Frankia菌侵染木麻黄与其共生结瘤程序

通过回接结瘤后定期制作半薄、超薄切片,在光学和电子显微镜下观察研究了分离自浙江省短枝木麻黄Casuarina equisetifolia根瘤的2株Frankia菌的侵染过程。结果表明:Frankia菌从根毛细胞侵入后向内部的皮层细胞延伸,受Frankia菌侵入的刺激,侵染的根毛细胞产生大量电子云密度不等的沉积物。沉积物包裹Frankia菌继续向内侵染,形成"侵染线"穿越细胞壁进入邻近细胞,最终到达根瘤。根瘤产生的时间程序为:接种6 d后Frankia菌已侵染根部细胞;接种12 d后形成了根瘤原基;15 d后根瘤原基的部分薄壁细胞被Frankia菌侵染后,转变为前根瘤;接种24 d后前根瘤进一步生长发育伸长,突出皮层后形成新根瘤并最终发育成成熟瘤。Frankia菌的整个侵染过程为:Frankia菌侵染→形成"侵染线"→形成"界面质"→穿壁→繁殖→泡囊→孢子。根瘤的发育可概括为:根瘤原基→前根瘤→成熟瘤。

杨梅根瘤Frankia菌分离株的遗传多样性研究

对分离自杨梅根瘤的10株Frankia菌分离株进行表型特性研究,并用特异引物扩增其16SrD-NA,对扩增产物用2种限制性内切酶Hinf 和Hae 进行酶切后,分析酶切图谱.结果表明:这10株Frankia菌分离株不仅表型存在差异,而且其酶切图谱差异较大,说明其基因型也有差异.即使从同一株荸荠种杨梅根瘤中,不同时间分离获得的Frankia菌分离株,表型和基因型也存在较大的差异,可能属于不同的基因种群.无论是从菌株表型分析,还是PCR产物的RFLP分析,都表明从杨梅根瘤中分离获得的Frankia菌分离株存在着丰富的遗传多样性.

杨梅根瘤Frankia菌的分离和培养特性研究

从荸荠种杨梅根瘤中分离获得3个内生菌株,经显微镜检查、回接、固氮活性测定、革兰氏染色检测,证实这3个内生菌为3个Frankiasp.,分别命名为Mpc11、Mpc12、Mpa11,并对这3个分离株的培养特性进行了研究。结果表明,Mpc11、Mpc12、Mpa113个菌株的固氮酶活性分别为691nmol乙烯/mg蛋白.h、689nmol乙烯/mg蛋白.h和1039nmol乙烯/mg蛋白.h。适宜于在BAP(有氮)固体培养基、BM+NZ和FMS液体培养基上生长。且分别以葡萄糖、丙酮酸钠(含量均为1g/L)、吐温-20(含量为1mL/L)为唯一碳源或分别以酪蛋白水解物、酵母抽提物(含量均为0.5g/L)为唯一氮源的BAP培养基上生长良好;能利用丙酸钠,但利用率低;且均不能利用尿素。Mpc11和Mpa11分离株适宜于在pH5.5～6.5范围内生长,pH7.0以上则菌体生长受到抑制。

木麻黄Frankia菌优良菌株的筛选和应用

本文报导了从木麻黄根瘤菌中筛选优良菌株并进行回接试验的结果。筛选出Ｕ４和Ｃｃ３８Ａ优良菌株，接种后使苗木早期生物量提高９０．７％～２７５．６％，苗高增长２０．０％～３１．６％。造林７年后，粗枝木麻黄树高比对照增加１２．４５％～１５．１４％，胸径增大１０．２８％～２２．１３％；细枝木麻黄胸径增大６．３４％～９．４４％，树高增加６．０５％或生长与对照差不多。结瘤侵染力主要由菌株特性决定，但与菌体培养时间、接种菌体量和浸泡时间密切相关。

论沙棘根系与功能Ⅱ——Frankia菌侵染和结瘤

沙棘属于放线菌结瘤植物,其根瘤起源和侧根具有同源性。组成根瘤的最基本单位是瘤瓣,瘤瓣顶端分生组织被Frankia菌新侵染后,以二分叉分裂可形成下一级两个新的瘤瓣,以此方法逐次、逐年分裂,形成了珊瑚状瘤块。瘤块是多年生的。根瘤的发生与形成是宿主与Frankia菌特异性高度相容的结果。在根瘤中Frankia菌的菌体具有多型性,分为菌丝,泡囊(是固氮的场所)和休眠体的拟类菌体、冬孢子和新发现的春孢子。沙棘所以称谓先锋植物的原因之一,就是有了共生体根瘤,才能在严酷生境中具备了广泛的生态效应和抗逆性。

砖红壤上木麻黄接种Frankia菌的研究

在砖红壤上未经Frankia菌接种的木麻黄苗结瘤率很低，而用高效的菌株接种后，苗木的结瘤和生长显著提高．某些菌株之间存在着协同作用．在砖红壤中施加草木灰或适量的石灰，有利于根瘤的形成，从而促进苗木的生长．但过量的石灰则产生抑制作用．

