林木共生菌系统及其作用机制——以杨树为例

杨树（Populus）是重要造林树种,也是研究林木基础生物学性状的模式材料。不仅如此,杨树可与多种细菌（内生细菌、内生固氮菌和根际促生菌）和真菌（外生菌根真菌、丛枝菌根真菌和内生真菌）类群建立共生关系,为揭示树木和微生物之间的互惠共生机制提供了理想模型。这些共生菌能积极调控林木生长发育、营养吸收和生理生态过程。目前在杨树-双色蜡蘑（Laccaria bicolor）形成的外生菌根发育、提高杨树耐盐、耐重金属的生理与分子机制、叶片内生真菌群落结构与病害发生、菌根辅助细菌和菌丝内共生细菌-真菌-杨树形成的三重跨界共生等方面取得多项突破。近年来,一批模式草本植物微生物组（microbiome）计划相继实施,对共生菌群落结构和功能的认识有了革命性的进步。以美洲黑杨、毛果杨和胶杨为代表的林木微生物组研究也已启动,表明宿主基因型和环境因子可显著影响共生菌群落结构与物种组成;在根际（rhizosphere）和内生（endosphere）环境存在结构和功能迥异的菌群。另一方面,以根系为诱饵,通过宿主表型来推测菌群功能的反向"钓鱼"策略将推动林木根际微生物工程研究,为揭示杨树-微生物群落的相互关系、菌群进化搭建了研究模型。总之,深入认识多元微生物对林木表型和生理代谢的表观遗传学调控机制将为今后创制新型菌剂并用于高效育苗和抗性育种提供新的思路,具有重要的科学意义和应用价值。     

呼和浩特市大青山白桦根际土壤细菌群落结构研究

采用高通量测序技术对天然次生林生态系统演替过程中先锋树种白桦的根际土壤细菌多样性及群落结构进行了分析。研究结果表明:白桦根际土壤细菌隶属于28门、90纲、126目、213科、286属,在3个采样地中排名前8的优势细菌门的相对丰度均大于1%,分别为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。各样地中前3个门的相对丰度之和均在60%以上。对白桦根际土壤细菌的α多样性指数、门水平的聚类热图以及PCoA聚类结果的分析表明,3个采样地中,小井沟(B2)和哈达门森林公园(C2)白桦根际土壤细菌的物种组成更为接近,与井儿梁(A2)的物种组成有一定差异;且小井沟和哈达门森林公园的物种多样性及丰度(ACE指数)显著高于井儿梁,表明细菌对不同环境的适应能力有明显差异。对细菌群落结构与土壤理化性质的RDA分析及相关性分析表明,环境因子对白桦根际土壤细菌的影响顺序为:全氮TN酸碱度pH含水量WC速效钾AK硝态氮NN铵态氮AN有机质OM有效磷EP,其中,TN、pH和WC是白桦根际土壤优势细菌的主要影响因子。研究结果为深入认识森林生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因子提供了理论依据。     

丛枝菌根真菌应用技术研究进展

丛枝菌根(AM)共生体系能够改善植物营养状况,增强植物对各种逆境胁迫的耐受性,其在农业和生态环境方面的应用得到广泛关注.近年来,在AM真菌(AMF)应用技术和田间试验方面取得了许多重要成果.本文在介绍AMF种质资源库、商业化菌剂生产及相关专利申报情况的基础上,结合实例从菌剂生产、接种技术、接种效应影响因素等方面综述了AMF应用技术的理论与实践,包括国内外近年来菌根技术在农业、园艺、生态修复等方面的应用,最后提出尚待系统深入研究的 AMF应用领域中的关键科学和技术问题,旨在为菌根技术的发展和推广应用提供参考.     

