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生态学报 2025年

作者：王雪梅闫帮国王蓥燕黄天志王立东白如霞绵阳师范学院资源环境工程学院云南省农业科学院热区生态农业研究所绵阳市农畜产品质量安全检验检测中心

根系微生物来源于土壤微生物，其对植物的生长发育、适应性与入侵性都具有重要的影响，然而对本地豆科和外来豆科的根系内细菌群落特征的认识并不清楚。以干热河谷本地种山合欢和外来种银合欢为研究对象，通过室内控制培养方法，结合高... 详细信息

根系微生物来源于土壤微生物，其对植物的生长发育、适应性与入侵性都具有重要的影响，然而对本地豆科和外来豆科的根系内细菌群落特征的认识并不清楚。以干热河谷本地种山合欢和外来种银合欢为研究对象，通过室内控制培养方法，结合高通量测序分析技术，研究山合欢和银合欢在生长过程中根系内细菌群落特征。结果表明：（1）在整个培养期间银合欢的株高和枯叶生物量显著高于山合欢，银合欢的叶片氮磷比、根瘤数量和根瘤重量在培养80天后也显著高于山合欢。（2）山合欢和银合欢根系内细菌的群落组成存在显著差异。在门水平上，山合欢和银合欢的优势菌门均为变形菌门，山合欢的厚壁菌门和髌骨细菌门显著高于银合欢，而拟杆菌门和放线菌门显著低于银合欢；在属水平上，银合欢的中慢生根瘤菌属、Pseudolabrys属、链霉菌属显著高于山合欢，但其慢生根瘤菌属、类芽胞杆菌属、新鞘脂菌属、柯克斯体属、Saccharimonadaceae属显著低于山合欢。（3）植物、时间以及两者的交互作用对根系细菌群落的α多样性指数均无显著的影响，山合欢和银合欢根系内细菌的α多样性无显著差异。（4）代谢是根内细菌群落最主要的功能，在所有处理中约占80%，在培养80天后，细胞生长和死亡、膜运输、碳水化合物代谢、萜类和酮类化合物代谢4个子功能在山合欢和银合欢根系中存在显著差异。综上，山合欢和银合欢的生长特性和根系内细菌群落特征存在显著差异，在未来的植被恢复过程中应考虑这种差异性可能带来的影响。

关键词：植物入侵山合欢银合欢根系细菌群落结构

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虎杖根系细菌群落组成及其与有效成分含量相关性研究

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生物技术通报 2024年

作者：杜洁黄选怡张岩姜晴春余知和王允柳忠玉长江大学生命科学学院

【目的】通过分析虎杖（Polygonum cuspidatum）根系细菌群落组成及其与主要有效成分含量之间的相关性，探讨虎杖根系细菌群落对其药材品质的影响。【方法】收集一、二、三年生虎杖非根际土、根际土和根样品，利用高通量测序对细菌群落... 详细信息

【目的】通过分析虎杖（Polygonum cuspidatum）根系细菌群落组成及其与主要有效成分含量之间的相关性，探讨虎杖根系细菌群落对其药材品质的影响。【方法】收集一、二、三年生虎杖非根际土、根际土和根样品，利用高通量测序对细菌群落组成进行分析，并测定白藜芦醇苷、白藜芦醇、大黄素和大黄素甲醚等有效成分的含量，利用皮尔逊相关性分析探究细菌群落与有效成分含量间的相关性。【结果】生长年限对虎杖有效成分含量的影响显著（P细菌群落的优势属为假单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属，而根内生细菌优势属为假单胞菌属、Chloroplast、游动放线菌属。根际土中鞘氨醇单胞菌属丰度逐年降低，根内假单胞菌属丰度逐年降低，根内Chloroplast丰度逐年升高。不同生长年限土壤样本和根样本间细菌群落α多样性存在显著差异，非根际土和根际土显著高于根（P细菌群落结构差异极显著（P细菌群落结构差异显著（P细菌群落结构受生长年限影响显著（P 0.05）。白藜芦醇苷含量与根际中微枝形杆菌属、Gaiella丰度显著正相关，与根内假单胞菌属丰度呈显著正相关，与根内游动放线菌属、类诺卡氏菌属丰度呈显著负相关；白藜芦醇含量与根内游动放线菌属、类诺卡氏菌属丰度呈显著负相关；大黄素含量与根际中节细菌属丰度呈显著正相关，与根内分枝杆菌属丰度呈显著正相关，与根内假单胞菌属丰度呈显著负相关；大黄素甲醚含量与根际中节细菌属丰度呈显著正相关，与根内分枝杆菌属丰度呈显著正相关，与根内游动放线菌属丰度呈显著负相关。【结论】虎杖根系细菌群落组成与有效成分之间存在关联，为虎杖品质改良提供科学依据。