宁夏沙棘共生Frankia菌多样性分析

利用PCR-RFLP分子标记技术,对宁夏固原7个样点210个沙棘根瘤样品进行沙棘共生Frankia菌多样性分析。研究结果表明,共扩增出22条可分析条带,其中多态性条带15条、占68.18%,所有样品可分为A～E 5个基因型,聚类分析可分为两大类。宁夏沙棘共生Frankia菌多样性丰富。基因型D和E出现在土壤贫瘠地区,可能是最早与沙棘共生的菌种。

Frankia菌复苏前后对植物根系侵染结瘤的研究

2001年和2012年分别用不同浓度2.4-D+Frankia菌悬液灌注小麦、水稻、玉米、黄秋葵和小决明等植物根系,结果这些植物根系都产生了不同数量的结瘤,其中小决明和黄秋葵结瘤率最高,其值分别为80.0%和42.8%;小决明根瘤固氮酶活性和游离Frankia菌固氮活力也明显提高,分别相当于沙棘根糵苗根的71.79%和70.51%,这可能与小决明属于豆科植物以及根瘤内已有内共生的Frankia菌有关。相差12年的两次试验结果表明,Frankia菌是一种耐储、广普型菌,2.4-D是一种有效的诱导Frankia菌和宿主共生结瘤信息化物——结瘤因子。人工培养的Frankia菌可以提高植物自身固氮能力。

几种浸液对两株Frankia菌生长和乙炔还原的影响

随着对放线菌结瘤植物共生固氮研究的深入进展,用纯培养的 Frankia 对这类苗木进行人工接种,早已在实验室获得成功并逐步向大田应用阶段过渡。为了解决这种菌生长缓慢、活菌体收集量少的问题,国内外的研究者在

Frankia菌—细枝木麻黄共生体系对土壤Pb污染的响应研究

为探究Frankia菌—细枝木麻黄(Casuarina cunninghamiana)共生体对土壤Pb污染的响应,采用盆栽试验,本试验研究了一定铅(Pb)处理下施用Frankia湿菌体0(CK)、10、20 mg·株^(−1)对细枝木麻黄结瘤量、地上部分Pb、K、Ca、Mg、Cu、Mn的含量、逆境生理以及根系活力的影响;经本课题组预实验结果表明,细枝木麻黄600 mg·kg^(−1)铅(Pb)处理下受到胁迫但不致死,因此正式试验中Pb浓度设为600 mg·kg^(−1)。结果表明,施用Frankia菌湿菌体20 mg·株^(−1)可显著提高细枝木麻黄结瘤量,接种10、20 mg·株^(−1)时,细枝木麻黄结瘤率均为100%。与CK相比,施用Frankia湿菌体10、20 mg·株^(−1),细枝木麻黄地上部Pb含量显著下降;接种量为10 mg·株^(−1)时,细枝木麻黄地上部K含量显著下降,Cu含量显著升高;Ca、Mg、Mn元素变化不显著(P<0.05)。Frankia接种量为20 mg·株^(−1)时,细枝木麻黄体内游离脯氨酸和可溶性糖相比对照组分别下降了56.04%和10.10%,根系活力TTC还原强度上升了87.12%。综上所述:在同一Pb胁迫下,高接种量(20 mg·株^(−1))Frankia菌可以增强细枝木麻黄对土壤Pb污染的抵御能力。

海南高隆湾红树林及其近岸海域沉积物的弗兰克氏菌(Frankia)多样性分布及其与环境因子的关系

弗兰克氏菌(Frankia)因其独特高效的固氮效率而备受关注,然而目前的研究还局限于陆地生境。基于nifH基因采用高通量测序对高隆湾红树林及其近岸海域沉积物的Frankia多样性进行分析,共获得261条属于Frankia的nifH序列,共11个OTUs,序列主要分布在红树林区样品,其中以角果木和红海榄为优势树种的红树林样品中序列较多,在潮间带样品中也有少量分布,海草区样品未检测到,序列在不同生境中的分布存在较大差异。OTU818在10个站位都有分布,说明OTU818代表的Frankia类群分布比较广泛,且为红树林沉积物的优势类群。系统进化分析表明Frankia与NCBI数据库中的Frankia基因序列在系统发育树上形成不同分支。通过Network分析Frankia与其他细菌类群的共发生关系,发现Frankia与来自Verrucomicrobia、Proteobacteria、Firmicutes、Cyanobacteria的多种固氮细菌类群存在紧密联系,表明Frankia在稳定红树林固氮细菌群落结构中起着重要作用。利用典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)方法研究了环境因子对Frankia多样性分布的影响,表明盐度、As和Al是影响Frankia多样性分布的显著环境因子。通过这些结果对Frankia的生态分布及其与环境因子的关系有了新的认识,也为后续开发利用这类固氮能力更具优势的Frankia提供前期数据参考。

Frankia菌在林地土壤中的生态分布

从不同生态条件下采集的林地土壤上长出的蒙自桤木(Alnus nepalensis)幼苗结瘤情况表明:Frankia菌的生态适应力较强,它在林地土壤中的分布相当广,无论在有放线菌根瘤植物存在还是没有的林地土壤中都普遍存在着Frankia菌,即Frankia菌在林地土壤中的生态分布已超出了其寄主植物的生态分布范围.

