沙棘属植物弗兰克氏菌研究进展

弗兰克氏菌(Frankia spp.)能够与沙棘等非豆科植物形成根瘤进行共生固氮,其固氮效率远远高于豆科植物根瘤菌,与沙棘共生的弗兰克氏菌还能够促进沙棘对旱寒等各种不同生境的适应性,是自然界一类具有开发潜力的放线菌资源。为了更好地开发利用弗兰克氏菌资源,推进弗兰克氏菌分类鉴定工作,加强弗兰克氏菌与寄主植物共生结瘤固氮的机制研究,促使弗兰克氏菌在农业生产中得到尽快应用,本文简要介绍沙棘属(Hippophae L.)物种多样性、结瘤状况与分布特点、沙棘根瘤形态结构与功能、弗兰克氏菌物种多样性与分布特征,讨论弗兰克氏菌的结瘤机制、生理生态效应与作用机制以及影响沙棘属植物与弗兰克氏菌共生的主要因子,以期为进一步开展沙棘属植物弗兰克氏菌的系统研究提供有价值的参考。     

三种胡颓子科植物根瘤内生菌培养条件研究

弗兰克氏菌与一些非豆科植物所建立的共生固氮作用,对于增加土壤肥力,提高林业生产力起着重要作用。近年来,国内外已从不同的非豆科植物根瘤中分离出一批弗兰克氏菌菌株。而非豆科植物的共生固氮,已成为生物     

基于高通量测序分析西藏沙棘根瘤内生菌的多样性

根瘤是微生物侵染植物根部并与之形成的共生结构,这些微生物都可被称为植物内生菌。豆科植物根瘤中的内生菌常常又被称为根瘤菌,而侵染非豆科植物形成根瘤的主要是放线菌弗兰克氏菌,这些非豆科植物又被称为放线菌结瘤植物。西藏沙棘是一种典型的放线菌结瘤植物,由于其分布生境的特殊性,对其根瘤内生菌的研究具有重要的生态意义。对于西藏沙棘根瘤内生菌的研究,培养方法因难以模拟自然条件而不易获得纯培养,高通量测序技术对其多样性的研究提供了便利。因此,本研究以生长在甘肃省天祝县金强河河滩地的西藏沙棘根瘤为材料,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序方法,结合OTU分析,对西藏沙棘根瘤内生菌的多样性进行探讨。实验结果表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,根瘤内的优势属为共生固氮的弗兰克氏菌属（Frankia）,其相对丰度为47.63%,共检测到7个弗兰克氏菌属的OTUs;根瘤内除弗兰克氏菌外,还存在大量的非弗兰克氏菌,共检测到1523个OTUs,隶属于22个门、33个纲、69个目、113个科和202个属,相对丰度排名前9的属中有25个非弗兰克氏菌属的OTUs。该研究也表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,西藏沙棘根瘤中不仅存在着可共生固氮的弗兰克氏菌,并且还分布着非弗兰克氏菌;在同一根瘤样品中,弗兰克氏菌属还具有不同的物种。本研究不仅拓展了西藏沙棘根瘤内生菌多样性的研究方法,还为同一寄主植物中弗兰克氏菌多样性的研究提供了分析思路。     

与某些非豆科植物共生的弗兰克氏菌(Frankia sp.)的泡囊及其固氮作用

非豆科植物的共生固氮作用大多数是由弗兰克氏菌的侵染形成根瘤引起。其中泡囊是弗氏菌在根瘤内的固氮场所(Akkermans等1977,Tjepkema等1981)。我们采用光学及电子显微镜对泡囊进行了观察,并对根瘤不同部位的泡囊数量及其固氮活性与其它生理活性的关系进行了研究。     

共生固氮放线菌研究的进展

生物固氮是当前生物科学研究的重要内容,弗兰克氏放线菌(Frankia)与其它固氮生物相比,具有独特的优点:它具有广泛的寄主范围和与根瘤菌相似的固氮能力.并且能形成防止固氮酶受氧损伤的专门结构——顶囊(vesicle).因此,对该类放线菌的研究受到了普遍的重视,被认为是发展新的共生体系的希望.本文就近年来国内外学者在弗兰克氏菌的形态学、生理学和遗传学等方面的研究成果作一概述.     

