PQQ和IAA促生因子對Rahnella aquatilis HX2菌株促生機理研究

焦子偉，位 婉，李 磊，張相鋒，郭巖彬

(1.伊犁師范學院生物與地理科學學院，新疆伊寧835000;2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100193)

PQQ和IAA促生因子對Rahnella aquatilis HX2菌株促生機理研究

焦子偉1，2，位 婉2，李 磊2，張相鋒1，郭巖彬2

(1.伊犁師范學院生物與地理科學學院，新疆伊寧835000;2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100193)

【目的】Rahnella aquatilis HX2菌株能合成吡咯喹啉醌(PQQ)和吲哚乙酸(IAA)，探明PQQ與IAA在HX2菌株促生作用中的作用與機理?！痉椒ā客ㄟ^試管苗試驗、溫室砂培試驗，分別以純品PQQ、純品IAA、HX2菌株及PQQ合成缺失突變體及互補菌株等處理接種玉米，對各處理的玉米生長量、營養(yǎng)以及根形態(tài)方面的影響進行檢測和分析?！窘Y(jié)果】與空白對照相比，PQQ、IAA純品處理均能在促進玉米生長方面均有好的效果，HX2處理在玉米生物量(株高、鮮重和干重)、玉米營養(yǎng)(全N、全P、全K)攝入有顯著提高，處理效果更好;PQQ合成缺失突變體MH15處理，雖對玉米鮮重、干重、全N、全P與對照相比有促進作用，但與HX2和互補菌株CMH15(pqq)處理玉米的促生效果相比較低。純品PQQ、IAA處理主要提高了其細根長、中根長、總根長的長度和根表面積增加，但其根平均直徑降低;而HX2菌株處理增加了其細根長、中根長、粗根長的長度，使玉米根系不僅伸長，且根系變粗?！窘Y(jié)論】PQQ可作為直接促生因子和IAA，共同參與了HX2菌株對增加玉米生物量，提高玉米營養(yǎng)的攝入，促進其根形態(tài)等方面起到關鍵調(diào)控作用，明確了HX2菌株－PQQ－玉米、HX2菌株－IAA－玉米之間的相互作用。

Rahnella aquatilis HX2;吡咯喹啉醌;吲哚乙酸;促生;調(diào)控

0 引言

【研究意義】水生拉恩氏菌(Rahnella aquatilis)HX2是一株優(yōu)良溶磷促生菌株，已應用新疆伊犁綠色有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為進一步明確PQQ和IAA作為直接促生因子在該菌株中直接促生作用機理。【前人研究進展】近幾年來，植物促生菌(Plant－Growth－Promoting Rhizobacteria，PGPR)當與宿主互作時以高密集群體定殖并促進植物生長［1］。PGPR在促進植物生長方面可分為直接促生和間接促生兩種［2］。直接促生菌能直接提供植物所短缺的營養(yǎng)物質(zhì)如產(chǎn)生植物激素如生長素等來促進植物的生長;間接促生菌能誘導植物的防衛(wèi)反應，增強植物的健康，從而間接地促進植物生長［3］。大多數(shù)PGPR均能合成IAA［4］，產(chǎn)IAA菌和植物間的相互作用可對植物產(chǎn)生不同的效果。近幾年的研究顯示IAA也可以作為細菌的信號分子，可以直接影響細菌的生理健康。產(chǎn)IAA菌可能通過依靠抑制生長素類信息來促進其規(guī)避宿主的防御系統(tǒng)。生長素與寄主防衛(wèi)系統(tǒng)相關，使得病的相關蛋白失活。IAA刺激植物細胞增生并擴大了定殖面積，分泌出促進細菌生長的營養(yǎng)物質(zhì)［5－7］。PQQ是葡萄糖脫氫酶(glucose dehydrogenase，GDH)等的輔酶，溶磷菌通過GDH－PQQ全酶作用能溶解土壤無機或有機磷酸鹽，促進植物對營養(yǎng)的攝入和植物生長［8］。此外，PQQ具有一些特色的生物活性和生理功能，在植物中提高其抗低溫脅迫能力，促進花粉萌發(fā)、果實生長和植物生長。PQQ是動物生長發(fā)育的必需的營養(yǎng)因子，刺激人體細胞生長，促進神經(jīng)細胞修復，并能提高小鼠生殖能力［9－10］。Rahnella aquatilis HX2菌株具有較強的溶磷的能力，其能產(chǎn)生PQQ和GDH，PQQ作為GDH的輔酶共同參與其葡萄糖溶磷代謝產(chǎn)生葡萄糖酸［11－12］，并分泌到土壤中后促進土壤難溶磷的溶解和植株玉米對磷的吸收與生長［13］;且也能產(chǎn)生IAA，具有潛在的促進植物生長的能力［14］?！颈狙芯壳腥朦c】盡管PGPR在溶磷促生、IAA促生做了許多的研究，但PQQ與IAA作為直接促生因子對HX2菌株促生作用以及菌株－PQQ－植物、菌株－IAA－植物相互作用研究很少。測定HX2及其衍生菌株分別在DF培養(yǎng)基上生長、產(chǎn)IAA的變化規(guī)律，并通過試管苗試驗、溫室砂培試驗，分別以純品PQQ、純品IAA、HX2、缺失pqq基因的突變體及互補菌株等處理接種玉米，對各處理的玉米生長量，全N、全P、全K以及根形態(tài)方面的影響進行檢測和分析?！緮M解決的關鍵問題】研究PQQ、IAA作為促生因子在HX2菌株的促生作用及菌株－PQQ－玉米、菌株－IAA－玉米之間的相互作用關系，為PGPR的研究提供技術(shù)支持和增加豐富樣本。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌株Rahnella aquatilis HX2，Tn5插入突變pqq基因的突變體MH15菌株，MH15互補菌株CMH15(pqq)，列出各供試菌株特征。經(jīng)Guo等［15］測定HX2、CMH15(pqq)菌株均能產(chǎn)生PQQ，MH15突變菌株不能產(chǎn)生PQQ。表1

