水稻内生根瘤菌的系统分类及其功能特性研究

研究结果表明，水稻内生根瘤菌广泛存在，并能促进水稻植株生长与提高产量。本项目组前期应用免培养与纯培养分析法发现，水稻内生根瘤菌存在较丰富的多样性，分离得到Rhizobium、Ensifer（Sinorhizobium）等属的大量菌株，且部分为潜在新类群。因此，本项目拟在前期工作基础之上，进一步系统研究水稻内生根瘤菌的多样性，设计选择性培养基，分离免培养研究中发现的与根瘤菌16S rDNA同源性较高的未培养类群，并对可培养的潜在新类群进行系统学研究；通过nif基因的检测，得到具有生物固氮潜能的菌株；并对该类菌株的产植物生长素、溶磷、抗病和促进水稻生长等能力进行检测，以及利用gfp标记对菌株在水稻植株定殖动态进行研究，全面地对试验菌株与水稻生长相关的特性进行分析，以期获得水稻PGPR资源。研究结果对于揭示该类细菌与水稻的相互作用具重要意义，将为丰富水稻微生物肥料的菌种资源提供科学依据。

采用Biolog为基础的数值分类、脂肪酸组成分析、16S rRNA、23S rRNA基因序列以及看家基因recA、 atpD、gyrB、rpoB的系统发育分析、G+C mol%测定等技术，对分离自河北省滦南县种植的水稻根的42株与根瘤菌同源性相近的菌株进行了多相分类、系统发育及相关特性研究，试验菌株分别属于Agrobacterium、Allorhizobium、Sinorhizobium(Ensifer)、Rhizobium属；其中三个新的种类及一个已知类群。选取28株细菌进行与豆科植物的结瘤试验，结果发现试验菌株均不能在菜豆、大豆及三叶草上结瘤，而部分菌株可在苜蓿上结瘤；进一步采用多对不同来源的nif基因引物，对42株试验菌株的nif基因进行的扩增，但未检测到相应的nif基因；同时采用了传统的乙炔还原法测定菌株的固氮酶活，也为检测到相应的酶活或者酶活很低，说明了试验菌株与传统的根瘤菌不同的生理特性；通过促生功能研究发现大部分菌株具有溶磷及产IAA的能力。.为了进一步探究水稻内生根瘤菌的来源，对原采集地土样和水稻种子中细菌进行分离并16S rDNA-ARDRA的分析，只分离到一株16S rDNA序列同源性与E. adhaerens最高(100%)，并未发现Agrobacterium、Rhizobium属的任何菌株。因此我们推测土壤中Agrobacterium、Rhizobium、Ensifer属的菌种数量可能比较低，因所选择的筛选模型比较单一，不能完全反应土壤中根瘤菌存在的状况；在种子中发现Rhizobium、Agrobacterium，但经相似性比对，与分离的水稻根内生菌同源性并非100%同源；通过gfp标记，发现试验菌株在水稻根表及根内成功定植，推测相应菌种类群在水稻根形成优势类群且二者之间有着互惠关系。.本研究同时获得了一批具有水稻有益的微生物。通过对分离菌株溶磷能力、分泌生长素IAA、产铁载体、拮抗病原菌、固氮酶活性及盆栽试验的研究，其中一株具有十分显著促生效果菌株ZYY136；ZYY136菌株既能分泌植物生长素（IAA）、产生铁载体,又具有较高固氮酶活性，盆栽结果表明其对水稻具有较强的促生作用，有利于其在农业生产上的应用。经鉴定该菌株为Rhizobium属中一个新种，相关研究已经申请国家发明专利。