弗兰克氏菌在构建新的共生固氮物种研究中的优越性

弗兰克氏菌在构建新的共生固氮物种研究中的优越性解放军石家庄医学高等专科学院０５００８１曲东明范浩南四川师范大学细胞研究室６１００６８韩善华弗兰克氏菌（Ｆｒａｎｋｉａ）能与多种木本被子植物建立共生固氮关系,它形成的根瘤具有较强的固氮能力,有些超过大豆根...     

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。     

沙棘弗兰克氏菌的生物学特性研究

从辽宁省西部的沙棘(Hippophae rhamnoides L.)根瘤中分离到8株内生菌,它们都具有Frankia菌的典型形态特征。 回接鉴定表明,8株菌均可使寄主结瘤。各菌株的侵染能力不同;回接培养液的种类是影响侵染力的重要因素。分离于两个不同地区的菌株Frankia sp.Hr16和Hr32在GyA培养基上的培养特征有一定差异。实验菌株可利用多种碳源,其中丙酮酸盐是理想碳源。在以丙酮酸盐为唯一碳源,浓度为10mjlf的Bap培养基中,Hrl6菌株的对数期倍增时间可降至知小时,菌体在两周内达到最大生长量o Hrl6菌株的自生固氮活性亦受碳源的影响,在以5mM的丙酮酸盐的无氮Bap培养基中,其话性为176.5nmol. C2H4／mg蛋白/小时。     

非豆科植物共生固氮的研究II．沙棘根瘤内生菌的分离与回接

用组织培养的方法,从沙棘(Hippophae rhamnoides L.)根瘤中分离到一种孢囊放线菌。其菌丝分枝、有横隔、末端膨大形成谷穗状孢囊,孢囊破裂后释放出球形或椭圆形孢囊孢子;菌丝断裂可形成多种形态的拟类菌体。回接试验的结果证明,它对沙棘幼根具有侵染能力。接种8天后即可结癌,6个月届结瘤率达100％,平均每株结瘤88个。固氮酶活力达到36.23mol C2H4／g．鲜重．Min。接种植株与对照相比,地上部分干重增加近3倍,含氮量增加77.9％。试验证实了这株孢囊放线菌确属沙棘根瘤内生菌。     

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。     

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。     

弗兰克氏菌Hr138菌株的生理学研究

用根瘤切片液体培养方法,从沙棘(Hippophae themnoides L.)根瘤中分离得到弗兰克氏菌Hr138菌株,对其生理特性和培养条件进行了研究。菌株能在多种培养液中生长,最适宜生长的培养液为Tween／Cas。它能利用吐温-80、琥珀酸、丙酸、醋酸钠、葡萄糖、麦芽糖或半乳糖作为碳源：利用酪蛋白水解物、蛋白胨或氯化铵作为氮源。在吐温-80为碳源的培养液中,加入葡萄糖对生长有抑制作用。此外,就温度和pH对生长的影响也进行了研究。     

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...     

马桑共生固氮根瘤及其内生放线菌

马桑型非豆科内生放线菌的共生固氮根瘤的含菌组织与桤木型不同。前者为一马蹄形整体,围绕着中柱维管束;后者完全包围中柱,其中含菌细胞和不含菌细胞交错存在或形成分散的含菌细胞组织团。尼泊尔马桑(Coriaria nepalensis Wall.)根瘤的内生放线菌菌丝形态与桤木根瘤的内生菌形态相同,具有一层电子密度很高的单层壁和具有单层壁的横隔膜。菌丝分枝,具有中间体。成熟的含菌细胞内有一围绕着中央液泡的栅栏排列的柱形泡囊,它们是菌丝的顶端细胞,其电子密度比菌丝高。含菌组织的衰老部分有颗粒体,颗粒体有双层壁,内层壁与菌丝的相同,外层壁比内层壁厚数倍,电子密度低。     

自辽东赤杨根瘤分离的弗兰克氏菌的分类研究

自辽东赤杨(41nus sibirica)的根瘸中分离得到AS,菌株。该菌株形成圆形或棒状孢囊和圆形泡囊。细胞壁化学组分lII型,糖型为D。不利用阿拉伯糖、葡萄糖、甘油、麦芽糖、蔗糖、山梨醇和木糖。在S培养基中,菌的生长受Tweea一80和葡萄糖协同作用的影响,属于生理型B。DNA的G+c含量为77．34 mol(Tin)o 因此,该菌株定为Frankia gp-AS zo     

沙棘根瘤内生菌的多型性

用透射电子显微镜观察了春、夏、秋、冬四个季节的沙棘根瘤,以及瘤瓣上、中、下三个部位。结果表明,不同季节,不同部位的瘤瓣内,根瘤内生菌有7种不同形态。即侵染菌丝体、繁殖菌丝体、营养菌丝体、春孢子及春孢子囊、泡囊,冬孢子及冬孢子囊和类菌体。在多年生珊瑚状的根瘤中,它们的世代交替是:春夏季以侵染菌丝、繁殖菌丝、营养菌丝、春孢子囊及春孢子、泡囊为主;秋冬季以衰退的营养菌丝、衰老泡囊、冬孢子囊和冬孢子、类菌体为主。冬孢子和类菌体是休眠体。     