弗兰克氏菌分类学研究进展和现状

中国农科院油料作物研究所,武汉,430070．弗兰克氏菌（Frankia）是能与8科,24属,200多种非豆科树木共生结瘤的固氮放线菌,直到1978年才首次被分离或体外培养,进入实验室至今还不到20年。作为一种模式微生物,弗兰克氏菌的形态及培养特征、细胞化学组分、生理生化、浸染特性以及遗传学等方面已经进行了广泛的研究,以此积累的资料,已经并正在作为Fran切a分类的主要依据。本文介绍近几年Frankia分类学研究的进展和现状。IFrankia的系统发百（Phy－logeny）——弗兰克氏菌科的重新修订相对于放线菌结瘤植物在系统发育上的多起源,Fra…     

几种非豆科植物根瘤内生菌的形态和培养特征

弗兰克氏菌可以侵染许多非豆科植物的根系形成根瘤。这种共生固氮作用是陆地生态系统中氮素的重要来源,对于改良土壤、提高土壤肥力有着重要意义,不少植物还具有较高的经济价值。多年来,由于这种根瘤内生菌的分离十分困难,因此人们一直认为这种固氮放线菌不能人工培养。1978年callaham等用酶     

弗兰克氏菌的分类研究进展

弗兰克氏菌是非豆科植物共生固氮菌。到目前为止,已发现它们可以分别与8个科、25个属的200多种非豆科植物共生[1],其中包括赤杨、杨梅、沙棘、胡颓子、马桑、木麻黄、悬钩子、仙女木等。这些植物对于荒地的开垦和防止水土流失具有重要意义。而弗兰克氏菌与这些植物共生形成可     

弗兰克氏菌属的分类

弗兰克氏(Frankia)菌属是一种能在某些灌木或乔木的根上形成固氮根瘤的放线菌。1978年,该菌的体外培养获得成功(Callaham等,1978)。虽然菌株的生长慢,但都能在较简单的培养基上生长,属好气和微好气菌,本文从形态学、化学、生理学和血清学的性质对弗兰克氏菌属的分类进行简要论述。 形态学 在宿主植物根瘤和人造培养基中,弗兰克氏菌能显示出相同的形态特征,即,1)长     

西藏沙棘5种不同组织内生细菌多样性

西藏沙棘(Hippophae tibetana)是分布于高寒高海拔地区的一类特殊的放线菌结瘤植物, 弗兰克氏菌能够侵染其根部形成根瘤, 因共生固氮等作用而增强其生态适应性。在西藏沙棘的根瘤中, 除了弗兰克氏菌之外还有其他内生菌, 而弗兰克氏菌又不仅仅在根瘤中有分布。为了探究弗兰克氏菌在西藏沙棘不同组织中的定殖及可能的迁移规律, 分析不同组织中内生细菌的群落结构及多样性, 本研究以生长在甘肃省天祝藏族自治县抓喜秀龙金强河河滩地的西藏沙棘为材料, 应用16S rRNA扩增子高通量测序技术, 对西藏沙棘根瘤、茎、枝、叶和种子等不同组织的内生细菌多样性进行了分析。研究结果表明, 西藏沙棘根瘤内生细菌群落丰富度及多样性最高, 种子内生细菌群落丰富度最低, 茎内生细菌群落多样性最低。西藏沙棘5种不同组织中的弗兰克氏菌和其他内生细菌多样性都具有一定差异, 变形菌门均为优势门, 弗兰克氏菌属(Frankia)为根瘤内生细菌群落的优势属, 弗莱德门菌属(Friedmanniella)为茎内生细菌群落的优势属, 寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)为枝、叶和种子内生细菌群落的优势属。研究结果还表明, 弗兰克氏菌属不仅仅存在于西藏沙棘的根瘤, 还能够分布于其他组织, 且在同一种组织中存在弗兰克氏菌属的不同“种”; 而在西藏沙棘不同组织中, 也分布有弗兰克氏菌属的相同“种”。此外, 对西藏沙棘5种不同组织内生细菌中的功能菌株的分析表明, 不同组织中均存在着具有固氮、促生和抑菌功能的内生细菌, 但具有固氮作用的内生细菌主要分布于根瘤, 具有促生作用以及抑菌功能的内生细菌主要分布于枝和叶。综上, 西藏沙棘5种不同组织内生细菌具有丰富的多样性, 但各组织内生细菌的群落结构和优势种群有所不同, 且不同组织也能够定殖具有多种功能的内生细菌。     

弗兰克氏菌红外光谱特性的研究

近几年来随着内生菌分离技术的进展,国内外已从好几个属、种的放线菌结瘤植物的根瘤中获得了许多弗兰克氏菌的离体培养。为了解它们的分类地位,在弗兰克氏菌的形态、生理、细胞化学、血清学和与寄主植物的关系等方面均已开展了一些研究,积累了一些资料。但在弗兰克氏菌的生态学研究方面报导甚少。为适应弗兰克氏菌生态学研究的需要,快速鉴别弗兰克氏菌和非弗兰克氏菌的差别,和探讨从不同属、种寄主中分离出来的弗兰克     

