[00134949]祁连山豆科植物根瘤内生细菌多样性及形成机制

(1)课题来源与背景 氮不仅是植物生长所必须的重要营养元素,而且是蛋白质的重要组成成分。据统计,全球范围内每年输入陆地生态系统的总氮量约2 亿吨,其中有2/3 来自生物固氮,因此,生物固氮是地球上最大规模的天然氮肥工厂。根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用是生物固氮作用中效率最高的体系,同时也是自然界中植物获取氮素最经济、最有效的途径[2]。作为细菌分类和植物共生或寄生关系的结合点,根瘤菌的研究随着分子生物学技术的应用日渐深入和广泛。 （2）研究目的与意义 本课题在我们前期研究的基础上,利用我区丰富的豆科植物资源优势,对祁连山特殊生境下, 不同海拔的典型豆科植物根瘤内生菌进行多样性与生物地理的相关性研究,并以此为基础,探讨根瘤菌与其他内生细菌的相互作用及关系,分析内生菌对植物生长的影响,为进一步了解各微生物在植物生长和根瘤菌固氮过程中的作用提供科学依据,为其在农业生产和生态环境的生物恢复提供优良的微生物种质资源,同时为维持祁连山生态平衡、促进河西地区农业可持续发展提供新思路。 （3）主要论点与论据 不同生态环境、植物基因型、所采用的分离培养基及培养时间是导致根瘤内生菌差异的最主要原因。对祁连山张掖、金昌及武威段部分山脉豆科植物根瘤进行了16S rDNA PCR-RFLP 及全序列测定,结果表明,除Rhizobium、Phyllobacterium 等根瘤菌外,大量细菌分属于三个变形菌纲的不同种、属,且它们大都具有促植物生长的特性。 在迄今为止发现的100 多个细菌门中,仅有属于三个门的可以和植物形成共生体,其中很多的细菌门包含的固氮菌远远多于根瘤菌,暗示了可能这些根瘤菌可能是由固氮菌进化而来的。交叉结瘤试验中,仅有34 株菌株与其原宿主结瘤,不和其他经典结瘤试验推荐种结瘤。nifH 及nodA 系统发育研究发现, 16S rDNA 中处于β-变形菌纲的Xenophilus 和厚壁菌门的Acinetobacter 都得到了有效扩增条带,测序结果表明,它们分别位于Mesorhizobium 和Sinorhizobium 的发育分支。说明nodA基因和nifH 基因可能在根瘤菌与内生菌间发生了水平转移。 （4）创见与创新 首次对祁连山豆科植物根瘤内生菌多样性进行了研究并确定了细菌群落多样性; 揭示根瘤内生细菌生物地理学与菌群基因型分布间的规律,确定了海拔的主导影响; 阐明内生细菌与根瘤菌之间的关系,阐明了基因的横向转移是形成多样性的主要原因。 （5）社会经济效益,存在的问题 开展地域性海拔因子影响下的根瘤菌多样性研究,对祁连山水土保持和生态系统平衡有重要意义。这将为进一步了解各微生物在植物生长和根瘤菌固氮过程中的作用提供科学依据, 为其在农业生产和生态环境的生物恢复提供优良的微生物种质资源 （6）历年获奖情况 2014.11入选甘肃省委组织部“陇原青年创新人才”B计划; 2015.06 入选中组部“西部之光”人才计划; 2016.08 获甘肃省高校科研教学二等奖（主持人）; 2017.04 获得张掖市人才“青年精英人才”。 （7）成果简介 本课题以祁连山豆科植物的根瘤及其内生细菌为原材料,采用多相分类技术,明确其系统发育和分类地位,阐明多样性与海拔的关系,同时发掘新的根瘤内生菌种质资源。利用AFP标记技术进行回接试验,结合nif和nod基因研究,分析内生细菌进入根瘤的方式及与根瘤菌的关系,解析其共生特性,探讨根瘤内生细菌形成的初步机制。测定其溶磷、铁载体、产IAA及固氮特性,确定内生细菌对植物生长和根瘤形成的影响。该研究有助于丰富祁连山物种多样性,对于维持祁连山生态平衡和促进农业可持续发展有重要意义;探讨根瘤内生细菌与根瘤的相互关系,可为我们今后扩展根瘤菌研究视野、科学地利用某些根瘤内生菌提供依据