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紅花檵木異常葉色現(xiàn)象與葉片內(nèi)生細菌的相關(guān)性

2024-12-31 00:00:00霍雯雯侯嘉怡高敏夏偉李炎林于曉英許璐
廣西植物 2024年10期
關(guān)鍵詞:群落結(jié)構(gòu)

摘 要:" 為探討紅花檵木葉片內(nèi)生細菌與其季節(jié)性異常葉色現(xiàn)象的相關(guān)性,該文采用平板分離培養(yǎng)法和16S rDNA序列特征分析法從紅花檵木5類異常葉色和正常紅色葉片中分離鑒定內(nèi)生細菌,分析不同葉色葉片的細菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)和功能菌水平差異。結(jié)果表明:(1)5類異常葉色葉片內(nèi)生細菌生物量較高,分離的906株細菌經(jīng)鑒定為26屬40種。(2)小葉類型葉片內(nèi)生細菌種類最多且群落結(jié)構(gòu)均勻,而紅黃類型的結(jié)果與其相反。(3)異常葉色葉片與正常紅色葉片的菌群比較發(fā)現(xiàn),不但其優(yōu)勢屬、種差異明顯,而且在異常葉色葉片中富集大量甲基桿菌屬和假單胞桿菌屬細菌,尤其是棲稻假單胞菌明顯增多。(4)異常葉色葉片(小葉、紅斑和紅黃類型)中富集了具有溶磷、固氮、產(chǎn)IAA、耐鹽功能的細菌,其中有4株兼具以上4種功能,由此推斷這種富集功能菌的行為極有可能與異常葉色現(xiàn)象有關(guān)。該文揭示了紅花檵木異常葉色現(xiàn)象與特定內(nèi)生細菌菌群富集密切相關(guān),為紅花檵木異常葉色的形成機理研究提供了線索,對紅花檵木優(yōu)質(zhì)高效栽培具有重要應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞: 紅花檵木,異常葉色,內(nèi)生細菌,細菌多樣性,群落結(jié)構(gòu)

中圖分類號:" Q938.1

文獻標識碼:" A

文章編號:" 1000-3142(2024)10-1827-12

10期

霍雯雯等: 紅花檵木異常葉色現(xiàn)象與葉片內(nèi)生細菌的相關(guān)性

收稿日期:" 2023-12-06

接受日期: 2024-02-06

基金項目:" 湖南省林業(yè)廳生態(tài)產(chǎn)業(yè)類花卉苗木產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目(2130221); 湖南省教育廳重點項目(22A0155); 湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新資金項目杰出青年培養(yǎng)項目(XLKJ202205); 長沙市自然科學(xué)基金(kq2202227)。

第一作者: 霍雯雯(1997—),碩士研究生,主要從事觀賞植物資源與應(yīng)用研究,(E-mail)2452644152@qq.com。

*通信作者:" 許璐,博士,副教授,主要從事觀賞植物資源與應(yīng)用研究,(E-mail)xulu@hunau.edu.cn。

Correlation between abnormal leaf color phenomenon and

endophytic bacteria of Loropetalum chinense var. rubrum

HUO Wenwen1,2, HOU Jiayi1,2, GAO Min1,2, XIA Wei1,2, LI Yanlin1,2,

YU Xiaoying1,2, XU Lu1,2*

( 1. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. Hunan Mid-Subtropical Quality

Plant Breeding and Utilization Engineering Technology Research Center, Changsha 410128, China )

