沙棘Frankia侵染草本植物结瘤的研究

摘要

氮是组成蛋白质和核酸的重要成分，地球上氮素来源主要包括:人工固氮、高能固氮和生物固氮。近年来高效无污染的生物固氮越来越受到全球的关注，而构建植物与固氮微生物形成共生固氮体系是研究的方向之一。本文首次利用沙棘弗兰克氏菌侵染非豆科草本植物形成根瘤并对根瘤进行显微结构的观察，不仅对非豆科植物与弗兰克氏菌形成固氮共生体系的研究具有理论意义，而且也为弗兰克氏菌菌肥的制备提供参考。利用自制培养基从沙棘根瘤中分离出一种放线菌，并进行了形态学鉴定、回接实验、固氮酶活性的测定和冷冻干燥保存。结果表明:沙棘Frankiasp.Hrz06有菌丝、孢囊、泡囊三种结构。弗兰克氏菌经发酵罐发酵，冷冻干燥保存，得到4～5g/L菌体。经复活后，固氮酶活性为1200.4nmol·g-1·h-1，相当于沙棘根瘤固氮酶活性的70％。利用菌体对沙棘枝条回接侵染，沙棘能接出根瘤。本文利用从沙棘根瘤中分离出的沙棘弗兰克氏菌对没有根瘤的豆科草本植物决明，禾本科草本植物玉米、小麦、高粱和锦葵科草本植物黄秋葵进行了结瘤实验并对根瘤进行了显微结构观察。采用土培培养的方式，利用2，4-D诱导沙棘Frankiasp.Hrz06与玉米、小麦、高粱、黄秋葵、决明结瘤。其方法是设立3个实验组，分别为同时施用2，4-D和菌悬液、先施用2，4-D后接种菌悬液、先接种菌悬液后施用2，4-D。结果表明，同时施用2，4-D和菌液的实验组，玉米、小麦、高梁、黄秋葵和决明均可结瘤，结瘤率分别为2％、5％、2％、40％、80％。先施用2，4-D后接种菌液的实验组，玉米、小麦、决明的结瘤率分别为0％、0％、0％、0％、20％。先接种菌液后施用2，4-D的实验组，玉米、小麦、决明的结瘤率分别为0％、0％、0％、0％、50％。从玉米、小麦、高粱、黄秋葵、决明和沙棘根瘤的石蜡切片和超薄切片中可以看到有弗兰克氏菌以菌丝、泡囊两种结构。本文还测定了决明根瘤的固氮酶活性，结果显示决明根瘤的固氮酶活性和弗兰克氏菌的固氮酶活性相差不大，都是沙棘根瘤的固氮酶活性的70％。

目录

摘要

一 引言

1．1 生物固氮的研究

1．2 豆科植物及其结瘤

1．2．1 豆科树种结瘤调查概况

1．2．2 苏木亚科决明(Cassia tora)的研究

1．2．3 豆科植物根瘤结构

1．3 非豆科植物及其结瘤的研究

1．3．1 放线菌结瘤植物资源调查

1．3．2 根瘤菌侵染非豆科植物形成共生固氮体的研究

1．3．3 弗兰克氏菌侵染非豆科植物形成共生固氮体的研究

1．3．4 放线菌与植物结瘤

1．4 弗兰克氏菌的研究

1．4．1 弗兰克氏菌的研究历史

1．4．2 弗兰克氏菌的分类研究

1．4．3 弗兰克氏菌的形态结构

1．4．4 弗兰克氏菌的分离技术与回接

1．4．5 弗兰克氏菌的保存

1．4．6 共生条件下弗兰克氏菌的研究

1．5 本论文的研究目的和意义

1．6 研究的创新点

二 材料与方法

2．1 沙棘弗兰克氏菌的分离

2．1．1 材料

2．1．2 方法

2．2 沙棘弗兰克氏菌的回接方法

2．2．1 菌悬液的制备

2．2．2 基质土

2．2．3 接种

2．3 沙棘弗兰克氏菌Frankia sp．Hrz06菌体的形态学观察

2．3．1 光学显微观察方法

2．3．2 扫描电镜观察方法

2．4 沙棘弗兰克氏菌Frankia sp．Hrz06固氮酶活性的测定

2．5 沙棘弗兰克氏菌Frankia sp．Hrz06侵染草本植物结瘤

2．5．1 材料

2．5．2 方法

2．6 根瘤形态及根瘤内生菌的观察方法

2．6．1 根瘤形态的观察

2．6．2 根瘤内生菌的显微观察

2．7 根瘤的固氮酶活性的测定

2．7．1 材料

2．7．2 方法

2．8 实验试剂的配置方法

2．8．1 美蓝染液(Levowitz Weber)

2．8．2 20ppm的2，4-D溶液

2．8．3 铁苏木精染液

2．9 实验仪器

三 结果

3．1 沙棘弗兰克氏菌回接结瘤后的根瘤形态

3．2 沙棘弗兰克氏菌Frankia sp．Hrz06菌体的形态学观察

3．2．1 弗兰克氏菌菌落生长特征

3．2．2 沙棘Frankia形态学特征

3．3 沙棘弗兰克氏菌侵染草本植物结瘤

3．3．1 不同处理的结瘤情况

3．3．2 诱导玉米与沙棘Frankia结瘤

3．3．3 诱导小麦与沙棘Frankia共生结瘤

3．3．4 诱导高梁与沙棘Frankia共生结瘤

3．3．5 诱导黄秋葵与沙棘Frankia共生结瘤

3．3．6 诱导决明与沙棘Frankia结瘤

3．4 根瘤内生菌的显微观察

3．4．1 玉米根瘤的结构特征

3．4．2 高梁根瘤的结构特征

3．4．3 黄秋葵根瘤的结构特征

3．4．4 决明根瘤的结构特征

3．5 固氮酶活性的测定

四 讨论

4．1 影响结瘤的因素

4．1．1 育苗方法

4．1．2 药品浓度

4．1．3 供试菌种

4．1．4 自动调控机制

4．1．5 弗兰克氏菌与土壤中其他微生物的相互作用

4．2 根瘤内生菌在根瘤中的形态特征

4．3 菌种保存

4．4 弗兰克氏菌的应用价值

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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