盐碱胁迫下产ACC 脱氨酶促生菌对绿豆插条生根的作用

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.07.005

摘要/Abstract

摘要： 盐碱胁迫使植物产生过量的乙烯，过量的乙烯会抑制植物生根，产1-氨基环丙烷1-羧酸（ACC）脱氨酶促生菌可以通过分解乙烯的直接前体ACC缓解盐碱对植物的伤害。为探讨盐碱胁迫下产ACC脱氨酶促生菌对植物生根的作用，从碱草根际土中筛选耐盐碱、产ACC脱氨酶能力较强的菌株，对筛选出的菌株进行鉴定，并分析了菌株对绿豆插条生根的影响。结果表明，DQJC1、DQJC5、DQJC6三个菌株产ACC脱氨酶活性分别为8.147、7.282、7.906 U/mg，3个菌株具有较强的耐盐碱能力，同时具有产吲哚乙酸（IAA）能力，经鉴定这3株细菌均属于假单胞菌属（Pseudomonas）。将3株促生菌接种到绿豆插条基部，结果发现，不论是在正常条件下还是盐碱胁迫条件下，绿豆插条的根长、鲜质量及发根数均不同程度增加；在盐碱胁迫条件下，接种3株菌显著下调了绿豆插条根中ACC合酶及ACC氧化酶活性，DQJC1和DQJC6菌株显著下调了绿豆插条根中ACC含量。说明产ACC脱氨酶促生菌通过减少乙烯的生成有效地缓解了盐碱胁迫对绿豆插条生根的抑制。

关键词: 绿豆, 根际促生菌, ACC脱氨酶, 扦插条, 盐碱胁迫

Abstract: Saline⁃alkali stress makes plants produce excessive ethylene，which will inhibit plant rooting，and ACC（1⁃amino cyclopropane 1⁃carboxylic acid）deaminase⁃producing growth⁃promoting bacteria can alleviate the damage of saline⁃alkali stress to plants by breaking down the direct precursor ACC of ethylene.In order to explore the role of ACC deaminase⁃producing bacteria in plant rooting under saline⁃alkali stress，we screened and identified the strains with strong saline⁃alkali tolerance from alkaline grass root soil，and analyzed the effect of the strains on rooting of mung bean cuttings.The results showed that DQJC1，DQJC5 and DQJC6 strains produced ACC deaminase with activities of 8.147，7.282 and 7.906 U/mg，respectively.Three strains had strong salinity⁃alkalinity tolerance and IAA（indoleacetic acid）production ability，which were identified to belong to Pseudomonas.Three strains were inoculated into the base of mung bean cuttings，and it was found that the root length，fresh quality and root number of mung bean cuttings were increased under normal condition and saline⁃alkali stress condition.Under saline⁃alkali stress，the three strains significantly down⁃regulated the activities of ACC synthase and ACC oxidase in mung bean cutting roots，and the DQJC1 and DQJC6 strains significantly down⁃regulated the ACC content in mung bean cutting roots，indicating that ACC deaminase⁃producing bacteria effectively alleviated the inhibition of saline⁃alkali stress on the rooting by reducing the production of ethylene.

Key words: Mung bean, Rhizosphere promoting bacteria, ACC deaminase, Cuttings, Saline?alkali stress

中图分类号:

S522

李鑫, 张美珍, 郑翘楚, 刘权, 黄玉兰, 殷奎德. 盐碱胁迫下产ACC 脱氨酶促生菌对绿豆插条生根的作用[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 52-59.

LI Xin, ZHANG Meizhen, ZHENG Qiaochu, LIU Quan, HUANG Yulan, YIN Kuide. Effect of ACC Deaminase⁃Producing Bacteria on Rooting of Mung Bean Cuttings under Saline⁃Alkali Stress[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2023, 52(7): 52-59.