表1 供試菌株Table1 Bacterial strains used in experiment

1.1.2 基質(zhì)

盆栽基質(zhì):砂子。供試玉米品種:鄭單958。PVC管(15 cm×60 cm)、大試管(25 mm×

160 mm)、濾紙等。

1.1.3 培養(yǎng)基、培養(yǎng)液

常用培養(yǎng)基:PDA培養(yǎng)基，LB固、液體培養(yǎng)基，DF培養(yǎng)基［16］和Hoagland營養(yǎng)液［17］。

1.1.4 試劑與儀器

純品PQQ(Sigma，USA);純品IAA(Sigma，USA)等。

掃描儀(Perfection V10/V100，EPSON)，紫外－可見光分光光度計(WFZ UV－2800 AH，尤尼柯上海儀器有限公司)，人工氣候箱(RXZ－2808，寧波儀器廠)，高速冷凍離心機(Biofuge Proimo R，Thermo)，生化培養(yǎng)箱(LRH－250，上海一恒科學儀器有限公司)、恒溫振蕩器(HYG－A全自動搖瓶柜，大倉市實驗設備廠)等。

1.2 方法

1.2.1 產(chǎn)IAA測定

將HX2及其衍生菌株，經(jīng)PDA培養(yǎng)基活化，LB液體培養(yǎng)基搖培1～2 d，并以0.1%接種量(菌液量/培養(yǎng)基量，v/v)接種于DF培養(yǎng)基中，于28℃培養(yǎng)7 d，12 000 r/min離心5 min，取1 mL上清液于試管中，并分別從配制好的IAA水溶液5、10、15、20、25和30 μg/mL中吸取1 mL標準液置于試管中，分別加入50 μL SolutionⅠ(10 mmol磷酸)及2 mL SolutionⅡ(1 mL 0.5 M FeCl3溶于50 mL 35%HClO4)反應液，混勻后于室溫中反應25 min，于530 nm處檢測吸光度，以去離子水做空白對照，繪制IAA含量標準曲線并計算其產(chǎn)IAA的量，重復3次。

1.2.2 純品PQQ促生試管苗試驗

對玉米種子進行催芽，并裁剪20 cm×20 cm的濾紙，雙層疊加后，分別用純品PQQ不同濃度10－6、10－7、10－8、10－9、10－10mol/L稀釋液浸濕，使稀釋均勻附著在兩層濾紙上。選取形態(tài)一致的、催芽好的玉米種分別放入不同濃度稀釋液中浸3 h。將浸種后的3粒玉米種子均勻放入兩層濾紙之間，距濾紙上邊0.5 cm處，卷成筒狀，插入盛有50 mL Hoagland營養(yǎng)液的大試管中。放入26℃、相對濕度RH=80%的人工氣候箱中培養(yǎng)，6 d換一次營養(yǎng)液，前2 d全黑暗培養(yǎng)，以后14 h光照，10 h黑暗下培養(yǎng)。以去離子水為對照，每個處理重復3次。培養(yǎng)12 d后，取出測量根長、莖長、鮮重并進行數(shù)據(jù)分析。

