紫花苜蓿高效共生根瘤菌的筛选

用 10株不同的根瘤菌对 4种紫花苜蓿 (Medicagosativa)品种 (或品系 )进行接种效果的研究。结果表明 :接种可使紫花苜蓿的生长在各个方面都有显著地提高。接种根瘤菌的紫花苜蓿其地上部分干重、有效根瘤菌数及总根瘤数与不接菌的对照相比分别增加了 5 .8%～ 997.0 % ,37.3%～ 14 10 .0 %和 92 .6 %～ 16 10 .2 % ,差异显著。在各紫花苜蓿和根瘤菌之间存在着互作关系。筛选出了与各紫花苜蓿品种 (或品系 )最佳共生匹配的根瘤菌 ,分别是中苜 1号 :30 0 85、4 5 2 36、2 5 132 ;RS :30 0 15、NM0 0 6、2 5 132 ;Vector:30 0 15、4 5 2 36、2 5 132 ;WL32 3:30 0 96、4 5 2 36、2 5 132。

共生根瘤菌对NaCl胁迫下紫花苜蓿抗氧化和渗透调节能力的影响

以NaCl胁迫下不同根瘤菌处理的紫花苜蓿为材料,通过测定丙二醛（MDA）、超氧阴离子、超氧化物歧化酶（SOD）、还原型谷胱甘肽（GSH）、脯氨酸、可溶性糖等生理指标,研究共生根瘤菌对紫花苜蓿渗透调节和抗氧化能力的影响。结果表明,接种根瘤菌尤其是接种根瘤菌激活的紫花苜蓿丙二醛含量较低,在处理第15天时根、茎、叶中的含量分别为3.90,0.53,4.16mmol/g DW,均低于其他2种处理;超氧阴离子含量则在0~15d中一直为最低;超氧化物歧化酶活性较高,在处理第15天时最高,根、茎、叶中含量分别为1 592.48,1 317.86,2 068.88U/g DW·h;还原性谷胱甘肽含量稳定;脯氨酸和可溶性糖含量波动较大,总体呈先增长后下降的趋势。说明接种根瘤菌激活的紫花苜蓿具有较强的抗氧化和渗透调节能力。

根瘤菌与植物共生的研究进展

植物的根系与其微共生体是一对亲密的盟友。许多植物物种会与各种微生物联系并产生相互作用,这种作用通常对双方是有利的。这些互利共生关系的一个共同特征是微生物能够从环境中获取限制植物生长的营养物质,并与植物交换这些营养物质,以获得植物光合作用产生的碳源。目前研究得最多的是豆科植物与固氮根瘤菌之间的共生关系,以及植物与丛枝菌根真菌(AMF)之间的共生关系。通过正向遗传学和反向遗传学方法,目前在植物根系与微生物共生关系方面发现了许多相关基因,这些发现有助于我们进一步对共生关系相关机制的理解。本文以根瘤菌共生为例,简要回顾了这种共生关系的一些研究成果,以期对植物与微生物的共生关系有更深入的理解,并为育种过程中提高共生固氮有效性的研究提供一定的思路。

根瘤菌共生固氮对大豆百粒重影响的定量分析

本研究的目的在于定量分析根瘤菌共生固氮处理对大豆百粒重变化的影响。我们结合了田间实验和盆栽实验的方式,对过去两年的实验数据进行了深入的分析。研究发现:根瘤菌共生固氮显著促进大豆百粒重的增加,包括根瘤菌种的选择,固氮效率的提高以及土壤肥力的改善均显着影响大豆的产量与质量。这对优化大豆生产,推动农业的可持续发展有很大的价值。研究中也讨论了样本量少的限制,今后的研究可以从更广阔的领域加以证实。

根瘤菌共生对低温胁迫下紫花苜蓿抗寒生理变化的影响

为研究根瘤菌共生对紫花苜蓿（Medicago sativa）在低温胁迫下抗寒生理指标变化的影响,对低温胁迫下接种和不接种根瘤菌的紫花苜蓿的地上部分及地下部分的相对电导率、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖等指标进行测定。结果显示：低温胁迫下,根瘤菌共生紫花苜蓿的相对电导率（-6℃,4-6h）显著低于不接种紫花苜蓿（P〈0.05）,且其MDA含量低于不接种紫花苜蓿;根瘤菌共生紫花苜蓿的SOD比活力、CAT活性、POD活性以及脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量均高于不接种根瘤菌紫花苜蓿。根瘤菌共生紫花苜蓿在低温胁迫下具有更强的膜稳定性、活性氧防御以及渗透调节能力,具有更强的抗寒能力。

