基于非培养和培养的方法比较花生根瘤菌遗传多样性

摘要:【目的】比较非培养和培养方法揭示的花生根瘤菌遗传多样性差异,以期建立慢生根瘤菌快速检测占瘤率技术。【方法】采用经典分离培养技术获得花生根瘤菌和非培养方法直接从根瘤中收获类菌体分别提取DNA后,比较分析BOX-PCR指纹图谱,根据多样性指数评价基于非培养和培养方法的BOX-PCR指纹图谱技术揭示花生根瘤菌遗传多样性的差异。【结果】基于非培养方法检测的花生根瘤类菌体为81.8%,获得85种遗传群;基于培养方法分离花生根瘤菌菌株为72.7%,获得71种遗传群;两种方法共同检测到17种 BOX-PCR遗传图谱相一致。根据多样性指数基于非培养方法反映不同地区花生根瘤菌遗传多样性结果较一致,基于培养方法反映各地区的花生根瘤菌遗传多样性结果存在明显差异。【结论】基于非培养方法检测根瘤类菌体的遗传多样性,能够更快速、真实反映不同土壤花生根瘤中的优势遗传群,快速地统计根瘤菌菌株占瘤率;与培养方法相结合有利于获得花生根瘤菌竞争结瘤能力强的土著菌株,从而为筛选高效根瘤菌菌株奠定基础。     

用AFLP技术检测慢生型花生根瘤茵竞争结瘤的研究

以5株慢生型花生根瘤菌和天府3号花生为材料,用AFLP技术研究了慢生型花生根瘤菌Spr2—9、Spr3—3、Spr3—5、Spr4—5和Spr7—1的遗传特性和竞争结瘤能力。结果显示,供试条件下,传代次数对菌株的遗传性状无明显影响,28C培养条件下,花生根瘤菌连续传96代,其AFLP指纹未发生明显变化;37C培养,仅Spr3—3和Spr3—5能够存活并正常生长,其AFLP指纹也未发生明显改变,然而其它菌株不能生长。将供试慢生型花生根瘤菌分别接种天府3号花生。光照培养30d后,随机各取4个根瘤,从根瘤中提取类菌体DNA进行AFLP分析,各根瘤类菌体DNA的AFLP指纹图谱与该菌株纯培养物AFLP指纹相同。将5个菌株混合接种天府3号花生,不同菌株的占瘤率存在差异,Spr3—3和Spr3—5的竞争结瘤能力最强,两菌株的占瘤率之和为85．4％;Spr4—5的占瘤率为12．2％;Spr7—1为2．4％;而Spr2—9的竞争结瘤能力最差。本试验结果说明,AFLP技术用于根瘤菌生态和竞争结瘤能力研究,具有下列优点：简易、快速、准确;直接取豆科植物的根瘤提取DNA,进行原位研究;在不改变菌株遗传特性,即不使用突变株的前提下,可以直接测定已知菌株的竞争结瘤能力。     

用AFLP技术检测慢生型花生根瘤菌竞争结瘤的研究

以 5株慢生型花生根瘤菌和天府 3号花生为材料 ,用 AFLP技术研究了慢生型花生根瘤菌 Spr2 - 9、Spr3- 3、Spr3- 5、Spr4- 5和 Spr7- 1的遗传特性和竞争结瘤能力。结果显示 ,供试条件下 ,传代次数对菌株的遗传性状无明显影响 ,2 8℃培养条件下 ,花生根瘤菌连续传 96代 ,其 AFLP指纹未发生明显变化 ;37℃培养 ,仅 Spr3- 3和 Spr3- 5能够存活并正常生长 ,其 AFLP指纹也未发生明显改变 ,然而其它菌株不能生长。将供试慢生型花生根瘤菌分别接种天府 3号花生 ,光照培养 30 d后 ,随机各取 4个根瘤 ,从根瘤中提取类菌体 DNA进行 AFLP分析 ,各根瘤类菌体 DNA的 AFLP指纹图谱与该菌株纯培养物 AFLP指纹相同。将 5个菌株混合接种天府 3号花生 ,不同菌株的占瘤率存在差异 ,Spr3- 3和 Spr3- 5的竞争结瘤能力最强 ,两菌株的占瘤率之和为 85.4% ;Spr4- 5的占瘤率为 1 2 .2 % ;Spr7- 1为 2 .4% ;而 Spr2 - 9的竞争结瘤能力最差。本试验结果说明 ,AFLP技术用于根瘤菌生态和竞争结瘤能力研究 ,具有下列优点 :简易、快速、准确 ;直接取豆科植物的根瘤提取 DNA,进行原位研究 ;在不改变菌株遗传特性 ,即不使用突变株的前提下 ,可以直接测定已知菌株的竞争结瘤能力     