阿尔山不同时期落叶松根际土壤固氮菌的多样性研究

利用传统的细菌分离培养,结合16S rDNA序列分析等方法,对阿尔山地区不同时期落叶松根际可培养固氮菌群落的多样性进行分析,以揭示落叶松根际固氮菌的多样性及群落结构的季节变化规律,为森林生态系统的可持续发展提供理论依据。结果显示:(1)从阿尔山落叶松根际土壤中共计分离纯化细菌菌株112株,分属于14属41种,包括假单胞菌属、伯克氏菌属、根瘤菌属、叶杆菌属、节杆菌属、类芽孢杆菌属、沙雷菌属、欧文菌属、短小杆菌属、芽孢杆菌属、肠杆菌属、不动杆菌属、柄杆菌属、红球菌属;其中优势菌群为假单胞菌属,次优势菌群为叶杆菌属、伯克氏菌属和节杆菌属。(2)季节变化对落叶松固氮菌群的变化有显著影响,表现为4月份和10月份最优势类群为γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)中的假单胞菌属,6月份和8月份的最优势类群相同,但组成有所差别,其中6月份优势菌群包括假单胞菌属、短小杆菌属、红球菌属、节杆菌属,8月份的优势菌群为假单胞菌属、不动杆菌属、肠杆菌属、短小杆菌属、红球菌属和节杆菌属。(3)不同时期的物种均匀度指数(McIntosh index)差异显著,8月份最大,4月份最小,变化范围在0.83～1.164之间;物种丰富度指数(Shannon-Wiener index) 6月份和8月份显著高于4月份和10月份;优势度指数(Simpson index) 4月份和10月份显著高于6月份和8月份。研究表明,阿尔山地区落叶松根际微生物的多样性较高,群落相对复杂,分离的14个菌属多为根际促生菌,且不同时期固氮菌的群落组成受季节的影响明显。     

细虫草胞外多糖对小鼠腹腔巨噬细胞免疫功能研究

本实验在体外条件下,以人工发酵培养的细虫草胞外多糖OgE、OgE-F1和OgE-F2作用于小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7,通过测定其对巨噬细胞的增殖率、代谢MTT活力、NO分泌和吞噬能力的影响,评价细虫草胞外多糖的免疫调节活性。结果表明,细虫草多糖对巨噬细胞无细胞毒性,且能促进巨噬细胞代谢MTT活力;在0.2mg/mL^1.0mg/mL浓度范围内,多糖呈剂量依赖性的促进巨噬细胞分泌NO水平和吞噬能力。本研究表明,细虫草多糖能有效地增强小鼠巨噬细胞的活性,潜在地可改善小鼠的先天性免疫调节。     

宁夏枸杞根和茎的化学成分及抗炎活性研究

研究宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)根部和茎部的化学成分。采用硅胶柱、ODS开放柱、Sephadex LH-20葡聚糖凝胶柱及半制备反相高效液相等色谱手段,对宁夏枸杞根和茎部乙醇提取物的石油醚部位及乙酸乙酯部位化学成分进行分离纯化,根据其理化性质以及波谱数据鉴定得到12个化合物,分别为N-[2-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-hydroxyethyl]-3-(4-methoxyphenyl)prop-2-enamide(1)、3-(4-hydroxy-3-methoxy phenyl)-N-2-(4-hydroxyphenyl)-2-methoxyethyl]acrylamide(2)、N-trans-coumaroyloctopamine(3)、(E)-2-(4,5-dihydroxy-2-{3-[(4-hydroxyphenethyl)amino]-3-oxopropyl}phenyl)-3-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-N-(4-acetamidobutyl)acrylamide(4)、1,2-dihydro-6,8-dimethoxy-7-hydroxy-1-(3,4-dihydroxy-phenyl)-N1,N2-bis[2-(4-hydroxyphenyl)ethyl]-2,3-naphthalene dicarboxamide(5)、(+)-syringaresinol(6)、zhebeiresinol(7)、(±)-eriodictyol(8)、isovanilin(9)、5,5′-dimethoxybiphenyl-2,2′-diol(10)、p-hydroxyphenethyltrans-ferulate(11)、E-ferulic acid hexacosyl ester(12),所有化合物均为首次从该植物中分离得到。此外,采用MTT法和抑制一氧化氮(NO)生成实验,从细胞毒活性和抗炎活性两方面评估了化合物的生物活性。结果表明,化合物2具有显著的抗炎活性,其IC50值(17.00±1.11μmol/L)小于阳性对照药槲皮素的IC50值(17.21±0.50μmol/L)。     

单芽狗脊营养器官的解剖学研究

采用离析法和石蜡切片法对单芽狗脊营养器官进行形态解剖研究。结果表明：单芽狗脊叶为异面叶,上、下表皮细胞均为不规则型,仅下表皮有气孔器分布;叶柄维管束有2~6个,自叶柄基部向上至叶轴仅有2个较大的维管束;根状茎薄壁细胞之间有多个维管束散生分布,且富含丰富的淀粉粒;皮层在根的横切结构中占比较大,木质部的发育方式为外始式;单芽狗脊珠芽的发育过程分为三个阶段,珠芽原基的形成期、珠芽原基的分化期、成熟期。     

