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3种竹子内生固氮菌特征及多样性

冯歌林 高竞 严淑娴 王晶 梁辰飞 秦华 陈俊辉 徐秋芳

冯歌林, 高竞, 严淑娴, 王晶, 梁辰飞, 秦华, 陈俊辉, 徐秋芳. 3种竹子内生固氮菌特征及多样性[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
引用本文: 冯歌林, 高竞, 严淑娴, 王晶, 梁辰飞, 秦华, 陈俊辉, 徐秋芳. 3种竹子内生固氮菌特征及多样性[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
FENG Gelin, GAO Jing, YAN Shuxian, WANG Jing, LIANG Chenfei, QIN Hua, CHEN Junhui, XU Qiufang. Characteristics and diversity of endophytic diazotrophs in three bamboo species[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
Citation: FENG Gelin, GAO Jing, YAN Shuxian, WANG Jing, LIANG Chenfei, QIN Hua, CHEN Junhui, XU Qiufang. Characteristics and diversity of endophytic diazotrophs in three bamboo species[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586

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3种竹子内生固氮菌特征及多样性

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
基金项目: 浙江省自然科学基金重点资助项目(LZ16C160002);国家自然科学基金资助项目(31570602)
详细信息
    作者简介: 冯歌林(ORCID: 0000-0002-3069-0810),从事农业资源与环境研究。E-mail: 492644070@qq.com
    通信作者: 徐秋芳(ORCID: 0000-0002-0959-8577),教授,博士,博士生导师,从事土壤与植物微生物研究。E-mail: xuqiufang@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.8

Characteristics and diversity of endophytic diazotrophs in three bamboo species

  • 摘要:   目的  了解不同竹子内生固氮菌及其定植土壤根区固氮菌的特征和生物多样性。  方法  以毛竹Phylloslachys edulis、狭叶青苦竹Pleioblastus chino、孝顺竹Bambusa multiplex叶部、根部及定植土壤为对象,设计nifH固氮基因引物,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和随机克隆技术,通过聚类分析、Shannon多样性指数分析构建系统发育树。  结果  不同竹子根区土壤之间、同一竹种根部与叶部之间、不同竹种同一器官之间、根区土壤与植物之间的固氮菌群落结构差异明显,同一竹种叶部或根部的重复样品相似度均不高;根部内生固氮菌种类总体多于叶部,土壤固氮菌与根部内生固氮菌相似度高于叶部。不同竹种不同器官间固氮菌Shannon多样性指数差异显著,孝顺竹叶部(2.73)与土壤(2.70)大于根部(2.53)(P<0.05),狭叶青苦竹根部和毛竹根部大于叶部和土壤(P<0.05)。植物样品随机克隆测序对比得到83株固氮菌,仅12株为可培养固氮菌株,分别属于慢生根瘤菌属BradyrhizobiumDechlorosoma、固氮螺菌属Azospirillum、肠杆菌属EnterobacterKosakonia、变形杆菌属Gammaproteobacteria、红长菌属RubrivivaxAzohydromonas。系统发育树结果表明:3种竹子内生固氮菌明显不同于其他植物。  结论  土壤环境、竹子种类及组织器官均能影响竹子内生固氮菌的结构特征和多样性,定植于根部的内生固氮菌多样性显著高于叶部。3种竹子内生固氮菌种类与已报道的禾本科Gramineae植物差异显著。图4表4参30
  • 图  1  土壤固氮菌(A)与植物固氮菌(B)nifH基因扩增

    Figure  1  nifH gene’s PCR products of soil azotobacteria (A) and plant endophytic diazotrophs (B)

    图  2  土壤固氮菌nifH基因片段DGGE指纹图谱(A)与聚类分析树(B)

    Figure  2  The nifH gene DGGE fingerprint(A) and Clustering analysis tree (B) of soil azotobacteria

    图  3  竹子叶与根内生固氮菌nifH基因DGGE指纹图谱(A)与聚类分析树(B)

    Figure  3  DGGE fingerprint of nifH gene endophytic diazotroph(A) and Clustering analysis tree (B) in bamboo’s leaves and roots

    图  4  邻接法构建的内生固氮菌序列系统发育树

    Figure  4  System phylogenetic tree of endophytic diazotrophs by using neighbor-joining method

    表  1  3种土壤的基本化学性质

    Table  1.   Basic chemical properties of three soil

    种类pH有机质/(g·kg−1)有效氮/(mg·kg−1)速效磷/(mg·kg−1)速效钾/(mg·kg−1)
    毛竹   4.32±0.24 a33.01±7.04 a58.20±16.46 a5.40±0.85 a79.00±8.80 a
    孝顺竹  4.64±0.27 a36.85±10.81 a66.14±14.46 a4.99±0.61 a69.33±17.02 a
    狭叶青苦竹4.72±0.54 a37.67±9.16 a57.34±15.63 a4.65±0.94 a70.67±4.50 a
      说明:同列相同字母表示差异不显著(P>0.05)
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    表  2  不同来源固氮菌Shannon多样性分析

