植物促生根际细菌促进巴拉圭冬青(Ilex paraguariensis)无性系微型插穗的不定根形成

《Trees》:Plant growth-promoting rhizobacteria enhance adventitious rooting of mini-cuttings from Ilex paraguariensis clones

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月12日 来源:Trees 2.3

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  关键信息:植物促生根际细菌提高了马黛茶微型插穗的不定根形成,尤其在低生根基因型中;这些细菌显示出提高无性繁殖效率的潜力。 摘要:马黛茶(巴拉圭冬青,Ilex paraguariensis A. St.-Hil.)是南美洲具有重大经济、社会和生态意义的森林树种

  
关键信息:植物促生根际细菌提高了马黛茶微型插穗的不定根形成,尤其在低生根基因型中;这些细菌显示出提高无性繁殖效率的潜力。

摘要:马黛茶(巴拉圭冬青,Ilex paraguariensis A. St.-Hil.)是南美洲具有重大经济、社会和生态意义的森林树种。然而,通过微型插穗进行无性繁殖仍因生根率低而受到限制。本研究旨在调查与马黛茶无性系相关的细菌群落,并鉴定能够诱导微型插穗不定根形成的植物促生根际细菌(PGPR)。从具有高生根能力的无性系中获得细菌分离株,并通过部分16S rRNA基因测序进行表征和鉴定。同时评估了具有对比生根能力的无性系相关细菌群落。共获得87个细菌分离株,其中15个被选出,属于不同的PGPR相关属。无性系间细菌多样性无显著差异,变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)最为丰富。使用从马黛茶和其他物种分离的细菌进行了接种试验。细菌接种对生根率和根干重产生了积极影响。在高生根无性系中,分离株ERR 1227将生根率提高至85%;然而,该值与未接种对照的60%无显著差异。在低生根无性系中,分离株CNPF 715达到35%的生根率,高于未接种对照的18.3%。分离株CNPF 363在两组中均表现出一致的结果(高生根71.7%,低生根31.7%)。这些发现表明,选定的根际细菌可以增强不定根形成,尤其在低生根基因型中,凸显了PGPR作为改善马黛茶无性繁殖的有前景工具。
巴拉圭冬青(Ilex paraguariensis A. St.-Hil.)是南美洲重要的非木材森林资源,其叶片用于制作马黛茶等产品,具有显著的经济、社会和生态价值。然而,该物种的无性繁殖——特别是微型插穗扦插——长期面临生根率低、不同基因型响应差异大等瓶颈,严重制约了优良基因型的推广和育种进程。已有研究表明,植物促生根际细菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)能够通过合成植物激素、溶解磷酸盐、促进生物固氮及诱导系统抗性等机制促进植物生长,但在巴拉圭冬青无性繁殖中的系统应用仍鲜有报道。因此,该研究旨在调查与不同生根能力巴拉圭冬青无性系相关的细菌群落,筛选具有促生潜力的根际细菌,并评估其对微型插穗不定根形成的促进作用。该论文发表在《Trees》期刊上。

研究人员从巴西Embrapa林业苗圃建立的克隆微型扦插园中选取材料,供试无性系来自2016年建于巴西巴拉那州Ivaí市(25o01'S,50o47'W)的种源/后代试验林。他们从高生根能力的无性系(EC40和IVA13)的根际基质(加拿大泥炭与蛭石混合物)中分离细菌,通过形态学分组、部分16S rRNA基因测序和系统发育分析鉴定菌株;同时利用16S rRNA基因宏条形码技术比较了不同生根能力无性系(高生根EC40、IVA13,低生根EC22、IVA49)的根际细菌群落组成。随后开展两轮温室接种试验:第一轮以低生根无性系进行预筛选,第二轮分别采用高生根(6个无性系混合)和低生根(7个无性系混合)两组材料,设置9个处理(5个预筛选优势菌株、3个附加菌株和未接种对照),每处理60个微型插穗,120天后测定生根率、未生根率、死亡率、根长、根干重和萌梢数等指标。

**细菌分离、形态学表征与16S rRNA基因测序**
从高生根无性系中共获得87株细菌,其中EC40有52株,IVA13有35株。根据菌落形态特征划分为15个表型组,每个表型组选取代表菌株进行测序,最终鉴定为9个不同属,包括Lysinibacillus、Sphingobium、Leifsonia、Rhizobium、Ochrobactrum、Microbacterium、Ollibium和Afipia等。系统发育分析显示,多数菌株与已知具有促生活性的属亲缘关系密切,例如CNPF 733与Rhizobium属多种近缘,CNPF 715与Ollibium composti近缘。部分菌株(如CNPF 707、CNPF 708)与潜在人类病原体Brucella近缘,提示后续需进行生物安全评估。

**16S rRNA基因宏条形码分析**
通过对四个无性系根际样品的高通量测序,经DADA2质控后,各样品保留了68.3%~74.4%的高质量非嵌合序列。α多样性(Shannon指数和Faith's PD)和β多样性(Bray-Curtis距离)均无显著差异,表明不同生根能力无性系的根际细菌群落结构总体相似。共检测到40个细菌门,其中变形菌门(Proteobacteria)占33.14%,放线菌门(Actinobacteriota)占24.34%,为主要优势类群;属水平上以Kribbella、Haliangium、Streptomyces等为主。该结果说明,无性系间生根能力的差异并非由根际细菌群落的整体多样性所决定,而更可能受植物内在遗传因素控制。

**巴拉圭冬青插穗生根**
第一轮预筛选中,不同菌株对微型插穗生根表现出促进或抑制的对比效应。第二轮接种试验中,在高生根无性系组,菌株ERR 1227(Neobacillus sp.)表现出最高生根率(85.0%)和最大根干重(27.4 mg),但该生根率与未接种对照(60.0%)无显著差异,表明高生根材料自身生理潜力较强,外源菌株增益有限。在低生根无性系组,ERR 1227未显示促生效果(生根率13.3%),而菌株CNPF 715(Ollibium sp.)将生根率从对照的18.3%显著提高至35.0%,菌株CNPF 363(Mes
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