快生型大豆根瘤菌在寄主细胞内的分化及存活性

在无菌条件下,用快生型大豆根瘤菌ZA₁、ZA₁:接种栽培大豆,从根系现瘤初期,中期,直至成熟期,发现由快生型大豆根瘤菌形成的根瘤含菌组织中,菌体形态分化不明显,随着瘤龄增长到一定时期,菌体的直径由0.5μm增至0.9μm,繁殖率亦随瘤龄的增长而增长。     

豇豆根瘤菌NGR234和紫云英根瘤菌109感染紫云英的比较研究

利用光学和电子显微镜对紫云英根瘤菌菌株109和广宿主的快生型根瘤菌菌株NGR234感染温带型豆科植物紫云英进行了研究,结果表明根瘤菌感染紫云英是通过在根毛中形成侵染线的途径。电子显微镜研究揭示了固氮根瘤中细胞内侵染线的存在。接种二天后,首先可观察到根毛的卷曲或分枝。接种四至五天后,在每株植物卷曲的根毛中可看到侵染线。接种八至十天后的植株出现肉眼可见的根瘤。菌株NGR234能够在紫云英上诱导根毛的卷曲,侵染线和根瘤的形成,但所形成的根瘤却未能固氮,根瘤中无明显的类菌体区,但有少数包有细菌的侵染线。NGR234抗抗菌素的衍生菌均未能使紫云英结瘤。将NGR234的共生质粒转移至三叶草、苜蓿、豌豆、快生型大豆根瘤菌和农杆菌,亦未能使这些细菌获得紫云英上结瘤的能力。     

超慢生型大豆根瘤菌的生理生化和共生特性的研究

超慢生型大豆根瘤菌(ESG,extra—slow-gfowing soybean rhizobium)是不同于大豆另两类共生体——慢生型大豆根瘤菌(Bradyhizobium,japonicum)和快生型大豆根瘤菌(Sin-orhizobium fredii)的新类群。它们在生长速率和生理学特性等方面均表现出较大的差异。根瘤类菌体的扫描结果表明,ESG的类菌体形态为杆状,与另外两群相近,但发现有“Y”形类菌体。ESG利用碳源范围较窄,抗生素自然耐受性比慢生型低,在柠檬酸盐培养基上不生长;代时超长,已测定的7个菌株代时为23．3-41．9h。细胞成分N,c分析结果表明,ESG在三个类群中N含量最高,C含量最低。温室盆栽试验证明ESG中大部分菌株的固氮酶活性和植株含氮量与生产用菌株相当。ESG菌株可以在绿豆上结瘤并有固氮酶活性。     