1.2.3 純品IAA促生試管苗試驗

將純品IAA稀釋、配制不同濃度10－1、10－2、10－3、10－4、10－5、10－6、10－7、10－8、10－9μg/mL稀釋液備用。其它試驗方法同1.2.2，放置于人工氣候箱中培養(yǎng)，前2 d全黑暗，后4 d，14 h光照，10 h黑暗。培養(yǎng)6 d后，取出測量其根長、莖長、鮮重并進行數(shù)據(jù)分析。

1.2.4 促生溫室砂培試驗

將水洗曬干的砂子過2 mm篩后1×105Pa下濕熱滅菌2 h，于溫室中晾干備用。適時對玉米種子催芽，將HX2及其衍生菌株活化后分別接種于含有200 mL DF培養(yǎng)基的錐形瓶中，28℃、170 r/ min搖培48 h，得到不同菌株菌懸液，同時將純品PQQ配制10－8mol/L稀釋液，純品IAA配制10－7μg/mL稀釋液，DF培養(yǎng)基作為對照，用以上不同處理液對催芽一致的玉米種子浸種3 h，并將6 kg砂與每個處理液300 mL均拌，裝入PVC管中，每管埋入3粒種子，埋好后澆10 mL水，于溫室室溫下生長。每隔1 d澆100 mL水，待玉米出苗后每管留1株，后每7 d澆Hoagland營養(yǎng)液50 mL，待玉米生長42 d后收獲，測定玉米株高、根長、鮮重，進行數(shù)據(jù)分析。每個處理重復12次。

1.2.5 植物全氮、全磷、全鉀及根形態(tài)測定

全氮:植物全氮檢測法;全鉀:火焰光度法;全磷:釩鉬黃吸光光度法［18］。

根形態(tài)測定:將玉米植株收獲時小心沖洗根部泥土，分成若干段后速凍于冰柜中。采用掃描儀分批進行掃描，記錄根系整體形態(tài)，然后采用根系分析軟件WinRHIZO 50分析總根長及不同直徑下的根長(根系劃分為粗根、中根、細根3個等級)［19］，三個等級的直徑范圍分別為0～0.25 mm、0.25～0.45 mm和＞0.45 mm。完成掃描后的根在105℃下，30 min殺青，然后在70℃下烘干48 h，稱其干重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)以平均值為依據(jù)，數(shù)據(jù)分析采用EXCEL軟件、SPSS軟件(Version 11.5，USA)進行數(shù)據(jù)處理及方差分析(ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)IAA量

研究表明，培養(yǎng)48 h后，HX2、MH15突變體和CMH15(pqq)菌株在DF培養(yǎng)基中產(chǎn)IAA濃度分別為2.31、2.37和2.34 μg/mL，差異不顯著(P＜0.05)。HX2菌株及其衍生菌株在DF培養(yǎng)基上均產(chǎn)生IAA，且產(chǎn)生IAA的量是相同的。表2

表2 HX2及其衍生菌株培養(yǎng)2 d在DF產(chǎn)生IAA濃度Table2 IAA concentration produced by HX2 and derivative strains in DF medium after 2 days

2.2 純品PQQ最佳促生濃度篩選

PQQ稀釋梯度從10－7、10－8、10－9到10－10mol/L都表現(xiàn)出不同程度的對玉米有促生作用，其中以10－8mol/L的濃度促生效果最好，與對照相比在鮮重方面呈顯著性差異(P＜0.05，以下類同)，在株高、根長方面未呈顯著性差異，純品PQQ對植株玉米的生長有促進作用。表3

2.3 純品IAA促生最佳濃度篩選

IAA純品稀釋濃度10－5、10－6、10－7和10－8μg/ mL 4個處理對植株玉米的莖長、根長與對照相比均有增加，呈顯著性差異，尤以10－7μg/ mL處理對玉米的莖長、根長促生效果最好，分別是23.48、27 cm，與對照相比分別增加了31.2%、5.9%。圖1

