罗汉松根瘤内生细菌的分离和特性

罗汉松Ｐｏｄｏｃａｒｐｕｓｍａｃｒｏｐｈｙｌｌｕｓ(Ｔｈｕｎｂ .)Ｄ .Ｄｏｎ是裸子植物亚门罗汉松科一种 ,在我国主产长江以南各省 ,为用材及园林绿化的优良树种 ,种子和根可入药。关于罗汉松根际微生物的研究 ,梁秀棠[1] 、花晓梅[2 ] 曾报道其根与菌根真菌共生形成外生或内生菌根。国外有学者发现 ,几种其它的罗汉松科植物Ｐ .ｎｕｂｉｇｅｎｕｓ等具有结瘤固氮现象[3～ 6] ,但对其与细菌共生形成根瘤以及根瘤内生细菌的分离鉴定至今国内外尚未见报道。作者在广西的南宁、桂林、扶绥及广东的佛山等地进行野外调查 ,证明罗汉松在自然界…     

根瘤菌共生固氮能力的进化模式

根瘤菌-豆科植物共生固氮体系对农业的可持续性发展至关重要,也是研究原核与真核生物互利共生的模式体系之一。长期以来,根瘤菌共生固氮相关研究主要集中在结瘤因子与固氮酶合成及调控等少数关键基因,但仅获得这些关键基因却不能保证细菌获得结瘤固氮能力。随着比较和功能基因组学的快速发展和应用,越来越多的研究发现根瘤菌使用了很多系统发育分支特异的遗传机制与豆科植物建立有效的共生关系,进一步揭示了双方互利共生的复杂性。本综述总结了近年来比较基因组学、遗传学以及实验进化等方面的相关研究进展,在此基础上讨论根瘤菌共生固氮能力的进化模式。     

根瘤内生细菌

在研究根瘤菌与豆科植物共生关系的过程中,人们发现根瘤中同时定居着许多与根瘤菌不同的内生菌,这些非共生细菌生活在根瘤中,但不引起植物产生明显的病害,为根瘤内生细菌.根瘤内生细菌不仅将植物作为其栖息场所,而且对宿主植物有促生、防病、内生联合固氮等广泛的生物学作用.     

载有苜蓿根瘤菌巨型质粒的豇豆根瘤菌侵染苜蓿根瘟的形态

生物固氮的过程是把大气氮素还原为氨,为植物生长提供有效的氮素营养。在共生固氮过程中,根瘤菌与豆科植物共生有着较为严格的宿主专性关系,如苜蓿根瘤菌只诱导苜蓿植物结瘤固氮,豌豆根瘤菌只诱导豌豆植物结瘤固氮。     

豆科植物—根瘤菌共生固氮的基因调控和转移

豆科植物-根瘤菌共生固氮是由寄主与细菌双方基因共同参与完成的,在相互基因调控中形成特导的结构—根瘤。参与根瘤菌固氮(nif基因)和结瘤(nod基因)的基因已被克隆和分析。     

根瘤菌NOD因子的感知与信号传导

根瘤菌是一类引起豆科植物结瘤固氮的土壤细菌。根瘤中的类菌体固定空气中的氮气为宿主植物提供充足的氮源。共生体系的建立始于细菌与宿主植物间复杂的信号交换过程。植物产生类黄酮诱导相应的根瘤菌合成分泌结瘤因子 ,后者进而诱导宿主植物根系形态变化以及早期根瘤素基因表达。以下将就宿主植物结瘤因子的特异识别和早期信号传导进行讨论。     

氮素调控花生共生结瘤的机制研究进展

氮是花生生长发育所需的大量元素,共生结瘤固氮是花生获取氮素的主要方式之一。花生共生结瘤固氮涉及复杂的调控机理,揭示氮素对根瘤固氮的调控机制对发挥生物固氮潜力具有重要意义。本文系统总结了花生根瘤形成的“裂隙侵染”机制、花生共生结瘤和数量调控的机制以及氮素影响花生结瘤的调控机制。目前,氮素影响慢生根瘤菌与花生互作进而调控结瘤的分子机理尚不清楚,因此未来的研究重点应该集中在氮素影响花生慢生根瘤菌与花生的信号交流、根瘤数调节和营养交换机制等方面,为提高花生结瘤固氮效率和产量、减少化学氮肥施用提供理论基础。     