花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6 Ⅲ型分泌系统的结构和功能

【目的】探究花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6的Ⅲ型分泌系统(T3SS)的结构及其在根瘤菌与不同宿主建立共生关系中的作用。【方法】同源比对分析菌株MM6的T3SS基因簇的结构特征,并采用三亲本接合转移的方法构建T3SS调节基因ttsI突变菌株;通过蛭石结瘤和石蜡切片实验,比较突变体与野生型的共生固氮表型差异。【结果】经预测,MM6的T3SS基因簇编码区长约34.1 kb,可分为3个区域,包含10个保守结构基因和8个效应蛋白基因,与B.diazoefficiens USDA110相应基因的序列相似性为83%–93%;成功构建了MM6的ttsI突变株;ttsI突变株与野生型分别与花生(S523和Y45)、野大豆和大豆中黄57结瘤,ttsI突变体在花生中的总瘤数显著增加(P<0.05),根瘤中含菌细胞更多;ttsI突变体在野大豆中平均每株植物增加4个根瘤,根瘤中含菌细胞更多,地上部干重相比野生型MM6显著增加(P<0.05);在大豆中黄57中,野生型MM6能形成红色的有效根瘤,ttsI突变体不结瘤,且植株叶片发黄,地上部干重相比野生型MM6显著降低(P<0.05)。【结论】MM6的T3SS在花生和野大豆共生体系中起着有害的作用,而在大豆中黄57的共生体系中起着有利的作用。     

花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6 Ⅲ型分泌系统的结构和功能

【目的】探究花生根瘤菌Bradyrhizobium sp. MM6的Ⅲ型分泌系统(T3SS)的结构及其在根瘤菌与不同宿主建立共生关系中的作用。【方法】同源比对分析菌株MM6的T3SS基因簇的结构特征,并采用三亲本接合转移的方法构建T3SS调节基因ttsI突变菌株;通过蛭石结瘤和石蜡切片实验,比较突变体与野生型的共生固氮表型差异。【结果】经预测,MM6的T3SS基因簇编码区长约34.1 kb,可分为3个区域,包含10个保守结构基因和8个效应蛋白基因,与B. diazoefficiens USDA110相应基因的序列相似性为83%–93%;成功构建了MM6的ttsI突变株;ttsI突变株与野生型分别与花生(S523和Y45)、野大豆和大豆中黄57结瘤,ttsI突变体在花生中的总瘤数显著增加(P0.05),根瘤中含菌细胞更多;ttsI突变体在野大豆中平均每株植物增加4个根瘤,根瘤中含菌细胞更多,地上部干重相比野生型MM6显著增加(P0.05);在大豆中黄57中,野生型MM6能形成红色的有效根瘤,ttsI突变体不结瘤,且植株叶片发黄,地上部干重相比野生型MM6显著降低(P0.05)。【结论】MM6的T3SS在花生和野大豆共生体系中起着有害的作用,而在大豆中黄57的共生体系中起着有利的作用。     

2,4-D诱发小麦根瘤及引导根瘤菌进入小麦根瘤细胞的研究

本文通过水培和砂培的冬小麦(丰抗8号),研究用2,4-D处理并接种慢生型大豆根瘤菌61A76(Bradyrhizobium japonicum 61A76)和快生型沙打旺根瘤菌16(Rhitobium sp. astrugllus16),诱发小麦形成含菌根瘤的可能性。结果表明2,4-D可诱发小麦根系产生瘤状结构,此瘤状结构起始于根中柱鞘,2,4-D刺激小麦根瘤细胞的DNA合成,根瘤细胞的核及DNA含量约为正常根部的二倍,2,4-D能引导上述两种根瘤菌进入小麦根瘤细胞并大量繁殖,进入根瘤细咆的根瘤菌其形态有些变化,内含聚β—羟丁酸颗粒,有些菌体被膜囊包围。从接种大豆根瘤菌的小麦根瘤内分离出一株根瘤菌,经镜检、血清学及回接大豆试验证明为原接种的大豆根瘤菌株。     

花生根瘤菌的抗逆性初步研究*

对３９株花生根瘤菌（其中６株为引进菌株）和９株参比菌株进行干旱、ＮａＣｌ、ｐＨ及低温的耐受性实验。结果表明我国花生根瘤菌资源中存在着耐盐、酸较强的菌株,且耐受性水平差异较大;在８℃条件下供试菌株未见生长;花生根瘤菌有着比大豆根瘤菌更强的抗干旱能力,抗干旱能力同耐盐能力之间没有明显的关系。另外,菌株的抗逆性同共生特性、分离地之间也未见有明显的关系。     