表3 純品PQQ不同釋釋濃度對玉米的促生效果Table3 Promoting effects of maize on different PQQ concentrations

圖1 不同IAA濃度接種玉米對其莖、根促生變化Fig.1 Promoting change of root and shoot of maize inoculated by different pure IAA concentration

2.4 對玉米生物量的影響

2.4.1 純品PQQ、HX2菌株對玉米生物量影響研究表明，純品PQQ處理在植株玉米根長、莖鮮重、莖干重、根干重等方面與對照相比分別增加了13.9%、25.4%、40%、35.5%，均呈顯著性差異，對玉米起到促生作用。HX2菌株處理的植株玉米莖長、根長、鮮重、莖鮮重、莖干重、根干重與對照相比呈顯著性差異，分別提高了9.4%、6.5%、30.5%、36.2%、40%和51.6%。但MH15突變體菌株處理與對照相比，在其莖鮮重、莖干重、根干重方面均呈顯著性差異，分別增加了24.5%，30%和35.5%。HX2菌株處理與不能產(chǎn)生PQQ的菌株(MH15)處理相比，促進玉米的效果更好，PQQ作為促生因子在HX2菌株中參與了對玉米促生作用。圖2，表4

圖2 溫室試驗IAA、PQQ、HX2及其衍生菌株處理對玉米促生效果Fig.2 Promoting effect of maize inoculated by pure IAA，pure PQQ，HX2 and derivative strains in greenhouse experiment

2.4.2 純品IAA、HX2菌株對玉米生物量的影響

研究表明，純品IAA處理對植株玉米莖長、根長、鮮重、莖鮮重、莖干重、根干重方面與對照相比均有促生作用，呈顯著性差異，分別增加了10.1%、26.9%、41.4%、42.5%、66.7%和80.6%;HX2、MH15和CMH15(pqq)菌株各處理均與對照相比，除玉米根長、莖長、鮮重外，其莖鮮重、莖干重、根干重方面均呈顯著性差異，對玉米起到促生的作用。純品IAA、能產(chǎn)生IAA的HX2、MH15和CMH15(pqq)菌株各處理均能促進玉米的生長，IAA在HX2菌株中作為一個促生因子參與了對玉米的生長。圖2，表4

2.5 對玉米營養(yǎng)吸收的影響

2.5.1 純品PQQ、HX2菌株對玉米營養(yǎng)吸收的影響

研究表明，純品PQQ處理在植株玉米全P、全K含量方面與對照相比，呈顯著性差異，分別增加了34.4%、47.4%。HX2及其衍生菌株各處理在全N、全P、全K含量方面與對照相比有不同程度的增加現(xiàn)象，呈顯著性差異。HX2菌株處理與對照相比玉米全N、全P、全K含量分別增加了35.3%、35.5%和41.0%，MH15菌株處理與對照相比僅在植株全N、全P含量方面分別增加了21.3%、15.1%，呈顯著性差異。純品PQQ與HX2菌株處理之間對玉米全N、全P、全K的吸收有差異，HX2菌株處理的效果更好。MH15處理雖對玉米營養(yǎng)的吸收有促進作用，但與HX2和CMH15(pqq)菌株處理相比促生效果較低。PQQ作為促生因子在HX2菌株處理中促進了對植株玉米全N、全K、全P的吸收。表4

2.5.2 純品IAA、HX2菌株對玉米營養(yǎng)吸收的影響

研究表明，純品IAA處理在植株玉米全P、全K含量方面與對照相比呈顯著性差異，分別增加了33.3%、48.1%。HX2及其衍生菌株處理與對照相比在全N、全K、全K含量方面有不同程度的增加現(xiàn)象。HX2接種處理與對照相比，玉米全N、全P、全K含量均呈顯著性差異，分別增加了35.3%、35.5%和41.0%。純品IAA與HX2菌株處理之間對玉米的全N、全P、全K的吸收有差異，HX2菌株的效果更好。IAA作為促生因子，在HX2菌株處理中參與并促進了對玉米營養(yǎng)的攝入。表3，表4

