沙枣、沙棘Frankia放线菌回接试验

<正> 沙枣、沙棘是新疆荒漠盐碱土上的先锋植物,具有抗寒、抗旱、防风固沙和耐盐碱的特性,同时也是新疆非豆科固氮树种。60年代超显微结构研究证实,非豆科树木根瘤内生菌是放线菌。自1986年以来,我们对南北疆沙枣沙棘根瘤内生菌—Frankia放线菌进行了分离纯化,共得到38株菌株,其中从小沙枣根瘤中分离得到15株,大沙枣20株,沙棘3株。为了证实这些放线菌是否确是沙枣沙棘根瘤内生菌—Frankia放线菌典型菌株,我们于1987—1988年作了回接试验,并从中筛选出抗逆性强、固氮能力较高的4株菌种。     

沙棘和沙枣根瘤中固氮放线菌物种多样性研究

[目的]以沙棘和沙枣根瘤为研究对象,深入研究固氮放线菌物种的多样性。[方法]以通常用于分离弗兰克氏菌属（Frankia）固氮放线菌的无氮BAP、S、JA、ISP4、CB-CcI3、DPM和FTW等为固体和液体培养基,对采集自内蒙古通辽和赤峰的沙棘（Hippophae）和沙枣（elaeagnus）植物根瘤进行放线菌的分离纯化,并依据16S rDNA序列测定结果对分离物进行系统发育分析。[结果]分离得到的8株放线菌分属于小单孢菌属（Micromonospora）、链霉菌属（Streptomyces）、野野村菌属（Nonomuraea）和假诺卡菌属（Pseudonocardia）,所有根瘤样品中均未分离到弗兰克氏菌属菌株;采用弗兰克氏菌属16S-23S rDNA间隔区序列的特异性引物对所采集的沙棘和沙枣植物根瘤总DNA进行PCR扩增,未出现特异性的16S-23S rDNA间隔区序列条带。[结论]非豆科植物根瘤内固氮放线菌具有物种多样性,为今后固氮放线菌物种多样性研究提供借鉴。     

沙棘根瘤及根瘤内弗兰克氏菌形态的显微观察

沙棘根系可以与土壤中的弗兰克氏菌形成特殊的共生固氮器官——根瘤。以中国沙棘为材料,利用光学显微镜和透射电子显微镜对根瘤形态、瘤瓣解剖结构和根瘤中弗兰克氏菌的存在形式进行了较为细致的观察。结果表明,沙棘根瘤是以单个瘤瓣为基本单位、经多次二叉分枝形成的珊瑚状结构;瘤瓣的各个组织均有侵染细胞的存在,其中外皮层和中皮层外侧区域的侵染细胞分布密集,中皮层的内侧区域以及中柱内侵染细胞相对较少;弗兰克氏菌在侵染细胞内以菌丝体、泡囊和孢子囊3种不同的形式存在。这些观察结果为相关研究提供了更为清晰和直观的基础资料。     

Frankia菌侵染木麻黄与其共生结瘤程序

通过回接结瘤后定期制作半薄、超薄切片,在光学和电子显微镜下观察研究了分离自浙江省短枝木麻黄Casuarina equisetifolia根瘤的2株Frankia菌的侵染过程。结果表明:Frankia菌从根毛细胞侵入后向内部的皮层细胞延伸,受Frankia菌侵入的刺激,侵染的根毛细胞产生大量电子云密度不等的沉积物。沉积物包裹Frankia菌继续向内侵染,形成侵染线穿越细胞壁进入邻近细胞,最终到达根瘤。根瘤产生的时间程序为:接种 6 d 后Frankia菌已侵染根部细胞;接种 12 d 后形成了根瘤原基;15 d 后根瘤原基的部分薄壁细胞被Frankia菌侵染后,转变为前根瘤;接种 24 d 后前根瘤进一步生长发育伸长,突出皮层后形成新根瘤并最终发育成成熟瘤。Frankia菌的整个侵染过程为:Frankia菌侵染形成侵染线形成界面质穿壁繁殖泡囊孢子。根瘤的发育可概括为:根瘤原基前根瘤成熟瘤。图9参20     