豆科植物根瘤内生细菌的发现及其研究进展

近年来研究报道显示,某些豆科植物与根瘤菌在形成固氮共生体的同时,其根瘤内还存在多种其他类群的内生细菌,该现象在根瘤菌研究领域越来越引起关注和重视。本文综述了根瘤内生土壤杆菌、非共生根瘤菌、其它细菌的发现、种类及其对共生关系和植物生长的影响等研究进展,同时对该研究方向提出一些初步观点和认识,旨在增加人们对根瘤微生态的了解,拓展根瘤菌研究与应用的视野。     

共生固氮体系中的豆科植物基因

豆科根瘤菌发现的近百年历史以来,共生固氮作用一直受到人们的瞩目。近廿几年来对根痛瘤—豆科植物共生体的研究进展迅速,对共生体中根瘤菌本身的固氮基因(nif)和结瘤基因的编码、定位等有了较深入的了解。然而,共生体系中基因的调控是比较复杂的,环境因素和寄生植物基因对共生固氮的调控也起着重要作用。人们对豆科寄主结瘤和固氮遗传进行了一系列研究,并力图选育高固氮的豆科品种资源。本文仅就豆科植物—根瘤菌共生固氮体系中寄主植物基因及它在共生固氮体系研究中的作用和意义作简要的概述。     

结瘤素及其基因表达

一、前言: 根瘤菌与豆科植物相互作用产生固氮根瘤要经过一系列复杂的过程,这些过程中涉及到许多植物及根瘤菌基因的表达。在根瘤菌方面,除有编码固氮酶的基因以及参与其表达调节的nif、fix基因外,还需要有参与结瘤过程的nod基因及参与细菌胞外。多糖合成的exo基因,这些基因的任何一个发生变异都会影响共生固氮过程。     

紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌多样性及共生差异

【背景】对根瘤菌多样性的研究有助于推进根瘤菌种质资源的利用。【目的】研究紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌的表型和遗传多样性,比较菌株在5个苜蓿品种上的共生效应,验证根瘤菌群体共生效应由苜蓿品种决定的假设。【方法】从甘肃省白银会宁旱作区、兰州安宁灌区、武威凉州灌区3个栽培区域的陇中、清水、WL168HQ、甘农3号、甘农9号等紫花苜蓿品种中分离内生(植株种子、花、叶、茎、根表皮、根中柱和根瘤)和非内生(根际土壤和田间土壤)根瘤菌菌株,通过表型数值分类、 16SrRNA基因限制性片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)、16S rRNA基因测序、持家基因多位点序列分型(Multilocus sequence typing,MLST),以及结瘤基因nodC和固氮基因nifH片段序列测定,研究紫花苜蓿根瘤菌的表型和遗传多样性,并采用主成分分析研究根瘤菌菌株在5个紫花苜蓿品种上的共生效应差异。【结果】共分离得到43株内生根瘤菌和10株非内生根瘤菌,叶片和花中没有分离到根瘤菌菌株。53株根瘤菌以及对照菌株R.GN5和S.12531表型特征数值分类聚为8个群,菌株表型多样性丰富。经16SrRNA-RFLP分析共形成22种RFLP分型组合,基因型Ⅰ分布最广泛(24),其次为基因型Ⅻ(5)、ⅩⅤ(5)和ⅩⅨ(3),其余16株菌各代表1种基因型,菌株遗传多样性丰富。16S rRNA基因测序和MLST分析将所有菌株划分为Rhizobiumradiobacter、R.rosettiformans和Ensifermeliloti。仅从7株E.meliloti代表菌株和对照菌株S.12531中扩增到nodC和nifH基因,说明E.meliloti菌株均能结瘤固氮。E.meliloti菌株G3L3接种甘农3号,LP3、LL1和LL2接种陇中,QL2接种清水,LL1、LL2和WLP2接种WL169HQ苜蓿均能显著促进植株的单株结瘤数、地上干重和粗蛋白含量。E.meliloti菌株接种甘农3号、甘农9号和清水苜蓿品种后所有参数值在PC1轴上分别聚在-1-1之间,在PC3轴上聚在-1.5-1.5之间;接种陇中和WL168HQ苜蓿的参数值较分散,PC1轴上分散在-1.5-4之间,PC3轴上分散在-3-4之间。【结论】紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌菌株多样性丰富,表型和遗传多样性与其来源没有直接关系。菌株G3L3与甘农3号,LP3、LL1、LL2与陇中,QL2与清水、LL1、LL2、WLP2与WL169HQ苜蓿品种共生匹配和适应能力强。在甘农3号、甘农9号和清水紫花苜蓿品种上群体共生效应相似,在陇中和WL168HQ紫花苜蓿上共生效应差异明显。本研究内生和非内生根瘤菌菌株的群体共生效应根据苜蓿品种而定,根瘤菌菌株与苜蓿品种间的信号识别程度存在差异。     

