Изоляция, идентификация и функциональная проверка эндофитных бактерий в семенах хуанлянь
Семена являются важными репродуктивными органами растений и имеют большое значение для сохранения ресурсов зародышевой плазмы и сельскохозяйственного производства. Эндофитные бактерии тесно связаны с семенами и существуют в различных частях семени (оболочка семени, зародыш, эндосперм), а также на протяжении всего периода роста и развития семени. Таксоны микроорганизмов в семенах из разных источников сильно пересекаются: эндофитные бактерии, обнаруженные в семенах, принадлежат к 4 филам и 131 роду. Среди них протеобактерии и гамма-протеобактерии являются доминирующими группами в различных семенах, в то время как Bacillus, Pseudomonas, Bacillus like, Micrococcus, Staphylococcus и Pseudomonas являются наиболее распространенными в различных семенах растений. Эндофитные бактерии даньши, риса, люцерны и других семян богаты видами, несут большое количество функциональных генов и способствуют развитию семян путем прямого или косвенного воздействия. Эндофитные бактерии в семенах имеют различные физиологические функции, связанные с развитием и прорастанием семян. Они способствуют развитию семян и росту растений, фиксируя азот, растворяя фосфор, вырабатывая растительные гормоны, деаминазу АСС, производя переносчиков железа и способствуя поглощению питательных веществ. Они также вырабатывают антибиотики, гидролитические ферменты (пектиназу, амилазу, целлюлазу и др.), вызывают защитные механизмы и способствуют трансформации веществ внутри семян, снижая вред биотического или абиотического стресса для растений.
Коптис китайский (Coptis chinensis Franch.) - многолетняя трава рода Коптис (Coptis) семейства Ранункуловые (Ranunculaceae), сухие корневища которой используются в медицине. Она является одним из видов сырья для многих традиционных китайских патентованных лекарств и простых препаратов и имеет большие площади искусственного выращивания. Однако семена хуанляна имеют морфологические и физиологические характеристики после созревания, для их созревания и прорастания требуется 9 месяцев переменной температуры после сбрасывания с растения, при этом всхожесть низкая; неспособность выдерживать обезвоживание при хранении создает трудности для сохранения и контроля качества семян, а также для интродукции и культивирования хуанляна, что в свою очередь влияет на урожайность и качество лекарственного сырья. Предварительное метагеномное исследование исследовательской группы показало, что в семенах хуанляна в изобилии присутствуют эндофитные бактерии, которые могут участвовать в таких путях, как окислительное фосфорилирование, цикл трикарбоновых кислот, пентоза фосфата, гликолиз глюконеогенез и т.д. Эти пути тесно связаны с развитием семян и ростом растений, поэтому предполагается, что микроорганизмы могут играть определенную роль в процессе дозревания и прорастания семян хуанлян.
Для дальнейшего изучения продвижения эндофитных бактерий в семенах Huanglian, в данном исследовании были получены культивируемые эндофитные бактерии из семян Huanglian путем выделения пластин. Эндофитные бактерии в семенах Huanglian были идентифицированы по 16S рРНК, и были определены их характеристики, способствующие росту, такие как солюбилизация фосфора, фиксация азота и производство IAA. Функция эндофитных бактерий по стимулированию роста была проверена в экспериментах по проращиванию семян. Цель работы - создать теоретическую основу для выявления механизма продвижения эндофитных бактерий растений и механизма созревания и прорастания семян. В то же время она закладывает основу для исследования и разработки новых и эффективных микробных удобрений.

 

 

Труйенс и др. обнаружили, что Bacillus и Pseudomonas являются доминирующими группами в семенах различных растений, а Bacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas и Acinetobacter также очень распространены среди эндофитных бактерий в семенах. В данном исследовании в качестве объекта использовались семена хуанляна, было выделено и идентифицировано 29 эндофитных бактерий, распределенных по 13 родам, среди которых преобладали олиготрофные бактерии Bacillus и Pseudomonas. Исследование характеристик, способствующих росту семян Huanglian, показало, что эндофитные бактерии обладают функциями производства IAA, солюбилизации фосфора, фиксации азота и производства переносчиков железа. Некоторые эндофитные бактерии также обладают несколькими функциями, способствующими росту, например, Ba Toyonensis ZZ-4 может производить ИАА и переносчики железа, а Pr. megaterium ZZ-24 может производить ИАА и обладает функцией солюбилизации фосфора. Эксперимент по проращиванию семян подтвердил, что эндофитные бактерии в семенах Huanglian с функциями, способствующими росту, в основном относятся к роду Bacillus. Результаты исследований Gagne Bourgue et al. показали, что Bacillus subtilis обладает свойствами продуцирования IAA, цитокининов и солюбилизации фосфора. Лу и др. определили, что Bacillus subtilis BN7 в Боджу может гидролизовать фосфор, калий и IAA. Таким образом, род Bacillus может играть важную роль в процессе дозревания и прорастания семян Хуанлянь и имеет большое значение для развития и использования в сельскохозяйственном производстве.
Фосфор содержится в почве в виде нерастворимого неорганического фосфора и органического фосфора. Лишь небольшая часть фосфора растворима в почве и может быть поглощена и использована растениями. Эндофитные бактерии растений, обладающие способностью растворять фосфор, могут преобразовывать трудноусвояемый растениями фосфор в легкоусвояемые формы, способствуя тем самым росту и развитию растений. Pseudomonas brassicacearum H9, выделенная Xie et al. из ризосферы растений, является бактерией с высокой фосфат-солюбилизирующей активностью. Ее бактериальная суспензия значительно способствует прорастанию семян пшеницы и огурца. Кроме того, прорастание семян и рост проростков регулируются IAA, и умеренное количество экзогенного IAA может способствовать прорастанию семян и развитию корней растений; Xu et al. выделили три эндофитные бактерии, способные продуцировать IAA из семян томатов и риса, которые колонизируют корни, стебли и листья таких растений, как томаты, рис, рапс и редис, и в разной степени оказывают стимулирующее рост воздействие на проростки. Халаф и др. получили 56 эндофитных бактерий, способных выделять ауксин из семян дыни, причем доминирующими родами были Bacillus и Escherichia. Диапазон секреции IAA эндофитными бактериями, способными продуцировать ауксин в семенах сесбании, составляет 1,29-25,47 мг/л. Ba. velezensis SC60 обладает самой высокой продукцией ИАА и значительно способствует развитию эмбрионального корня и улучшает жизнеспособность семян. В этом эксперименте было получено шесть эндофитных бактерий, способных выделять IAA, среди которых ZZ-6, ZZ-21, ZZ-24 и ZZ-29 выделяли более 100 мг/л Pr. Эти бактерии могут как растворять фосфор, так и выделять большое количество ИАА Megaterium ZZ-24 оказывает значительное стимулирующее влияние на рост семян хуанляна. Дальнейшее изучение различных способствующих росту характеристик эндофитных бактерий в семенах и выделение многофункциональных эндофитных бактерий поможет выяснить механизм участия эндофитных бактерий в развитии и прорастании семян.
Существуют различные эндофитные бактерии, которые способствуют росту семян Хуанлянь, и доминирующие бактерии в основном распространены в роде Bacillus, которые могут растворять фосфор и производить высокий уровень IAA в Pr Megaterium ZZ-24 имеет хорошую способность способствовать росту семян Хуанлянь, что указывает на его потенциал для исследований и разработок. Эндофитные бактерии с многочисленными способностями к стимулированию роста могут играть определенную роль в долгосрочном процессе после созревания семян Хуанлян, что может быть важным фактором для завершения после созревания и успешного прорастания семян Хуанлян.