Abstract:" In this study, in order to" to investigate the correlation between endophytic bacteria in the leaves of Loropetalum chinense var. rubrum and the seasonal abnormal leaf coloration phenomenon of this plant, we performed plate isolation and culturing and subsequent 16S rDNA sequence analysis to isolate and identify endophytic bacteria from five types of abnormally" colored leaves" and normally red-colored leaves of L. chinense var. rubrum; we also analyzed differences in bacterial diversity, community structure, and functional levels among differently colored leaves. The results were as follows: (1) Compared with the normally red-colored leaves, we detected higher biomass of endophytic bacteria in the five types of abnormally colored leaves. Among the isolated bacteria, 16S rDNA sequence alignment and phylo-genetic tree analysis revealed that the presence of 906 bacterial strains were classified into 26 genera and 40 species. (2) While the smaller leaves were colonized by the largest number of endophytic bacterial species with a relatively uniform community structure, the opposite was true for bacteria isolated from the red- and yellow-pigmented leaves. (3) Comparison of the bacterial community data for abnormally colored leaves and those with the normally red-color revealed that not only were there significant differences with respect to the dominant genera and species, but also an enrichment of numerous bacterial species in the genera Methylobacterium and Pseudomonas in the five types of abnormally colored leaves. Particularly, we detected significantly larger numbers of Pseudomonas oryzihabitans. (4) We established that abnormally colored leaves (smaller, red spotted, and the red and yellow types) were characterized by an enrichment of bacteria with phosphorus solubilization, nitrogen fixation, IAA production, and salt tolerance functions, among which, four strains were found to have all four of these functions. Accordingly, we speculate that the abnormal leaf coloration of L. chinense var. rubrum is closely associated with the activities of these enriched functional bacteria. Our findings in this study indicate that the abnormal leaf coloration of L. chinense var. rubrum is closely associated with the enrichment of specific endophytic bacterial communities, which can thus provide clues for elucidating the mechanisms underlying the development of abnormal leaf color in this plant. Moreover, this may have important application value for the efficient cultivation of high-quality L. chinense var. rubrum.

Key words: Loropetalum chinense var. rubrum, abnormal leaf color, endophytic bacteria, bacterial diversity, community structure

紅花檵木(Loropetalum chinense var. rubrum)又稱紅檵木、紅桎木等,是金縷梅科(Hamamelidaceae)檵木屬(Loropetalum)木本植物,湖南省著名的鄉(xiāng)土彩葉植物,具有良好的觀賞、生態(tài)環(huán)境保護及藥用價值(郭佩瑤等,2022)。近年來,紅花檵木異常葉色葉片現(xiàn)象逐漸受到國內(nèi)學(xué)者關(guān)注,張藝帆等(2022)發(fā)現(xiàn)紅花檵木季節(jié)性異常葉色葉片現(xiàn)象對植物本身并無傷害,只是在夏秋季節(jié)葉片出現(xiàn)較為明顯的異常葉色葉片現(xiàn)象,而在冬春季節(jié)異常葉色葉片現(xiàn)象逐漸減少甚至消失。王燕和朱發(fā)仁(2007)認為紅花檵木異常葉色葉片現(xiàn)象是由植物病毒而導(dǎo)致,但其并未明確該現(xiàn)象發(fā)生的具體原因。王慧(2023)對許璐等(2021)定義的小葉、紅黃相間、黃綠相間、完全黃化、紅斑5種典型紅花檵木異常葉片類型的誘因研究發(fā)現(xiàn),紅花檵木異常葉色現(xiàn)象并非由細菌性病害、真菌性病害或缺素癥而引起。但是目前,國內(nèi)外對紅花檵木的研究集中在栽培育種、生理特性、化學(xué)成分等方面,對紅花檵木異常葉色葉片現(xiàn)象的研究僅關(guān)注在其表型、光合特性和病害等方面(許璐等,2021;張藝帆等,2022),尚無紅花檵木內(nèi)生細菌的多樣性研究,也未有關(guān)于頻發(fā)的異常葉色現(xiàn)象與葉片內(nèi)生細菌及其群落的相關(guān)性探索。

植物內(nèi)生菌是寄存于植物體內(nèi)不會對植物產(chǎn)生明顯病害或暫時對植物沒有傷害作用的微生物。在適宜的植物內(nèi)環(huán)境中,內(nèi)生菌的多樣性豐富、優(yōu)勢度低、細菌種類分布均勻(Stone et al., 2000;江曙等,2008;顧美英等,2021;孟磊等,2023)。此外,內(nèi)生菌與宿主植物之間存在的共生關(guān)系不僅能提高植物的抗逆能力、防治病害,還具有促生、固氮、生物修復(fù)等作用(Wani et al., 2015; Daniel et al., 2016; Bak amp; Gaj, 2016)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),細菌侵入、細菌類群變化、細菌性病害等會導(dǎo)致植物局部或全株出現(xiàn)色澤異常現(xiàn)象,在柑橘、水稻植物中也發(fā)現(xiàn)了引起植株葉色變化的細菌微生物(謝志奎等,2021;陳苗苗和陳列忠,2022)。因此,初步推斷紅花檵木異常葉色變化現(xiàn)象或與內(nèi)生細菌生存環(huán)境或菌群變化有關(guān),紅花檵木葉片可能是在其獨特的生理響應(yīng)下導(dǎo)致葉片內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化,進而引起葉片內(nèi)生細菌多樣性、優(yōu)勢度、種類分布等的改變,而細菌群落的改變又反作用于植物的生長發(fā)育而引起了其表型變化(Hou et al., 2020)。因此,明確紅花檵木正常紅色葉片和異常葉色葉片的微生物群落及多樣性差異,有助于證明葉內(nèi)細菌群落變化是因為葉色異常的“逆境”引起微生物變化的共同進化的結(jié)果,還是促使葉片異常葉色形成的誘因,并且從中還可篩選獲得更多的優(yōu)良菌種資源。

