, wobei Bacillus und Escherichia die dominierenden Gattungen sind. Der Bereich der IAA-Sekretion durch endophytische Bakterien, die Auxin in den Samen von Sesbania produzieren können, beträgt 1,29-25,47 mg/L. Ba. velezensis SC60 hat die höchste IAA-Produktion und fördert signifikant die embryonale Wurzelentwicklung und verbessert die Samenvitalität. Sechs endophytische Bakterien, die in der Lage sind, IAA abzusondern, wurden in diesem Versuch gewonnen, von denen ZZ-6, ZZ-21, ZZ-24 und ZZ-29 mehr als 100 mg/L Pr absondern. Diese Bakterien können sowohl Phosphor auflösen als auch viel IAA produzieren. Megaterium ZZ-24 hat eine signifikante wachstumsfördernde Wirkung auf Huanglian-Samen. Die weitere Erforschung der verschiedenen wachstumsfördernden Eigenschaften endophytischer Bakterien in Samen und die Ausgrabung multifunktionaler endophytischer Bakterien wird dazu beitragen, den Mechanismus endophytischer Bakterien bei der Samenentwicklung und -keimung aufzuklären.
Es gibt verschiedene endophytische Bakterien, die das Wachstum von Huanglian-Samen fördern, und die dominierenden Bakterien sind meist in der Gattung Bacillus verteilt, die Phosphor auflösen und hohe IAA in Pr Megaterium ZZ-24 produzieren kann, hat eine gute Fähigkeit, das Wachstum von Huanglian-Samen zu fördern, was auf sein Potenzial für Forschung und Entwicklung hinweist. Endophytische Bakterien mit vielfältigen wachstumsfördernden Fähigkeiten können eine Rolle im langfristigen Nachreifungsprozess von Huanglian-Samen spielen, was ein wichtiger Faktor für den Abschluss der Nachreifung und die erfolgreiche Keimung von Huanglian-Samen sein kann.