参考文献

［1］PANTA S，FLOWERS T J，LANE P，et al.Halo⁃phyte agriculture：Success stories［J］.Environ Exp Bot，2014，107：71⁃83.
［2］ZORB C，GEILFUS C M，DIETZ K J.Salinity and crop yield［J］.Plant Biol，2018，21（1）：31⁃38.
［3］RAHNESHAN Z，NASIBI F，MOGHADAM A A.Effects of salinity stress on some growth，physiological,biochemical parameters and nutrients in two pistachio（Pistacia vera L.） rootstocks［J］.Journal of Plant Interactions，2018，13（1）：73⁃82.
［4］AHANGER M A，TOMAR N S，TITTAL M，et al.Plant growth under water/salt stress：ROS production；antioxidants and significance of added potassium under such conditions［J］.Physiology and Molecular Biology of Plants，2017，23（1）：731⁃744.
［5］DUBOIS M，BROECK L V，INEZ D.The pivotal role of ethylene in plant growth［J］.Trends Plant Sci，2018，23（4）：311⁃323.
［6］WANG Q，DODD I C，BELIMOV A A，et al.Rhizosphere bacteria containing 1⁃aminocyclopropane⁃1⁃carboxylate deaminase increase growth and photosynthesis of pea plants under salt stress by limiting Na+ accumulation［J］.Functional Plant Biology，2016，43（2）：161.
［7］孟琳.肇东盐单胞菌（Halomonas zhaodongensis）NEAU-ST10-25中新型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因的克隆与功能分析［D］.哈尔滨：东北农业大学，2014.
MENG L.Cloning and functional analysis of novel Na⁺/H⁺antiporter genes from Halomonas zhaodongensis NEAU⁃ST10⁃25［D］.Harbin：Northeastern Agricultural University，2014.
［8］MISRA S，DIXIT V K，KHAN M H，et al.Exploitation of agro⁃climatic environment for selection of 1⁃aminocyclopropane⁃1⁃carboxylic acid （ACC）deaminase producing salt⁃tolerant indigenous plant growth pro⁃moting rhizobacteria［J］.Microbiol Res，2017，205：25⁃34.
［9］WANG W，WU Z，HE Y，et al.Plant growth promotion and alleviation of salinity stress in Capsicum annuum L.by bacillus isolated from saline soil in Xinjiang［J］.Ecotoxicol Environ Saf，2018，164：520⁃529.
［10］RAVANBAKHSH M，SASIDHARAN R，VOESENEK L A C J，et al.Microbial modulation of plant ethylene signaling：Ecological and evolutionary consequences［J］.Microbiome，2018，6（1）：52.
［11］GAMALERO E，GLICK B R.Bacterial modulation of plant ethylene levels［J］.Plant Physiol，2015，169（1）：13⁃22.
［12］MISRA S，CHAUHAN P S.ACC deaminase⁃producing rhizosphere competent Bacillus spp.mitigate salt stress and promote Zea mays growth by modulating ethylene metabolism［J］.3 Biotech，2020，10（3）：1⁃14.
［13］FENG J.Expression patterns of ACS and ACO gene families and ethylene production in rachis and berry of grapes［J］.HortScience，2017，52（3）：413⁃422.
［14］KUMARI S，VAISHNAV A，JAIN S，et al.Regulation of ethylene level in mungbean（Vigna radiata L.）by 1⁃aminocyclopropane⁃1⁃carboxylic acid（ACC）⁃deaminase containing bacterial strain under salt stress［J］.International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences，2016，5（11）：275⁃283.
［15］王艳宇，向君亮，周妍，等.耐盐碱细菌DQSA1的分离鉴定及盐碱胁迫下对绿豆的促生作用［J］.微生物学通报，2021，48（8）：2653⁃2664.
WANG Y Y，XIANG J L，ZHOU Y，et al.Isolation and identification of saline⁃alkali tolerance bacteria DQSA1 and its growth⁃promoting effect on mung bean under saline⁃alkali stress［J］.Microbiology China，2021，48（8）：2653⁃2664.
［16］PENROSE D M，GLICK B R.Methods for isolating and characterizing ACC deaminase⁃containing plan growth⁃promoting rhizobacteria［J］.Physiologia Plantarum，2003，118（1）：10⁃15.
［17］张国壮，李海超，孙永林，等.5株产ACC脱氨酶细菌的筛选与鉴定［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2014，42（6）：189⁃196.
ZHANG G Z，LI H C，SUN Y L，et al.Isolation and identification of rhizobacteria producing 1⁃ aminocyclopropane⁃1⁃carboxylate（ACC）deaminase［J］.Journal of Northwest A & F University（Natural Science Edition），2014，42（6）：189⁃196.
［18］黄天姿，李同祥，汤薇，等.大豆根际土壤产ACC脱氨酶细菌的分离与鉴定［J］.南方农业，2022，16（6）：1⁃3.
HUANG T Z，LI T Y，TANG W，et al.Isolation and identification of ACC deaminase bacteria in soybean rhizosphere soil[J］. South China Agriculture，2022，16（6）：1⁃3.
［19］姬文秀，李虎林，冷雪，等.产ACC脱氨酶人参内生细菌的分离和促生特性分析［J］.吉林农业大学学报,2019，41（2）：168⁃174.
JI W X，LI H L，LENG X，et al.Isolation and promoting growth properties of endophytic bacteria producing ACC deaminase of Panax ginseng［J］.Journal of Jilin Agricultural University，2019，41（2）：168⁃174.