一种弗兰克氏菌分种新方法的探讨

弗兰克氏菌是非豆科植物共生固氮菌,目前已发现200多种。因其生长缓慢,许多传统的分类方法对它不合适,所以弗兰克氏菌的分类工作仍处于十分混乱的阶段。目前世界上公认弗兰克氏菌是放线菌的一个属,但没有确定的种名,寻找合适的分种方法十分迫切。我们选择16S-23S rRNA基因间隔区的序列作为划分弗兰克氏菌种的研究对象,现将结果简报如下。 1 材料和方法 1.1 菌种 101、114、8201,2129菌株分离自云南省西双版纳地区,101和114菌株是从木麻黄根瘤中分离到的,8201和2129菌株分别来自赤杨和杨梅根瘤。ArI_4和PtI_1菌株分别来自美国赤杨和潘尔稀根瘤。 1.2 DNA的提取     

用气相色谱法测定Frankia菌的自生固氮活性

共生固氮放线菌Frankia与非豆科木本双子叶植物形成共生固氮体系,简称为非豆科共生。非豆科共生与根瘤菌和豆科植物的共生一样,具有很强的固氮能力,测定其固氮力,特别是测定Frankia菌的离体培养的自生固氮活性是选择优良菌株和研究共生体系的重要工作。但是由于Frankia菌生长缓慢,菌量稀少,在培养基中菌体分布又不均匀,给固氮活性的检测带来了许多困难,曾一度影响了研究工作的进展。很多学者开展了Frankia菌自     

甘南高寒地区不同海拔西藏沙棘根瘤内生菌多样性

为了研究甘南高寒地区3个不同海拔西藏沙棘根瘤中内生菌的多样性,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对3种不同海拔的西藏沙棘根瘤内生菌的菌群组成和多样性进行了分析。实验结果表明,3个不同海拔西藏沙棘根瘤中的内生菌主要包括6大门,分别为蓝藻门(Cyanobacteria),放线菌门(Actinobacteria),变形菌门(Proteobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),梭杆菌门(Fusobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。其中占主导地位的微生物是蓝藻门和放线菌门,蓝藻门在3个海拔的西藏沙棘根瘤中的丰度分别为68.1%,64.7%和66.0%,放线菌门在3个海拔的西藏沙棘根瘤中的丰度分别为28.6%,30.2%和29.5%。放线菌门弗兰克氏菌属(Frankia)为共同的优势菌属之一,在3个海拔的丰度分别为28.2%,29.8%和29.1%。3个不同海拔西藏沙棘根瘤中的内生菌除了能与沙棘共生固氮的弗兰克氏菌外,还存在其他的微生物群落,可能存在一些潜在的有价值的内生菌种资源。     

一株弗兰克氏菌分类鉴定的研究

从中国沙棘(Nippophae rhamnoidel LI s叩．tinensis Roun)根瘤中分离出一株生孢囊的放线菌Fran&㈦P．HRl04。经回接试验证实,它可以侵染寄主植物,形成能够固氮的有效根瘤。通过形态和培养特征、生理生化特性、细胞壁组份及DNA中G+c含量等的研究,表明这株菌与已经研究和描述过的弗兰克氏菌有差别,特别是胞壁型不同,可能属于一个尚未研究过的新属。本文还对弗兰克氏菌的分类标准和鉴定方法进行了初步探讨。     

动物的共生菌固氮

介绍了共生菌固氮涉及的动物和微生物类群、动物共生菌固氮的性质和机理。应用乙炔还原法和固氮酶基因检测等研究表明,所涉及的动物有7门13纲23目50科99属174种。动物肠道具有丰富的微生境,供不同生理需求的固氮菌生长发育,所蕴含的共生固氮菌类群也十分丰富,涵盖植物共生固氮菌、植物内生固氮菌、植物根际固氮菌、自生固氮菌等生态类型。一般认为动物共生固氮菌来源于环境,其性质属于联合共生固氮。动物共生固氮菌一般与其他共生生物形成复合体,以满足固氮过程中对电子和质子供体、能量供给、固氮酶活性保护以及氨阻遏解除等方面的需求。动物共生菌固氮产物氨的同化也需要多种共生物的协同作用,可能通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶等途径。总体上,食物氮、非蛋白氮和共生菌固氮相互协调,形成营养和解毒的代谢网络,共同维持动物体内氮素营养的动态平衡,并对未来研究提出展望。     