关键词：虎杖高通量测序根系细菌群落组成有效成分

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设施栽培草莓根系细菌多样性分析及有益微生物筛选

设施栽培草莓根系细菌多样性分析及有益微生物筛选

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作者：凌春丽齐鲁工业大学

学位级别：硕士

草莓是一种营养价值和经济价值都比较高的水果,因其独特的风味而深受人们的喜爱。随着设施栽培农业的不断发展,草莓种植面积不断扩大,目前我国已经成为世界上比较主要的草莓生产、出口国。在草莓生产中往往使用化肥农药来促进植物生长,... 详细信息

草莓是一种营养价值和经济价值都比较高的水果,因其独特的风味而深受人们的喜爱。随着设施栽培农业的不断发展,草莓种植面积不断扩大,目前我国已经成为世界上比较主要的草莓生产、出口国。在草莓生产中往往使用化肥农药来促进植物生长,增加草莓产量、防治植物病虫害,然而长期大量使用化肥农药不仅给环境带来了较大压力,同时残留的农药可能会随食物链的富集作用危害人体。生物防治因其安全性、绿色性逐渐进入人们的视野,微生物不仅可以促进植物生长,同时可以防治植物病害。但传统的研究大多只考虑菌株自身的作用,忽视了益生菌与土壤土著菌群的互作,向土壤或基质中添加外源益生菌株存在定殖困难、有效期短等问题。本研究采用16S r RNA扩增子测序的方法,基于测序结果分析不同品种下草莓根系微生物群落的组成和异同;解析不同草莓品种共有的根系优势菌群,通过培养组学尽可能多的分离草莓根系细菌,建立草莓根系细菌资源库;筛选具有促生能力和抗病能力的草莓根系优势细菌并进行单个菌促生、抗病功能验证,最终在草莓根系建立促生、抗病菌群。主要研究结果如下:(1)通过对不同品种以及同一品种健康、发病的草莓根系细菌进行高通量测序分析,发现不同品种及植株健康发病情况都会引起草莓根系细菌的组成和结构的变化。3个草莓品种使得根系细菌分成两大类,其中香野、白雪2个品种群落更为相似,且检测到的根系微生物数量显著高于章姬。同时草莓健康水平可能与草莓根系细菌群落紧密相关。LEf Se在健康、发病的根系识别到12个差异类别,但大多表现在发病草莓样本中,只有4个差异类别在健康样本中被发现,分别是:产氮假单胞菌(Pseudomonas azotoformans)、拟杆菌目(Bacteroidales)、普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)及普雷沃氏菌属(Prevotella)。不同品种草莓根系的优势菌属主要有链霉属(Streptomyces)、根瘤菌属(Allorhizobium-Neorhizobium-PararhizobiumRhizobium)、假单胞属(Pseudomonas)、黄色类固醇杆菌属(Steroidobacter)、生丝微菌属(Hyphomicrobium)、黄杆菌属(Flavobacterium)等。(2)对健康草莓章姬的根系微生物进行高通量分离培养,经序列鉴定和物种注释显示共分离得到656个ASV,分属于5个门、9个纲、16个目、35个科、63个属、77个种。发现草莓根系可培养的优势菌门,主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)等。根据测序结果及以往功能菌株的报道,共挑选、分离活化得到90株菌,其中芽孢杆菌属分离到26株,链霉菌属分离到13株,假单胞菌属、博斯氏菌属各分离到8株,根瘤菌属分离到7株,微小杆菌属分离到5株,黄杆菌属分离到1株等,将得到的菌株建立草莓根系微生物资源库,以便更好地开展后续研究。(3)对高通量分离出的90株菌进行促生能力的筛选和鉴定、根据定性实验共筛选得到14株细菌具有解磷能力,13株具有产铁载体活性,14株细菌可以产IAA,2株细菌可以产ACC脱氨酶,接种促生菌能显著促进草莓幼苗的生长。最终选定P8F9(Pseudomonas)、A11(Pseudomonas)、A13(Streptomyces)、B20(Streptomyces)、B14(Streptomyces)、A16(Ensifer)、P6D10(Pseudorhodoferax)、P10E1(Shinella)、P36E12(Microbacterium)6个属共9株菌进行合成菌群的构建。合成的促生菌群不仅增加了植株的株高、最大叶长及叶宽,草莓的鲜重、干重增加效果显著。(4)将高通量分离得到的90株菌与炭疽病菌进行平板对峙,筛选得到12株菌能抑制炭疽菌的生长,12株菌分属于两个属:链霉属(Streptomyces sp.)和芽孢杆菌属(Bacillus sp.)。盆栽试验结果显示,同时添加拮抗菌、病原菌,链霉菌B14,芽孢杆菌P24G9、P6H8对病原菌具有一定防治效果;先接种拮抗菌的处理,芽孢杆菌B12、A12等菌株对草莓炭疽病具有良好的防治效果。基于平板对峙及盆栽试验结果,分别构建了两个复合拮抗菌群B、C,期望复合拮抗菌群B通过直接抑制病原菌生长,复合菌群C通过诱导植物产生抗性来抑制病害的发生。复合拮抗菌群B、C的分别施用能对炭疽病有一定的防治效果。同时对接种复合菌群C的二倍体草莓根系进行转录组测序,结果显示多个与植物诱导抗性相关的基因表达产生了显著变化。

