落地生根内生固氮菌多样性和促生特性

【背景】内生固氮菌可以定殖于植物体内为植物提供营养物质,还能通过代谢促进植物生长,目前对于落地生根内生菌的研究鲜见报道。【目的】研究落地生根中内生固氮菌多样性。【方法】从表面消毒的植物组织中分离纯化内生菌,并通过乙炔还原法测定菌株的固氮酶活性。采用SDS-PAGE全细胞蛋白电泳和IS指纹图谱对菌株聚类,各类群代表菌株进行16S rRNA基因系统发育分析和生理生化鉴定。测定菌株固氮、分泌生长素和ACC脱氨酶、产铁载体、溶磷和解钾等促生特性。【结果】从落地生根中分离纯化出26株内生固氮菌,聚为5个类群,隶属于4个属的5个菌种,且各类群代表菌株具有多种促生功能。【结论】从落地生根中分离获得的内生菌具有丰富的遗传多样性和促生特性,并且存在新的微生物资源,有待开发利用。     

藤县药用野生稻内生固氮菌分离鉴定及系统发育分析

从广西梧州市藤县药用野生稻中筛选内生固氮菌,为微生物肥料生产收集菌种资源。采用3种无氮培养基经平板划线法筛选内生固氮菌;通过乙炔还原法测定其固氮酶活性;利用IS-PCR(Insertion sequence-based PCR)指纹图谱和全细胞蛋白电泳图谱对获得的内生固氮菌进行聚类分析;根据16S r RNA基因序列分析确定其进化关系;使用分光光度计比色法检测其产生长素能力、产铁载体能力、溶磷能力和ACC脱氨酶活性。结果显示,从野生稻中筛选获得34株内生固氮菌分为5个类群,类群I和II各有8株,类群III、IV、V分别有2株、5株和11株,其固氮酶活性介于5.0和1 036.7 nmol/(m L·h)之间。类群I代表菌株HU33与无乳固氮螺菌(Azospirillum amazonense ATCC 35119T)相似性为97.13%;类群II代表菌株HU31与变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola DSM 15968T)相似性为99.71%;类群III代表菌株HU17与蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii ATCC 700476T)相似性为99.86%;类群IV代表菌株HU13与黄黄色杆菌(Xanthobacter flavus ATCC 35867T)相似性为100%;类群V代表菌株CM05与越南伯克霍尔德菌(Burkholderia vietnamiensis LMG 10929T)相似性为99.86%。药用野生稻内生固氮菌资源具有遗传多样性;有些菌株有较强的产生长素、产铁载体、ACC脱氨酶活性和溶磷能力,在农业生产上具有一定的应用潜力;类群I可能是一个新类群。     

植物内生固氮菌系统发育进化新进展

在植物内生固氮菌系统发育进化关系研究中,常用的方法有形态学与蛋白质水平法、数值分类和自动化鉴定法、化学分类法、分子遗传学方法等。本文简要介绍了常用方法的关键技术,并归纳了它们的优缺点。生物学的研究进入基因组时代后,随着高通量DNA测序技术在微生物学领域应用的迅速发展,全基因组测序被应用到微生物系统发育进化研究中,然而目前并未发现对已测全基因组序列的植物内生固氮菌进行系统总结。本文在对已测序植物内生固氮菌进行归纳的基础上,又详细研究了基于基因组数据的几种具有代表性的新方法(ANI分析法、最大唯一匹配指数法、核心基因组分析、组分矢量法、基因流动性分析),并结合目前系统发育进化研究常用方法,对植物内生固氮菌系统发育进化研究趋势进行总结和展望,旨在使植物内生固氮菌的系统发育进化关系研究在精确度、可靠性等方面有所突破。     

