大豆埃氏慢生根瘤菌Y63-1菌株培养基的筛选与优化

为了促进广谱高效大豆埃氏慢生根瘤菌Y63-1菌株的高效生产与推广应用,本研究对其培养基进行了筛选与优化。首先比较了Y63-1在YMA、TY、SM、PA和BSE 5种根瘤菌基本培养基中的生长速度,结果表明Y63-1在TY基本培养基中生长最快。以TY为基本培养基进行单因素碳源及无机盐利用试验,结果表明葡萄糖是Y63-1生长的最佳碳源,CaCl_(2)为必要的培养基成分,Rh微量元素对菌株的生长有很大的促进作用。进一步对蛋白胨、葡萄糖、酵母粉及Rh微量元素4种组分进行正交优化,获得了适宜Y63-1生长的最佳培养基,配方(1 L)为:8 g蛋白胨、10 g葡萄糖、3 g酵母粉、0.1 g CaCl_(2)·6H_(2)O、3 mL Rh微量元素,pH7.0。此培养基也能显著提升USDA110的生长速率,可以广泛应用于慢生根瘤菌菌剂的大规模生产。

减施氮肥和接种根瘤菌对大豆生理生长与氮素利用效率及产量的影响

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^(2);N1:60 kg/hm^(2);N2:120 kg/hm^(2);N3:180 kg/hm^(2))和2种接种水平,即接种根瘤菌(R)和清水拌种。在大豆各生育期测量根瘤数、根瘤干质量、叶面积指数、干物质积累及根系特性等大豆生长指标和叶绿素含量、光合参数、荧光参数等生理指标,同时还测定氮素吸收量等指标并计算氮素利用效率。结果表明,RN2处理下的大豆生长状况最佳,2年平均最大根瘤数为241.47、最大根瘤干质量为1.30 g、最大根长密度为15.00 cm/cm^(3)、最大叶面积指数为5.44 cm^(2)/cm^(2)、最大干物质积累量为17 530.51 kg/hm^(2)、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为32.75μmol/(m^(2)·s)、最大种子产量为4 659.4 kg/hm^(2)。由此可见减少氮肥施用量(N2)的同时接种根瘤菌(R)对于促进关中平原大豆的生理生长、提升对氮素的利用效率、提高大豆产量具有重要意义。本研究可为提高干旱半干旱地区大豆生产水平提供理论支持和实践经验。

达乌里胡枝子根瘤菌的促生作用及高效根瘤菌的鉴定

本研究选择达乌里胡枝子(Lespedeza daurica)根瘤分离且结瘤效果较好的7株根瘤菌(TG64,TG97,TG98,TG100,TG101,TG105和TG115),通过测定达乌里胡枝子生长表型和主要营养成分,结合结瘤和光合特性初步分析促生的生理生化机制,研究不同根瘤菌的促生作用;通过分子生物学、形态学和生理生化特性鉴定高效根瘤菌。结果表明:除TG64,其余菌株显著提高了株高、根长、生物量和蛋白质含量,改善了根系构建,TG101促生最明显。所有处理单株结瘤5~33个,根瘤干重2.55~35.87 mg;TG98,TG100,TG101和TG115显著提高了叶绿素含量、光合和氮吸收能力,是促生的主要生理生化机制。经鉴定,TG101为格木慢生根瘤菌(Bradyrhizobium erythrophlei)。综上,根瘤菌通过改善植株氮营养促进叶绿素合成、增强光系统活性,提高光合能力,进而促进干物质积累调控生长。其中TG101为高效根瘤菌,为后续研发适用黄土高原的达乌里胡枝子根瘤菌剂提供了菌种资源和理论依据。