因此,本研究以紅花檵木異常葉色和正常紅色葉片為研究對象,采用平板分離培養(yǎng)法和16S rDNA序列分析法分離鑒定內(nèi)生細菌,通過多樣性分析、群落結(jié)構(gòu)分析和功能細菌測定篩選結(jié)果比較不同葉色葉片的差異性,深入探討以下問題:(1)紅花檵木葉片的內(nèi)生細菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征;(2)紅花檵木各葉色類型葉片的內(nèi)生細菌種類及結(jié)構(gòu)差異性;(3)紅花檵木異常葉色現(xiàn)象下的葉片功能菌群轉(zhuǎn)變。以期獲悉與紅花檵木呈現(xiàn)異常葉色現(xiàn)象密切相關(guān)的微生物,為進一步明確紅花檵木異常葉色的形成機制奠定基礎(chǔ);從葉片富集的內(nèi)生細菌中發(fā)現(xiàn)功能菌,為后期的促生栽培提供寶貴菌種資源。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1植物材料 "于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉基地發(fā)生異常葉色現(xiàn)象較多的區(qū)域和其他未出現(xiàn)異常葉色現(xiàn)象的區(qū)域進行紅花檵木‘大葉紅’品種5種異常葉色葉片和正常紅色葉片的采集,植物材料如圖1所示。

1.1.2 培養(yǎng)基 內(nèi)生細菌分離培養(yǎng)基:R2A、NA培養(yǎng)基(Reasoner amp; Geldreich, 1985; 郝士海,1992)。溶磷功能篩選鑒定培養(yǎng)基:溶磷培養(yǎng)基(Solarbio)。固氮功能篩選鑒定培養(yǎng)基:Ashby無氮培養(yǎng)基(Solarbio)。產(chǎn)IAA(Indole-3-acetic acid)篩選鑒定培養(yǎng)基:King氏培養(yǎng)基(林國欽等,2022),其中Salkowski比色液配方為0.5 mol·L-1 FeCl3 1.5 mL、H2SO4 30 mL、蒸餾水50 mL。

1.2 方法

1.2.1 葉片內(nèi)生菌分離 分別稱取1 g紅花檵木正常紅色和異常葉色葉片,自來水沖洗干凈,75%乙醇浸泡30 s,0.1% HgCl2消毒處理8 min,用無菌水沖洗5次,將最后1次沖洗過葉片的無菌水作為空白對照涂布于滅菌的培養(yǎng)基上,后期觀察是否有細菌長出以確保分離獲得的為內(nèi)生細菌。將消毒后的6種類型葉片充分研磨進行不同濃度梯度(10-1 ~10-5)稀釋后分別吸取100 μL均勻涂布于R2A和NA平板培養(yǎng)基上,每個處理重復(fù)3次,28 ℃恒溫培養(yǎng)7 d后,記錄稀釋平板上菌落形態(tài)特征(大小、顏色、表面狀態(tài)等),根據(jù)菌落形態(tài)選取能形成單菌落且菌落數(shù)最多的稀釋梯度處理組計算生物量,挑取該稀釋梯度培養(yǎng)的菌落純化3次獲得單菌落后轉(zhuǎn)接至R2A、NA試管斜面培養(yǎng)基中培養(yǎng)并編號,形成大量菌落后于4 ℃保存用于后續(xù)細菌的分子鑒定確定其分類地位。編號格式為“培養(yǎng)基類型+葉片類型+組內(nèi)菌種序號”。