马衔山中国沙棘根瘤内共生细菌多样性研究

采集甘肃省兰州市马衔山中国沙棘(Hippophae rhamnoidoes)根瘤样品,采用高通量测序和纯培养方法,分析中国沙棘根瘤内定殖的内共生细菌的组成、相对丰度和物种多样性,并比较两种方法研究结果的差异。在不同的微生物分类单元,高通量测序检测到中国沙棘根瘤内共生细菌24门50纲90目167科215属;而纯培养方法仅检测到3门5纲7目8科8属。进一步分析沙棘根瘤内共生细菌主要类群的相对丰度,发现高通量测序与纯培养方法的结果有明显差异,在科和属的分类单元上差异尤其显著。两种方法都表明中国沙棘根瘤内共生细菌具有丰富的多样性,但高通量测序能够较为全面的反映中国沙棘根瘤内共生细菌的群落组成,而纯培养方法仅能够分离到部分可培养的中国沙棘根瘤内共生细菌,在很大程度上极可能低估中国沙棘根瘤内共生细菌的物种组成并高估其丰度。

根瘤菌共生对紫花苜蓿耐碱能力的影响

以紫花苜蓿龙牧806为试验材料,设置未接种菌(NI)和接种耐碱苜蓿中华根瘤菌CCBAU 81024(RI)两组,采用p H 8.5 100 mmol·L-1NaHCO3溶液碱胁迫处理,分别测定胁迫0、5、8 d时生长及生理指标,确定接种耐碱根瘤菌对紫花苜蓿耐碱性的影响。结果表明,正常培养条件下,RI组紫花苜蓿叶绿素和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量均高于NI组,且丙二醛(MDA)含量低于NI组。碱胁迫处理后,RI组与NI组植株相比,其MDA含量,相对电导率均保持在较低水平,脯氨酸积累,可溶性糖含量增加;SOD、POD、CAT表现出较NI更高的酶活。接种耐碱根瘤菌可提高紫花苜蓿耐碱性及抗氧化能力,增强渗透调节能力,降低细胞膜损伤程度。

楚雄南苜蓿根瘤菌的鉴定及其耐酸耐铝特性研究

为了获得耐酸铝性强的楚雄南苜蓿(Medicago polymorpha L.)共生根瘤菌菌株,本研究对从不同地区采集到的5份根瘤样品进行分离、纯化和鉴定。对鉴定得到的根瘤菌进行菌体形态观察、低氮回接以及耐酸、铝特性的研究。结果表明:YS-8,YS-10,DH-9,DH-31属于根瘤菌属根瘤菌、CX-44属于中华根瘤菌属苜蓿中华根瘤菌,5个菌株均符合根瘤菌基本形态特征。接种5株根瘤菌后,楚雄南苜蓿的干重、鲜重、株高、结瘤数均显著高于对照(P<0.05);pH值在4.5~7.5范围内,5株菌株均能正常生长,当pH值=3.5时,5株菌株全部死亡;当Al3+浓度在100~1 500 mg·L^(-1)之间,随着Al3+浓度的升高,菌株生长逐渐缓慢,Al3+浓度达到2 000 mg·L^(-1)时,5株菌株全部死亡。分离出的5株根瘤菌均能与楚雄南苜蓿共生结瘤并促进其生长,且具有较强的耐酸铝性。筛选出的5株根瘤菌均能在pH值大于3.5且铝离子浓度(pH值=5)小于1 500 mg·L^(-1)的条件下推广使用,菌株CX-44的效果最佳。

四碳二羧酸与根瘤菌共生固氮

根瘤菌 豆科植物共生体系进行的共生固氮是一个需要消耗大量能量的生物学过程 ,植物提供类菌体将空气中的分子态氮转变为氨必需的光合产物。大量的研究结果证明 :苹果酸、琥珀酸和延胡索酸等四碳二羧酸 (dCAs)是植物直接供给类菌体以支持共生固氮所需要的碳源及能源 (FinanTM ,etal ,1 983 ;RosonCW ,etal ,1 984;VanceCP ,etal ,1 997)。它们必须通过细胞膜和类菌体周膜 (PBM)两道屏障才能进入类菌体细胞。研究者还发现了一个运输四碳二羧酸的共同系统 Dct转运系统 (StreeterJG ,1 995)。就四碳二羧酸等有机酸的产生、转移、dct基因的结构、功能与表达调控。

