植物根际促生细菌与种子引发技术对老化种子萌发和幼苗生长的影响

摘要

种子在长期储藏、运输过程中总会不可避免且不可逆地老化或劣变，造成种子活力降低、植物产量和质量下降，延缓种子老化或修复老化种子是种子生态学也是农业科学面临的主要挑战。遗传育种和传统种子引发技术是缓解种子老化的常用方法，但近来传统技术取得的成果有限，且耗时费力。植物根际促生菌以其绿色、安全和高效的特点在农业科学领域已引起高度关注。大量研究集中在促生菌对提高植物的生物胁迫和非生物胁迫抗性上，对种子老化这种生理胁迫研究的甚少。本研究进行了两组试验，均采用正交试验设计，①采用四因素三水平[L9(34)] 正交试验设计（菌浓度、种子引发方法和引发时间），研究植物根际促生菌-巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）生物引发对不同储藏年限的高羊茅（Festuca arundinaceaSchreb.）、鸭茅（Dactylis glomerataL.）和新麦草（Psathyrostachys junceaNevski）种子萌发、幼苗生长及生理特性（丙二醛MDA含量，抗氧化酶：即超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT、抗坏血酸过氧化物酶 APX 活性）的影响，同时，②为探索高效的促生菌来修复老化种子，本研究还尝试从扁穗雀麦根部分离提取可修复种子老化的新型促生菌，采用四因素（人工老化时间、菌浓度、种子引发方法和引发时间）四水平正交试验，探究其对人工老化的扁穗雀麦（Bromus cartharticusVahl）老化种子的作用效果。最后通过二元二次回归模型分析对预处理的条件进行优化，得出最优处理条件。本研究结论如下： （1）巴西固氮螺菌和三种种子引发混合处理能够通过特定的合作分工模式影响不同生长发育阶段来促进老化种子萌发和幼苗生长。三种种子引发方法为促进种子萌发的主要作用因素，而菌浓度是影响幼苗早期生长，尤其是胚根伸长的主要因素。混合引发处理可以通过降低丙二醛含量和提高抗氧化酶活性来修复种子老化损伤。在本试验条件下，巴西固氮螺菌和H2O2引发为最优组合，巴西固氮螺菌的优化浓度为52.3× 106 CFU·mL-1，优化引发时间为17.0 h。 （2）从扁穗雀麦幼苗根系中分离纯化出一株促生菌BCR5，经16S rDNA基因序列测定分析得知，菌株BCR5为弯曲假单胞菌（Pseudomonas geniculata）。弯曲假单胞菌BCR5结合其他种子引发方法混合处理可通过降低MDA含量，提高SOD和POD活性一定程度地恢复种子活力，提高老化种子的发芽率，并促进胚根和胚芽的伸长。结合正交试验设计极差分析及方差分析得出结论：弯曲假单胞菌BCR5浓度是影响老化种子萌发、活力和胚根伸长的主要因素，引发时间主要影响胚芽生长；在本试验条件下，经极差、方差和回归分析优化的试验参数分别为：人工老化54.2h、菌浓度527.5× 106 CFU·mL-1，结合H2O2引发处理14.5 h。此外，本试验还表明适宜的人工老化处理可打破扁穗雀麦种子休眠。 综上，植物根际促生菌通过提高抗氧化酶活性，降低MDA含量，可不同程度地修复牧草种子老化损伤，恢复种子活力，促进幼苗生长。混合引发处理技术比菌株混合接种操作更为容易，在农业生产上用于延缓或修复种子老化上具有广阔前景。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 种子老化概述

1.1.1 种子老化机理

1.2 种子老化修复技术

1.2.1 提高种子活力的物理方法

1.2.2 化学修复种子老化的方法

1.2.3 生物修复种子老化的方法

1.3 植物根际促生菌概述

1.4 本研究的目的和意义

第二章 巴西固氮螺菌和三种引发技术对老化种子萌发和幼苗生长的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 试验材料

2.1.2 菌株培养、种子材料和试验设计

2.1.3 种子处理和发芽试验

2.1.4 生长和生理指标测定

2.1.5 数据处理与分析

2.2 结果与分析

2.2.1 不同老化程度高羊茅、新麦草和鸭茅种子的萌发特性比较

2.2.2 混合引发处理后高羊茅、新麦草和鸭茅幼苗生长的变化

2.2.3 混合处理后幼苗的生理响应

2.2.4 因素间交互作用的模型分析和处理条件优化

2.3 讨论

2.4 小结

第三章 筛选鉴定可修复种子老化的植物根际细菌

3.1 材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 植物样品和植物根际促生菌的分离提取

3.1.3 分离菌株鉴定和促生特性研究

3.2 结果与分析

3.2.1 菌株的筛选结果和促生特性

3.2.2 PGPR处理对老化种子萌发的影响

3.2.3 混合引发处理后幼苗胚根和胚芽生长的变化

3.2.4 混合引发处理对幼苗丙二醛含量和抗氧化酶活性的影响

3.2.5 模型分析和条件优化

3.3 讨 论

3.4 小结

第四章 结论与创新点

4.1 结论

4.2 本研究创新点

4.3 未来研究建议

参考文献

致谢

作者简介