2.6 玉米根形態(tài)的影響

2.6.1 純品PQQ、HX2及其衍生菌株對玉米根形態(tài)研究表明，純品PQQ處理的玉米根表面積、根直徑、根總根長、中根長、細根長與對照相比，呈顯著性差異，純品PQQ處理的玉米根表面積比對照的增加了89.2%，而根直徑卻減少了8.8%;在根總根長、細根長、中根長方面都有明顯的促進作用，分別提高了12.1%、13.5%和15.4%;但PQQ處理的玉米根系粗根長與對照相比未呈顯著性差異。HX2及其衍生菌株處理的玉米根表面積與對照相比，均有明顯的促進作用，如HX2處理的玉米根表面積比對照增加了79.7%，呈顯著性差異; MH15處理的根表面積比對照增加了12.2%，但無顯著差異。而在根直徑方面，HX2、MH15處理與對照相比，無顯著性差異。此外，HX2處理的玉米根總根長、細根長、中根長、粗根長比對照增加了12.1%、12.3%、12.0%、12.0%，均呈顯著性差異。MH15處理的根總根長、細根長、中根長與對照相比無顯著性差異;但粗根長比對照增加了16.3%，呈顯著性差異，有明顯的促進作用。說明純品PQQ、HX2及其衍生菌株各處理對玉米根形態(tài)均有影響，HX2菌株處理的效果更好。純品PQQ、HX2菌株處理對玉米根形態(tài)的影響起到促進作用。圖4，圖5，表5

2.6.2 純品IAA、HX2及其衍生菌株對玉米根形態(tài)影響

研究表明，純品IAA處理的玉米根表面積、根直徑、根總根長、中根長、細根長、粗根長與對照相比呈顯著性差異，在根表面積、根總根長、細根長、中根長方面比對照增加了157.5%、14.7%、38.3%、10.6%;但根直徑、粗根長方面比對照分別減少了14.7%、22%。HX2及其衍生菌株處理的玉米根表面積與對照相比，均有明顯的促進作用。純品IAA、HX2及其衍生菌株各處理對玉米根形態(tài)都有影響，純品IAA處理促進了玉米根系的伸長，而HX2菌株處理的效果更好，不僅使玉米根系伸長，而且變粗。IAA作為一個促生因子，在HX2菌株處理對玉米根形態(tài)的影響起到促進作用。圖3，圖4，表5

表5 純品IAA、PQQ、HX2及其衍生菌株處理玉米的總根長及在三種不同直徑下的根長Table5 Root length of three diameter classes and total root length of maize inoculated pure PQQ，pure IAA，HX2 and derivative strains

圖3 純品IAA、PQQ、HX2及其衍生菌株處理的玉米根系的根表面積Fig.3 Root surface area of maize inoculated by pure IAA，pure PQQ，HX2 and derivative strains

圖4 純品IAA、PQQ、HX2及其衍生菌株處理的玉米根系的根平均直徑Fig.4 Root average diameter of maize inoculated by pure IAA，pure PQQ，HX2 and derivative strains

3 討論

3.1 PQQ促生因子

從試管苗、溫室砂培試驗表明適宜的PQQ純品處理濃度促進了植株玉米生物量(莖長、根長、鮮重、干重)的生長，及全P、全K吸收，但全N沒有增加;HX2處理與對照相比在植株玉米生物量、營養(yǎng)(全N、全P、全K)攝入方面都有顯著提高;缺失MH15突變體(不能合成PQQ)處理，雖然對玉米莖鮮重、干重、全N、全磷與對照相比有促進作用，但與HX2和CMH15(pqq)菌株處理玉米的促生效果相比較低。這充分說明了HX2菌株產(chǎn)生的PQQ，作為促生因子促進了植株玉米的生長及對全N、全P、全K的吸收。類似的研究結(jié)果也有報道，PQQ也促進體外或百合屬、郁金香屬、山茶屬植物花粉萌發(fā)［20－21］。Choi等［10］也證明了PQQ作為一個促生因子促進植物的生長，合成的PQQ純品分別稀釋50、100、1000 nM的濃度都能顯著提高黃瓜苗的鮮重;同時產(chǎn)生PQQ的熒光假單胞菌(P.fluorescens B16)接種植物番茄(Solanum lycopersicum)，并在水培系統(tǒng)中種植，顯著提高株高、花的數(shù)量、果實數(shù)量和果實重量。PQQ作為植物一個促生因子，在促進植物生長方面具有巨大的潛力，其促生方面的研究有待于進一步拓展。