豌豆与根瘤共生对水分胁迫的生理响应

为了研究在水分胁迫条件下接种根瘤菌对豌豆植株的抗旱性影响,本试验以抗旱性品种‘定豌8号’和非抗旱性品种‘陇豌6号’两个豌豆品种为试验材料,在充分供水(田间持水量的75%)、轻度胁迫(田间持水量的55%)、重度胁迫(田间持水量的35%)3个不同水分胁迫条件下,研究了接种与不接种根瘤菌豌豆植株地上部和根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖、丙二醛(MDA)等抗旱指标对水分胁迫的响应。结果表明:根瘤共生的豌豆植株在遭受水分胁迫后,SOD、CAT、POD活性及Pro和可溶性糖含量均高于不接菌处理,而MDA含量低于不接菌处理。接种15735菌的‘定豌8号’的3种酶活性及Pro、可溶性糖含量均高于接种Da99菌株,同时高于接种15735菌株的陇豌6号。经隶属函数综合分析表明:在3个不同的水分胁迫条件下,接种15735菌的‘定豌8号’的隶属函数平均值最大,抗旱性最强。而Da99菌株与‘陇豌6号’共生后在充分和轻度水分胁迫条件下表现出较强的抗旱性,但在重度胁迫下,Da99菌株与定豌8号表现出更强抗旱性。因此,在水分胁迫下接种两种根瘤菌均可提高豌豆的抗旱性,且15735菌对两种豌豆的抗旱性效应强于Da99菌,同时15735菌与‘定豌8号’更匹配,表现出更强的抗旱性。

豌豆根瘤共生植株生长和光合荧光特性对水分胁迫的响应

采用盆栽法,研究3种不同水分条件下接种和不接种根瘤菌(15735菌株,Da99菌株)的2种豌豆植株(‘定豌8号’‘陇豌6号’)单株结瘤数、株高、生物量、根冠比、SPAD值、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)的变化,以期从生长和光合荧光特性的角度明确豌豆根瘤共生植株对水分胁迫的响应机制。结果表明,根瘤共生豌豆植株的单株结瘤数、株高、生物量、根冠比、SPAD值、Pn、Gs、Tr和Fv/Fm在水分胁迫下均高于不接菌处理,而Ci表现出不同的变化,在苗期充分和轻度胁迫下根瘤共生豌豆的Ci高于不接菌处理,在重度胁迫下低于不接菌处理,接种15735菌的‘定豌8号’在花期也表现出相同规律。在花期和结荚期的轻度和重度水分胁迫下根瘤共生豌豆植株的Ci均低于不接菌处理。同时不同根瘤菌对豌豆植株在水分胁迫下的影响不同,在轻度和重度水分胁迫下,接种15735菌与2种豌豆的匹配性优于接种Da99菌,且显著促进了豌豆植株的生长。说明接种根瘤菌可以减轻水分胁迫下豌豆植株受到的光抑制程度,并提高PSⅡ反应中心的活性,从而提高豌豆的抗旱性,但不同菌与豌豆植株的匹配性不同,选择与豌豆匹配性好的根瘤菌是有效提高其抗旱性的关键因素之一。

大豆根瘤菌Y63菌株的分离与鉴定

在大豆生产中充分发挥共生固氮作用,在减少氮肥的施用、增加土壤微生物的活性、保证耕地及农业生态系统健康、促进绿色农业的可持续性发展等方面具有重要意义。本研究以高产、优质、多抗、广适的大豆品种中豆63为捕获宿主,对湖北省洪湖市高产示范田中的中豆63根瘤菌进行分离与鉴定。采用平板划线分离、BTB反应试验等方法筛选出符合根瘤菌表观特征的菌株,并将获得的菌株进行16S rDNA序列扩增,构建系统发育树,鉴定从中豆63的单个根瘤中分离得到的2个大豆根瘤菌菌株,分别命名为Y63-1与Y63-2。通过抗生素抗性分析表明,Y63-1具有羧苄青霉素(Carbenicillin)、头孢霉素(Cefotaximesodium)、氨苄青霉素(Ampicillin)和利福平(Rifampin)4种抗性,Y63-2具有硫酸卡那霉素(Kanamycin)、羧苄青霉素(Carbenicillin)、氨苄青霉素(Ampicillin)和利福平(Rifampin)4种抗性。最后以慢生型根瘤菌113-2及快生型根瘤菌HH103作为对照,将获得的两个根瘤菌Y63-1与Y63-2按一定的比例通过盆栽回接中豆63,在接种后42天及51天分别对不同接种比例下中豆63植株地上部分鲜重、结瘤数及根瘤干重进行统计学分析,结果表明Y63-1∶Y63-2=2∶1接种中豆63时结瘤效应最佳。混合接种后根瘤中Y63-1与Y63-2的比例初步鉴定结果显示,Y63-1为主效根瘤菌。本研究丰富了我国的根瘤菌资源,研究结果为大豆根瘤菌混合接种技术在大豆生产中的推广应用提供了理论依据,也为生产中通过接种高效根瘤菌提升中豆63及其它品种产量潜力奠定了理论基础。