木麻黄根瘤内生弗兰克氏菌的反硝化作用

为了解非豆科植物共生固氮菌弗兰克氏菌的反硝化作用特点以及作为N₂O源汇的能力，采用切片法分离并纯培养木麻黄根瘤内生弗兰克氏菌，探究NO₃^-添加下弗兰克氏菌的反硝化作用过程。结果表明：在厌氧培养条件下添加NO₃^-后，NO₃^-浓度随时间的增加而降低，26 h后趋于平稳；而NO₂^-和N₂O的浓度随着时间的增加先升高后降低。在培养第26、54和98小时均检测到关键反硝化基因和固氮酶基因。基因之间的丰度差异显著，且随时间的变化不同步。冗余分析表明，以NO₃^-、NO₂^-和N₂O浓度为解释变量，前2个排序轴总共解释了反硝化及固氮酶基因丰度总变异的81.9%。弗兰克氏菌在厌氧条件下具有反硝化作用，检测到系列反硝化基因，包括N₂O还原酶基因(nosZ),表明...     

呼伦贝尔草原土壤固氮微生物nifH基因多样性与群落结构

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法比较研究了呼伦贝尔5种草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原)土壤固氮微生物nifH基因多样性及群落结构特征.结果表明,不同草地类型间土壤固氮微生物群落组成差异显著,羊草草原和大针茅草原相似性较高,相似度为67%,而其他3个草地类型间相似性较低,相似度均低于60%.羊草草原土壤nifH基因多样性最高,其次是克氏针茅草原、大针茅草原和贝加尔针茅草原,线叶菊草原最低.系统发育分析结果表明,呼伦贝尔草原土壤固氮微生物大部分属于变形菌门的α-变形菌纲,分别隶属于慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属、红假单胞菌属、固氮螺菌属.5种草地类型中,克氏针茅草原土壤中联合固氮菌和自生固氮菌居多,而其他4个草地类型均以共生固氮菌为优势生态类型.     

沙棘通过自主选择塑造根瘤内生微生物组

【背景】解析植物微生物群落结构是利用微生物组工程强化植物抗生物和非生物胁迫水平、提高农林产品质量和品质的基础。固氮根瘤是沙棘具有抗旱、抗寒和抗贫瘠等多种优良生物性状的关键。【目的】比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落结构的组成及影响因素,为揭示沙棘-弗兰克氏菌共生和植物-微生物互作协同抗逆机制提供理论基础。【方法】从辽宁、陕西和山西采集样品,通过16SrRNA基因V3–V4可变区的高通量测序技术,采用生物信息学方法比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落组成和丰度差异,并探索土壤土理化性质对根际土细菌群落结构的影响。【结果】沙棘根际土和根瘤内的细菌群落均以放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为主要优势菌门,且根瘤内弗兰克氏菌属(Frankia)为绝对优势菌属;根际土前10个优势菌门的丰度在三地样品间均存在显著差异,仅存在唯一共有的优势菌属(鞘氨醇单胞菌属,Sphingomonas),且前35个优势属中有27个属在三地间存在明显丰度差异;土壤pH和速效钾是沙棘根际土细菌群落多样性的主要影响因子;根瘤内优势门和属在三省份间存在高度的保守性,仅异根瘤菌属...     

木麻黄和桤木离体根瘤和立地土壤的固氮酶与N2O还原酶活性的研究

为了解非豆科固氮树种的固氮酶和N_2O还原酶(Nos)活性,采用乙炔还原法和乙炔抑制技术对细枝木麻黄(Casuarina cunninghamiana)和江南桤木(Alnus trabeculosa)离体根瘤及立地土壤的两种酶活性进行了研究。结果表明,离体根瘤只在厌氧条件下有固氮酶活性,在好氧条件下有Nos活性。根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性在好氧条件大于厌氧条件,Nos活性只表现在厌氧条件下。在好氧条件下,根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性无显著差异;根瘤区根际土的Nos活性显著大于非根瘤区根际土。除离体根瘤在好氧条件下不表现固氮酶活性外,细枝木麻黄和桤木的离体根瘤、根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性均都大于Nos活性。好氧条件下根瘤区根际土的固氮酶活性与非根瘤区根际土的呈极显著正相关,而厌氧条件下根瘤的固氮酶活性与好氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土固氮酶活性、好氧条件下根瘤的Nos活性与厌氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土Nos活性均呈极显著负相关。这为研究弗兰克氏菌结瘤植物共生固氮体系对N2O汇强度的影响和调控奠定基础。