新疆干旱地区根瘤菌资源研究I．根瘤菌种类及其共生固氮作用

从新疆不同生态条件下生长的31属109种豆科植物根瘤分离获得373株根瘤菌,其中88株是从未报道过结瘤情况的39种豆科植物根瘤分离获得。它们与豆科寄主植物共生结瘤,95％以上为有效根瘤。不同种的根瘤固氮活性差异较大,黄芪属根瘤固氮活性较高,最高者为大豆根瘤固氮活性的42倍。 20属37种豆科植物根瘤中97％有吸氢活性。根瘤固氮活性、吸氢活性均与寄主植物生长发育期有相关性。     

豆科植物早期共生信号转导的研究进展

豆科植物与根瘤菌建立特异的共生关系,在寄主根部产生固氮根瘤。此过程包含了共生信号识别与传递、根瘤菌侵染、根瘤形成以及固氮功能实现等生物学事件。研究人员已经从2种豆科模式植物蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）和百脉根（Lotus japonicus）的共生固氮体系中,筛选到许多与根瘤菌共生相关的突变体及其相对应的功能基因,建立起包含结瘤因子识别、共生信号传递和转录响应在内的早期共生信号途径。该文对豆科植物早期共生信号途径的新进展进行了综述。     

豆科植物早期共生信号转导的研究进展北大核心CSCD

豆科植物与根瘤菌建立特异的共生关系,在寄主根部产生固氮根瘤。此过程包含了共生信号识别与传递、根瘤菌侵染、根瘤形成以及固氮功能实现等生物学事件。研究人员已经从2种豆科模式植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和百脉根(Lotus japonicus)的共生固氮体系中,筛选到许多与根瘤菌共生相关的突变体及其相对应的功能基因,建立起包含结瘤因子识别、共生信号传递和转录响应在内的早期共生信号途径。该文对豆科植物早期共生信号途径的新进展进行了综述。     

花生接种根瘤菌共生固氮酶活性的研究

1983—1984年,分别利用生茬土和重茬土进行了盆栽花生接种根瘤菌共生固氮酶活性的研究,试验结果表明。花生接种8B6,97-1两株根瘤菌,显著提高结瘤数量,瘤重和固氮酶活性,提高植株干物重和含氮量。共生固氮酶活性高     

根瘤菌系统学研究进展与展望

根瘤菌(Rhizobia)原指能与豆科植物共生固氮的革兰氏阴性细菌,归属于变形杆菌门的α-变形杆菌纲和β-变形杆菌纲。近年来,细菌系统学研究方法的发展及大量新菌株的研究,大大改变了根瘤菌的分类方法和分类系统。最新的分类体系中,对α-纲内的根瘤菌属(Rhizobium)进行了重新划分:一部分种仍保留在根瘤菌属内,新增了副根瘤菌属(Pararhizobium)和新根瘤菌属(Neorhizobium),恢复并修订了土壤杆菌属(Agrobacterium)和其它根瘤菌属(Allorhizobium),且所有属中都包括了共生和非共生的细菌。α-纲内的中华根瘤菌属(Sinorhizobium)学名虽已被剑菌属(Ensifer)取代,但在研究共生的细菌时,前者的名称仍被广泛使用。在分类方法方面,最重要的进展是全基因组序列测定及平均核苷酸一致性(ANI)已取代传统的DNA同源性分析。由于16S rRNA基因序列在根瘤菌系统发育中的保守性,目前它多用于确定系统发育中属的分类地位,而多基因序列分析、全基因组序列比较来确定种的分类地位已成为确定根瘤菌基因种的"黄金标准"。加上生理生化特性、脂肪酸、醌等的快速测定获得表型和化学分类数据,使得近十年来根瘤菌的系统学快速发展。可以期待,未来基于全基因组序列分析的根瘤菌分类系统将更趋稳定,但大量的新种仍有待描述,而这仍会导致建立一些新属,或在原本不包括根瘤菌的细菌属内分离到一些共生固氮的种或菌株。另外,药用豆科植物苦参与含有不同结瘤基因型的多种根瘤菌共生混杂性的发现,突破了原来对共生专一性的认识,为豆科植物与根瘤菌之间共生关系的研究开拓了新思路。     