紫云英根瘤菌胞外多糖缺失变种及其结瘤性状的变化

根据紫云英根瘤菌在寄主豆科植物紫云英上的结瘤能力,经转座子Tn5诱变获得的18株Exo~-变种可分为4种结瘤类群(A-D):A类变种诱导植物产生小的瘤状突起,不具固氮能力;B类变种形成无效根瘤;C类变种产生固氮效率降低的根瘤;D类变种丧失了结瘤能力。电镜分析显示:无效瘤和瘤状突起中不存在类菌体区,根瘤细胞均为不含细菌的空细胞,侵染线不能穿透到根瘤细胞中。说明紫云英根瘤菌胞外多糖很可能参与有效根瘤的形成。     

重组质粒pHN32对花生根瘤菌固氮的影响

通过三亲本杂交将大豆根瘤菌高效基因工程菌株HN32所携带的增效重组质粒pHN32引入一株快生型花生根瘤菌菌株85-7和另一株慢生型花生根瘤菌菌株co2-5中。花生盆栽结瘤试验结果统计分析表明:p的HN32载体质粒pLAFR1对根瘤菌85-7和co2-5的固氮功能没有影响;pHN32对85-7固氮影响不论在植株干重方面还是在固氮酶活方面统计学上都不显著;而对co2-5则植株干重提高了25.7％,存在极显著差异,固氮酶活尽管提高了51.8％,但统计学上不显著。根瘤中分离的Tc~r根瘤co2-5(pHN32)中的pHN32EcoR1酶切分析表明:pHN32没有发生结构上的变化且固氮增强作用可能由3.7kb外源片段引起。     

用ESR方法研究大豆根瘤细胞和类菌体对环境的敏感性

用ＥＳＲ波谱方法研究了完整大豆根瘤里的根瘤细胞及根瘤细胞中的类菌体对环境的敏感性,分别比较了三种不同类型（快生,慢生,超慢生）的根瘤菌侵染所结的根瘤,测量了不同的发育时期和不同氧化时间ＥＳＲ波谱的变化,观察到根瘤细胞及根瘤内类菌体的豆血红蛋白和钼铁蛋白的ＥＳＲ波谱由氧化而产生的改变,表明了大豆根瘤细胞和根瘤内类苗体所处的状态以及对环境敏感性的不同。     

玉米/花生混作改善花生铁营养对花生根瘤碳氮代谢及固氮的影响

研究了石灰性土壤上玉米 (Zea mays L.) /花生 (Arachishypogaea L.)混作改善花生铁营养对花生光合速率、光合产物的运输、花生各部位糖类含量、固氮酶活性以及根瘤内碳氮代谢及其有关酶活性的影响。结果表明 ,玉米 /花生混作改善花生铁营养能够明显增强固氮酶活性 ,进而增加了间作花生根瘤氨基酸的含量 ,这主要是由于玉米 /花生混作改善花生铁营养促进了花生光合作用 ,提高光合产物数量 ,增加光合产物由地上部向地下部的运输 ,但是处理间花生根瘤蔗糖和可溶性糖含量变化不大 ,单作花生根瘤还积累较多淀粉 ,说明不是光合产物的供应导致了花生固氮活性的差异。玉米 /花生混作对花生根瘤碳水化合物代谢水平影响较大 ,混作花生根瘤异柠檬酸脱氢酶 (IDH)、苹果酸脱氢酶 (MDH)、琥珀酸脱氢酶活性明显高于单作 ,而磷酸烯醇丙酮酸羧激 (PEPCK)活性低于单作花生 ,表明混作花生根瘤内三羧酸循环代谢水平较高 ,形成类菌体直接吸收利用的能量物质苹果酸和琥珀酸多 ,能够满足类菌体的固氮需求 ,因此 ,玉米 /花生混作改善花生铁营养增强根瘤碳水化合物代谢水平是提高花生固氮作用的重要原因之一     