低温对枇杷苗叶片与根尖的生理状况及超微结构的影响

为探讨枇杷(Eriobotrya japonica)苗对低温伤害的响应,采用人工降温的方法,研究了‘解放钟’实生枇杷苗在低温胁迫下叶肉细胞与根细胞超微结构的变化,同时测定叶片褐变率、根系活力和细胞质膜相对透性(PMP)。结果表明,轻度低温(0℃)胁迫12h,根系活力下降26.09%,叶片褐变率仅升高17.15%,根系PMP值持续升高而叶片呈下降趋势。电镜下观察,根细胞和叶肉细胞均有明显线粒体增加现象。0℃胁迫36 h根细胞发生胞间结冰,液泡消失、线粒体膨大变形、双层膜消失、嵴消失、细胞壁结构损伤,而叶肉细胞仅表现叶绿体破坏、淀粉粒变小,线粒体完整。重度低温(–3℃、–5℃)胁迫下,根细胞和叶肉细胞均发生细胞内结冰,且低温对根细胞的破坏程度明显高于叶肉细胞,根细胞比叶细胞发生细胞结冰的时间更早,受害更严重。这表明根细胞比叶肉细胞对低温更敏感,因此,在低温来临前对枇杷地下部采取保温措施,对缓解地上部低温伤害具有积极作用。     

新疆木碱蓬(Suaeda dendroides)根际耐盐促生细菌的筛选及鉴定

【背景】新疆是全国最大的盐渍化土壤分布区,土壤盐渍化严重影响作物生长,耐盐促生菌可以有效改善土壤肥力,提高作物抗逆性,促进植物生长,提高土壤利用率。【目的】分离筛选获得木碱蓬(Suaeda dendroides)根际土壤中耐盐促生菌菌株,对优良促生作用的菌株进行分子鉴定,挖掘微生物资源,为微生物菌剂的研制奠定基础。【方法】采用传统的分离方法筛选获得木碱蓬根际耐盐微生物,采用"三级筛选体系"筛选获得耐盐促生菌菌株,用CTAB法提取菌株DNA,对菌株16S rRNA基因测序进行系统发育分析,确定耐盐促生菌菌株的分类地位。【结果】从木碱蓬根际共分离获得耐盐微生物58株,8株具有固氮活性,解磷活性菌株12株,具有解钾活性菌株15株,产IAA活性的菌株3株,具有较强产氨活性的菌株2株。经过促生平板筛选,菌株GTZW50-5和MH-F促进了拟南芥生长,表现出较好的促生效果,通过小麦盆栽试验,菌株GTZW50-5对小麦的根长以及株高具有显著的促生作用,在一定程度上提高了植物体内的叶绿素含量。MH-F菌株对小麦的根系具有较显著的促生作用,且对小麦的叶绿素及脯氨酸含量在不同盐浓度下都有所提高。经过系统发育分析,GTZW50-5与Bacillus vallismortis (AY603658)序列相似度达到99.43%,鉴定属于Bacillus vallismortis,MH-F与Enterobacterludwigii(JTLO01000001)序列相似度为98.34%,鉴定属于Enterobacter属。【结论】菌株GTZW50-5与MH-F均具有较好的促生效果,这为耐盐微生物资源的开发和利用提供了理论依据。     

西双版纳保护区植物根际细菌的筛选及其促生能力研究

【背景】西双版纳保护区具有丰富的生物多样性,而该区域植物根际细菌特别是放线菌及其促生能力相关报道较少。【目的】从西双版纳保护区根际土壤中筛选出植物根际促生菌,并检测其促生能力。【方法】采用5种不同培养基筛选出植物根际促生菌并通过16S rDNA序列分析进行分类学鉴定,运用Salkowski法测定菌株产IAA的能力,CAS法测定菌株产铁载体能力,钼锑抗显色法测定菌株的解磷能力,CMC-Na法测定菌株产纤维素酶能力和改良的Young法测定产淀粉酶能力,综合评价所得菌株的促生能力。【结果】从土样中分离纯化得到14株典型促生菌,经鉴定分别归属于链霉菌属(Streptomyces)、诺卡菌属(Nocardi)、杆菌属(Bacillus)、中华根瘤菌属(Ensifer)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、固氮螺菌属(Azospirillum)和狭单胞菌属(Stenotrophomonas)。其中菌株B433产吲哚乙酸的能力在培养12 d时达到最大值9.23 mg/L;菌株B351、B453、B546这3株菌株产铁载体的能力较强,其Su80%,最高可达86.67%,强度为+++++;菌株B541的解磷能力最强,磷酸根的浓度达到9.79 mg/L;菌株B442综合产纤维素酶能力最强为31.86 U/mL;菌株B412淀粉酶活力为16.07 U/mL。【结论】西双版纳保护区植物根际土壤促生细菌种类丰富,且具有较强的广谱促生能力,有潜在的开发价值,本研究可为此地的微生物资源开发提供可靠的菌株资源依据。