    Table  2.   Shannon indexes of the three bamboos’ leaves, roots and soil

    种类叶部根部土壤
    狭叶青苦竹2.43±0.30 Bb2.89±0.12 ABa2.36±0.09 Bb
    毛竹   2.30±0.28 Bb2.98±0.19 Aa2.75±0.17 Aa
    孝顺竹  2.73±0.10 Aa2.53±0.26 Ba2.70±0.15 Aa
      说明:大写字母表示同列间差异显著(P<0.05),小写字母     表示同行间差异显著(P<0.05)
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    表  3  基于nifH序列的不可培养固氮菌分布情况(相似度98%以上)

    Table  3.   The idstribution of unculturable bacteria based on nifH gene

    样品来源相似菌种基因
    毛竹叶    HP-46 nitrogenase (nifH) gene、HP-76 nitrogenase (nifH) gene、nifH gene for nitrogenase iron protein、nitrogen-fixingbacteriumcloneb1 -HA3-1nitrogenase iron protein (nifH) gene、isolate DGGE gel band 5 nitrogenase iron protein (nifH) gene、J19I(16) nitrogenase (nifH) gene、HP-12 nitrogenase (nifH) gene、TNO_elv_99f12 dinitrogenase reductase (nifH) gene
    毛竹根    nifH gene for nitrogenase iron protein、HP-27 nitrogenase (nifH) gene、HP-84 nitrogenase (nifH) gene、HP-84 nitrogenase (nifH) gene、CI(12) nitrogenase (nifH) gene、HP-14 nitrogenase (nifH) gene、TII(5) nitrogenase (nifH) gene、HP-48 nitrogenase (nifH) gene、HP-75 nitrogenase (nifH) gene、J19I(12) nitrogenase (nifH) gene、TNO_elv_81h1 dinitrogenase reductase (nifH) gene、TNO_elv_81h1 dinitrogenase reductase (nifH) gene、HP-46 nitrogenase (nifH) gene、HP-75 nitrogenase (nifH) gene
    孝顺竹叶   HP-215 nitrogenase (nifH) gene、HP-5 nitrogenase (nifH) gene、HP-218 nitrogenase (nifH) gene、CY1-01 nitrogenase iron protein (nifH) gene、HP-56 nitrogenase (nifH) gene、HP-226 nitrogenase (nifH) gene、HP-157 nitrogenase (nifH) gene
    孝顺竹根   isolate DGGE gel band 18 nitrogenase iron protein (nifH) gene、isolate DGGE gel band 12 nitrogenase iron protein (nifH) gene、HP-226 nitrogenase (nifH) gene、partial nifH gene for dinitrogenase reductase、HP-90 nitrogenase (nifH) gene、partial nifH gene for dinitrogenase reductase、HP-237 nitrogenase (nifH) gene、HP-246 nitrogenase (nifH) gene、HP-246 nitrogenase (nifH) gene、HP-51 nitrogenase (nifH) gene、C13L7NH26 dinitrogenase reductase (nifH) gene、isolate DGGE gel band 20 nitrogenase iron protein (nifH) gene、b1-HA3-1 nitrogenase iron protein (nifH) gene、431 nitrogenase iron protein (nifH) gene
    狭叶青苦竹叶 TC30 NifH (nifH) gene、C12L6CK9 dinitrogenase reductase (nifH) gene、C13L6NH2 dinitrogenase reductase (nifH) gene、C12L7NH35 dinitrogenase reductase (nifH) gene、nifH gene for nitrogenase iron protein(partial cds)、C13L10NH15 dinitrogenase reductase (nifH) gene、C13L8CK17 dinitrogenase reductase (nifH) gene、HP-75 nitrogenase (nifH) gene
    狭叶青苦竹根 isolate DGGE gel band 14 nitrogenase iron protein (nifH) gene、Rb3_NifH_48 nitrogenase gene、C12L8CK4 dinitrogenase reductase (nifH) gene、WK-A5 nitrogenase iron protein (nifH) gene、486 nitrogenase iron protein (nifH) gene、C13L8NL22 dinitrogenase reductase (nifH) gene、C13L6CK40 dinitrogenase reductase (nifH) gene、99 nitrogenase iron protein (nifH) gene、HP-201 nitrogenase (nifH) gene、HP-2 nitrogenase (nifH) gene、243 nitrogenase iron protein (nifH) gene、C12L10NL20 dinitrogenase reductase (nifH) gene、C13L10NL22 dinitrogenase reductase (nifH) gene、isolate DGGE gel band 11 nitrogenase iron protein (nifH) gene、C12L7CK25 dinitrogenase reductase (nifH) gene、HP-159 nitrogenase (nifH) gene、HP-215 nitrogenase (nifH) gene、HP-90 nitrogenase (nifH) gene、C12L7NH35 dinitrogenase reductase (nifH) gene、b1-HA3-1 nitrogenase iron protein (nifH) gene
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    表  4  基于nifH序列的可培养固氮菌分布情况