1.2.2 內(nèi)生細菌總DNA提取與鑒定 采用煮沸法(Perez-Montano et al., 2014)提取菌株的基因組DNA,利用16S通用引物27F(5′-AGAGTTTGATCC

TGGCTCAG-3′)和1492R (5′-GGT-TACCTTGTTAC

GACTT-3′)擴增16S rDNA基因序列。PCR反應(yīng)體系:2×Phanta Max Buffer 25 μL,dNTP Mix(10 mmol·L-1) 1 μL,dd H2O 18 μL,primer F(10 mmol·L-1) 2 μL,primer R(10 mmol·L-1) 2 μL,模板DNA 1 μL,Phanta Max Super-Fidelity DNA Polymerase 1 μL。反應(yīng)程序:預(yù)變性95 ℃ 3 min,變性95 ℃ 15 s,退火53 ℃ 15 s,延伸72 ℃ 1 min,徹底延伸72 ℃ 5 min,共計35個循環(huán)。擴增產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測后,將條帶清晰的PCR擴增產(chǎn)物送至擎科生物科技有限公司測序,測得的細菌16S rDNA序列提交到EZBioCloud(https://eztaxon-e.ezbiocloud.net/)比對確定其分類地位,并將測序結(jié)果上傳至GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫得到登錄號。利用MEGA 6.0軟件對其進行系統(tǒng)發(fā)育分析,采用鄰接法(neighbor-joining)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,模型為K2P(kimura 2 parameter),Bootstrap置信值估算重復(fù)數(shù)設(shè)定為1 000次。

1.2.3 多樣性分析 利用Shannon-Wiener(H)、Simpson(D)多樣性指數(shù)及群落組成結(jié)構(gòu)分析群落結(jié)構(gòu)特征(許晴等,2011)。

計算公式如下:

H=-∑Si=1PilnPi; D=1-∑Si=1Pi2。

式中: S為總物種數(shù);Pi為第i個物種的比例;ln為Pi的自然對數(shù)。

1.2.4 內(nèi)生菌功能研究 (1)供試菌株:紅花檵木異常葉色和正常紅色葉片中分離并挑選出的40株鑒定結(jié)果為不同種的內(nèi)生細菌。

(2)功能測定:溶磷功能測定方法參照趙龍飛等(2015);固氮功能測定方法參照羅義等(2023);產(chǎn)IAA功能測定方法參照Patten和Glick(2002);耐鹽功能測定是將菌株活化后接種至添加不同質(zhì)量分數(shù)NaCl(0.5%、3.0%、6.0%、9.0%、12.0%、15.0%)的NA培養(yǎng)基上,于30 ℃培養(yǎng)8 d,3次重復(fù),記錄菌株生長情況。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 21.0和GraphPad Prism 8軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅花檵木葉內(nèi)生細菌的數(shù)量及分布特點

內(nèi)生細菌生物量如表1所示,6類紅花檵木葉內(nèi)生細菌在R2A分離培養(yǎng)基中分離到的生物量范圍大于NA培養(yǎng)基,因此以R2A分離培養(yǎng)基培養(yǎng)獲得的菌群生物量為參考依據(jù)計算細菌數(shù)量;紅花檵木內(nèi)生細菌在R2A分離培養(yǎng)基中的生物量范圍為3.50×102 ~ 1.60×104 CFU·g-1。ZC葉片內(nèi)生細菌生物量均低于其他的異常葉色葉片,其中HH的菌群生物量最大,達1.60×104 CFU·g-1。

2.2 紅花檵木葉片內(nèi)生細菌的分子生物學(xué)鑒定

結(jié)合紅花檵木異常葉色與正常紅色葉片的內(nèi)生細菌菌落形態(tài)特征初步歸類后,采用16S rDNA序列分析法進行同源性比對分析,并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(圖2)。由圖2可知,共從紅花檵木各類型葉片中分離獲得906株細菌(表2),內(nèi)生細菌數(shù)量依次為HHgt;HLgt;HBgt;XYgt;QHgt;ZC。此外,經(jīng)鑒定從正常紅色、紅黃和黃綠3種類型葉片中分離到的細菌鑒定歸類均為6屬6種;小葉類型葉片的內(nèi)生細菌鑒定歸類為13屬15種;完全黃化類型葉片的內(nèi)生細菌鑒定歸類為4屬5種;紅斑類型的葉片內(nèi)生細菌鑒定歸類為7屬12種。