根瘤菌对南洋楹幼苗生长效应的研究

精准考察根瘤菌对南洋楹幼苗生长过程中的影响效应,为根瘤菌在南洋楹苗木培育生产上的应用提供科学依据。利用自主分离纯化得到的菌株ZS530-8作为根瘤菌接种菌剂,开展不同基质中接种根瘤菌与施营养元素对比育苗试验,定期测定苗高、地径等生长指标,分析不同试验处理下幼苗生长动态及生长效应的差异性。南洋楹芽苗从种植到苗龄30 d时,不同试验处理及对照组合幼苗均能正常生长,苗高的差异仅体现于不同育苗基质间;接种处理的幼苗在苗龄30~60 d时,苗高和地径生长速度逐渐加快,在苗龄60~90 d时出现生长高峰期,呈现出先平稳后加速的生长趋势,施营养液处理的幼苗始终保持一定速度的持续生长趋势,而对照自苗龄60 d后不能正常生长;苗龄90 d时,接种处理的苗高和地径达到8.18~10.10 cm和1.67~2.14 mm,分别比对应基质中施营养液处理提高3.2%~9.4%和16.0%~33.8%,石英砂+根瘤菌处理的地径始终优于蛭石+根瘤菌处理,差异达到极显著水平(P<0.001)。根瘤菌为南洋楹幼苗生长提供了以氮元素为主的必需养分元素,对南洋楹幼苗生长特别是苗期地径生长具有明显促进作用,其促生效应随苗龄的增长而增强,质地稳定、疏松透气、pH值中性偏酸的基质环境更有利于根瘤菌促生效应的发挥。

根瘤菌剂与种衣剂拌种对大豆生育及产量的影响

为探明几种根瘤菌剂与种衣剂拌种对大豆根系结瘤能力及生育和产量的影响,以黑河53号为试验材料,设置6个处理,包括对照(不拌种)、根瘤菌剂H拌种、根瘤菌剂K拌种、根瘤菌剂H+K拌种、种衣剂拌种、种衣剂+根瘤菌剂HK拌种,研究各处理对大豆结瘤能力、主要农艺性状和产量的影响。结果表明,对于大豆根瘤的结瘤能力,根瘤菌剂的作用显著,种衣剂无明显作用;种衣剂与2种根瘤菌剂混合使用效果最好;2种根瘤菌剂混合使用,其效果优于单独使用。此外,2种根瘤菌剂与种衣剂拌种后大豆地上部及根系干物质积累量显著增加,且株高、株有效荚数及有效粒数、株粒重及百粒重均增加,比对照增产2.42%~9.12%。其中种衣剂与根瘤菌剂混合使用,对大豆植株根系的生长和产量的促进作用要优于单独使用种衣剂和根瘤菌剂的效果,且增产效果显著。

阿克苏地区草木樨根瘤菌的分离与鉴定

选用新疆阿克舒地区的22株草木犀为试验材料进行根瘤菌分离和鉴定,以期进行草木犀的表型和遗传多样性及系统发育比较分析。通过使用16S rDNA-recA-nodA-nifH PCR-RFLP 组合结果,表明实验中获得的2株根瘤菌都属于Ensifer,经过与标准菌株比对相似度均已达到95%以上,可以判定与标准菌株为同一种;通过生物进化树分析,TB2844菌株为草木樨中华根瘤菌,TH2833菌株为胡特兰根瘤菌。期中分离获得的Sphingobacterium、Chryseobacterium株,在根瘤内生菌的调查报道较少,在新疆草木樨根瘤内生菌中属于新的发现;其中胡特兰根瘤菌(TH2833)在新疆地区的报道也较少,在新疆地区草木樨根瘤中也属新发现,初步确定了草木犀根瘤菌的系统发育地位。 。

紫花苜蓿与根瘤菌共生过程中固氮效率的动态研究

为明晰紫花苜蓿-根瘤菌共生系统固氮能力的动态变化及高效固氮的发生阶段,提高苜蓿对氮素的转化与利用。以甘农9号紫花苜蓿和苜蓿中华根瘤菌菌株LL11共生组合为研究对象,分析比较接种根瘤菌后紫花苜蓿生长42 d内不同共生阶段的根瘤形态结构、固氮能力、植物表型、可溶性物质含量、氮代谢关键酶活性等指标的动态变化,采用熵权TOPSIS综合评价法探寻共生过程中高效固氮的发生阶段。结果表明:(1)随着共生天数的增加,有效根瘤数、根瘤直径和根瘤重逐渐增大,42 dpi(接种后天数)有效根瘤数(9.3个)、根瘤重(0.0309 g)和根瘤直径(1.43 mm)达到最大;而根瘤内部被侵染的根瘤细胞数目呈先增后减的趋势,35 dpi根瘤内部被侵染的根瘤细胞数目最多(992个);(2)35 dpi的固氮酶活性[0.9619μmol/(g·h)]、豆血红蛋白含量(2.6081 mg/g)、单株固氮潜力(0.0283μmol/h)均显著高于其他共生时期(P<0.05);(3)接种根瘤菌菌株LL11后,甘农9号紫花苜蓿的株高、根长、地上部和地下部干重均显著提升,并在21 dpi或35 dpi出现了增幅高峰(与对照组相比较),在42 dpi达到最大值;(4)根系中可溶性糖含量的最高值和最大增幅发生在21 dpi,而可溶性蛋白含量最高值和最大增幅发生在42 dpi;叶片和根系中的硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)这4类氮代谢关键酶活性均在35 dpi显著高于其他共生阶段(P<0.05)。通过熵权TOPSIS综合评价分析得出,35 dpi为高效固氮发生阶段,之后固氮效率开始下降。