AMF及Frankie混合接种对沙棘生长效应的研究

报道了丛枝菌根真菌Glomus mosseae和Frankia混合接种对沙棘苗期的接种效应。研究发现,丛枝菌根真菌和Frankia之间存在联合增效作用,混合接种对沙棘苗木具有显的促生长作用,明显优于单接种处理苗木。     

俄罗斯大果沙棘无性繁殖技术的研究

无性繁殖技术是培育优良品系的极好手段,通过对俄罗斯大果沙棘进行多因子多水平正交试验,总结出沙棘嫩枝扦插育苗的最佳实施方案。     

欧洲赤杨根瘤及其内生菌的形态学研究

对在云南生长的欧洲赤杨自然发生的根瘤及其内生菌──Ｆｒａｎｋｉａ进行了光学显微镜和扫描电镜的观察,结果表明,这种根瘤与原产地生长的欧洲赤杨所结根瘤十分相似;与原产地在云南的蒙自桤木的根瘤结构也很相近。从这种根瘤中分离到的内生菌的纯培养具有典型的Ｆｒａｎｋｉａ的特征。     

山西沙棘灌丛的群落特征及其合理利用

着重研究了沙棘（Ｈｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓｓｕｂｓｐ．ｓｉｎｅｎｓｉｓ）灌丛在山西的分布规律,群落的种类组成,结构和动态演替的基本特征,在此基础上提出了沙棘资源合理利用建议和措施。     

山西省不同土壤沙棘Frankia的数量分布及菌剂接种效果

沙棘(Hippophae rhamnoides)以果实富含维生素及其它多种营养成分而引起重视,成为具有开发价值的资源植物。沙棘是优良的造林先锋树种,因根系具有和内生菌共生而结瘤固氮的能力,可向土壤输送大量氮素,从而可起保持水土,提高土壤肥力的重要作用。在天然条件下,沙棘易形成根瘤,说明与     

江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理

研究具有邻近分布的近缘类群的遗传分化和谱系筛选对于进一步揭示物种形成机制具有重要意义。该文以沙棘属(Hippophae)临域分布的两个类群, 江孜沙棘(H. gyantsensis)和云南沙棘(H. rhamnoides subsp. yunnanensis)为研究对象, 进行群体水平上的母系分化研究。前一个种分布于西藏的中西部, 而后者主要分布于青藏高原东南部的云南西北部、四川西部和西藏东南部。两个类群在叶和果实性状存在明显区别。叶绿体在沙棘属植物中为母系遗传。共研究了两个类群14种群109个沙棘个体的叶绿体trnL-F、trnS-G序列; 序列排序后共发现11种单倍型, 江孜沙棘和云南沙棘分别有7种和6种, 两种单倍型为两个类群共享。分支分析和嵌套进化分析进一步表明, 两个类群之间的单倍型相互交错, 单倍型分化与形态上划分的两个类群不一致, 表明它们之间具有十分复杂的谱系筛选过程。这些发现明显不支持以前提出的有关江孜沙棘系统位置的假设。但是, 目前所获得的证据不能区分该物种究竟是通过异域分化还是同倍性杂交起源的。不同种群固定特有单倍型表明, 两个类群都在最后一次冰期可能存在多个避难所。     

蒙自桤木根瘤内生菌的分离培养

从蒙自桤木（Ａｌｎｕｓｎｏｐａｌｅｎｓｉｓ）根瘤中分离得到４株Ｆｒａｎｋｉａ,对其进行了形态学研究,并对Ａｎ１２菌株进行了生长曲线测定,结果表明从蒙自桤木根瘤中分离Ｆｒａｎｋｉａ,除所采用的培养基和方法外,宿主植物所处的生长状态也可能是一个影响分离成败的重要因素;“Ｓ”培养基是一种较为理想的分离培养基;在离体条件下,Ｆｒａｎｋｉａ生长缓慢,约１０ｄ左右达到其生长的稳定期。     

翅果油树根瘤超微结构及其内生菌的观察

作者用光学显微镜,透射电镜和扫描电镜对翅果油树(Eldaeagnus mollis D.)根瘤侵染细胞的超微结构及其内生菌的形态进行了观察研究。翅果油树根瘤中的内生菌具有五种不同的发育形态:菌丝、固氮泡囊、孢囊、孢囊孢子和拟类菌体。内生菌的这些不同形态以及它们在共生固氮中的作用,本文也作了讨论。     

15个弗兰克氏菌株生物学与生理学特性的研究

从5属10种非豆科结瘤固氮植物根瘤中,分离出15个Frankia sp.菌株,对其生物学与生理学特性的研究表明,它们都有侵染原宿主植物的能力,并能形成具有固氮活性的根瘤。可以利用吐温—80作为唯一碳源,可以利用在0.5％浓度下的葡萄糖等多种糖类作为唯一碳源,且都能利用丙酸。根据在含葡萄糖的培养液中加入吐温—80所产生的抑制或促进菌体生长的不同反应,对15个Frankia菌株进行生理型分类,其中有11株属A型,2株属B型,因为有两个菌株上述反应都不明显,划为新的AB型。