贵州尾矿区野生豆科牧草根瘤菌及其抗性测定

为了筛选获得对复合重金属具有耐受能力且能在本地豆科植物根系内定殖共生的抗性根瘤菌,本研究从贵州省内的锰矿区、铅锌矿区采集野生豆科牧草根瘤样品,经分离纯化、菌体形态观察、16S rRNA基因序列比对分析,获得71个根瘤菌保存菌株。系统发育和区系分析结果表明,分离菌株分属7属28种,其中根瘤菌属(Rhizobium)的分布频率高达54.93%,为优势属,木兰根瘤菌(R.indigoferae)的分布频率最高(15.49%),为优势种。选择来自不同尾矿区、不同种类的根瘤菌17株,采用重金属平板法测定各供试菌株对贵州尾矿土分布较多的Pb^(2+),Zn^(2+),Cr^(6+),Mn^(2+),Cd^(2+)五种重金属的耐受性,结果发现17个菌株对3种或3种以上的重金属都具有不同程度的耐受能力,其中HMZT039-6,HSST042-6,HSST042-1,ZHQT052-1和HXTT050-1对5种重金属离子均有耐受能力,为筛选出的最优抗性根瘤菌株。本研究结果可为本地区土壤重金属污染的修复治理提供共生微生物资源。

杨梅属植物共生结瘤固氮研究进展

杨梅属35个种中有28个种能与Frankia放线菌共生结瘤固氮。根据有关文献从杨梅属植物共生固氮根瘤及其内生放线菌的形态结构、杨梅属植物根瘤内生放线菌的分类地位、杨梅属植物共生固氮放线菌的生理生化特性、环境条件对杨梅属植物根瘤共生固氮的影响以及分子生物学方法在杨梅属植物根瘤共生固氮放线菌中的应用等方面作了较为详细的阐述。

百脉根4个共生基因在水稻中的共表达及其对水稻转录组的影响

为建立水稻-根瘤菌共生固氮体系,将百脉根共生信号转导途径中的4个功能基因(LHK1、NSP1、NSP2和NIN)转入水稻,获得稳定转化的转基因水稻,并初步检测转基因水稻的表型和转录组水平上的差异。根瘤菌感染试验结果显示,根瘤菌侵染对照(转入空载体)和转基因水稻的根毛和表皮的比率没有显著变化,但接种根瘤菌14d后,对照与转基因水稻的侧根原基数有显著差异,转共生基因水稻的侧根原基明显增多。利用水稻cDNA芯片,检测转基因水稻组与对照组在接种根瘤菌7d和不接种根瘤菌条件下根的转录组变化,结果显示,转基因组与对照组水稻在植物防御反应、激素信号转导途径相关基因均有差异性表达,表明豆科共生基因影响了水稻对根瘤菌的反应。

重茬豌豆幼苗对接种复合根瘤菌的生理响应

重茬障碍严重威胁农业生产,在豆科作物种植过程中表现尤为突出。本研究以‘定豌8号’和‘陇豌6号’为供试材料,以豌豆根瘤菌‘ACCC15657、ACCC15735’和苜蓿根瘤菌‘Da99’为微生物材料,通过盆栽重茬种植,分析接种不同根瘤菌对豌豆苗的地上部生物量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明:在重茬种植的‘陇豌6号’幼苗中,较不接菌重茬对照,接种单一根瘤菌‘ACCC15735’MDA含量显著降低,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’地上部生物量、SOD、POD及CAT活性和Pro含量显著提高,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’可溶性糖含量显著提高。在重茬种植的‘定豌8号’幼苗中,较不接菌重茬对照,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’POD活性与MDA含量显著降低,SOD活性与Pro含量显著增加,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’地上部生物量、可溶性糖含量和CAT活性显著提高。隶属函数综合分析表明:接种根瘤菌的各处理隶属函数平均值均高于重茬对照。在‘定豌8号’幼苗中,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’的隶属函数平均值最大,抗重茬能力最强。在‘陇豌6号’幼苗中,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’的隶属函数平均值最大。因此,接种根瘤菌可有效提高豌豆幼苗对重茬障碍的抵抗力,且接种复合菌较单一菌效应更强。

