细菌之间的交流称为群体感应(quorum sensing, QS),群体感应细菌能够产生、检测、响应一系列化学信号分子,其浓度的增加能够引发细菌细胞密度的上升,从而调节一系列生理反应,如生物荧光、生物膜的形成、毒性因子的产生、与植物共生等。革兰氏阴性细菌能够产生一类自体诱导物高丝氨酸酰基内酯(AHLs),它能够调控细菌、植物的相关生理功能。酸性红壤因缺磷和铝毒对作物的生长十分不利,植物能通过多种途径缓解铝毒,如主动将A13+运出细胞,升高根际pH值,释放有机酸、铝结合蛋白等,此过程还可能影响土壤微生物的群体感应及其群落结构与功能,而微生物群体感应在根际微生物与宿主植物的互作过程中具有重要作用,因此,探索红壤中根际微生物的QS信号分子的动态变化以及QS是否参与调控豆科植物与微生物互作机制具有重要意义。本研究采用盆栽及实验室模拟实验对酸性红壤中大豆根际微生物的群体感应进行了探索,研究结果总结如下：(1)酸性土壤中不同基因型大豆品种在不同生长时期,其根际土中AHLs水平的动态变化：研究发现,随着生长时期的推移,耐铝品种BX10和铝敏感品种BD2根际土和非根际土中微生物的AHLs水平均呈现上升的趋势,并至生长后期(107天)达到顶峰。耐铝品种BX10根际土中AHLs水平高于铝敏感品种BD2,且显著高于非根际土。(2)苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium sp.1128纯培养体系AHLs的检测：运用高效检测菌株A. tumefaciens KYC55并结合薄层层析TLC能够检测出苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium sp.1128纯培养体系中的AHLs,包括C4-HSL,3-oxo-C6-HSL, C8-HSL, C10-HSL, C12-HSL五种。成功构建了检测原生态土壤环境中AHLs的方法体系。(3)酸性土壤中不同基因型大豆品种根际AHLs的检测：两种不同基因型大豆根际土壤中的AHLs的种类不尽相同。耐铝品种BX10根际微生物产生的AHLs主要包括C4-HSL,3-oxo-C6-HSL,3-oxo-C10-HSL, C10-HSL, C14-HSL。而铝敏感品种BD2根际微生物产生的AHLs主要包括C6-HSL,3-oxo-C6-HSL,3-oxo-C10-HSL, C12-HSL。(4)不同基因型大豆品种根际有机酸对中华根瘤菌Sinorhizobium sp.1128AHLs的影响：研究表明,两种大豆根系分泌的有机酸对Sinorhizobium sp.1128AHLs的产生水平无显著影响,但影响了AHLs的种类。耐铝大豆BX10根系有机酸处理后Sinorhizobium sp.1128产生的AHLs包括C4-HSL,3-oxo-C6-HSL,3-oxo-C8-HSL, C12-HSL,而铝敏感大豆BD2根系有机酸处理后Sinorhizobium sp.1128产生的AHLs包括C4-HSL, C6-HSL,3-oxo-C6-HSL,3-oxo-C8-HSL3-oxo-C10-HSL。(5)耐铝大豆品种根际AHLs对于铝敏感大豆品种根际有机酸种类的影响：耐铝品种BX10根际AHLs能够增加铝敏感大豆BD2根际有机酸的总量,并且增加了草酸、苹果酸、柠檬酸和琥珀酸的含量。本论文对酸性土壤中不同基因型大豆根际微生物的AHLs水平变化以及AHLs在根瘤菌与豆科植物共生过程中的作用进行研究,为进一步探索酸铝胁迫下植物—土壤微生物互作的分子机制奠定了基础,为酸性土壤上提高作物产量提供了新思路。
