根际芽孢杆菌区域性多样性分析与地理分布资源调查

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微生物无处不在,它既是导致人、植物、动物感染多种疾病的元凶,也是生态系统的重要组成部分,维持着生态环境的平衡。如何合理的运用微生物一直是学者们关心的热点。根际芽孢杆菌作为一类重要的植物根际促生菌,是目前应用较为广泛的功能微生物。深入挖掘国内根际芽孢杆菌株资源,丰富我国的根际芽孢杆菌资源名目、数据库、资源库并分析各地芽孢杆菌群落的构成差异,对合理开发与应用芽孢杆菌资源有重要意义。本研究于2018-2019年采集了我国15个省、自治区的52份植株根际土样品,并根据采集点的地理位置将采样区分为了东北、江浙、冀鲁、中原、西南五个区域。分离、鉴定并保存了部分农作物植株根际土样品中的芽孢杆菌(Bacillus spp.)资源,对芽孢杆菌属内菌株开展了系统发育分析工作,并采用高通量测序芽孢杆菌管家基因—gyrA的方法,分析了环境因素对以芽孢杆菌为主的细菌群落的群落构成差异的影响。所获主要研究结果如下:1.本研究共收集有采集生境为农作物植株根际的27份土壤样品和采集生境为杂草植株根际的25份土壤样品。在分离鉴定农作物植株根际土内芽孢杆菌的实验中,共保存有632个纯培养物,其中包括芽孢杆菌属内的369株菌株、芽孢杆菌科内芽孢杆菌近缘属的69株菌株。2.针对分离鉴定出的芽孢杆菌属内菌株,根据其菌种进化信息进行数据统计和系统发育分析,结果表明农作物植株根际土内有多种不同类型的芽孢杆菌,各区域农作物植株根际芽孢杆菌菌种组成既有相似性也有差异性,各区域的优势菌种的及菌种的优势程度均有所不同,部分芽孢杆菌菌种在所有采样区域都存在,也有部分芽孢杆菌种只在某些特定区域存在。3.根据农作物植株根际土采样点的土壤肥力、地理位置以及气候等条件,挑选出七个代表性地区,分析了各个地区的菌种组成和优势菌种,进一步证实了不同采样点的农作物植株根际的菌种组成既有相似性又有差异性。针对七个地区所筛选出的芽孢杆菌属内菌株构建了系统发育树,揭示了部分芽孢杆菌菌种之间以及部分芽孢杆菌菌株之间的亲缘关系,结果表明基于16S rDNA基因的菌种鉴定不能区分阿耶波多氏芽孢杆菌、惠州芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌的菌种区别。4.本研究通过对芽孢杆菌管家基因gyrA进行高通量测序分析,分析了环境因素对以芽孢杆菌为主的细菌群落的群落构成差异的影响。结果表明,无论是基于作物类型还是区位因素所致的植株根际中,以芽孢杆菌为主的细菌群落的群落构成差异,均在某特定程度的相似性上存在显著性差异。农作物植株根际土内以芽孢杆菌为主的细菌群落的样本相较于杂草植株的样本群落分化程度更高。五个区域中东北区域植株根际以芽孢杆菌为主的细菌群落,群落分化程度最高;相对应的江浙区域植株群落分化程度最低。研究发现以芽孢杆菌为主的细菌群落的群落构成差异均与经纬度无明显的关系。综上所述,本研究调查、收集并统计了我国多地的芽孢杆菌菌种资源,分析了多种芽孢杆菌的系统发育,发现不同地区的根际芽孢杆菌其菌种的种类和组成既有相似性也有差异性。本研究丰富了我国的根际芽孢杆菌的资源库,为后续进一步开发芽孢杆菌的功能菌株提供了基础。
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