摘要
随着全球人口的不断增加，产生了越来越多的废弃物。作为瓜果蔬菜等废弃物资源化利用的重要途径，农用酵素受到越来越多研究人员的重视。已有大量的生产实践和科学研究表明农用酵素在农业生产过程中发挥很重要的作用，尤其是在植物生长发育及抗逆方面。但是目前的研究大部分局限于表型的观察和理化指标的测定，对于农用酵素深层次的作用机制鲜有揭示。本研究以模式植物拟南芥和其他作物小白菜作为研究对象，利用稀释200倍的农用酵素进行喷施，对拟南芥和小白菜的抗氧化酶活性、转录组、代谢组、根际微生物进行了测定，揭示了施用农用酵素对提高植物抗逆性可能的作用通路。主要研究结果如下: 1.农用酵素在提高植物的抗逆性方面具有长效性。喷施农用酵素可以显著提高拟南芥和小白菜中过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性。在干旱胁迫30天后，喷施酵素的拟南芥比喷施清水的拟南芥表现出较强的生命力。 2.农用酵素通过类黄酮生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成途径来调控拟南芥的转录和代谢过程。取拟南芥地上部进行转录组学和非靶向代谢组学测定，共鉴定出了2478个差异表达的基因（DEGs）,包括1248个上调表达基因和1230个下调表达基因。所有DEGs在对照组（CK）和处理组（AJ）中的表达量表现出了极显著的差异性。K-means聚类分析将这些基因分为了10个族簇。对这些基因进行GO（GeneOntology）和KEGG（KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes）富集分析发现这些基因可以分为分子功能、细胞组成和生物过程3类，并在植物激素信号转导、精氨酸和脯氨酸代谢、硫代葡萄糖苷生物合成等途径中进行了显著的富集。代谢组学测定中共筛选出460个差异代谢物（DEMs），其中349个上调，111个下调。KEGG分析表明DEMs在戊糖磷酸途径、抗坏血酸和醛酸盐代谢、类黄酮生物合成等途径中显著富集。转录组和代谢组数据联合分析表明，DEMs和DEGs在类黄酮生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成等途径均具有显著富集。 3.农用酵素可以增加拟南芥根际微生物的群落多样性来发挥作用。取拟南芥根际土壤进行16SrRNA测定，共得到4244个OTU。物种相对丰度分析表明，与CK相比，AJ处理中变形菌门、酸杆菌门显著减少，放线菌门、拟杆菌门显著增加。对物种多样性进行统计分析，发现AJ组的Shannon和Chao1指数均高于CK。通过LEfSe分析进一步鉴定到AJ组的标志微生物主要为链霉菌科、放线菌纲、噬几丁质菌科。将16SrRNA和代谢组进行联合分析，发现根际微生物的变化与代谢物质的变化呈现出很强的相关性，表明根际微生物通过与植物相互作用来发挥作用。 4.农用酵素通过苯丙素生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成等途径来改变小白菜体内的转录和代谢过程。取小白菜的地上部进行转录组和非靶向代谢组学的测定，共鉴定出1211个DEGs,包括576个上调基因和635个下调基因。这些DEGs在AJ与CK处理中表现出了不同的表达模式。KEGG通路富集分析结果显示，所有的DEGs都被分配到111条KEGG通路上。其中，植物-病原相互作用、苯丙素类生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成等显著富集。共筛选出91个DEMs,其中22个上调，69个下调，KEGG通路富集分析表明，这些差异代谢物主要显著富集在α-亚麻酸代谢、谷胱甘肽代谢、亚油酸代谢以及黄酮和黄酮醇生物合成通路中。转录组和代谢组的联合分析表明，苯丙素生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成等途径中DEGs和DEMs均有显著富集。 5.农用酵素通过增加小白菜的根际微生物生物多样性来发挥作用。16SrRNA测序结果表明农用酵素处理显著提高了根际微生物的Shannon指数，但Chao1指数无显著差异。门水平上的物种相对丰度变形菌门、放线菌门和厚壁菌门在AJ处理中显著增加，拟杆菌门和黏菌门减少。LEfSe（LDAEffectSize）分析结果表明，试验组的生物标志物为γ-变形菌门。16SrRNA测序和代谢组数据的综合分析结果表明，拟杆菌门、疣状菌门和凯氏菌的表达模式相似，与DEMs之间有显著的相关关系。
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