叶际微生物在维持植物健康生长方面具有重要的作用,然而,目前我们对珍稀孑遗植物半日花(Helianthemum songaricum)叶际真菌的多样性和群落结构等知之甚少.因此,本研究利用Illumina高通量测序技术检测西鄂尔多斯自然保护区半日花叶片表生和内生真菌的多样性,探究其网络结构特征以及群落构建的机制.结果显示:棋盘井地区的叶际表生真菌丰富度指数(156.38±8.42)显著高于内生真菌(111.13±5.57),棋盘井叶际表生真菌丰富度指数显著高于拉僧庙(125.57±7.20)和千里山(114.75±10.35),而拉僧庙的内生真菌丰富度指数(155.71±15.40)显著高于棋盘井.叶际真菌以子囊菌门、毛霉菌门和担子菌门为优势门,叶际表生真菌和内生真菌分别在3个不同地点具有显著的指示类群,叶片部位(即叶表和叶内)和地点显著影响叶片真菌的群落组成.共存网络分析表明,叶际表生和内生真菌主要是协同作用,拮抗作用较小.半日花叶际表生和内生真菌群落的构建主要由随机性过程驱动.综上所述,半日花叶际表生和内生真菌的多样性和群落组成受到叶片部位(叶表和叶内)和地点的显著影响,随机性过程主导叶际表生和内生真菌的群落构建.研究结果可为珍稀濒危植物的保护和合理利用提供一定的科学基础和实践指导.

为探究钾营养介导下的油菜(Brassica napus)叶片生长对叶际微生物群落的影响,利用田间试验,设置0、30和180kgK2O·hm-23个钾肥用量,分别定义为K0(钾缺乏)、K30(钾不足)和K180(钾充足)3个钾营养水平.在苗期,分别选取典型叶片测定其表型参数,并利用16S-RNA基因高通量测序测定油菜叶际微生物群落组成.结果表明,不同钾肥用量显著影响油菜叶片的钾含量,与K0相比,K30和K180处理钾含量分别提高66.7％和158.3％.不同钾营养状况下,油菜叶片结构和组分存在明显差异,叶片钾含量与叶面积及叶片可溶性糖、蔗糖、果糖和淀粉的含量呈显著正相关,而与叶片气孔密度呈显著负相关.钾肥施用显著影响油菜叶际微生物的多样性,与K0处理相比,施钾处理叶际微生物群落多样性指数显著升高,而K30和K180处理间无明显差异,但在群落的β多样性中,K30处理表现出更大的离散性.缺钾增加了油菜叶际变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,使得黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)细菌显著富集.施用钾肥后细菌共现网络变简单,但促进了高丰度物种与其它物种的相互作用.通过联合分析油菜叶表型性状与叶际细菌群落,发现叶片糖组分(可溶性糖、蔗糖、果糖和淀粉)、干物质重以及叶面积是影响叶际细菌群落以及优势物种的关键因素.综上表明,施钾影响油菜叶片的物质组成,调控油菜叶际微生物群落结构,充足的钾营造的叶片微生物组"稳态"可能是钾营养增强作物生物胁迫抗性的潜在途径.

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确.目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理.基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制.通过对 188 株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到 622 个显著SNP 位点.进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得 26 个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径.本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值.

叶际微生物作为最先定殖在凋落叶上的微生物类群,可能直接参与凋落叶的分解.为验证此猜想,该研究通过扩增子高通量测序技术和室内分解实验,探究了马尾松(Pinus massoniana)叶际微生物多样性及叶际微生物对马尾松凋落物的分解影响.结果表明:(1)马尾松的叶际存在着丰富而多样的微生物群体,针叶在凋亡后,叶际微生物群落发生变化.成熟针叶、凋落针叶、分解层针叶共有大量可操作分类单元(OTUs).(2)马尾松针叶分解过程可分为两个阶段:快速分解期(前8个月)和缓慢分解期(8个月以后).衰亡针叶(刚凋落但未接触土壤)叶际微生物可直接参与马尾松凋落针叶分解,且分解速率表现为叶际微生物+土壤微生物处理＞叶际微生物处理＞土壤微生物处理.在马尾松针叶分解过程中叶际微生物与土壤微生物存在协同作用.(3)凋落针叶分解速率与木质素和纤维素分解速率呈极显著正相关关系,但与木质素和纤维素分解酶活性无显著相关关系.木质素分解酶——多酚氧化酶与过氧化物酶活性极显著负相关,纤维素分解酶——β葡萄糖苷酶活性与纤维二糖苷酶活性则呈极显著正相关关系.综上,该研究结果表明叶际微生物可直接参与凋落针叶的分解,且其对马尾松凋落针叶分解速率的影响高于土壤微生物,这为进一步阐明马尾松凋落针叶的分解机理和后续分解过程中发挥主要作用的核心微生物组的发掘提供了理论依据.