棉花黄萎病生防菌筛选鉴定及根瘤菌DG3-1对棉花生长的影响

本研究旨在发掘南疆棉花内生菌种质资源来防治棉花黄萎病,探究根瘤菌对棉花生长的影响。采用常规组织分离法分离棉花不同组织内生细菌;平板对峙法筛选拮抗棉花黄萎病菌的内生菌,并对其进行分子鉴定;通过盆栽试验研究根瘤菌对棉花生长的影响。结果显示,棉花不同组织内生细菌的数量具有一定差异,根部最多,其次是叶和茎;在分离获得的31株内生菌中,有11株对棉花黄萎病菌具有拮抗活性,抑菌率在35.99%~68.28%之间,经鉴定,9株为芽孢杆菌,2株为根瘤菌,其中,根瘤菌DG3-1对棉花黄萎病菌的抑制率为(56.63±1.82)%;盆栽试验结果表明,菌株DG3-1处理后棉株的地上鲜重、地上干重、地下鲜重、地下干重、叶绿素含量分别比对照增加2.12、2.09、1.05、0.75、1.75倍。菌株DG3-1对棉花黄萎病菌有较好的抑制作用,并且对棉花的生长有一定的促生作用,是防治棉花黄萎病的潜力菌株,可为微生物菌剂的研发提供菌种资源。

皖豫高效抗逆大豆根瘤菌Y2-4的选育

为筛选适合安徽、河南两地的大豆高效抗逆根瘤菌,从安徽和河南两地选取7个采样点采集大豆根瘤并分离根瘤菌,通过系统发育分子鉴定、回接大豆筛选、抗逆境胁迫能力测定筛选高效抗逆大豆根瘤菌,并通过初步田间接种试验对其促生效果进行了评估。结果显示:共分离得到621株大豆根瘤细菌,其中Sinorhizobium属菌株418株(67.3%),是该地区的优势大豆根瘤菌,Bradyrhizobium属菌株198株(31.9%),Rhizobium属菌株5株(0.8%,回接大豆不能结瘤)。筛选得到1株具有应用潜力的高效抗逆根瘤菌S.fredii Y2-4,与参比菌株CCBAU 45436相比,Y2-4菌株接种的大豆叶绿素含量、根瘤数、地上干重分别提高了1.8%、15.5%和9.8%,且在3%NaCl盐胁迫及38℃高温胁迫条件下仍具有生长能力。田间接种试验结果显示,在全氮(225 kg·hm^(-2)复合肥,氮磷钾比例15∶15∶15)、减氮26.6%(225 kg·hm^(-2)复合肥,氮磷钾比例11∶15∶15)、不施氮(225 kg·hm^(-2)复合肥,氮磷钾比例0∶15∶15)3种氮肥水平下接种Y2-4菌株均可以提高大豆产量,“减氮26.6%+接种Y2-4”处理较“全氮+不接种”处理条件下,大豆产量增加了25.5%。综上所述,Y2-4菌株可以作为皖豫两省部分地区的大豆高效抗逆根瘤菌接种菌株进行推广应用。

