利用蛋白质组学解析促生菌Bacillus sp. KTS-1-1和氮磷钾复合肥对太子参生长代谢影响

Pseudostellaria heterophylla is a traditional chinese medicine(TCM) for food and medicine, and has been in big demands in the market. A lot of chemical fertilizers and agrochemicals are required to ensure the yields for the cultivation of Pseudostellaria heterophylla, however, the excessive applications of these chemical products do affect people health and the quality of TCM. As a number of microbial fertilizers, plant growth promoting rhizobacteria(PGPR) not only have the function to promote plant growth, but also affect the metabolic changes of the interacting plant. In this project, the pot experiments would be conducted on the effects of Bacillus sp. KTS-1-1(PGPR) or/and NPK compound fertilizer on plant growth and metabolism of Pseudostellaria heterophylla, and furthermore, the possible metabolic pathways related to the yields and the quality of Pseudostellaria heterophylla are to be explored with proteomics. All of these would provide a scientific basis for the correct application of microbial fertilizers.

太子参是一种药食两用的中药材，市场需求量大，因此在人工栽培生产中需要施用大量的化学肥料和农药来保证产量，而这些化学产品的过度施用则会影响药材的质量和人类的健康。作为微生物肥料一员的促生菌，其不仅具有促进植物生长的多种功能，而且还会影响到与之互作植物的代谢变化。为此本研究利用已获得的一株具有抑菌、溶无机磷、解钾功能的太子参根际促生菌Bacillus sp. KTS-1-1与氮磷钾复合肥进行太子参种植试验，研究两者及其配合施用对太子参生长、代谢(抗逆性、植物激素、叶片代谢物和块根靶向代谢物)的影响，进而利用蛋白质组学探讨促生菌影响太子参生长和品质的代谢途径，为合理利用微生物肥料提供科学依据。

中药材在人工栽培中常需要施用大量化学肥料。为了减轻化学肥料对中药材质量的影响，本项目以研究促生菌与减量化学肥料配施对太子参生长及代谢的影响，为太子参种植生产提供施肥方案。本项目主要以推荐施用剂量氮磷钾复合肥为基准，研究促生菌与不同剂量氮磷钾复合肥配施对太子参生长、代谢及生理功能的影响，为合理选择配施方案提供理论依据。连续三年的太子参盆栽试验表明：促生菌Bacillus sp. KTS-1-1与低、中剂量氮磷钾复合肥配施在块根生物量、叶碳氮代谢和抗氧化作用方面能达到或超过单独施用推荐剂量氮磷钾复合肥的作用效果；与单独施用推荐剂量氮磷钾复合肥相比，促生菌与低、中剂量氮磷钾复合肥配施能增加靶向代谢物氨基酸、皂苷、环肽的含量，而降低多糖含量。块根非靶向差异代谢物研究表明，与对照组相比，促生菌与低、中、高剂量复合肥配施分别主要富集在精氨酸生物合成、氮代谢、亚油酸代谢途径，推荐剂量复合肥施用主要富集在甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢。与推荐剂量复合肥相比，促生菌与高剂量复合肥配施主要富集在亚油酸代谢途径。太子参块根蛋白质组二维凝胶电泳预试验表明，TCA/酚提取法、蛋白上样量900mg、裂解时间24h、聚焦时间80000Vh为最优条件。在此条件下分析获得4个不同处理组间存在15个涉及能量代谢(6个)、次生代谢(3个)、防御反应(2个)、蛋白质代谢(2个)和碳代谢(1个)等的差异蛋白。TMT技术分析结果表明，与对照相比，促生菌与低剂量复合肥配施引起上调的途径包括光合作用(2个差异蛋白)，下调的包括内质网蛋白质加工(4个差异蛋白)和核糖体(3个差异蛋白)通路；与推荐剂量氮磷钾复合肥相比，促生菌与低剂量复合肥配施引起上调的途径包括植物激素信号转导(4个差异蛋白)、光合作用(3个差异蛋白)及光合作用-天线蛋白(2个差异蛋白)通路，下调的途径为黄酮类生物合成(2个差异蛋白)通路。