非豆科木本植物与放线菌共生固氮相关基因研究进展

氮素固定是地球上维持生产力的一个重要生态反应,是继CO2固定之后最重要的生化反应.非豆科木本双子叶植物与固氮放线菌Frankia共生形成根瘤固氮,这些植物对绿化荒山、防止水土流失和保护生态环境等具有重要的作用,它们是陆地生态系统中的重要供氮者.Frankia菌具有对宿主的侵染范围广、固氮活性比较强和对氧气不敏感等特性,在Frankia菌与农作物之间建立起新的共生固氮体系的可能性很大.利用生物工程技术和方法构建高效的Frankia工程菌和新的固氮共生体系将成为今后生物固氮研究领域中的发展方向和追求目标.重点介绍了弗氏放线菌中共生固氮相关的固氮基因和谷氨酰胺合成酶基因、根瘤中结瘤固氮相关的nod基因、血红蛋白cDNA克隆及其他根瘤特异蛋白cDNA克隆等方面的研究进展.参33     

杨梅共生菌Frankia的分离培养及侵染特性

采用根瘤匀浆和根瘤切片法对福建南部、中部和东北部的杨梅根瘤共生菌进行了分离,并进行菌株培养、初步鉴定及侵染特性检测。结果获得6株共生菌,菌株具有分枝状菌丝、孢囊、泡囊等典型Frankia的特征性结构,经无氮诱导有固氮活性,在BAP液体培养基中生长良好,适宜的碳源为乙酸钠、丙酸钠和丙酮酸钠,适宜的氮源为酪蛋白。5个菌株生理类群为B型,细胞壁化学组分为Ⅲ型,菌株FMr16比较特异,具有串珠状菌丝体,生理类群为A型,细胞壁组分为Ⅱ型。侵染结果表明,6个菌株可侵染杨梅、沙枣、沙棘和四川桤木,但不使木麻黄结瘤,菌丝体接种效果好于根瘤匀浆接种,菌丝体分批接种效果优于单次接种。     

毛赤杨根瘤内生菌的超微结构研究

通过光学和电子显微镜对5~10月生长季节内的毛赤杨(Alnus hirsute)固氮根瘤进行了研究。超微结构研究结果表明其根瘤有明显季节变化。瘤内生菌表现为2种形式:有分枝且有隔菌丝(0.4~0.8μm)及生长于母体菌丝顶端泡囊(1.5~3.0μm)。毛赤杨根瘤内生菌超微结构与其它赤杨根瘤内生菌相似。     

宁夏沙棘共生Frankia菌多样性分析

利用PCR-RFLP分子标记技术,对宁夏固原7个样点210个沙棘根瘤样品进行沙棘共生Frankia菌多样性分析。研究结果表明,共扩增出22条可分析条带,其中多态性条带15条、占68.18%,所有样品可分为A～E 5个基因型,聚类分析可分为两大类。宁夏沙棘共生Frankia菌多样性丰富。基因型D和E出现在土壤贫瘠地区,可能是最早与沙棘共生的菌种。     

海拔对旱冬瓜共生固氮放线菌基因多样性的影响

直接从昆明西山、武定狮山和大理苍山采集的的旱冬瓜根瘤中提取DNA，扩增出Frankia的16S rDNA，然后用ADARA技术研究不同海拔的旱冬瓜根瘤中共生固氮放线菌Frankia的遗传多样性。结果表明：（1）海拔是影响旱冬瓜共生Frankia的遗传多样性的重要因素；（2）海拔梯度越大，则Frankia的遗传多样性越丰富；（3）某些基因类型的Frankia仅出现在某些海拔上，而另一些则分布在较广泛的海拔范围。     

长白山赤杨根瘤内Frankia的基因多样性分析

采集长白山自然保护区北坡东北赤杨、西伯利亚赤杨、色赤杨根瘤样品21个，对根瘤内Frankia DNA的16S-23SrDNA和nifD-nifK两个基因间隔区段(IGS)进行PCR—RFLP分析，研究其基因多样性。结果表明：与赤杨共生的Frankia菌存在丰富的基因多样性，基因类型与宿主种型关系密切。东北赤杨对Frankia的特异性较高，与西伯利亚赤杨和色赤杨共生的Frankia菌有较近的亲缘关系。上述结果说明Frankia菌与其宿主赤杨间存在着协同进化。     

