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弗兰克氏菌与红桤木共生体系的研究

作　者: 王娜媛
导　师: 韩正敏
学　校: 南京林业大学
专　业: 森林保护学
关键词: 红桤木弗兰克氏菌生物固氮生物学特性根瘤结构
分类号: S792.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

弗兰克氏菌(Frankia)与植物共生固氮的意义不亚于豆科植物的根瘤菌,并有更广阔的研究开发前景。本文对红桤木弗兰克氏菌进行了较为系统的研究,包括以下主要内容及结果：(1)本试验采用根瘤切片法和根瘤匀浆法2种方法对野生红桤木根瘤弗兰克氏菌进行分离。采用根瘤切片法没有分离得到弗兰克氏菌纯培养。采用根瘤匀浆法并使用BAP、JA、S+T和Qmod培养基均分离出了弗兰克氏菌菌落,经纯化得到2个纯培养菌株,分别编号为LC01、LC02。研究了两株弗兰克氏菌的形态培养特征、营养源利用、耐盐性、耐酸碱性等生物学特性。结果表明,菌株LC01和LC02均具有分枝状菌丝、孢囊和泡囊等弗兰克氏菌特征性结构,在无氮培养基中均可以产生大量泡囊。两株菌适应性很强,可利用多种碳、氮源,适生pH和温度范围都很广；两株菌的耐盐能力强,可在含5%NaCl的培养基中生长,表明这两株弗兰克氏菌对环境的适应性很强。(2)用分离得到的两株红桤木弗兰克氏菌接种原宿主红桤木,两株菌都能感染红桤木并结瘤。与对照相比,接种苗木的苗高、生物量、植株全氮含量都得到了显著提高。在两个供试菌株中,增益效果较好的菌株是LC01。不同的接种方式对弗兰克氏菌侵染效果可产生一定的影响。试验表明,菌体分批接种,能够产生更好的共生效果。(3)矿质元素氮、磷是影响红桤木结瘤固氮的重要因素。不同氮素水平处理下的接种试验表明,低浓度的氮能促进红桤木生长和提高结瘤数。在0.264g/L氮水平下对红桤木的生长量和结瘤固氮促进作用最大,当氮浓度大于0.264g/L时,红桤木生长和结瘤固氮能力受到抑制。不同磷素水平下接种试验表明,弗兰克氏菌在2mM/L磷时对红桤木的生长和结瘤固氮能力促进作用最大。随着磷素营养水平的增加植株生长量呈现先增加后降低的趋势。在缺磷时,既OmM/L磷处理植株,在苗高、生物量和植株全氮量等方面还没有对照高。除氮、磷外,微量元素钼对固氮影响也很明显。试验表明,当适量增施一定浓度钼时(既2mM/L的钼酸钠),对红桤木的生长和结瘤固氮有显著的促进作用。但过量增施钼反而对红桤木会产生毒害作用,植株生长受到抑制。(4)采用石蜡切片法观察了红桤木根瘤形成过程和形态结构特点,发现弗兰克氏菌通过根毛和表皮两种方式侵入,弗兰克氏菌的侵入刺激皮层形成大量的薄壁细胞,向外突出形成根瘤。弗兰克氏菌侵入后在皮层中部发育,外皮层和内皮层没有菌丝形成。在根瘤形成初期,瘤内具有大量的弗兰克氏菌菌丝体,而孢囊、孢囊孢子难以看到；在成熟的根瘤里,弗兰克氏菌则主要以孢囊、孢囊孢子的形式存在,很少见到菌丝体。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-10
前言  10-11
第一章文献综述  11-25
  1 弗兰克氏菌的研究进展  11-23
    1.1 弗兰克氏菌的研究意义  11-12
    1.2 弗兰克氏菌的研究历史  12-16
    1.3 弗兰克氏菌的分类  16
    1.4 弗兰克氏菌的形态特征  16-17
    1.5 弗兰克氏菌生理生化特性的研究  17
    1.6 菌株保存  17-18
    1.7 弗兰克氏菌的分离和回接  18-19
      1.7.1 分离技术  18
      1.7.2 菌株回接  18-19
    1.8 弗兰克氏菌与植物共生体系的研究进展  19-21
      1.8.1 根瘤的结构与分布  19
      1.8.2 弗兰克氏菌根瘤形成的观察方法  19-20
      1.8.3 侵染方式和根瘤发育  20
      1.8.4 影响弗兰克氏菌结瘤固氮的因素  20-21
    1.9 弗兰克氏菌分子生物学研究进展  21-23
      1.9.1 弗兰克氏菌固氮基因簇nif  21-22
      1.9.2 谷氨酰胺合成酶基因glnA和glnⅡ  22
      1.9.3 结瘤基因nod  22