［20］沈萍，陈向东.微生物学实验［M］.4版. 北京：高等教育出版社，2007：111⁃116．
SHEN P，CHEN X D.Microbiology experiments［M］.4th ed. Beijing：Higher Education Press，2007：111⁃116.
［21］东秀珠，蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册［M］.北京：科学出版社，2001：370⁃386．
DONG X Z，CAI M Y.Common bacterial systematic identification manual［M］.Beijing：Science Press，2001：370⁃386.
［22］常慧萍，邢文会，夏铁骑，等.根际促生细菌的筛选及其对小麦幼苗的促生作用［J］.河南农业科学，2016，45（12）：52⁃57.
CHANG H P，XING W H，XIA T J，et al.Screening of plant growth⁃promoting rhizobacteria and their growth⁃promoting effect on wheat seedling［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2016，45（12）：52⁃57.
［23］王西祥，徐坤，张冬梅，等.5株生姜促生菌的初步鉴定及产IAA和抑菌能力测定［J］.山东农业科学，2015，47（1）：36⁃40，46.
WANG X Y，XU K，ZHANG D M，et al.Preliminary identification，IAA⁃producing and antibacterial capacity determination of five ginger growth⁃promoting bacteria［J］.Shandong Agricultural Science，2015，47（1）：36⁃40，46.
［24］秦媛，潘雪玉，袁志林.利用PCR技术快速检测根际产ACC脱氨酶细菌［J］.生物技术通报，2017，33（11）：112⁃122.
QIN Y，PAN X Y，YUAN Z L.PCR⁃based method for the rapid detection of ACC deaminaseproducing rhizosphere bacteria［J］.Biotech Bulletin，2017，33（11）：112⁃122.
［25］龚月桦，张家豪，周万海.乙烯利和吲哚丁酸对扦插蓝莓组培苗不定根生长的影响［J］.江苏农业科学，2020，48（10）：157⁃161.
GONG Y H，ZHANG J H，ZHOU W H.Effects of ethephon and IBA on adventitious root growth of blueberry tissue culture seedlings ［J］.Jiangsu Agricultural Science，2020，48（10）：157⁃161.
［26］LI J，XU H H，LIU W C，et al.Ethylene inhibits root elongation during alkaline stress through AUXIN1 and associated changes in auxin accumulation［J］.Plant Physiology，2015，168（4）：1777⁃1791.
［27］TAHIR M，AHMAD I，SHAHID M，et al.Regulation of antioxidant production，ion uptake and productivity in potato（Solanum tuberosum L）plant inoculated with growth promoting salt tolerant Bacillus strains［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2019，178：33⁃42.
［28］HEYDARIAN Z，GRUBER M，GLICK B R.Gene expression patterns in roots of Camelina sativa with enhanced salinity tolerance arising from inoculation of soil with plant growth promoting bacteria producing 1⁃aminocyclopropane⁃1⁃carboxylate deaminase or expression the corresponding acdS gene［J］.Frontiers in Microbiology，2018，9：1297.
［29］费诗萱，张敏，余旋，等.具有ACC脱氨酶活性的红枣根际促生菌株的分离筛选及其促生效果研究［J］.西北林学院学报，2019，34（6）：140⁃146．
FEI S X，ZHANG M，YU X，et al.Isolation，screening and promoting effects of plant growth⁃promoting rhizobacteria（PGPR）containing ACC deaminase from jujube［J］.Journal of Northwest Forestry University，2019，34（6）：140⁃146.
［30］梁翔宇，顾欣，刘文辉，等.盐碱地盐生植物根际耐盐促生菌的筛选及鉴定［J］.农业科学研究，2021，42（4）：1⁃6，11.
LIANG X Y，GU X，LIU W H，et al.Screening and identification of saline⁃alkaline tolerance growth⁃promoting rhizobacteria of halophytes in saline⁃alkali soil［J］.Journal of Agricultural Sciences，2021，42（4）：1⁃6，11.
［31］HAN S，JIA M，YANG J，et al.The integration of ACS2⁃generated ACC with GH3⁃mediated IAA homeostasis in NaCl⁃stressed primary root elongation of Arabidopsis seedlings［J］.Plant Growth Regulation，2019，88（2）：151⁃158.
［32］JUSAITIS M.Rooting response of mung bean cuttings to l⁃aminocyclopropane⁃l⁃carboxylic acid and inhibitors of ethylene biosynthesis［J］.Scientia Horticulturae，1986，29（1/2）：77⁃85.
［33］CHIATANTE D，ROST T，BRYANT J，et al.Regulatory networks controlling the development of the root system and the formation of lateral roots：A comparative analysis of the roles of pericycle and vascular cambium［J］.Ann Bot，2018，5（5）：697⁃710.
［34］LIU Y，SHI Z，YAO L，et al.Effect of IAA produced by Klebsiella oxytoca Rs⁃5 on cotton growth under salt stress［J］.Journal of General&Applied Microbiology，2013，59（1）：59⁃65.
［35］王金祥，严小龙，潘瑞炽.不定根形成与植物激素的关系［J］.植物生理学通讯，2005，41（2）：10.
WANG J X，YAN X L，PAN R Z.Relationship between adventitious root formation and plant hormones［J］.Plan Physiology Communications，2005，41（2）：10.
［36］QIN H，HUANG R.Auxin controlled by ethylene steers root development ［J］.International Journal of Molecular Sciences，2018，19（11）：3656.

