基于基因组的一株土壤固氮菌分离菌株鉴定及其促生作用

[目的] 为获得高效固氮菌株,充分研究利用土壤固氮菌资源。[方法] 选取固氮能力较高的紫色土发育水稻土,采用富集纯化法分离固氮微生物菌株。通过16S rRNA基因系统发育分析和全基因组相关指数比较对新分离菌株进行物种鉴定。采用乙炔还原法和¹⁵N₂示踪法定量测定新分离菌株的固氮能力,通过培养特性和接种效果初步研究固氮菌株的促生作用。[结果] 从紫色土发育水稻土中分离得到1株可在无氮培养基上快速生长的菌株P208。基于16S rRNA基因和基因组92个核心基因的系统发育分析结果表明,新分离菌株P208与Azotobacter chroococcum IAM 12666^T（=ATCC 9043^T）系统发育距离最近（16S rRNA基因相似度为99.79%）。菌株P208与A.chroococcum ATCC 9043^T的基因组平均核苷酸一致性（ANI）、平均氨基酸一致性（AAI）和数字DNA-DNA杂交值（dDDH）高于物种分类阈值（ANI>95%-96%,AAI>95%-96%,dDDH>70%）,最大唯一匹配指数（MUMi）低于物种分类阈值（<0.33）,得出新分离菌株P208为褐球固氮菌（A.chroococcum）。A.chroococcum P208固氮活性为模式菌株A.chroococcum ATCC 9043^T的2.61倍。除固氮能力外,A.chroococcum P208具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长潜力的培养特性,室内培养条件下接种A.chroococcum P208能够促进水稻、小麦幼苗根系的生长。[结论] 从固氮能力较强的水稻土中分离纯化得到1株具有较强固氮、促生潜力的固氮菌,具有潜在的开发应用价值,可为研究利用生物固氮提供微生物资源。     

不同轮作茬口土壤细菌群落及后茬小麦产量

评估不同轮作模式的生态可持续性和作物生产力,可为调整优化种植结构提供理论依据。设置7个不同轮作作物和周期茬口处理,采用实时荧光定量PCR技术测定不同轮作茬口的土壤细菌群落丰度,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析土壤细菌群落多样性与物种组成,并测定土壤速效养分状况和后茬小麦产量。结果表明: 与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理降低了土壤有机碳、无机氮和速效钾含量,显著增加了土壤有效磷含量。不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理的土壤细菌16S rRNA基因拷贝数显著降低,而群落丰富度和多样性有所增加。不同轮作作物显著改变了土壤细菌群落结构和物种组成。与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏大豆茬口显著增加了后茬冬小麦籽粒千粒重和产量。综上,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口有利于增加土壤有效磷含量和细菌群落多样性,显著改变土壤细菌群落结构,其中,夏大豆茬口对后茬冬小麦产量形成具有积极作用。     

3种水稻土中7株固氮蓝细菌的分离与特征

【背景】蓝细菌是水生和陆地生态系统中生物固氮的主要贡献者。【目的】增加对稻田土壤固氮蓝细菌的了解,获得用于进一步研究的可培养固氮蓝细菌菌株。【方法】选择3种具有不同固氮能力的水稻土,采用BG11-N培养基分离培养固氮蓝细菌菌株,对新分离菌株进行形态特征观察,通过基因组DNA的nifH基因扩增明确其固氮潜力,进一步采用乙炔还原法和~(15)N_2示踪法定量测定其固氮能力,通过基因组DNA的16SrRNA基因序列比对进行鉴定。【结果】在光照培养条件下,采用BG11-N培养基共分离纯化得到自养菌株7株,细胞呈圆形或椭圆形、单列、无分枝、丝状和念珠状,在固体培养基上形成团垫状菌落。新分离菌株在BG11-N培养基中生长状况良好,以基因组DNA为模板可扩增出nifH基因,乙炔还原法和~(15)N_2示踪法测定结果显示具有较高固氮能力,同时具有铁载体生成能力。结合16S rRNA基因序列比对和形态特征,7株菌被初步鉴定隶属于念珠藻科(Nostocaceae)。【结论】从水稻土中分离到在稻田生物固氮中发挥重要作用的蓝细菌(念珠藻科)菌株,可培养固氮蓝细菌菌株固氮能力较高,兼具铁载体生成能力,可作为进一步深入研究的微生物资源,具有潜在的研究应用价值。