花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MZ5 Ⅲ型分泌系统调节基因ttsI突变体的功能分析

【目的】探究慢生型花生根瘤菌Ⅲ型分泌系统在花生-根瘤菌互作的功能。【方法】本研究采用同源重组和三亲本接合转移的方法,构建Bradyrhizobium sp. MZ5的Ⅲ型分泌系统调节基因ttsI突变体;荧光定量PCR检测添加大豆苷元(Daidzein)和染料木黄酮(Genistein)诱导物后野生型和突变株转录水平上ttsI的表达量变化及其差异;蛭石结瘤实验分析ttsI基因突变对花生结瘤能力的影响。【结果】在转录水平上,大豆苷元和染料木黄酮对MZ5的Ⅲ型分泌系统调节基因ttsI的表达具有显著的抑制作用(P0.05)。在MZ5△ttsI突变体中ttsI基因的表达量都明显下调,与野生型菌株的相比都达到极显著水平(P0.001)。蛭石结瘤实验表明,与野生型菌株相比,MZ5△ttsI突变体在不同花生品种的结瘤数和地上部干重都显著性降低。根瘤石蜡切片表明,MZ5△ttsI突变体在根瘤内的含菌量少于野生型菌株。【结论】Bradyrhizobium sp. MZ5菌株中的Ⅲ型分泌系统在花生-根瘤菌互作中对结瘤有积极的促进作用。     

两株大豆根瘤菌在结瘤过程中的相互影响

本文报道了大豆根瘤菌菌株PRc005和CB1809在大豆“矮脚早”品种上的竞争结瘤能力。在灯光栽培室进行了大豆砂培盆栽试验,考察了大豆根瘤数、根瘤千重和地上部植株千重。用免疫荧光抗体检测了两个菌株的占瘤率。试验结果表明,菌株cB1809的竞争结瘤能力显著地比菌株PRC005差,后者占有绝对的竞争结瘤优势。但是,菌株cB1809在大豆根际的出现,使菌株PRC005的结瘤数和根瘤干重显著下降。菌株CB1809较高的根际菌数并没有显著地提高该菌的占瘤率。试验结果反映了菌株CB1809不适合大豆“矮脚早”品种的结瘤。     

光敏生物素标记总DNA探针对大豆根瘤菌的检测

以光敏生物素标记慢生型大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)USDA110总DNA作为探针,与快生型大豆根瘤菌杂交时,没有杂交斑点形成,而与慢生型大豆根瘤菌中的部分菌株能形成杂交斑点,表明该探针具有种和部分菌株特异性,用该探针与压碎的根瘤汁液进行DNA杂交,检测USDA110在不灭菌的盆栽土壤中的竞争结瘤能力,发现USDA110在大豆不同生育期的占瘤率为70%～90%。     

花生慢生根瘤菌的分离与鉴定

目的:从野生花生的新鲜根瘤中分离纯化花生慢生根瘤菌。方法:将野生型花生的新鲜根瘤灭菌后捣碎制成悬浮液,通过稀释涂布、划线和贴片三种方法,在YMA结晶紫和YMA刚果红选择培养基上逐步分离纯化得到单菌落。结果:三种方法均分离得到表面性状一致的单菌落,其中用稀释53~54倍的悬浮液划线分离的效果最好。所得菌株经理化性质和回接试验鉴定为慢生根瘤菌,从而为接着的花生根瘤菌及其结瘤基因的研究提供了基础。     

大豆豆血红蛋白基因的时空特异性表达

豆血红蛋白(Lb)是根瘤菌与豆科植物有效共生的根瘤中的一种组织特异性蛋白。与动物血红蛋白性质相似,Lb调节根瘤中游离O_2的浓度以保护类菌体产生的、易受O_2破坏的固氮酶。豆血红蛋白由植物基因编码。已发现大豆根瘤中有八个Lb组分,四个次要组分是四个主要组分的修饰产物。     

固氮作用

<正>测定了6株从花生.根瘤分离的菌株和另外的可以在花上上结瘤但是从共池寄主植物上分离的3株根瘤菌所产生的胞外多糖的成分。这些菌株二中的3株,在大豆(Glycinemax)上结瘤了并且结合特异性的半乳糖大豆外源凝集素。伍大豆上结瘤的根瘤菌,产生的胞外多