根瘤菌脂壳寡糖结瘤因子研究概况

共生固氮是根瘤菌与豆科植物相互作用的结果,它在农业上有重要意义。结瘤与固氮包括一系列复杂的生物学过程,它涉及微生物与植物间专一性识别、信息交换和基因协同表达等方面。近些年研究已经揭示出根瘤菌与豆科植物相互作用分子基础的基本框架。在根瘤的形成过程中,植物与根瘤菌之间首先进行信息交换,促使根瘤菌产生脂壳寡糖类物质。这类脂壳寡糖类物质能引起植物形成根瘤,因此被称为脂壳寡糖结瘤因子（Ｌｉｐｏｃｈｉｔｉｎｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ）或结瘤因子（ｎｏｄｆａｃｔｏｒｓ）［１］。脂壳寡糖结瘤因子的发现、结…     

豆科植物根瘤中非共生的内生菌遗传多样性研究进展

在豆科植物与根瘤菌之间结合形成的固氮共生体中,其典型的特征是由特定的微共生体诱导形成的根瘤或茎瘤,除了根瘤菌外,在根瘤中同样也分离出多种与根瘤菌共生固氮无关的内生菌类群,而且根瘤菌与内生菌通常可以共存于同一个根瘤内是普遍存在的客观现象,这些非共生的内生菌生活史的一部分存在于根瘤内且不会引起植物发病,但有关它们的生态学作用还知之甚少,由于其生态上的重要性,近年来对该现象的研究不断深入.就近年来根瘤中隶属于变形菌门,放线菌门、后壁菌门的非共生的内生菌遗传多样性所取得的最新研究结果进行了总结,并介绍了根瘤中相关内生菌多样性研究的新进展.同时,指出了该研究领域存在的问题,并对未来相关研究方向做了展望.     

果胶菌加根瘤菌诱发油菜结瘤固氮的研究

用果胶细菌(pectin—lytic bacterium)处理油菜幼根,使根瘤菌(Bradyrhizobium spp.Arachis)侵入油菜并结瘤.试验表明,根瘤菌侵入油菜根细胞,且形成含根瘤菌的根瘤,结瘤率为31.25%。从这些根瘤中分离出的菌株,成功地回接到原寄主之上;血清学方法测定油菜根瘤分离物与原接种的根瘤菌起凝集反应。根瘤石蜡包埋切片观察,结果是根瘤细胞内充满了细菌。乙炔还原法测定出低固氮酶活性(0.17—3.43nmC_2H_4/株/小时);酰脲分析结果其相对酰脲丰度为0.1—3.58%。     

非豆科植物固氮研究概况

由于氮素化肥能源耗费和环境污染问题的日趋严重,人们逐渐认识到农林业生产完全依赖化肥终非良策,于是生物固氮研究日益受到世界各国的重视。豆科植物有与根瘤菌天然结瘤固氮的能力。长期以来人们一直希望非豆科植物也能结瘤固氮,以减少对化肥的依赖。对于人工诱导非豆科作物结瘤固氮的研究,国内外开展的研究工作较多。早在30年代初至60年代中期（1933－1967年）,许多学者就试验用离体的豆科植物根、愈伤组织和细胞培养物与相应的根瘤菌联合培养,以探索二者在体外共生的可能。但限于当时的技术条件,在30多年内一直未能证明根瘤菌能在…