关键词：草莓根系细菌多样性有益微生物

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水稻根系细菌的高通量分离及其功能研究

水稻根系细菌的高通量分离及其功能研究

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作者：张万源华中农业大学

学位级别：硕士

水稻是世界上最主要的三大粮食作物之一,其高产、稳产维系粮食安全。在自然界中,植物根系附着大量微生物,这些微生物对于促进植物正常生长、提高养分吸收效率、诱导系统抗性和提高抗逆性等方面发挥着重要作用。深入解析水稻与根系细菌... 详细信息

水稻是世界上最主要的三大粮食作物之一,其高产、稳产维系粮食安全。在自然界中,植物根系附着大量微生物,这些微生物对于促进植物正常生长、提高养分吸收效率、诱导系统抗性和提高抗逆性等方面发挥着重要作用。深入解析水稻与根系细菌的有益互作机制,有助于利用根系细菌调节生长、减少病害以及提高抗逆,有助于促进农业微生物资源的合理利用,促进农业的可持续发展。为了解析水稻根系细菌促进水稻健康生长的功能机制,从水稻根系中分离培养特定生态位的细菌就显得至关重要。本研究旨在利用多种培养技术和方法对水稻根系细菌进行分离培养,收集水稻根系细菌核心资源,构建水稻根系细菌资源库。同时,基于生物发光的Firefly luciferase(Fluc)和Nanoluciferase(Nluc)报告系统由于其快速简便的优点,构建了水稻双报告基因系对分离培养细菌进行快速功能筛选。根据报告基因的响应程度筛选有益细菌并进一步探究细菌功能。取得的主要结果如下:1.通过利用96孔细胞培养板极限稀释的高通量分离培养方法和传统的细菌分离培养方法从水稻根系中对细菌进行分离培养,已初步完成水稻根系细菌资源库的构建。(1)高通量分离培养目前共保存96孔细胞培养板122板,平均每个96孔板中有40%的孔含有细菌培养物,共获得了约4500个细菌培养物。此外,本研究已完成其中首批14板(编号ZH1～ZH14)细菌分离物的16S r RNA基因的扩增和测序,共鉴定了397个细菌培养物。(2)利用不同类型的固体培养基进行分离培养,发现R2A培养基上生长的菌落数量最多,且不同培养基上生长的细菌形态各不相同。对平板生长菌落进行连续拾取并保存,目前共计保存细菌培养物1816份,已全部完成测序鉴定。综合两种策略分离培养细菌已覆盖水稻根系细菌(相对丰度大于0.1%)的50%,主要包括变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门4大门类。2.利用双报告基因系可快速筛选影响水稻基础免疫和营养吸收的细菌。本研究对前期构建的双报告基因系进行了验证,该报告系含PR5基因驱动的Nanoluciferase(Nano Luc)和UBI10启动子表达Firefly luciferase(Fluc)。将四种不同细菌接种PR5::Nano Luc水稻后,利用Nluc/Fluc的比值筛选到这些细菌都可能调控PR5基因的表达。并通过定量RT-PCR验证了报告基因系筛选的结果。利用同样的策略,我们鉴定到另外OTU54、ZHBC88、ZHBC112三个细菌能抑制NRT1.1B的表达。以上结果证明利用水稻报告系快速筛选细菌功能的可行性。3.为了验证分离细菌的功能和定殖,我们对降解生长素的益生菌OTU54进行了进一步的分析。将OTU54进行GFP荧光标记后,我们确定了OTU54能够定殖于水稻根内,并观察到在根尖富集。携带GFP标记的OTU54并不影响其降解生长素的能力。同时OTU54与另外两株能够产生生长素的根瘤菌菌株M15和B27的对峙培养结果显示,OTU54与M15、B27之间并没有拮抗关系。综上所述,本研究通过多种培养方法对水稻根系细菌进行了高通量培养,构建了水稻根系细菌资源库,为进一步水稻根系细菌与水稻的互作研究提供了丰富的菌株材料。验证了水稻报告基因系可以快速进行细菌功能筛选,为快速获取有益细菌提供了新方法。确定了OTU54在水稻根系的定殖部位,为进一步功能研究奠定了基础。