2.3 不同葉色類型葉片的內(nèi)生細菌多樣性及群落組成結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)生細菌多樣性指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如表3所示,6類紅花檵木葉內(nèi)生細菌的Shannon-Wiener、Simpson指數(shù)范圍分別為0.39~1.79和0.02~0.81。從代表群落豐富度的Shannon-Wiener指數(shù)來看,異常葉色葉片中XY的Shannon-Wiener指數(shù)顯著高于其他類型葉片且與ZC葉片存在顯著差異,表明其細菌豐富度最高。從代表群落集中程度的Simpson指數(shù)來看,ZC葉片數(shù)值最高,為0.81,表明其細菌群落集中;HH葉片的Simpson指數(shù)最低,為0.02,表明其細菌群落失衡。

內(nèi)生細菌群落結(jié)構(gòu)如圖3所示,紅花檵木正常紅色與異常葉色葉片內(nèi)生細菌相對豐度在屬、種水平下均有一定差異。紅花檵木ZC、HH、HL、XY、QH、HB 6種類型葉片的優(yōu)勢屬存在差別,HH葉片僅有1個優(yōu)勢菌屬,甲基桿菌屬(Methylobacterium,98.4%);而ZC、HL、XY、QH、HB 5組的優(yōu)勢菌屬有多個,各組中內(nèi)生細菌相對豐度最高的屬分別為馬賽菌屬(Massilia,27.3%)、沉積物桿狀菌屬(Sediminibacterium,49.1%)、甲基桿菌屬(52.8%)、芽孢桿菌屬(Bacillus,70.8%)、短小桿菌屬(Curtobacterium,56.6%);ZC葉片與5組典型異常葉色葉片比較發(fā)現(xiàn),甲基桿菌屬、假單胞菌屬為紅花檵木異常葉色葉片共有屬。優(yōu)勢菌種數(shù)量各組也有差異,HH葉片僅有耐輻射甲基桿菌(Methylobacterium radiotolerans)1種優(yōu)勢菌,XY葉片有耐輻射甲基桿菌(M. radiotolerans)和棲稻假單胞菌(Pseudomonas oryzihabitans)2種優(yōu)勢菌;ZC、HL、QH、HB葉片優(yōu)勢菌為3種及以上,各組相對豐度最高的種分別為馬賽菌(Massilia neuiana,27.3%)、沉積物桿狀菌(Sediminibacterium magnilacihabitans,40.1%)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis,37.5%)、白色短小桿菌(Curtobacterium albidum,56.6%);對比各類型葉片菌種組成發(fā)現(xiàn),棲稻假單胞菌為紅花檵木5種異常葉色葉片共有種且在正常紅色葉片(ZC)中未分離到。

結(jié)合細菌多樣性指數(shù)和群落結(jié)構(gòu)分布情況可知,Shannon-Wiener、Simpson指數(shù)較高的ZC葉片和XY葉片內(nèi)生細菌多樣性較豐富且群落結(jié)構(gòu)分布較均勻,而Shannon-Wiener、Simpson指數(shù)最低的HH葉片內(nèi)生細菌多樣化程度較低且群落結(jié)構(gòu)分布較為失衡。

2.4 紅花檵木內(nèi)生細菌的功能分析

2.4.1 溶磷能力測定

40株紅花檵木葉片內(nèi)生細菌溶磷能力測定結(jié)果顯示,有7株菌(表4)可在無機磷培養(yǎng)基上形成透明圈(圖4),即具有溶磷能力,其中XY葉片中的棲稻假單胞菌NXY1-1溶磷能力最強,并且從異常葉色類型HH、XY葉片中分離的溶磷細菌的溶磷能力均高于ZC葉片中的菌株。