[1]	黄海, 瞿小杰, 刘金海, 彭赞文. 盐碱胁迫下不同倍性水稻4 种转录因子家族基因的表达模式分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 22-33.
[2]	何建清, 张格杰. 植物根际促生菌肥代替部分化肥对黑青稞生长、产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(7): 93-101.
[3]	李茜, 贾颜, 李新艺, 李芹梅, 刘松, 王梦雨, 黄海泉, 黄美娟. 含ACC 脱氨酶的植物促生菌对金铁锁种子萌发的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(5): 45-52.
[4]	王志君, 李红宇, 夏玉莹, 赵海成, 王士强, 钱永德, 郑桂萍. 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(2): 37-46.
[5]	梁洪宇, 金永玲, 张海燕, 刘瑞, 孙宇佳, 郭思敏, 曾颖婷, 王丽艳. 豆蚜胁迫对绿豆抗、感品种营养物质和保护酶的影响[J]. 河南农业科学, 2020, 49(8): 72-77.
[6]	刘雅, 蔡光容, 牟保民, 李冰, 王诗雅, 刘美玲, 郑殿峰, 冯乃杰. 改良磷酸二铵对绿豆植株生长、光合生理特性及产量的影响[J]. 河南农业科学, 2020, 49(6): 30-41.
[7]	李一伦, 张妍妍, 余浩, 余辉, 殷全玉, 李本银, 李烜桢, 李俊朋, 吴明作. 根际促生菌对烟草吸收和积累Cd的影响[J]. 河南农业科学, 2020, 49(4): 62-71.
[8]	张圣也, 付东波, 刘慧敏, 王柏, 廖梅芳, 李佐同, 赵长江. 土壤中添加生物炭对盐碱胁迫下绿豆生长的影响[J]. 河南农业科学, 2020, 49(2): 68-73.
[9]	左官强, 蔡光容, 余明龙, 梁喜龙, 李瑶, 王新欣, 冯乃杰, 郑殿峰. 植物生长调节剂CGR_3-1对绿豆光合生理、产量以及脂肪酸组成的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(12): 44-50.
[10]	薛仁风, 赵阳, 王英杰, 陈剑, 葛维德. 间作模式对谷子与绿豆生长和产量的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(10): 37-40.
[11]	薛仁风，陈剑，赵阳，葛维德. 绿豆病毒病田间绿色防治方法及其对绿豆生长特性的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(03): 90-94.
[12]	徐伟慧，刘泽平，符春敏，王志刚. 根际芽孢杆菌对水稻根系的促生效应[J]. 河南农业科学, 2018, 47(4): 59-63.
[13]	韩浩章，张丽华，王晓立，张颖，王芳，李素华. 盐碱胁迫对樟幼苗养分吸收的影响[J]. 河南农业科学, 2018, 47(3): 116-120,127.
[14]	万兵兵,刘晔,吴越,刘世亮,王国文,张东艳,姜瑛. 烟草根际解磷解钾菌的筛选鉴定及应用效果研究[J]. 河南农业科学, 2016, 45(9): 46-51.
[15]	许兰杰，梁慧珍，余永亮，杨红旗，董薇，牛永光，芦海灵，曹杰，吕爱淑. 盐碱胁迫下芝麻种子萌发过程中营养物质的动态变化规律[J]. 河南农业科学, 2016, 45(4): 43-48.