典型生境巨菌草根内生固氮菌的群落多样性

【目的】探究不同生境巨菌草内生固氮菌群落组成多样性及其分异规律。【方法】采用高通量测序固氮酶nif H标靶基因方法,研究了我国6个典型地区的巨菌草内生固氮菌群,包括福建闽侯县、新疆墨玉县、内蒙古阿拉善左旗、青海贵德县、甘肃安定区、海南那大镇,结合地理气候因子统计,分析了固氮菌多样性的环境驱动机制。【结果】共获得64122条nif H基因的有效序列,640个OTUs,归属于6个门、10个纲、17个目、24个科、33个属和39个种。不同地区巨菌草中优势内生固氮菌群的种类和丰度存在较大的差异。在门水平上,福州闽侯县、甘肃安定区、新疆墨玉县、内蒙古阿拉善左旗和青海贵德县5个地区的优势菌门均为变形菌门,海南那大镇的优势菌门为变形菌门和蓝藻菌门;属水平上,不同地区巨菌草最优势内生固氮菌类群分别为:福州闽侯县(变形菌门中未定属,80.56%);新疆墨玉县(变形菌门中未定属,33.14%);内蒙古阿拉善左旗(变形菌门中未定属,76.23%);甘肃安定区(α-变形菌纲中的未定属,53.78%);海南那大镇(变形菌门中未定属,38.37%);青海贵德县(变形菌门中未定属,46.12%)。Alpha多样性和Beta多样性分析表明,不同地区巨菌草内生固氮菌群落的多样性存在较大的差异,海南那大镇样本中巨菌草各类内生固氮菌群的多样性及丰富度最高,福建闽侯县样本中巨菌草各类内生固氮菌群的多样性及丰富度最低。典范对应分析(CCA)结果表明,年均降雨量和年均气温是影响巨菌草内生固氮菌群变化的主要因素,其次是土壤有机质、土壤全氮和土壤p H。【结论】不同地区巨菌草内生固氮菌群落的组成及丰度存在着较大的差异,海南那大镇巨菌草内生固氮菌群的种类及相对丰度较高,本研究可为巨菌草内生固氮菌群的资源开发及其固氮微生物肥料的菌种选育和生产应用提供理论支持。     

海南新村湾泰来草内生细菌与内生固氮菌的多样性与群落结构研究

内生菌对宿主植物的生长、发育、健康状态具有重要影响。通过构建克隆文库解析泰来草不同营养器官中内生细菌、内生固氮菌的群落组成和结构。从表面消毒的不同泰来草组织中提取DNA, 基于16S rRNA和固氮基因nifH分别构建克隆文库, 分析泰来草不同营养器官内生细菌和内生固氮菌的群落结构特征。新村湾泰来草共获得内生细菌分类单元(Operational Taxonomic Units, OTUs) 162个, 根、地下匍匐茎、叶分别含有72、45、52个OTUs, 其中α-变形杆菌和γ-变形杆菌是优势类群, 其相对丰度分别约为48.34%—62.72%和8.41%—33.21%。内生固氮菌OTUs 90个, 根、地下匍匐茎、叶的OTUs数分别为59、19、27个, α-变形杆菌是优势类群, 在根、地下匍匐茎和叶中所占的比例分别约为47.73%、48.99%和67.65%。泰来草不同组织部位内生细菌和内生固氮菌具有丰富的多样性, 但是各个组织部位的优势菌存在差异, 其中, 根的内生细菌群落丰富度最高, 叶的多样性最高; 内生固氮菌群落的丰度和多样性最高的是根。另外, 层级聚类分析和非度量多维尺度分析结果显示, 泰来草根、地下匍匐茎和叶片三者的内生细菌、内生固氮菌群落结构均具有显著差异(R = 1, P ≤ 0.01。本初步研究成果可为挖掘海草功能微生物提供新的视野, 进一步将其应用于海草床的生态修复中。     

甘草来源内生真菌多样性和抗菌活性研究

甘草作为使用广泛的根茎入药中药材,其自身复杂的微环境蕴藏了丰富的微生物资源,是未被充分发掘的新结构、新机制抗菌活性天然产物资源库.本文主要聚焦内蒙、甘肃和宁夏甘草中内生真菌,经过表观形态学特征分析,结合ITS-rDNA共获得134株真菌,其归属于16个属,显示出较好的真菌群落多样性,同时还发现青霉和曲霉属为各地甘草内生...     

两种盐生植物内生真菌多样性及其功能预测

【背景】植物内生菌是微生物群落中一类非常重要的组成部分,是重要的微生物资源库,在植物促生、抗逆等多个领域有重要的研究和应用价值。【目的】进一步了解干旱荒漠区盐生植物内生真菌的多样性、群落结构和潜在功能特征。【方法】对生长在乌兹别克斯坦西咸海岸边的两种盐生植物毛足假木贼(Anabasis eriopoda abbreviated as AE)和展枝假木贼(A. truncata abbreviated as AT)的内生真菌群落进行扩增子测序分析。【结果】共获得166个ampliconsequencingvariants(ASVs),涉及4门49属,其中Neocamarosporium、Botryosphaeria和Alternaria及其所属高级分类单元是优势类群。多样性和群落组成分析显示两种盐生植物的内生真菌存在较为明显的差异,并包含一些潜在的新分类单元。基于PICRUSt2和FUNGuild的功能预测结果表明这两种盐生植物内生真菌的潜在功能和营养方式多样且表现出宿主差异性。【结论】盐生植物内生真菌具有较高的多样性和潜在的资源价值,有待进一步挖掘和研究。     