Cd胁迫下接种根瘤菌对紫花苜蓿氮代谢的影响

为探讨接种根瘤菌对Cd胁迫下紫花苜蓿氮代谢的影响,采用盆栽试验,以2种紫花苜蓿(维多利亚、WL525HQ)为植物材料,研究Cd(0 mg·kg^(-1)和50 mg·kg^(-1))处理土壤接种根瘤菌对两种紫花苜蓿的氮代谢关键酶活性和含氮化合物的影响。结果表明,Cd胁迫影响紫花苜蓿氮代谢,50 mg·kg^(-1)Cd胁迫对未接种根瘤菌紫花苜蓿WL525HQ地上部硝酸还原酶(NR)活性的影响最大,NR活性较0 mg·kg^(-1)Cd处理降低85.01%。0 mg·kg^(-1)Cd处理时,WL525HQ接种根瘤菌后地上部谷氨酸合成酶(GOGAT)活性较未接种组提高95.53%,维多利亚接种根瘤菌后地上部天冬酰胺合成酶(AS)活性增加33.30%。50 mg·kg^(-1)Cd胁迫时,与不接种根瘤菌相比,接种根瘤菌的WL525HQ地上部NR活性增幅最大(164.66%),接种根瘤菌后维多利亚地下部NR活性与未接种处理相比提高99.46%。50 mg·kg^(-1)Cd处理中,接种根瘤菌缓解了Cd胁迫对紫花苜蓿含氮物质积累的抑制,维多利亚、WL525HQ的可溶性蛋白含量分别比未接种组显著提高6.24%和5.82%,游离氨基酸含量增加16.10%和18.70%,维多利亚总氮含量显著提高9.48%。研究表明,接种根瘤菌可通过调节氮代谢关键酶活性来促进Cd胁迫下紫花苜蓿的氮素向蛋白质合成的方向转运积累,一定程度上缓解Cd对紫花苜蓿的伤害。

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。

两株耐盐碱大豆根瘤菌的分离及鉴定

为筛选适宜盐碱地条件下应用的根瘤菌菌株,本研究选择安达市采取土样,以大豆品种满仓金和绥农53作为宿主,对根瘤菌进行分离与纯化,筛选出两株具有典型根瘤菌表型特征的菌株,随后,对这些菌株进行16S rDNA测序分析,最终成功分离出2个根瘤菌菌株,并将它们命名为an28和an44。分别在各自捕获宿主上进行结瘤试验,来确定an28和an44的结瘤特征。抗生素抗性鉴定结果表明,an44对浓度20μg·mL^(-1)的红霉素(ERY)和浓度100μg·mL^(-1)的羧苄青霉素(CAR)具有抗性,an28对浓度50μg·mL^(-1)的ERY具有抗性。耐盐性鉴定结果表明,an28可以在NaCl浓度为600 mmol·L^(-1)的TY固体培养基上正常生长;而an44最高只能在NaCl浓度为200 mmol·L^(-1)时生长。耐碱性鉴定结果表明,an28可以在pH11.9的TY固体培养基上正常生长,而an44的碱性生长环境只能达到pH9.9。然后又分别在8种耐盐碱大豆种质(庆特4号、铁丰8号、牛眼睛、黑珍珠、齐农5号、合丰50、黑河49和黑农531)和2份不耐盐碱大豆品种(锦农5号和双宝8号)上分别接种2株根瘤菌进行结瘤鉴定,结果表明接种根瘤菌an28和an44在10个大豆种质上的结瘤数目变化范围分别为2.00~8.67和5.67~35.67个·株-1。

氮肥和根瘤菌剂互作对花生氮素吸收、氮代谢及产量的影响

针对花生栽培生产过程中氮肥施用不规范、生物固氮能力受抑制的现状,探究氮肥和根瘤菌剂拌种互作效应,旨在为花生绿色高效增产提供支撑。以非高效结瘤花生农花5号(NH5)和高效结瘤花生红花16(HH16)为材料,基于室外盆栽试验,于结荚期(出苗后80天)测定花生形态指标、结瘤特性、光合特性、氮素积累、氮代谢相关酶活性及产量,探究不同施氮水平下(N0、N45、N75、N105、N135、N165),蒸馏水拌种(W)和根瘤菌剂拌种(R)对花生生长发育及氮素代谢积累的影响。结果表明,随着施氮量的增加,花生主茎高、侧枝长、净光合速率、叶绿素含量、光合相关酶活性、氮代谢相关酶活性及产量呈先上升后下降的趋势。施氮在一定程度抑制了花生的结瘤能力,根瘤菌剂拌种能显著缓解抑制作用,NH5和HH16的根瘤数量较蒸馏水拌种处理分别提高了28.4%~130.5%和40.5%~178.3%。在蒸馏水拌种(W)处理下,花生叶片光合酶活性和氮代谢酶活性在N135施氮处理达到最大值;根瘤菌剂拌种(R)处理下,花生叶片光合酶和氮代谢酶活性在N105施氮处理下达到最大值。相较蒸馏水拌种处理(W),根瘤菌剂拌种处理下NH5和HH16的产量在各施氮处理下分别提高了1.2%~8.3%和7.5%~11.0%,其中NH5和HH16的单株产量均在N105-R处理下达到最大。综上,氮肥和根瘤菌剂拌种配施能够显著提高花生的光合性能、氮素吸收和结瘤固氮能力,一定程度上减少花生对氮肥的依赖。因此,适宜氮肥投入配合根瘤菌剂拌种能在提高花生自身结瘤固氮能力的同时维持较高产量,是一种绿色有效的增产途径。