内蒙古砒砂岩区沙棘细根生长特征对平茬的响应

针对目前内蒙古砒砂岩区生态功能退化、水土流失严重等问题,以该区已进入衰退期的沙棘(Hippophae rhamnoides)人工林为研究对象,对平茬（留茬10 cm）与未平茬（CK）条件下沙棘细根根长密度、生长速率、死亡速率和生死之比等指标进行分析。结果表明：①平茬组沙棘细根量在垂直空间上比CK组有所增加。CK组沙棘细根主要集中在浅土层;而平茬组细根在深土层的分布量明显增加,且46—100 cm土层的分布量是CK组的2倍以上。整体上,平茬后沙棘细根各项生长指标均优于对照组。②沙棘细根根长密度和生长速率在4—10月份均呈“单峰型”变化,在7—8月份增长达峰值;细根死亡速率表现为持续增长趋势,生死之比则与死亡速率规律相反。总之,平茬有利于改善沙棘植株生长状况,间接反映出平茬措施对沙棘更新复壮是有利的。研究结果可为地区沙棘人工林更新复壮及地区生态恢复提供科学依据。     

内蒙古砒砂岩区沙棘细根生长特征对平茬的响应

针对目前内蒙古砒砂岩区生态功能退化、水土流失严重等问题,以该区已进入衰退期的沙棘(Hippophae rhamnoides)人工林为研究对象,对平茬（留茬10 cm）与未平茬（CK）条件下沙棘细根根长密度、生长速率、死亡速率和生死之比等指标进行分析。结果表明：①平茬组沙棘细根量在垂直空间上比CK组有所增加。CK组沙棘细根主要集中在浅土层;而平茬组细根在深土层的分布量明显增加,且46—100 cm土层的分布量是CK组的2倍以上。整体上,平茬后沙棘细根各项生长指标均优于对照组。②沙棘细根根长密度和生长速率在4—10月份均呈“单峰型”变化,在7—8月份增长达峰值;细根死亡速率表现为持续增长趋势,生死之比则与死亡速率规律相反。总之,平茬有利于改善沙棘植株生长状况,间接反映出平茬措施对沙棘更新复壮是有利的。研究结果可为地区沙棘人工林更新复壮及地区生态恢复提供科学依据。     

4种植物生长激素对大果沙棘温室扦插成活率的影响

对沙棘品种(中俄杂交,中国无刺,向阳,楚伊,浑金)嫩枝扦插枝条用4种植物生长刺激素(吲哚丁酸,吲哚乙酸,α-奈乙酸,生根剂)配置成一定浓度溶液浸泡沙棘插条,筛选提高成活率的最佳试剂。试验结果表明:供试的4种刺激素中吲哚丁酸和生根剂处理的大果沙棘插条成活率较好,而供试的大果沙棘品种中浑金﹑向阳成活率较高较易扦插成活。     

沙棘人工种群在不同生境条件下的繁殖特征

以沙棘人工种群根蘖萌苗为研究对象,通过对丘陵沟壑区纸坊沟流域不同生境沙棘人工种群根蘖萌苗,产生的无性系个数、空间分布和生长状况的调查,系统研究不同生境条件下沙棘人工种群的根系产生幼苗的基本特征及其与环境因素的关系。主要结论是:沙棘人工种群的更新几乎完全依赖于无性繁殖更新,种子萌发产生的幼苗在调查地内很少发现;生长在阴坡的沙棘人工种群无性繁殖较阳坡的旺盛;母株通过根蘖萌芽形成无性系小株的数量、水平扩展范围、无性系小株个体生长均优于阳坡;山坡下部优于山坡上部。不同生境种群均存在枯枝现象,阴坡沙棘种群枯枝率最小(5%);阳坡萌蘖苗的枯枝最大(20%)。不同龄级中,以5～6 a生无性小株枯枝率最高。土壤中沙棘根蘖幼苗萌发点的空间分布分析表明,在土壤2～6 cm为密集区,水平扩展距离在山坡上部距离较远,可达到3 m,山坡下部扩展距离较近,最远不超过1.5 m,无性系小株萌发点空间分布格局受坡位影响大,而与坡向关系不密切。尽管沙棘人工种群在丘陵沟壑区基本都能自我更新,但在生境选择中,应该尽量利用水分条件较好,土质疏松的生境,以获得最佳生长效果和水土保持功能。     

中国沙棘适生立地条件调查研究

大通开展了中国沙棘适生立地条件的调查研究,研究结果表明：不同坡位、坡向和坡度的中国沙棘的生物量均有显著差异,根据研究结果坡度大的阳坡上部一般不宜种植中国沙棘,而其适生立地条件则为坡度较小的阴坡下部或中部。