入侵植物欧洲千里光内生固氮菌和溶磷菌多样性

【背景】菊科(Asteraceae)外来入侵植物欧洲千里光(Senecio vulgaris L.)来源于欧洲,广泛分布于我国西南和东北地区,在湖北高海拔山区也有分布。在入侵过程中,内生细菌可能在其获取氮磷营养方面起到了一些关键性作用。【目的】探究欧洲千里光内生固氮菌和溶磷菌的多样性和功能,为理解其入侵机制及防治提供参考。【方法】选择来自6个不同种群的种子,萌发后转移到花盆生长6-8周,并从每个种群中各挑选9株生长情况良好的植株,对其叶片和根组织表面进行消毒处理。使用基于nifH基因(固氮功能基因)的高通量测序方法对植物的固氮微生物群落结构和多样性进行研究。通过涂布平板法和平板划线法,在固体无氮培养基(Ashby)和无机磷培养基(inorganic phosphate, NBRIP)上对植物内生菌进行分离、纯化,对纯化的固氮菌株和溶磷菌株进行16S rRNA基因测序。采用钼锑抗比色法分析纯化溶磷菌株的溶磷能力。【结果】基于nifH基因的内生菌高通量测序结果表明,欧洲千里光叶样本中固氮菌多样性显著高于根样本;固氮菌群落中丰度最高的属是慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium,30.9%...     

植物叶际固氮菌研究进展

固氮菌广泛存在于植物叶际,能固定空气中的氮气,满足自身或植物的部分氮素需求。基于纯种分离和培养的传统生物学方法已经研究了部分叶际固氮菌的特性,但对叶际固氮菌的物种组成、群落结构及生态功能等方面的认识还非常有限。随着分子生物学技术的发展、微生物分子生态学研究方法的逐步成熟,人们对叶际微生物的多样性和生态功能的研究越来越深入。叶际固氮菌具有丰富的多样性,温度、湿度、光照等环境因素及植物种类和微生物互作均会影响叶际固氮菌的组成。不同于根际固氮菌,叶际固氮菌具有非专一性,且不易受化肥的影响,其在农业生产上已经表现出潜在的应用价值。为此,本文综述了农作物、森林、海域生态系统中叶际固氮菌的群落结构组成及生态功能,以及外界因素对叶际固氮系统的影响。     

新疆特殊环境微生物资源的研究与发展

新疆特殊环境微生物资源丰富、代谢类型多样。目前,已发现了放线菌新属2个,放线菌新种24个,根瘤菌新属1个,嗜盐古生菌2个,食用真菌195种,药用真菌97种。通过对新疆特殊环境微生物资源的分析,论述了新疆特殊环境微生物资源研发对策,明确了重点研发领域为新疆特殊环境极端环境微生物研究、新疆特色药用真菌研究和新疆维吾尔医药用植物内生菌的研究,同时建立新疆特殊环境微生物资源库及功能基因库和生物信息系统,从而实现新疆特殊环境微生物资源最大限度的开发、保护及持续利用。     

高秆野生稻内生固氮细菌多样性

高秆野生稻(Oryza alta)是一种重要的种质资源, 其组织内也蕴藏着非常宝贵的功能微生物资源。本实验采用无氮培养基, 从高秆野生稻中分离到43株内生固氮菌, 结合乙炔还原法测定其固氮酶活性。经固氮酶基因(nifH)的PCR扩增检测, 43株内生固氮菌代表菌株均能扩增出固氮酶基因片段。利用IS-PCR DNA指纹图谱和SDS-PAGE全细胞蛋白电泳图谱将获得的菌株聚类为6个类群(I、II、III、IV、V、VI)。对各个类群的代表菌株(ZF3, ZF8, ZF13, ZF15, ZF24, ZF43)进行16S rRNA基因序列测定, 结果表明, 类群I属于土生拉乌尔菌(Raoultella terrigena), 类群II属于类肺炎克雷伯氏菌类肺炎亚种(Klebsiella quasipnmoniae subsp. quasipneumoniae), 类群III属于越南伯克氏菌(Burkholderia vietnamiensis), 类群IV的菌株代表肠秆菌属的一个类群(Enterobacter sp.), 类群V的菌株属于门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina), 类群VI归属于固氮植物菌(Phytobacter diazotrophicus)。Biolog聚类结果与IS-PCR指纹图谱类型及SDS-PAGE全细胞蛋白聚类结果一致。Biolog板测定结果显示, 来自不同类群的代表菌株对碳源的利用差异显著, 说明野生稻内多样的内生固氮菌从环境中获取碳源和氮素的适应能力较强。     