純品PQQ處理主要增加了玉米細根長、中根長和總根長的長度，最終導致其根表面積的增加和根平均直徑的下降;而HX2菌株處理增加了其細根長、中根長、粗根長的長度，使得HX2處理的玉米根系不僅伸長，而且根系變粗。國內(nèi)外關于PQQ促進根系生長的報道文獻較少，但從長期來看，HX2處理相比PQQ處理來說對玉米的促生效果更好。此外，HX2菌株處理與純品PQQ處理相比，對促進植株玉米生長量，全N、全P、全K的吸收及根系的生長方面的效果更好。不能合成PQQ的MH15突變體菌株處理也能起到對植株玉米的促生作用，這說明HX2菌株還有其它的促生因子存在，影響著HX2菌株的促生效果。

3.2 IAA促生因子

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HX2菌株處理和純品IAA處理均能在促進玉米生長方面有一個好的效果，但HX2菌株處理效果更好。HX2菌株處理與對照相比促進了玉米的生長，也顯示了它能提高植株玉米的根長、根表面積，莖的生物量(鮮、干重)和根的生物量(鮮、干重)，全氮、全磷、全鉀的營養(yǎng)的吸收。結(jié)果和近來的研究結(jié)果一致，如能產(chǎn)生IAA的假單胞菌屬(Pseudomonas)、埃希氏桿菌屬(Escherichia)、球狀細菌屬(Micrococcus)和葡萄球菌屬(Staphylococcus)提高小麥根的長度、生物量，莖鮮重和長度等［22］。采用產(chǎn)IAA的固氮螺菌屬接種玉米種苗，與對照和純品IAA處理相比也能提高玉米生物量［23］。近年來研究也揭示不同產(chǎn)IAA菌株分別接種草莓苗、春麥、大豆、玉米種子都促進植株株高、根毛形成和植株的重量［24－26］。HX2菌株處理的玉米根表面積、根長包括粗根長、中根長、細根長都有增加，說明HX2菌株對玉米整體根系生長的促進效果比較好，結(jié)果顯示HX2菌株處理不僅促進其根的伸長，也能使根增粗。然而，純品IAA處理提高細根長、中根長和總根長的長度，但減少了根平均直徑，說明IAA處理增大了細根部分在根系中的比例，被認為導致根的表面積的增加和根直徑的下降。由此推斷對IAA來說，促進生長很有可能與促進細胞的伸長有關［26－27］。Hanafy等［28］提到IAA在酶促反應、細胞結(jié)構(gòu)、并在整個植物的生命核酸合成的植物生長調(diào)節(jié)生理過程起著核心作用。盡管IAA在促進根伸長方面是一個重要的因素，但是HX2處理較IAA處理的要好，不僅促進根的伸長，而且使根增粗，提高整體的根系統(tǒng)的完整性。研究結(jié)果表明，產(chǎn)IAA在HX2促進植株玉米生長的機制中起著重要作用，但它不是唯一的因素參與促進玉米生長。最近的研究表明，其他激素如GA和NAA也在根系形態(tài)和根群方面表現(xiàn)出積極的影響［29］。純品IAA處理和HX2菌株處理對玉米根系形態(tài)的影響可能會在根系深度和廣度上有所體現(xiàn)，接種HX2菌株對玉米的根系影響可能覆蓋范圍更大，深度更深。

研究結(jié)果表明，HX2菌株在促進玉米生長的機制中產(chǎn)IAA扮演著重要的作用，但并不是唯一的涉及玉米促生作用的因子。也有相關報道在有益微生物和宿主方面直接和間接相互作用可促進植物生長［1］。研究中也進一步證實了MH15突變體處理，雖然與HX2菌株產(chǎn)同樣的IAA的量對玉米促進作用，但與HX2和CMH15(pqq)接種處理玉米的促生效果相比較低，說明PQQ促生因子也起了關鍵性促生作用。PQQ、IAA作為兩個促生因子，在HX2菌株中共同參與了對玉米的促生作用，但在植物與微生物相互作用方面，HX2菌株可能還有別的促生因子存在，需要對其它植物生長素或其本身對環(huán)境/生物的抗逆作用等方面做進一步深入研究，更全面地掌握Rahnella aquatilis HX2促生作用機理。