2.4.2 產(chǎn)IAA能力測定 紅花檵木葉片內(nèi)生細菌具產(chǎn)IAA能力的菌株如圖5所示(IAA產(chǎn)量為0 mg·L-1的8株細菌未在圖中標識),共有9株低產(chǎn)菌(IAA產(chǎn)量低于17 mg·L-1)、5株中產(chǎn)菌(IAA產(chǎn)量17 ~ 80 mg·L-1)、26株高產(chǎn)菌(IAA產(chǎn)量大于80 mg·L-1)。其中,XY、HH葉片細菌的產(chǎn)IAA能力范圍均大于ZC葉片和其他3類異常葉色葉片細菌,高產(chǎn)菌種RXY2-6(Flavobacterium acidificum酸化黃桿菌)、RHH2-2(Pantoea anthophila喜花泛菌)、NXY1-1(Pseudomonas oryzihabitans棲稻假單胞菌)均分離自異常葉色葉片細菌。此外,高產(chǎn)菌也大多來自異常葉色葉片內(nèi)生細菌的優(yōu)勢菌株,表明異常葉色葉片中富集了大量促進生長的產(chǎn)IAA功能菌。

2.4.3 固氮能力測定 細菌固氮能力測定見表5,結(jié)果顯示,具固氮能力的細菌大都來自異常葉色葉片細菌的優(yōu)勢菌,占比達50%。其中,異常葉色葉片中XY、HB葉片具固氮能力的細菌較HH、HL、QH葉片多,占比分別為17.5%、10%,表明多樣性豐富的異常葉色葉片細菌的固氮能力強于正常紅色葉片。

2.4.4 耐鹽能力測定 細菌耐鹽能力測定結(jié)果如表5所示,40株內(nèi)生細菌均可在含0.5%NaCl的低鹽環(huán)境下生長,但隨著鹽濃度升高可生長的菌株數(shù)量減少。

正常紅色葉片內(nèi)生細菌在高鹽環(huán)境(9%~15% NaCl)下均不能生長,而異常葉色葉片內(nèi)生細菌在高鹽環(huán)境(≤15% NaCl)下均能生長。這表明異常葉色葉片內(nèi)生細菌的耐鹽能力強于正常紅色葉片的內(nèi)生細菌。

3 討論與結(jié)論

本研究對紅花檵木5種典型異常葉色葉片和正常紅色葉片內(nèi)生細菌進行分離鑒定,分析各類型葉色葉片內(nèi)生細菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)組成及功能菌的差異性,結(jié)果顯示不同葉色類型的內(nèi)生細菌的分離數(shù)量、在種和屬分類水平上的優(yōu)勢菌群、細菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)組成及功能菌群的分布存在較大差異。研究數(shù)據(jù)顯示,紅花檵木異常葉色葉片內(nèi)生細菌數(shù)量均高于正常紅色葉片,不僅紅花檵木葉片有這種規(guī)律,茶樹、柑橘的健康和發(fā)病葉片中內(nèi)生細菌數(shù)量的研究結(jié)果也均為發(fā)病葉片中更高,其發(fā)病葉片也都發(fā)生了葉色變化(陳百文,2009;高爽,2017)。內(nèi)生細菌數(shù)量與影響紅花檵木葉片呈色的花青素含量表現(xiàn)為負相關(guān)(張藝帆等,2022)。茶樹葉片也與之類似,其葉片中的花青素含量與微生物數(shù)量呈負相關(guān)(汪立群等,2016),而其他植物果實中也有發(fā)現(xiàn)花青素含量與微生物數(shù)量有負相關(guān)性,并指出花青素含量高的葉片會抑制微生物生長(Rogez et al., 2012)。由此可知,紅花檵木異常葉色葉片中花青素含量較少,其微生物的生長繁殖未受到抑制,從而導(dǎo)致其內(nèi)生細菌數(shù)量均較高。

