毛竹根系内生固氮菌多样性及其对毛竹生长的影响

Endophytic diazotrophs provide nitrogen nutrition to host plants, promoting their growth. Nitrogen is essential for bamboo growth. Previous research about bamboo endophytes were scattered without considering the role endophyte played during the growth process of bamboos. Few studies could be retrieved about endophytic diazotrophs of bamboos, limiting the knowledge of the influences of endophytic diazotrophs on bamboo growth. In this project, roots of Moso bamboo (Phyllostachys edulis (Carr.) H. de Lehaie) will be sampled weekly during the growth process from shoots to young bamboos. The diversity, composition and dynamic of core microbes of Moso bamboo root endophytes will be disentangled via high-throughput sequencing technology. Strains capable of nitrogen-fixing will be isolated from the core microbes according to their eco-physiological functions and growth habits. By the infection experiment of strains with Moso bamboo seedlings, the effect of endophytic diazotrophs on bamboo growth will be analyzed. The main objectives of this project are to isolate endophytic diazotrophs which will promote bamboo growth, and to provide guidelines for the management of bamboo forest and the development and utilization of bamboo endophytes.

内生固氮菌能够给植物提供氮源促进其生长，竹子快速生长需要消耗大量的氮。先前关于竹子内生菌的研究较单一且零散，也没有将内生菌与竹子整个生长过程联系起来；且关于竹子内生固氮菌的研究非常少，无法深入了解内生固氮菌对竹子生长的影响机制。本项目通过对毛竹从笋到幼竹的整个生长过程进行连续取样，采用高通量测序技术，全面分析毛竹生长各阶段根系内生菌多样性、群落组成和核心菌群的动态变化；在高通量测序基础上，对核心菌群的生理生态功能进行分析，重点筛选具有生物固氮活性的菌株，结合菌株的生长特性选择适宜的培养条件进行分离培养；通过内生固氮菌与毛竹实生苗的侵染实验，分析内生固氮菌对毛竹生长的影响。本项目有望获得对毛竹生长具有促进作用的内生固氮菌，为竹林培育和竹子内生菌的开发利用提供科学依据。

植物内生菌是一类生活在植物组织内部且在当前状态下并未引起宿主植物病变的微生物，通过生物固氮作用给宿主提供丰富的氮源，抑或通过溶解难溶性磷、活化钾等提高营养元素的可利用性，促进植物生长。毛竹生长前期基本无法进行光合作用，主要通过鞭根系统从土壤和母竹吸收营养元素。我国毛竹林土壤存在氮不足的现象，而禾本科植物具有与固氮微生物共生的习性，且在竹子中已发现有固氮微生物共生。因此，极有可能存在其他氮供应途径满足毛竹快速生长对氮的需求。本项目开展的主要研究内容如下：.① 毛竹内生菌多样性、群落结构和核心菌群的动态变化。在毛竹快速生长过程进行连续取样，分别选取16S rRNA基因和ITS序列进行高通量测序，分析毛竹生长过程中，根系内生菌和土壤微生物的多样性、群落组成和核心菌群。.② 毛竹根系内生菌的分离鉴定。从核心菌群中筛选具有生物固氮活性的内生菌，结合其对营养物质的需求，参考KOMODO培养基预测网站，选择适宜培养基进行分离培养，并将获得的菌株通过测序进行物种鉴定。.③ 内生菌对毛竹生长的影响。在上述研究基础上，建立毛竹实生苗与菌株的共培养体系。比较叶长、根长、侧根数、植株鲜重等方面的差异，筛选表型显著的共培养植株，分析毛竹根系内生菌对毛竹生长的影响。.通过上述研究，本项目可以得到以下结论：毛竹生长受微生物的影响，不同样本细菌多样性差异不显著，但是土壤真菌的Chao1在不同样本间存在显著差异；毛竹快速生长过程中，微生物群落结构并未发生显著变化。Burkholderiaceae在土壤和根系的相对丰度均较高，可能在毛竹快速生长过程中发挥重要作用。土壤是微生物库，其微生物类群受植物的影响较小，而根系微生物受毛竹不同生长阶段的影响，表现出一定的选择性。从毛竹根系内生菌中分离得到的C4菌株能显著促进毛竹实生苗的生长，具有潜在促生效果。.在本项目的资助下，现已发表SCI论文2篇（二区Top）。培养硕士研究生一名。通过本项目的实施，对微生物菌肥开发、竹林培育和竹林生态系统维护有积极的意义。

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