      1.9.4 弗兰克氏菌系统发育研究的新进展  22-23
  2 红桤木研究进展  23-25
    2.1 桤木属植物研究概况  23
    2.2 红桤木研究概况  23-24
    2.3 桤木-弗兰克氏菌结瘤共生关系  24-25
第二章弗兰克氏菌的分离培养和回接  25-32
  引言  25
  1 材料与方法  25-26
    1.1 根瘤来源  25
    1.2 分离用培养基和植物培养液  25
    1.3 菌种分离与培养  25-26
    1.4 共生体系的构建  26
    1.5 试验苗木生长指标的测定  26
  2 结果与分析  26-30
    2.1 根瘤内生菌的分离  26-28
    2.2 共生体系的构建  28
    2.3 不同菌株接种苗木的结瘤差异  28-29
    2.4 不同接种方式对苗木生长的影响  29-30
  3 小结与讨论  30-32
第三章两株红桤木弗兰克氏菌的生物学特性研究  32-44
  引言  32
  1 材料与方法  32-33
    1.1 试验菌株  32
    1.2 试验方法  32-33
      1.2.1 形态特征观察  32
      1.2.2 碳源和氮源利用测定  32
      1.2.3 菌体蛋白含量的测定  32-33
      1.2.4 pH值梯度试验  33
      1.2.5 温度梯度培养  33
      1.2.6 盐分胁迫  33
      1.2.7 培养特征观察  33
  2 结果与分析  33-41
    2.1 红桤木弗兰克氏菌的亚显微结构  33-35
    2.2 两菌株对碳源和氮源的利用  35-36
      2.2.1 对碳源的利用  35
      2.2.2 对氮源的利用  35-36
    2.3 不同pH对两株菌LC01、LC02生长的影响  36-37
    2.4 不同温度对两菌株生长的影响  37-38
    2.5 盐胁迫对两菌株LC01、LC02生长的影响  38-39
    2.6 菌株LC01在不同培养基中的培养特征观察  39-40
    2.7 不同培养方式对菌株LC01生长的影响  40-41
  3 小结与讨论  41-44
    3.1 弗兰克氏菌的形态特征  41-42
    3.2 弗兰克氏菌对营养源的利用  42
    3.3 pH对弗兰克氏菌生长的影响  42
    3.4 温度对弗兰克氏菌生长的影响  42-43
    3.5 盐胁迫对弗兰克氏菌生长的影响  43
    3.6 不同培养方式对弗兰克氏菌生长的影响  43-44
第四章营养元素对红桤木接种苗木生长的影响  44-50
  引言  44
  1 材料与方法  44-45
    1.1 菌株的分离和培养  44
    1.2 苗木培育和接种  44
    1.3 试验设计  44-45
      1.3.1 不同磷素水平下的接种效果试验  44-45
      1.3.2 不同氮元素水平下的接种效果试验  45
      1.3.3 不同钼元素水平下的接种效果试验  45
  2 结果与分析  45-48
    2.1 不同磷元素水平对红桤木结瘤固氮的影响  45-46
    2.2 不同氮元素水平对红桤木结瘤固氮的影响  46
    2.3 不同钼元素水平对红桤木生长的影响  46-48
  3 讨论  48-50
第五章弗兰克氏与红桤木共生根瘤的结构和发育  50-56
  引言  50
  1 材料与方法  50-51
    1.1 试验材料  50
    1.2 石蜡切片法  50-51
  2 结果与分析  51-54
    2.1 红桤木的根瘤形态结构  51-52
    2.2 红桤木根瘤内生菌的观察  52-53
    2.3 红桤木根瘤结构特征及发生发育过程  53-54
  3 讨论  54-56
全文总结与展望  56-58
  1 全文总结  56-57
  2 进一步研究展望  57-58
附件  58-61
参考文献  61-65
详细摘要  65-67

弗兰克氏菌与红桤木共生体系的研究

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