植物内生固氮菌在绿色农业生产建设中的应用

化学氮肥在解决人类温饱问题中起了极为重要的作用,但近年发现过量施用化肥有较大的负面影响.植物内生固氮菌是近年发现的一类非豆科植物中的高效固氮微生物,这一新型固氮系统为新型绿色农业生产建设提供了一种新的生物固氮途径.本研究综述了化学氮肥在农业生产建设中的危害、生物固氮作用、植物内生同氮菌及其固氮机制、植物内生固氮菌在绿色农业生产建设中的应用,并对应用植物内生固氮菌的可能性和意义,以及需要注意的问题作了一些探讨.     

泓森槐可培养内生固氮细菌多样性与潜在促生长特性评价

【背景】泓森槐为豆科刺槐属的速生型落叶乔木,生长快,营养需求多。目前对于泓森槐内生固氮细菌的研究鲜有报道。【目的】研究泓森槐可培养内生固氮细菌的多样性及潜在促生长特性。【方法】从表面消毒的泓森槐根、茎、叶及根瘤中进行内生固氮细菌的分离纯化,采用IS-PCR指纹图谱技术将分离得到的菌株进行聚类,对各类群代表菌株进行16SrRNA基因系统发育分析、生理生化试验、固氮酶活性测定、促生长特性试验。【结果】从泓森槐中分离出56株细菌,聚为10个类群,分别为Paenibacillus sabinae、Klebsiella michiganensis、Kosakonia radicincitans、Kosakonia pseudosacchari、Mesorhizobium erdmanii、Mesorhizobium huakuii、Mesorhizobium silamurunense、Pseudomonas geniculata、Burkholderia territorii和Devosia riboflavina,其中5个类群为联合固氮菌、3个类群为共生固氮菌、2个类群为非固氮菌,表明泓森槐组织内生固氮细菌具有丰富的多样性。促生特性试验表明7个类群具溶磷能力、6个类群具解钾能力、6个类群具有产生长素能力、6个类群具产铁载体能力、2个类群具有产蛋白酶能力。【结论】泓森槐组织内生固氮细菌具有遗传多样性与促生长特性,其在农业微生物菌肥开发利用方面具有潜在价值。     

植物内生菌生物抗菌活性物质研究进展

植物内生菌作为一种新型的微生物资源,分离和确定其代谢产物是一条寻找新型天然活性物质的重要途径。目前为止,许多研究者从不同的植物内生菌中分离到大量具有抗菌活性的新化合物,这些新的化合物被认为是解决日益严重的微生物多重耐药性的希望之一。本文从植物内生菌的多样性、抗菌活性物质多样性及国内内生菌研究进展等多个角度概述了当前有关植物内生菌研究的主要成果和最新进展,以期为植物内生菌相关研究提供借鉴。     

广西药用野生稻内生细菌多样性及促生作用

以广西药用野生稻为材料,采用两种选择性的无氮培养基进行内生细菌的分离,应用IS-PCR指纹图谱方法对所分离到的内生细菌进行聚类分析。选取每个类群的代表菌株进行16S rRNA基因序列测定及生理生化鉴定,通过菌株接种水稻对所分离的内生固氮菌进行促生作用的分析。结果表明,从药用野生稻中分离纯化69株内生细菌,其中有26株内生固氮菌,其固氮酶活性在0.60~46.71μmol C2H4·m L-1·h-1。通过IS-PCR指纹图谱分析将所有供试菌株聚为11个类群及1个单菌株。16S rRNA基因序列分析及生理生化鉴定表明,所分离的内生固氮菌属于艾德昂菌属(Ideonella spp.)、阿氏肠杆菌(Enterobacter asburiae)及固氮螺菌(Azospirillum largimobile),植物内生细菌有短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、大田根瘤菌(Rhizobium daejeonense)、沙芬西芽孢杆菌(Bacillus safensis)、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis)、过氧微杆菌(Microbacterium paraoxydans)、类芽孢杆菌(Paenibacillus barcinonensis)及粘质沙雷菌(Serratia marcescens)等,表明广西药用野生稻内生细菌具有多样性。各内生细菌的代表菌株均具有溶磷解钾能力,其中yy34具有很强的溶磷能力,yy19、yy26及yy29具有较强的解钾能力。此外,yy05、yy16、yy19、yy25、yy29、yy34及yy49共7株菌能分泌生长素。将各内生固氮菌的代表菌株接种水稻后对水稻有着明显的促生作用,其中叶长增加了23.0%~45.2%,根长增加了19.8%~36.2%,分蘖数增加了59.9%~119.8%,全株鲜重增加了101.4%~257.0%,全株干重增加了68.4%~101.7%,根重增加了122.2%~188.9%。     

