丛枝菌根真菌Gigaspora margarita孢子伴生细菌的种群特征及生物学效应分析

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本文主要以Gigaspora margarita MAFF 520054为材料,对其孢子表面和内部的细菌种群作了系统研究,并对伴生细菌的生物学效应作了相应的分析。 1.孢子伴生细菌的种群分析扫描电镜观察,发现G margarita的孢子表面黏附有多种形态的细菌状物。以不同的扩繁条件(基质及宿主植物)对G margarita进行繁孢,并通过分离鉴定途径分析了新形成孢子的伴生细菌种群组成。以TSA或高氏1号培养基进行好氧或厌氧分离,结果表明,各种来源的G margarita的伴生细菌在数量和种群分布上存在明显的差异,数量范围为25-100 CFU/孢子。根据菌落形态上的差异,获得66株细菌,通过形态、部分生理生化以及16S rDNA序列分析,鉴定出其中63个菌株分别属于3个分类门(Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes)共27个分类属。通过比较各类细菌出现的频率和数量,发现Bacillus、Ralstonia、Paenibacillus和Streptomyces是其中的常见或优势类群,且放线菌类群是G margarita伴生细菌的重要类群。 以砂/土为基质、烟草(Nicotiana tabacum L.)为宿主,分别对G margarita和Gigaspora rosea JP1的进行繁殖产孢;以烟草或紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为宿主,砂/土或蛭石为基质对G margarita进行繁殖产孢。以细菌16S rDNA V3区为目标区域,PCR-DGGE技术分析新形成孢子的伴生细菌种群,以及相应的砂土基质中细菌种群。DGGE图谱的聚类分析表明,两种AMF孢子表面的细菌种群与对应的繁孢砂土基质中的细菌种群具有明显差异,且G margarita和G rosea的伴生细菌种群也存在明显差异;4种培养条件下获得的G. margarita孢子,其伴生细菌种群相互之间存在明显的差异。可以认为,AMF孢子是土壤细菌特殊的生态位点,AMF的伴生细菌种群结构受到真菌菌种的影响,同时也受到宿主植物和基质的影响。进一步对主要的DGGE条带进行序列分析。结果表明,Proteobacteria门的Rubrivivax、Azospirillum、Azovibrio、Rhizobium,以及Actinobacteria门的streptomyces、Amycolatopsis、Pseudonocardia类群是G margarita孢子伴生细菌的优势种群。以PCR-DGGE技术,分析了G margarita孢子破碎前后的细菌种群结构变化。结果表明,孢子破碎后其DGGE图谱发生明显的变化,表现为两条主要的条带,分别记为7A、7B。测序和BLAST分析,7B与已报道的G margarita细胞质内生细菌“Candidatus Glomeribacter Gigasporarumn"的同源序列有95%的序列相似率。而7A的序列未能在GenBank中获得接近的物种类群。设计7A的特异性引物,PCR和序列拼接技术获得了7A的1483 bp的16S rDNA序列。BLAST和系统进化分析表明,该序列与分离自玉米根围的650 bp的细菌克隆Zmrc188亲缘关系最近,存在96%的序列相似率,而与GenBank中已鉴定生物类群的同源序列相似率均较低,最高的为Spiroplasma sp.(AY189318),有79%的序列相似率。进一步证实了7A存在于无杂菌的G margarita孢子(表面灭菌或胡萝卜发根共培养途径获得)中。通过透射电镜分析,在G margarita孢子中发现两种形态的微生物体。其中一种为符合Candidatus Glomeribacter Gigasporarumn描述的杆状菌体,其大量存在于细胞质中,对应7B;另一种为0.1-0.2 μm的颗粒状菌体,大量、分散聚集在第3层孢子壁中,推测其可能对应7A。通过特异性引物和DGGE检测,发现7A或其类似物分布于G margarita孢壁表面以及Scutellospora cerradensis、Glomus mosseae、Glomus leptoticum和Glomus versiforme的孢子表面或内部,但在G rosea孢子中没有检测到其存在。认为7A可能代表了AMF孢子伴生细菌的一种新的类群。 2.伴生细菌的生物学效应分析通过表面消毒的方法,去除G margarita的孢子表面伴生菌,并设计4种Gmargarita孢子的处理方式,与白三叶草(Trifolium repens L.)在相对无杂菌条件下共培养,比较伴生菌对AMF及宿主植物的影响。结果表明,去除伴生菌的处理,其植株茎叶鲜(干)重和产孢数量明显低于存在伴生菌的处理。以DGGE技术分析各处理新形成孢子的伴生细菌种群结构。结果表明,去除伴生菌的处理细菌的菌群结构与其他处理间存在较大的差异,细菌种群多样性显著降低;伴生菌群直接或间接的影响到G margarita及宿主植物的生命活动。利用平板共培养的方法,分别测定了52株细菌对G margarita孢子萌发的影响。结果表明,约27%的菌株显著的促进孢子萌发,61.5%的菌株对孢子萌发的影响不显著,11.5%的菌株抑制孢子萌发。进一步测定了8个菌株对G margarita菌丝生长的影响,发现其中6个菌株显著的促进菌丝生长。盆栽条件下,部分菌株能够显著增加G margarita对根系的侵染率和紫花苜蓿的生物量。此外,57.4%的菌株(共54个菌株)具有不同程度的解磷活性,20.4%的菌株具有降解几丁质活性,13%的菌株具一定的抗菌活性。 选取伴生细菌的部分革兰氏阳性菌株,以pNF8质粒成功的进行了GFP标记。其中4株标记菌具有良好的质粒稳定性,在无选择压力条件下,生长100代后,质粒稳定率在80%以上,可以进行短期内的示踪研究。定殖研究结果表明,各菌株均能定殖到G margarita孢子表面,其中2株菌株能够定殖G margarita菌丝;pH值对各菌株定殖孢子的数量有不同的影响;各菌株对低活力G margarita孢子的定殖数量多于高活力孢子。
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