铝胁迫下豆科植物根系分泌物与土壤微生物互作及其调控研究

根际微生物是介导土壤生态功能、参与植物生长发育调控的关键因子，植物根系分泌物以及微生物群体感应则在根际微生物群落与植物间的分子生态互作过程中起重要作用。为深入探讨铝胁迫下豆科植物根系分泌物与土壤微生物间的互作及其调控机制，本研究拟以典型豆科植物（大豆/苜蓿）为材料，采用差异蛋白质组学、DNA指纹分析、磷脂脂肪酸分析及群落水平生理分析等技术，分析典型酸性土壤中铝胁迫下豆科植物根际微生物群落响应根系分泌物的多元指数特征；探讨酸性土壤中根际微生物群体感应的特点；阐明铝胁迫下根际微生物群体感应对根际微生态、根系分泌物的调控机制，以及豆科植物根系对根际微生物群体感应系统信号分子的响应机制。本项目的实施和完成，无疑将有助于深入阐明铝胁迫下植物－土壤微生物互作影响和调控植物生产力的机制,有望为酸性土壤上提高作物产量提供新思路和新方法。

群体感应（quorum sensing，QS）是细菌通过可扩散的小分子自体诱导物信号分子来感知细胞群体密度的变化，从而进行基因表达调控的生理行为。多种植物根际微生物都存在群体感应现象，参与调控与植物共生、生物膜形成、毒性因子的产生等重要生理功能，并可能进一步影响土壤微生态及功能。存在铝胁迫的酸性土壤（如红壤）中，豆科植物能够分泌有机酸、酚类化合物等多种化合物来缓解铝毒，这些物质除了参与缓解铝毒外，还可能影响根际土壤微生物的群体感应及其群落结构与功能。因此，微生物群体感应在根际微生物群落与植物间的生态互作过程中具有重要作用，探索红壤中根际微生物的QS信号分子的动态变化以及QS参与调控豆科植物与微生物互作的机制具有重要意义。本研究采用盆栽试验及实验室模拟实验对铝胁迫下豆科植物根际微生物的群体感应进行了探索，并成功构建了检测根际土壤QS信号分子酰基高丝氨酸内酯（AHLs）水平的体系。耐铝能力不同的豆科植物，根际土壤中的AHLs的水平呈现不同的变化趋势。0.5 mM和2.0 mM刀豆氨酸均显著抑制检测菌株紫色杆菌C. violaceum 026紫色杆菌素的产生，说明刀豆氨酸对群体感应具有干扰作用。0.5 mM及2.0 mM刀豆氨酸对Sinorhizobium sp.1128的生长及AHLs水平均没有显著影响，但促进其胞外多糖的合成，而显著抑制其对苜蓿幼根的根毛吸附作用及其与苜蓿的共生。酸性土壤中不同基因型豆科植物根际AHLs的检测：两种不同基因型豆科植物根际土壤中的AHLs的种类不尽相同，耐铝品种BX10根际微生物产生的AHLs主要包括C4-HSL，3-oxo-C6-HSL，3-oxo-C10-HSL，C10-HSL，C14-HSL。而铝敏感品种BD2根际微生物产生的AHLs主要包括C6-HSL，3-oxo-C6-HSL，3-oxo-C10-HSL，C12-HSL。群体感应干扰剂干扰土壤中的微生物群体感应，添加后土壤微生物群落结构发生了一定的变化。