凋落物在原生生境("主场")中比在非原生生境("客场")中分解得更快的现象被称为凋落物分解的"主场优势".探究凋落物分解的主场优势的主要影响因素及驱动机制对预测植物养分的归还过程和生态系统碳收支有重要意义.该文主要从主场优势的计算方法、影响因素及驱动机制出发,综述了近年来凋落物分解的主场优势的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.度量凋落物分解的主场优势有4种常见的计算方法,其中采用线性模型计算主场优势在当前最为合适.凋落物质量(化学成分等)、土壤微生物群落结构是影响凋落物分解的主场优势的主要因素,土壤动物、气候条件、分解时间、植物生活型及生长型也能改变主场优势的强度.凋落物之间质量差异越大,产生的主场优势越大.土壤微生物群落驱动着凋落物分解的主场优势,但其作用时常受到动物的干扰及气候的制约.此外,带有叶际微生物的凋落物比去除了叶际微生物的凋落物有更强的主场优势.凋落物化学性质趋同假说、分解者控制假说及凋落物质量与环境相互作用假说是解释主场优势产生的主要假说,但它们均有不足之处.该文认为凋落物和土壤微生物的协同作用可能是产生和驱动主场优势的主要机制.当前的研究存在着各因素对主场优势的影响探究不够深入、关注的生态系统类型较为单一等问题,在未来的研究中需要进一步深入探究各因素对主场优势效应的影响及其相对贡献,关注更多不同的生态系统类型,从而增强对主场优势相关机制的理解.

种子际是围绕在种子表面,受到种子萌发影响而使微生物活性增强的狭窄土壤区域.萌发期间的种子和微生物相互影响,对种子萌发和随后的幼苗生长具有促进或抑制作用;同时也通过垂直传播参与植物根际和叶际微生物群落构建,影响植物后续发育及生物/非生物胁迫响应.尽管种子际对于植物生长发育影响很大,但由于种子萌发持续时间短、种子际的空间范围小且微生物量较小,种子际研究要比根际和叶际更为复杂.通过基因组学和多组学联合分析等方法对种子际微生物群落组成进行深入探究,有助于理解植物与土壤生态系统的相互作用和生态过程.该文综述了种子际微生物对种子生物学的影响、种子际微生物与根际和叶际微生物的关系以及相关研究方法,并展望了未来的研究方向.

植物叶际微生物多样性是目前植物-微生物关系研究的热点之一,但影响叶际微生物群落结构的主要因素目前还存在很大争议.本研究以生长在3处生境的桂花和夹竹桃为对象,基于高通量测序技术,分析2种植物叶际细菌的群落结构,探讨影响植物叶际细菌群落结构的主要因素.结果表明:来自3处生境的2种植物叶际细菌多样性无显著差异,构成叶际细菌群落的优势门主要包括放线菌门、拟杆菌门、衣原体门、蓝细菌门、厚壁菌门和变形菌门,优势属主要包括甲基杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、薄层杆属、Polaromonas和无毛螺旋体属.植物种类、生境及二者的交互作用均能显著影响叶际细菌群落结构,其中生境的影响最大.