昆仑山中段北坡不同海拔梯度豆科植物根瘤相关细菌多样性及其地理分布特征研究获进展

尽管学界关于豆科植物-根瘤共生体的研究越来越多,但对我国西北干旱区与豆类植物根瘤相关的细菌研究较有限。针对这一问题,中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室研究员曾凡江团队依托昆仑山中段北坡不同海拔梯度综合观测研究样带,以昆仑山中段北坡豆科植物根瘤相关细菌为研究对象,系统研究了不同海拔梯度下豆科植物根瘤相关细菌多样性及其地理分布特征。

蒺藜苜蓿LysM类受体激酶的研究进展

LysM类受体激酶属于多基因家族,其胞外域直接参与几丁质、肽聚糖和脂壳寡糖等糖化合物的感知,从而激活植物免疫或共生信号转导。豆科模式植物蒺藜苜蓿中第1个LysM受体基因LYK3的功能于2003年被表征。此后,越来越多的LysM类受体激酶的功能相继被鉴定。本文总结了蒺藜苜蓿LysM类受体激酶家族基因功能特征,综述了蒺藜苜蓿LysM类受体激酶家族分别在根瘤共生、菌根共生和免疫感知等方面的研究进展。研究发现,蒺藜苜蓿LysM类受体激酶家族基因数量的扩张导致了功能分化,但也存在部分基因间功能冗余现象。此外,研究还揭示了免疫与共生信号在LysM类受体激酶介导的受体感知层面存在着密切的交联,为后续研究蒺藜苜蓿中LysM类受体激酶家族基因提供有效参考。

根瘤共生对紫花苜蓿耐盐碱性及有机酸含量变化的影响

为研究根瘤共生对紫花苜蓿(Medicago sativa)耐碱性及有机酸含量的影响,本研究以龙牧806为材料,用200 mmol/L Na HCO_3胁迫处理正常植株与接种根瘤菌植株0、4、6、8天,分别测量根中苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、草酸、酒石酸、乙酸的含量。结果表明,根瘤共生有效的提高了苜蓿对盐碱胁迫的耐性;正常植株在胁迫第4天时,苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸的含量大幅度显著下降,而后小幅度减少,胁迫第8天时有所提高,琥珀酸则在胁迫第6天大幅度下降,后稍有增加;相对于正常植株来说,接种根瘤菌的植株,有机酸含量波动较小,草酸和酒石酸平稳减少,柠檬酸和琥珀酸随着胁迫时间延长,含量逐渐增加,胁迫第6天达到最高值,然后减少,苹果酸在胁迫第4天时含量增加,而后逐渐减少。综上所述,接种根瘤菌可减缓盐碱胁迫对植株根的伤害,共生根瘤提高苜蓿的耐碱性一部分是通过调节有机酸含量的变化实现。

盐胁迫下根瘤共生豌豆植株对外源钙的生理响应

为明确外源钙对根瘤共生豌豆植株耐盐性的影响机制,本试验采用盆栽方式研究了NaCl(170 mmol·L^-1)胁迫下,外源施加CaCl2(0、5、15 mmol·L^-1)对接种根瘤菌(菌株15657、15735、Ca66)的两种耐盐性不同品种豌豆(定豌8号、陇豌6号)植株生理指标的影响。结果表明:接种根瘤菌、施加CaCl2或接种根瘤菌后施加CaCl2均提高了豌豆植株的生物量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量,降低了丙二醛(MDA)含量;接种根瘤菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl2显著提高了豌豆植株的生物量、POD活性和Pro含量。接种与豌豆植株匹配性较好的15735菌株并施加CaCl2对豌豆在盐胁迫下各指标的影响相对较小,接种匹配性差的菌株(156567、Ca66)并施加CaCl2影响较大。经隶属函数综合分析表明,接种根瘤菌后施加CaCl2的豌豆植株表现出较强的耐盐性,接种15735菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl2的定豌8号隶属函数值为0.814,耐盐性最强。本研究表明,相比接种根瘤菌和施加CaCl2处理,接种根瘤菌后施加CaCl2可更有效地提高盐胁迫下豌豆植株的抗氧化酶活性,增强渗透调节能力,降低膜脂过氧化伤害,从而提高豌豆植株的耐盐性。