根际促生菌对香草兰的促生机理研究

Vanilla (Vanilla planifolia Andrews) is a rare tropical spice crops used in the agro-food industry. It has earned the reputation of "king of natural flavours". The planting area of vanilla in China is mainly distributed in Hainan and Yunnan province. Vanilla is a heavily-phosphorus and potassium absorption crops, however, intensive soil eluviations in tropical seasonal rain forest laterite zone leads to soil deficiency of phosphorus and potassium. In addition, vanilla is a perennial plant, the continuous cropping disturbed soil mineral nutrients and soil microflora balance, consequently, leading to heavily economic losses. In the previous research, we have already isolated a phosphate-solubilizing bacteria.Application of the bacteria can significantly increase vanilla plant fresh weight. In the present study, we are aimed to investigate its promotion mechanisms on vanilla growth through the following studies: 1)effects on vanilla growth, phosphorus and potassium absorption by inoculation of the bacteria; 2) the ability and mechanisms of improving the availability of plant nutrients in soil; 3) production of plant growth-promoting hormones and enzymes; 4)colonization ability of the bacteria in vanilla rhizosphere soil with different organic fertilizers. This research can provide a scientific theoretical basis for understanding of tropical microbial diversity functions, moreover, fully exerting their promotion potential on vanilla growth and increasing the application stability of PGPR (plant growth promotion rhizobacteria) on tropical spice and beverage crops.

香草兰为珍稀名贵热带特色香料作物，广泛应用于食品工业，具有"天然食品香料之王"的誉称，在我国海南、云南等热带亚热带地区有规模化种植。香草兰是典型的喜磷、钾作物，而热带地区土壤淋溶作用强烈，土壤中磷、钾多为固定态，难于被作物吸收利用；另外，香草兰为多年生作物，连续多年种植，造成土壤矿质养分、微生物区系失衡，作物生长发育迟缓，产量和品质下降。针对上述问题，在前期已筛选获得可解磷并可显著提高香草兰植株鲜重的有益菌株基础上，本项目拟通过研究接种菌株对香草兰生长和磷、钾吸收的影响；菌株活化土壤固定态矿质养分磷、钾等的能力及作用机制；菌株分泌调节植物生长的激素类和酶类物质；菌株在香草兰根际定殖存活能力,探索菌株促进香草兰生长的作用机理。为了解热区土壤微生物多样性功能，充分发挥根际促生菌促生作用，提高促生菌制剂在热带特色香辛料作物上应用的稳定性提供理论依据。

香草兰为多年生热带藤本植物，具有“天然食品香料之王”的誉称，是制作各类高档食品、化妆品等的配香原料。香草兰为喜磷作物，但热区降雨量大，土壤淋溶作用强，施入土壤中的磷大部分转化为铁磷、铝磷或闭蓄态磷。解磷微生物可活化土壤中的难溶性磷，减少磷肥施用量。本项目在前期研究基础上从香草兰种植园中筛选到1株解磷菌株V-29。通过16S rDNA分子鉴定，确定V-29为伯克霍尔德氏菌。在改良的NBRIP培养基震荡培养5d后，最大溶磷量达475.3μg/mL，培养液pH由6.8下降至5.1。盆栽试验表明，单独接种V-29或施用由其与混合有机肥（椰糠：牛粪：氨基酸有机肥=1：1：1）发酵制得的微生物有机肥均可显著促进香草兰生长，与对照相比，地上部干重分别提高了31.6%和95.8%。室内检测结果表明，V-29可产生有机酸类物质草酸、苹果酸、乙酸和柠檬酸，发酵液中4种有机酸含量分别为0.53mmol/L，18.37mmol/L，4.21mmol/L和2.69mmol/L；培养液pH调节至5.1震荡5d后溶液中可溶性磷含量为42.4μg/mL，表明V-29解磷的主要原因为有机酸所致。室内检测结果表明V-29可分泌产生吲哚乙酸调节植物生长。利用电转化法成功的对V-29进行了gfp绿色荧光蛋白分子标记，实现了从复杂环境中监测功能微生物。盆栽试验研究了标记菌株V-29以不同有机肥为营养载体条件下在根际土壤的定殖能力及对香草兰生长的影响，结果显示：以氨基酸有机肥或椰糠、牛粪和氨基酸有机肥按照质量比为1：1：1混合所得有机肥做为营养载体与V-29发酵制得的微生物有机肥对香草兰促生效果最好；移栽105d天后，根际土壤有效磷和植株全磷含量分别在24.02-25.46mg/kg和3.97-4.61mg/kg之间；V-29在根际土壤中的数量仍可达106cfu/g土，均显著高于对照及单独接种V-29的处理，表明V-29在以氨基酸有机肥或混合有机肥为营养载体条件下可稳定定殖于根际土壤，提高土壤难溶性磷的有效性，促进香草兰生长。本项目探明了伯克霍尔德氏菌V-29溶磷能力，揭示了该菌株促进香草兰生长的作用机理，为了解热区土壤微生物多样性功能，充分发挥根际促生菌促生作用，减少化肥施用量及提高促生菌制剂在热带特色香辛料作物上应用的稳定性提供依据。