关键词：水稻分离培养根系细菌 16S-seq 报告基因

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黑松根系土壤中杀松材线虫细菌的分离鉴定及活性成分的研究

黑松根系土壤中杀松材线虫细菌的分离鉴定及活性成分的研究

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作者：孙宜秀青岛大学

学位级别：硕士

松材线虫病是由松材线虫所引起的一种严重的森林病害。该病传播范围广、发病快、防治困难,导致了全球松材线虫病的毁灭性流行。有研究表明,一些微生物及其代谢产物具有杀松材线虫活性。在自然界中寻找微生物源杀线剂已成为研究的热点。... 详细信息

松材线虫病是由松材线虫所引起的一种严重的森林病害。该病传播范围广、发病快、防治困难,导致了全球松材线虫病的毁灭性流行。有研究表明,一些微生物及其代谢产物具有杀松材线虫活性。在自然界中寻找微生物源杀线剂已成为研究的热点。本实验从青岛大学校园内健康黑松根系土壤样本中分离得到40株细菌,通过浸渍法,最终筛选出三株具有杀松材线虫活性的细菌,其发酵液对松材线虫72 h的校正死亡率均超过85%。通过倍比稀释,最终筛选出具有最高杀线活性的细菌M4。对细菌M4进行形态学观察,生理生化特性研究,以及分子生物学16S r DNA测序分析,鉴定为Leifsonia sp.M4。研究发现Leifsonia sp.M4发酵液的乙酸乙酯萃取物具有强杀松材线虫活性,采用反复硅胶柱层析、薄层层析等方法对Leifsonia sp.M4发酵液乙酸乙酯萃取物进行分离纯化,根据流出组分活性追踪,得到两种具有显著杀松材线虫活性化合物。经核磁共振波谱、质谱等分析鉴定为苯并呋喃酮(1)和环(苯丙氨酸-脯氨酸)二肽(2),对松材线虫24 h的LC值分别是196μM和425μM。在对松材线虫活力影响的研究中发现,两种杀松材线虫活性化合物对松材线虫卵的孵化率,松材线虫的繁殖力和取食能力均有显著抑制作用。通过活性氧荧光染色法初步探索了两种杀松材线虫活性化合物的杀线机理,结果表明经苯并呋喃酮(1)和环(苯丙氨酸-脯氨酸)二肽(2)分别处理的松材线虫体内有明显的活性氧(ROS)积累。抗氧化酶活性检测结果表明,杀松材线虫化合物可导致松材线虫体内过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著降低,超氧化物歧化酶(SOD)的活性显著上升,最终导致ROS的积累。由此推断,两种化合物杀松材线虫的机理之一可能是使松材线虫体内产生过多的ROS导致松材线虫的死亡。为进一步验证两种杀松材线虫化合物对松材线虫防控效果,向接种松材线虫的新鲜健康黑松树枝内分别注射100μL 50 m M苯并呋喃酮(1)和环(苯丙氨酸-脯氨酸)二肽(2),两种杀线活性化合物能够有效减弱松枝的枯萎;向接种松材线虫的松苗体内注射20μL相同浓度的杀线活性物质,结果表明两种杀线活性化合物明显缓解了松苗的萎蔫症状。离体松枝和松苗实验证明苯并呋喃酮(1)和环(苯丙氨酸-脯氨酸)二肽(2)可以有效控制松材线虫对寄主的侵染。该研究丰富了生防微生物的种类,为微生物源杀线药剂的开发及松材线虫病的生物防治提供了一定的理论依据。

关键词：松材线虫根系细菌杀线虫活性苯并呋喃酮环(苯丙氨酸-脯氨酸)二肽

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