几株不同种属来源的木麻黄植物根瘤共生放线菌-Frankia的研究

用根瘤切片法,从长骨木麻黄(C. glauca Sieb.)、鸡冠木麻黄(C. cristata)和海滨木麻黄(A. littoralis)野生根瘤中分离出具有侵染能力的Frankia sp、NNCG01、NNCCR03和NNACL05菌株,它们都具有Frankia的典型形态特征,在无氮培养条件下,形成大量的顶囊和孢子囊。各菌株对简单碳源和氮源的利用比对复杂碳源和氮源的利用更好,而且都具有较高的耐盐(NaC1)能力,在0.2M盐浓度中,生长受到的影响很小,在盐浓度为0.5M时,也有一定生长。这三株Frankia菌株都能交叉感染木麻黄属(Casuarina)和异木麻黄属(Allocasuarina)中的一些放线菌结瘤植物,因此,从木麻黄属植物根瘤分离的Frankia菌株和从异木麻黄属植物根瘤分离的Frankia菌株属于同一个互接种簇。这三株Frankia的自生固氮活性与它们的共生固氮活性呈正比,而且同一菌株与不同种木麻黄植物共生固氮的效率没有明显的差异,为初步筛选高效共生固氮的Frankia菌株提供了一个快速简便的方法,具有重要的实际意义。

不同宿主植物根瘤Frankia及其生物学特性

对从木麻黄、杨梅、桤木和胡颓子等宿主植物根瘤中获得的19株分离菌的离体培养形态特征、生理特性和交叉侵染特性等进行了比较分析.结果表明,各分离菌均有Frankia属所特有的分枝状菌丝、孢囊、泡囊或串珠状菌丝等形态结构;细胞壁类型多属胞壁Ⅲ型,生理类型多属B型,无氮诱导培养下都具有固氮酶活性,在BAP、JA或S培养液中菌体生长较好,以吐温-80和酪蛋白水解物为最佳碳、氮源.但不同宿主分离菌的形态和培养特征差异明显,木麻黄属分离菌菌丝较粗,孢囊数量较少,在BAP培养液中多呈荔肉白絮状颗粒沉淀;杨梅属菌丝较细,孢囊数量较多,在BAP培养液中多是浅红色颗粒沉淀;桤木属和胡颓子属的菌体形态特征在BAP培养液中与木麻黄属的相似,但桤木属菌丝较细,胡颓子属的菌丝较粗.根据回接及交叉侵染特性可将分离菌分为2个宿主特异类群:能侵染木麻黄苗木的木麻黄类群;只侵染原宿主并能在杨梅属、胡颓子属和桤木属间相互侵染,但不能使木麻黄属苗木结瘤的杨梅-桤木-胡颓子类群.

沙棘根瘤的解剖学研究

为了解沙棘根瘤的固氮能力 ,对其进行了形态结构和解剖结构的研究。结果表明 :沙棘 (Hippophaerhamnoides)的根系发达 ,具有很强的分蘖能力 ,而且能和放线菌中的弗兰克氏菌 (Frankia)共生 ,形成根瘤。对根瘤生长、发育及形成的泡囊进行了研究 ,明确了根瘤的寄生部位和泡囊的固氮情况 。

论沙棘根系与功能Ⅲ——共生固氮机理、条件与初级氮代谢

沙棘的根瘤是由宿主瘤组织和侵入的弗兰克氏菌共栖结合组成的。在固氮与氮同化过程中,它们之间既有明确的分工又有高度协调完美的结合。沙棘根瘤组织提供菌体生长、发育和固氮的最适环境与营养,防止O2对固氮酶的伤害,N2的吸收,NH3的同化与转运,提供与胺结合的初级酮酸基团和ATP供能等。而弗兰克氏菌的主要功能是:在泡囊中由高效的固氮酶及其辅因子,完成由N2→NH3的还原过程。因此,固氮,胺的同化和利用,是宿主和菌共同协同而实现的一个生理生化过程。其表现与表达的特点是:共栖是基础;多条代谢途径调控是保证;多酶体系是代谢途径的调控中心;功能与结构上的定位、分层、分区、分功,是以连续的时、空偶联而实现固氮全过程的条件。深入研究和认识固氮机理与条件,不仅具有理论上的意义,更具有指导种植和生态工程建设的现实作用。

蒙自桤木根瘤的显微结构

蒙自桤木（Alnus nepalensis）根瘤内生菌-Frankia菌感染寄主根部后能形成一个围绕中柱维管束的含菌组织,在受感染的寄主细胞内,Frankia菌的菌丝从寄主细胞中央开始生长,菌丝生长的同时,受感染细胞的体积也随之增大,最后,菌丝顶端膨大,在靠近寄主细胞壁的区域形成泡囊从而成为成熟的固氮根瘤。