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。

杀菌剂和根瘤菌剂拌种对花生根际微生物及荚果产量的影响

为筛选出能替代化学药剂的生物杀菌剂,促进花生绿色生产,本试验以湖南主栽品种湘花2008为试材,开展化学杀菌剂(甲基硫菌灵)、生物杀菌剂(哈茨木霉菌和解淀粉芽孢杆菌)单拌及与根瘤菌剂复配拌种大田试验,在花生苗期至结荚期测定根际土壤微生物数量,收获时测定荚果性状及产量。结果表明:(1)甲基硫菌灵单拌能显著促进细菌生长;甲基硫菌灵单拌、根瘤菌剂单拌及3种复配拌种处理在抑制真菌、促进根瘤菌方面表现较好;哈茨木霉单拌和解淀粉芽孢杆菌单拌对放线菌的促生效果更明显;解淀粉芽孢杆菌单拌及其复配显著抑制黄曲霉生长增殖。(2)从微生物群落结构来看,甲基硫菌灵单拌能够在全生育期提高细菌/真菌、放线菌/真菌比值,哈茨木霉单拌、解淀粉芽孢杆菌单拌二者在苗期和结荚期均能提高放线菌/真菌比值。(3)除哈茨木霉单拌及其复配外,各拌种处理均能够增加花生产量,解淀粉芽孢杆菌单拌增产最大,增幅为49.39%;根瘤菌剂单拌增产40.24%,解淀粉芽孢杆菌复配增产32.78%。结论归纳为:甲基硫菌灵单拌、哈茨木霉菌与根瘤菌剂复配、解淀粉芽孢杆菌与根瘤菌剂复配在微生物方面综合表现更好,更适宜改善花生根际土壤微生物群落;解淀粉芽孢杆菌单拌及复配、根瘤菌剂拌种在荚果产量上增幅较大。因此,推荐解淀粉芽孢杆菌单拌及复配、根瘤菌剂拌种在生产上推广使用。

根瘤菌TtsI突变对大豆根瘤菌固氮酶活性的影响及转录组分析

根瘤菌与大豆建立的共生模式为大豆提供了生长发育所必须的氮素,在共生建立时根瘤菌Ⅲ型效应因子是影响结瘤发生的重要信号分子之一。为了解析根瘤菌Ⅲ型效应因子在结瘤中的作用,进行TtsI突变根瘤菌HH103(Sinorhizobium fredii HH103)结瘤鉴定以及根瘤转录组分析,并对差异基因进行富集分析。结果显示:TtsI突变可以降低绥农14根瘤的固氮酶活性,但不影响野生豆ZYD00006的根瘤固氮酶活性。TtsI突变根瘤菌HH103(HH103ΩTtsI)使绥农14根瘤内部分编码氮转运的相关基因以及NLP7下调表达,并且接种HH103ΩTtsI与接种HH103相比,Glyma.11G235200和NLP7在ZYD00006的根瘤中的相对表达没有显著差异。通过GO富集、KEGG富集以及GSEA富集分析显示,差异基因主要涉及信号传导以及代谢进程等,差异基因主要在植物激素信号传导以及MAPK信号通路上富集。研究结果为后续Ⅲ型效应因子的功能和机制的解析以及大豆高效固氮设计提供了新的思路;同时氮转运相关基因的表达差异可为进一步选育高结瘤、高固氮效率以及高氮利用率的大豆品种提供理论支撑。