[背景]联合固氮菌由于不具有宿主专一性,在土壤、叶际中广泛存在,对生态系统氮素供应有着重要贡献,它还可以通过分泌生长激素等间接作用促进植物生长,可作为重要的农业生产菌剂.土壤接种剂由于受土著微生物的竞争和土壤抑菌物质等的影响,接种效果不稳定,难以推广使用.相比于土壤环境,叶际生境相对简单且表面积巨大,进行叶际接种是固氮菌剂推广应用的一个新思路.[目的]优化联合固氮菌菌株W12接种添加剂,制备液体接种剂并研究其在玉米叶际的定殖效果.[方法]对菌株W12进行菌落PCR测序,构建系统发育树并确定分类地位.分别在培养液中添加不同浓度梯度的羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)和甘油(Glycerol,Gly),测量菌株W12生长曲线和固氮酶活性,优化添加剂浓度并制备液体接种剂,对接种剂的有效保存时间进行检测.将接种剂喷洒到玉米叶际,测量其对玉米产量和植株含氮量的影响,并通过低氮培养基进行回收计数.[结果]固氮菌菌株W12的16S rRNA基因序列与变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)的相似性高达99％,在培养液中添加CMC和甘油对菌株W12的生长无明显促进和抑制效果,但均提高了固氮酶活性.添加甘油制备的接种剂在盆栽和大田玉米叶面喷施后,在玉米生长末期叶际回收到的W12类似菌分别为4.3× 105 CFU/g叶片和1.7× 105 CFU/g叶片,显著高于未接种的处理;而且大田玉米籽粒、茎部和叶片的含氮量高于不接种的对照处理.经过90 d贮藏后,4℃保存的接种剂剩余活菌数均高于1.0×108 CFU/mL.[结论]羧甲基纤维素和甘油的添加不仅有利于固氮菌液体接种剂在叶片的附着,并能显著提高联合固氮菌菌株W12的固氮酶活性,低温冷藏可保证液体接种剂的有效活菌数;液体接种剂在玉米叶际喷施后,菌株W12能够成功定殖,并显著提高玉米植株和籽粒含氮量.研究结果为固氮菌叶面接种剂的制备和应用,以及实现农业氮肥减施保产的目标提供了借鉴意义.

[目的]茶树(Camellia sinensis)为多年生常绿木本植物,其叶片用于生产茶叶.本论文通过测定茶树叶际内生细菌的菌群组成,比较叶际内生菌与土壤菌群的异同,以鉴定选择性富集于茶树叶际的内生细菌.[方法]本研究采集湖北宜昌邓村茶树,对茶叶表面进行除菌处理,提取茶叶及其内生细菌的总基因组DNA,通过细菌16S核糖体RNA基因(16S rDNA)保守区引物799F和1193R扩增16S rDNA的V5-V7可变区序列,并通过Illumina二代测序平台对扩增子进行建库测序.[结果]茶叶内生菌群由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和极少量的梭杆菌门(Fusobacteria)5个门,共百余属组成,其中,甲基杆菌属(Methylobacterium)、代尔夫特菌属(Delftia)、微杆菌属(Microbacterium)、红球菌属(Rhodococcus)、Aureimonas和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等以较高丰度富集于叶片组织内部.约40％的茶叶叶际内生细菌也在相应的土壤中存在,表明其可能的土壤来源;非土壤来源的茶叶内生细菌达60％,如Aureimonas和Delfiia等.[结论]本研究解析了茶树叶际内生细菌的群落组成与结构,分析了内生细菌的可能来源,为以叶际内生菌为靶标,改善茶叶品质、降解农药残留、防御茶叶病虫害的研究提供基础.

挺水植物的凋落物是湿地生态系统物质循环的重要组成部分,阐明气候变暖以及生境差异对湿地挺水植物凋落物分解过程及叶际微生物的影响对揭示湿地生态系统关键物质循环过程具有重要意义.该研究以滇西北高原典型湿地优势挺水植物茭草(Zizania latifolia)为研究对象,采用凋落物袋法研究了茭草在模拟增温(1.5-2.0℃)及不同生境(大气界面、水界面与土界面)下的质量残留率和叶际微生物数量、结构组成与功能代谢特征.研究发现:模拟气候变暖及生境差异均显著影响凋落物的分解速率.经过一年的分解,凋落物在模拟增温环境下的质量残留率为66.4％,对照组的质量残留率为77.7％,增温组分解常数(k)值是对照组的1.64倍,而凋落物在水界面与土界面的质量残留率为42.2％和25.3％,其k值分别为大气界面的3.63和5.25倍,生境差异是影响湿地挺水植物凋落物分解速率的关键因素.模拟增温主要改变了凋落物叶际微生物的群落组成特征,而生境变化主要影响叶际微生物的绝对数量、微生物多样性、群落结构组成以及功能代谢活性.处于土界面的凋落物叶际微生物具有最高的群落功能代谢活性及醇类碳源利用程度.不同处理之间的植物叶际微生物特征与凋落物分解速率具有较好的一致性,为揭示湿地植物凋落物分解快慢的微生物驱动机制提供了重要的理论依据.