本研究獲得的紅花檵木正常紅色葉片與異常葉色葉片內(nèi)生細菌多樣性數(shù)據(jù)顯示,除小葉類型葉片以外,其他4類異常葉色葉片內(nèi)生細菌多樣性均低于正常紅色葉片,而在山桐子和巨杉中也發(fā)現(xiàn)有類似結(jié)果,感病致使表型變化的葉片內(nèi)生細菌多樣性均低于健康葉片(岳雪華等,2020;周慧娜等, 2022)。與其他異常葉色葉片不同的是,小葉類型葉片不僅葉色有變化,葉片大小也明顯縮小,綜合前人研究結(jié)果可知紅花檵木葉片和葉表的微生物會因光照、溫度等外界因素的影響而發(fā)生葉色和內(nèi)生微生物群落的變化(費芳等,2008;黃欣等,2017;楊寬等,2021)。因此,推斷小葉類型葉片急劇縮小導(dǎo)致其光合作用面積減少,而植物為保障有足夠的光合能力來滿足植物的正常生長發(fā)育需求,增強植物與內(nèi)生細菌的協(xié)同作用,通過豐富內(nèi)生細菌的多樣性和增加特定菌群數(shù)量的方式,借助微生物來提高植物適應(yīng)環(huán)境的能力。

紅花檵木異常葉色葉片內(nèi)生細菌在種、屬分類水平上的相對豐度值較正常紅色葉片高,內(nèi)生細菌的群落結(jié)構(gòu)也較正常紅色葉片菌群失衡,并且在葉片中富集了甲基桿菌屬和假單胞桿菌屬細菌,其中棲稻假單胞菌的相對豐度值明顯增高。在紫荊澤蘭(Zhou et al., 2010)和茶樹(陳義勇等,2023)的相關(guān)研究中也發(fā)現(xiàn),病葉內(nèi)生細菌的群落結(jié)構(gòu)和相對豐度值與健康葉片相比都有顯著差異。紅花檵木異常葉色葉片中分離到的假單胞菌屬、甲基桿菌屬的細菌也可以引起其他植物葉片變色并出現(xiàn)病斑,在水稻中還發(fā)現(xiàn)棲稻假單胞菌可使谷粒出現(xiàn)淺褐色斑點或整個谷粒呈深棕色的現(xiàn)象(馮潔,2017;Hou et al., 2020),紅花檵木的葉色變化可能也與這兩類微生物有關(guān)。分析不同紅花檵木葉片中獲得的功能菌情況發(fā)現(xiàn),異常葉色葉片中有大量功能菌富集,其溶磷、耐鹽、固氮和產(chǎn)IAA的能力高于正常紅色葉片中分離的功能菌且有4株兼具以上4種功能。異常葉色葉片中富集的具溶磷和耐鹽能力較高的菌屬分別是假單胞菌屬和芽孢桿菌屬,這2個屬細菌曾在小麥和檸條中分離獲得并被證實具有較強的溶磷和耐鹽能力(Zumft, 1998;代金霞等,2012;鞠向陽,2014;Kushwaha et al., 2020)。從紅花檵木葉片中分離獲得了26株高產(chǎn)IAA細菌,其產(chǎn)IAA能力均高于小麥、黃連等植物的內(nèi)生細菌IAA分泌水平(Malik et al., 1997;向益青等,2023),最高產(chǎn)的3株細菌也均分離自異常葉色葉片中。由此可知,紅花檵木葉片發(fā)生顏色變化的原因可能是紅花檵木異常葉色葉片中富集有大量的微生物,葉片受某些特定微生物菌群的影響,其內(nèi)生細菌數(shù)量、多樣性、相對豐度及功能菌群的數(shù)量增加, 使葉片形成了獨特的菌群特征,但菌群的變化并未讓紅花檵木葉片內(nèi)生細菌轉(zhuǎn)化為致病菌使植物出現(xiàn)病害或死亡現(xiàn)象,只是使其葉片出現(xiàn)了表型變化,富集的功能菌反而還具有協(xié)助植物生長發(fā)育的作用。

綜上所述,紅花檵木葉片內(nèi)生細菌較豐富,尤其是異常葉色葉片中富集了大量內(nèi)生細菌和功能細菌,其葉片內(nèi)生細菌數(shù)量、多樣性、群落結(jié)構(gòu)、功能菌群都發(fā)生了變化,并且富集的優(yōu)勢菌群有可能使葉片葉色發(fā)生改變,這種富集特定菌群的行為極有可能與其異常葉色現(xiàn)象有關(guān)。本研究分離獲得的大量內(nèi)生細菌及功能菌資源可為今后進一步明確紅花檵木葉異常色形成機制提供參考依據(jù),并對紅花檵木優(yōu)質(zhì)高效栽培有重要應(yīng)用價值。

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(責任編輯 李 莉 王登惠)

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