基于转录组分析植物调节剂S3307对大豆根瘤菌Sinorhizobium shofinae生长发育的调控机制

为研究烯效唑(S3307)对自生状态下大豆根瘤菌生长和共生表型影响的机制,比较不同浓度S3307对大豆根瘤菌Sinorhizobium shofinae的细胞生长、显微结构的影响,通过回接试验进行验证,并通过转录组分析揭示其调控机理,最后通过qRT-PCR检测S3307处理对S.shofinae nod基因表达的影响。结果显示:在培养液中添加S3307能够降低S.shofinae细胞的生长速度、改变细胞大小,减少细胞内PHB数量。盆栽回接试验显示S3307处理S.shofinae虽然减少了根瘤数,但提高了大豆植株的茎、叶干重。转录组学分析获得了203个差异基因表达谱,功能富集分析显示这些差异表达基因中被显著抑制的基因主要分布在参与生长以及细胞结构等途径。qRT-PCR分析表明S3307处理抑制了IC52_RS29880(nodA)和IC52_RS31765(nodD)基因的表达,与转录组测序结果一致。试验结果表明植物生长调节剂对纯培养根瘤菌生育存在调控作用,转录组学分析揭示了其调控作用主要发生在细胞过程、定位、新陈代谢、应激响应、生长等过程,这些研究数据有助于我们评价植物调节剂对大豆—根瘤菌共生体系结瘤固氮效率的影响。

根瘤菌Ⅲ型分泌系统的效应蛋白种类及功能

根瘤菌(Rhizobium sp.)是土壤中普遍存在的微生物,可以与豆科植物建立共生关系形成根瘤。共生关系的建立需要复杂的分子交换过程,而根瘤菌的Ⅲ型分泌系统在根瘤菌和豆科植物之间的结瘤和免疫反应中发挥着重要作用。综述了根瘤菌Ⅲ型分泌系统的组成及遗传特性与效应蛋白的合成路径、种类与功能及其在结瘤方面的影响等,为深入了解根瘤菌与寄主植物的结瘤机制提供参考。

新根瘤菌属模式菌株全基因组序列比较分析

新根瘤菌属(Neorhizobium)隶属于根瘤菌科(Rhizobiaceae),目前有效发布了8个种。为了探究该属下不同模式菌株的全基因组分子机理和遗传特征,本文采用Prodigal等软件对这8个模式菌株的全基因组序列进行基因预测、功能注释和系统发育分析,并在此基础上进行了基因组比较分析。基因组预测结果显示,这8个模式菌株的CDS(Coding Sequences)数量为4471~6669个,GC含量在60.0%至61.6%之间,rRNA数量为3至9个,tRNA数量为43至51个。通过比较基因组分析发现,所有菌株共享的直系同源基因簇有2563个,独立拥有的基因簇数量少。通过平均核苷酸一致性(ANI)、数字DNA-DNA杂交(dDDH)和系统发育树的分析,发现菌株CCBAU 05176^(T)和菌株T17_20^(T)具有最高的同源性,而菌株T786^(T)和NTR19^(T)的遗传距离最远。COG(Cluster of Orthologous Groups of Proteins)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类的比较分析显示,注释的基因功能整体差异较小,但在SL-1T中,异种生物的生物降解和代谢的注释比例和数量明显高于其他模式菌株。本研究为新根瘤菌属的系统分类以及在生态系统中的应用奠定了理论基础。

根瘤菌和丛枝菌根真菌单双接种对不同品系大豆生长的影响

为探索丛枝菌根真菌(abuscular mycorrhiza fungi,AMF)和大豆根瘤菌单双接种效果及其与不同品系大豆的匹配性,采用蛭石混土作为基质在光照培养室(26℃,16 h光照/8 h暗期,相对湿度75%)进行盆栽试验,探究根瘤菌与AMF单接种和双接种对我国大部分区域种植的10种不同品系大豆生长的影响。结果显示,根瘤菌Bradyrhizobium japonicum USDA110和菌根真菌Rhizophagus irregularis均能侵染10种品系大豆植株,形成共生结构。单接种根瘤菌和菌根真菌均能显著提高大豆地上部鲜质量,其中单接种根瘤菌能使品系大豆119、851、921植株地上部鲜质量增加102%~429%,单接种菌根真菌也能使大部分品系大豆地上部鲜质量增加39%~255%。根瘤菌和菌根真菌双接种条件下,菌根真菌的侵染共生表现出共生定殖延迟的现象;菌根真菌存在时,品系大豆985、851、115根系的单个根瘤体积增大,固氮酶活性增强。因此,相同接种方式对不同品系大豆影响不同,相同品系大豆经过不同接种方式处理,长势存在差异;985、115品系大豆采用双接种方式最佳,167、509、921、187品系大豆采用单接种根瘤菌方式效果最佳,119、909、045则可采用单接种根瘤菌或菌根真菌来提升产量。