植物内生菌研究进展

内生菌由于生长于植物体内且不引起植物病害所以不易被发现,它是一类具有高实用价值的植物内生微生物。经过人们的不断研究,越来越多的植物内生菌被发现,其活性代谢产物的优势也得到了更多研究者的认可。综述了国内外有关植物内生菌研究的主要成果和进展,并从植物内生菌的发现、研究历史、多样性、生理生化特性以及植物内生菌与宿主植物间的作用关系等多个层次进行了概述,以期为植物内生菌相关研究提供参考。     

植物内生固氮菌

植物内生固氮菌的发现和研究显现了一个新的固氮系统,深化了根际联合共生固氮的研究。文章综述了10年来植物内生固氮菌的研究进展,并探讨了内生固氮菌进入植物体内的方式和行使固氮功能的可能性。     

源于甘草内生菌的甘草酸合成相关功能基因的宏基因组挖掘*

目的：甘草作为一种传统中药被广泛使用。甘草酸是甘草中的主要活性成分,为五环三萜类化合物,具有抗炎、抗病毒、肝保护等多种药理作用,而且近两年已被用于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的临床治疗。随着代谢工程与合成生物学技术的发展,人们逐渐实现了甘草酸及其前体物的微生物合成。但由于植物基因与微生物底盘不适配等原因,已报道的生物合成法产量较低。近些年,研究者发现植物内生菌拥有丰富的功能特性,可作为植物活性产物合成的潜在资源,在代谢工程领域,具有重要的研究价值及巨大的市场应用前景。因此,拟对甘草内生菌群落进行深入研究,挖掘可用于甘草酸合成的微生物源功能基因。方法：从新疆塔城市额敏县采集了三年生乌拉尔甘草的主根样品,进行了内生菌群落的宏基因组测序,对数据进行了内生菌的群落结构及功能基因多样性分析,并通过功能基因注释与系统发育树分析,挖掘了可能参与甘草酸合成代谢的功能基因。结果：通过对群落结构进行丰度分析,发现甘草根部样品中的优势内生菌菌种为反硝化类固醇杆菌(Steroidobacter denitrificans)、苯丙酸杆菌(Phenylobacterium zucineum)、未分类苯基杆菌(unclassified Phenylobacterium)、苯基杆菌(Phenylobacterium sp.)等;通过COG数据库、KEGG数据库和CAZy数据库对其功能基因进行注释,发现在甘草内生菌中含有123个细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)及520个UDP-糖基转移酶(UGT)编码基因。结论：首次利用宏基因组测序与分析方法来了解乌拉尔甘草内生菌群落结构与功能基因组成,并证明了甘草内生群落中含有丰富的细胞色素P450及UGT编码基因,为后续全面、深入研究甘草内生菌的生物学功能,以及它们如何转变为甘草酸生物合成资源,奠定了理论基础。     

植物内生固氮菌及其固氮机理研究进展

氮素是植物生长必不可少的元素,植物内生固氮菌不仅能够在植物体内产生氮素以供植物利用,而且在自然界氮素循环过程中发挥积极作用,对农业可持续发展具有重要意义。近年来,植物内生固氮菌逐渐成为研究热点。由植物内生固氮菌的发现、作物共生、侵入途径、固氮机理、促生作用机制等方面系统地综述了植物内生固氮菌的研究进展,探讨了植物内生固氮菌新的研究思路以及一些尚未解决的问题,以期为植物内生固氮菌及生物固氮研究提供参考。     

国家自然科学基金委员会生命科学部2004年度资助自由申请科学基金项目一览表

项　目　名　称申请者姓名单　位　名　称1　微生物学学科 (104项)粘细菌的种属分子分类及菌株分子鉴别技术吴志红山东大学野生稻内生固氮菌系统发育及分子遗传研究谭志远华南农业大学中国鸡皮衣科地衣分类学研究赵遵田山东师范大学拟盘多毛孢属及邻近属分子系统学研究徐　同浙江大学酵母菌种间和种内染色体和rRNA等基因序列的变异性或保守性白逢彦中国科学院微生物研究所　分析青藏高原丛枝菌根真菌分类研究郭良栋中国科学院微生物研究所中国三个生物多样性关键地区大型地衣区系比较研究郭守玉中国科学院微生物研究所口蘑科系统发育研究…