    Table  4.   The idstribution of culturable bacteria of nifH gene

    类群样品来源NCBI中最相近菌种(登录号)序列相似性/%
    慢生根瘤菌属 Bradyrhizobium MG38 Bradyrhizobium sp.(KC356360.1) 98
    QG11 Bradyrhizobium sp.(AB079616.1) 99
    QG255 Bradyrhizobium sp.(LT859959.1) 99
    XG32 Bradyrhizobium sp.(CU234118.1) 99
    Dechlorosoma MG31 Dechlorosoma suillum(CP003153.1) 98
    固氮螺菌属 Azospirillum XG434 Azospirillum canadense strain(GU256446.1) 99
    肠杆菌属 Enterobacter XY47 Enterobacter sp.(KC989924.1) 99
    Kosakonia MG6 Kosakonia sacchari strain(KR075981.1) 99
    XG52 Kosakonia sacchari strain(KR075959.1) 99
    变形杆菌属 Gammaproteobacteria XG255 Immundisolibacter cernigliae strain (CP014671.1) 99
    红长菌属 Rubrivivax MG16 Rubrivivax gelatinosus strain(KF800058.1) 98
    Azohydromonas XG66 Azohydromonas australica(AB188121.1) 100
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-10
  • 修回日期:  2021-06-24
  • 网络出版日期:  2021-08-09

3种竹子内生固氮菌特征及多样性

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
    基金项目:  浙江省自然科学基金重点资助项目(LZ16C160002);国家自然科学基金资助项目(31570602)
    作者简介:

    冯歌林(ORCID: 0000-0002-3069-0810),从事农业资源与环境研究。E-mail: 492644070@qq.com

    通信作者: 徐秋芳(ORCID: 0000-0002-0959-8577),教授,博士,博士生导师,从事土壤与植物微生物研究。E-mail: xuqiufang@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.8

摘要:   目的  了解不同竹子内生固氮菌及其定植土壤根区固氮菌的特征和生物多样性。  方法  以毛竹Phylloslachys edulis、狭叶青苦竹Pleioblastus chino、孝顺竹Bambusa multiplex叶部、根部及定植土壤为对象,设计nifH固氮基因引物,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和随机克隆技术,通过聚类分析、Shannon多样性指数分析构建系统发育树。  结果  不同竹子根区土壤之间、同一竹种根部与叶部之间、不同竹种同一器官之间、根区土壤与植物之间的固氮菌群落结构差异明显,同一竹种叶部或根部的重复样品相似度均不高;根部内生固氮菌种类总体多于叶部,土壤固氮菌与根部内生固氮菌相似度高于叶部。不同竹种不同器官间固氮菌Shannon多样性指数差异显著,孝顺竹叶部(2.73)与土壤(2.70)大于根部(2.53)(P<0.05),狭叶青苦竹根部和毛竹根部大于叶部和土壤(P<0.05)。植物样品随机克隆测序对比得到83株固氮菌,仅12株为可培养固氮菌株,分别属于慢生根瘤菌属BradyrhizobiumDechlorosoma、固氮螺菌属Azospirillum、肠杆菌属EnterobacterKosakonia、变形杆菌属Gammaproteobacteria、红长菌属RubrivivaxAzohydromonas。系统发育树结果表明:3种竹子内生固氮菌明显不同于其他植物。  结论  土壤环境、竹子种类及组织器官均能影响竹子内生固氮菌的结构特征和多样性,定植于根部的内生固氮菌多样性显著高于叶部。3种竹子内生固氮菌种类与已报道的禾本科Gramineae植物差异显著。图4表4参30

English Abstract

冯歌林, 高竞, 严淑娴, 王晶, 梁辰飞, 秦华, 陈俊辉, 徐秋芳. 3种竹子内生固氮菌特征及多样性[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
引用本文: 冯歌林, 高竞, 严淑娴, 王晶, 梁辰飞, 秦华, 陈俊辉, 徐秋芳. 3种竹子内生固氮菌特征及多样性[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
FENG Gelin, GAO Jing, YAN Shuxian, WANG Jing, LIANG Chenfei, QIN Hua, CHEN Junhui, XU Qiufang. Characteristics and diversity of endophytic diazotrophs in three bamboo species[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586
Citation: FENG Gelin, GAO Jing, YAN Shuxian, WANG Jing, LIANG Chenfei, QIN Hua, CHEN Junhui, XU Qiufang. Characteristics and diversity of endophytic diazotrophs in three bamboo species[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190586

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