4 結(jié)論

PQQ、IAA純品處理均能在促進玉米生長方面均起到較好的效果，HX2菌株處理在玉米生物量(株高、鮮重和干重)、玉米營養(yǎng)(全N、全P、全K)攝入方面有顯著提高，處理效果更好;突變體MH15處理，雖對玉米鮮重、干重、全N、全P與對照相比有促進作用，但與HX2和互補菌株CMH15(pqq)處理玉米的促生效果相比較低。純品PQQ、IAA處理主要提高了其細根長、中根長、總根長的長度和根表面積增加，但其根平均直徑降低;而HX2菌株處理增加了其細根長、中根長、粗根長的長度，使玉米根系不僅伸長，且根系變粗。PQQ可作為直接促生因子和IAA，共同參與了HX2菌株對增加玉米生物量，提高玉米營養(yǎng)的攝入，促進其根形態(tài)等方面起到關鍵調(diào)控作用，明確了HX2菌株、PQQ與玉米、HX2菌株、IAA與玉米之間的相互作用。

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Mechanisms of Pyrroloquinoline Quinone and Indole－3－acetic Acid in Plant Growth Ptomotion of Rahnella aquatilis HX2

JIAO Zi－wei1，WEI Wan2，LI Lei2，ZHANG Xiang－feng1，GUO Yan－bin2
(1.College of Biological and Geographical Sciences，YiLi Normal University，Yining Xinjiang 835000，China;2.Department of Ecology and Ecological Engineering，College of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100193，China)

【Objective】HX2 can biosynthesize indole－3－acetic acid(IAA)and pyrroloquinoline quinone(PQQ).This study aims to focus on mechanisms of pyrroloquinoline quinone and indole－3－acetic acid in plant growth ptomotion of Rahnella aquatilis HX2.【Method】In this study，plant growth，nutrition absorption and root morphology of maize were analyzed by using tube and greenhouse experiments with the treatments of PQQ，IAA，HX2 and its derivative strains.【Result】Compared to the control，PQQ，IAA，and HX2 could significantly promote maize growth，including plant biomass(shoot length，root length，fresh weight and dry weight)，plant nutrient(total nitrogen，total phosphorus and total potassium)，and in the three treatments，HX2 treatment showed more effects on the maize growth.MH15，which was disrupted by the pqq gene could not produce PQQ，the maize growth also could be promoted compared to control.However，the effect of MH15 was lower than that of HX2 and CMH15(pqq).In PQQ and IAA treatments，slender root length，middle root length，total root length and root surface area of maize were improved，and the root average diameter of maize was reduced compared to the control.In treatment of HX2，root surface area，total root length，thick root length，middle root length and slender root length of maize were improved and maize root system was elongated and coarsened compared to the control.【Conclusion】IAA and PQQ，as promoting factors in HX2，were involved in regulating action in enhancing plant biomass.Also it can improve nutrient intake and enhance root morphology of maize.

Rahnella aquatilis HX2;Pyrroloquinoline Quinone(PQQ);indole－3－acetic acid(IAA); promoting;regulation and control

GUO Yan－bin(1978－)，male，Home land:Handan，Hebei province;Associate professor;research area:Soil microorganism，organic farming，and Se－enriched agriculture.(E－mail)guoyb@cau.edu.cn

S188

A

1001－4330(2017)05－0907－11

10.6048/j.issn.1001－4330.2017.05.015

2017－03－18

新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱濏椖俊癙QQ和IAA對水生拉恩氏菌(Rahnella aquatilis)HX2促生作用機理研究”(201531118);國家自然科學基金項目“水生拉恩氏菌HX2對硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化及介導的植物吸收轉(zhuǎn)化機理”(31470531)

焦子偉(1973－)，男，副教授，博士，研究方向為微生物生態(tài)及綠色有機農(nóng)業(yè)有害生物綜合防控，(E－mail)741285332@qq.com

郭巖彬(1978－)，男，河北邯鄲人，副教授，博士，研究方向為土壤微生物、有機農(nóng)業(yè)和富硒農(nóng)業(yè)，(E－mail)guoyb@cau.edu.cn

Supported by:Autonomous Region College Scientific Research Program"Mechanisms of pyrroloquinoline quinone and indole－3－acetic acid in plant growth ptomotion of Rahnella aquatilis HX2"(XJEDU2014I041);National Natural Science Foundation of China"Transformation of selenium and bacteria－mediated plant of absorption in Rahnella aquatilis HX2(31470531)